2022年智能建筑设备的电气保护与接地初探.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 智能建筑设备的电气爱护与接地初探周升建上海市机电设计争论院,上海 200040摘 要：在供配电系统中,用电的牢靠性极其重要供配电系统中合理的接地系统是打算供电系统安全牢靠的重要因素,对于功能的实现往往依靠用电设备安全运行的智能建筑来说, 用电牢靠性尤为重要 智能建筑中安装大量不同类型的智能设备, 因而挑选一个合适的设备接地系统类型对于供配电系统的安全牢靠具有重要意义关键词 ：智能建筑；电气爱护；接地系统引 言智能建筑并不是特别的建筑物, 而是以最大限度鼓励人的制造力、提高工作效率为中心, 配置大量智能型设备的建筑此类建筑广泛应用数字通信技术、控

2、制技术、电视技术、光纤技术、传感技术及数据库技术等高新技术,构成各类智能化系统就目前来说,智能建筑的核心可归纳为以下6 个方面： 1 通信网络系统 CNS； 2 办公自动化系统 OA； 3 建筑设备监控系统 BA； 4 安全防范系统 SA； 5 综合布线系统 GCS； 6 建筑物治理系统 BMS实现上述系统配置须安装大量诸如数字交换、空调、冷热源、照明、电梯、火灾报警设备, 以及防盗报警监视、 联动治理电脑等设备, 而这些设备几乎全部需要供电后才能正常运行 因此,必需保证智能建筑物供配电系统的安全牢靠在任何建筑物供配电设计中, 接地系统设计占有特别重要的位置,由于它关系到供电系统的牢靠性、 安

3、全性 不管哪类建筑物, 在供电设计中总包含有接地系统设计,而且随着对建筑物的要求以及各类设备功能的不同,接地系统也相应不同,特别在进入 20 世纪 90 岁月后,随着大量智能化楼宇的显现, 对接地系统设计提出了很多新的要求 智能建筑中安装大量的自动化设备,其运行及掌握的核心部件大部分为电脑类型的电子设备,因此,在电源与接地问题上必需考虑以下两个问题：1 电磁兼容 指智能建筑物中大量电子设备或系统必需在其电磁环境中能正常运行,且不对该环境中任何其他设备构成不能承担的电磁干扰；2 过电压爱护 电子设备电脑通讯网络接口及数字规律掌握设备对电源干扰与电压波动特别敏锐,其电源干扰一般以“ 共模” 或“

4、差模” 方式存在,共模干扰指由电源与大地、 或中性线与大地之间的电位差引起的干扰,差模干扰存在于电源相线与中性线之间,对三相电源来说,仍存在于相线之间因此,在智能建筑设计中必需在滤波、 接地、屏蔽、抗电源干扰方面下功夫 在名师归纳总结 常用的几种接地方式中, 哪一种接地方式能够适合智能化楼宇,本文将作初浅的第 1 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 探讨1 接地系统的分类、基本特点及分析接地系统可分为 TNC系统、 TNCS系统、 TNS 系统、 TT系统和 IT 系 统等,它们各有特点11 TNC系统 TNC系统被称之为三相四线系统,该系

5、统中性线 N与爱护接地 PE合二为 一,通称 PEN线这种接地系统虽对接地故障灵敏度高、线路经济简洁,但它只 适用于三相负荷较平稳的场所 智能化大楼内的单相负荷往往所占比重较大,难 以实现三相负荷平稳, PEN线的不平稳电流加上线路中存在着的由于荧光灯、晶 闸管可控硅等设备引起的高次谐波电流,在非故障情形下,会在中性线 N 上叠加,使中性线 N电压波动, 且电流时大时小极不稳固, 造成中性点接地电位不稳固漂移这不但会使设备外壳与PEN线连接带电,对人身造成担心全,而且也无法取到一个合适的电位基准点,使精密电子设备无法精确牢靠运行因此,笔者认为 TNC接地系统不能作为智能化建筑的接地系统TNC系

6、统示意图见图 112 TNCS 系统TNCS系统由两个接地系统组成：其一是TNC系统；其二是 TNS系统分界面在 N线与 PE线的连接点该系统一般用于建筑物的供电由区域变电 所引来的场所 进户之前采纳 TNC系统,可使线路系统相对经济 进户处作重 复接地,进户后变成 TNS 系统对 TNC系统前面已作分析 TNS系统的特 点是：中性线 N与爱护接地线 PE在进户时共同接地后, 不能再有任何电气连接 该 系统中,中性线 N常会带电,爱护接地线 PE没有电的来源 PE线连接的设备外 壳及金属构件在系统正常运行时,始终不会带电因此,TNS 接地系统的安全性明显提高只要我们同时实行各自都从接地 体一点

7、引出的接地引线措施, 并挑选正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个名师归纳总结 等电位基准点, 那么,TNCS系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统TN第 2 页,共 9 页CS系统示意图见图2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 13 TNS 系统TNS是一个三相四线加PE线的接地系统通常建筑物内设有独立变配电所时,其进线采纳该系统TNS系统的特点是：中性线 N与爱护接地线 PE除在变压器中性点共同接地外,两线不再有任何的电气连接中性线 N是带电的,而 PE线就不带电该接地系统完全具备安全和牢靠的基准电位只要实行像 TNCS接地系统同样的技术措施,TNS

8、 系统可以用作智能建筑物的接地系统假如对电脑等电子设备没有特别的要求,式,一般都可采纳这种接地系统即指对这些设备本身未指定接地势 TNS系统示意图见图 314 TT系统通常称 TT系统为三相四线接地系统该系统常用于来自公共电网的建筑物供电设备 TT系统的特点是：中性线N与爱护接地线 PE无一点电气连接,即中性点接地与 PE线接地是分开的该系统在正常运行时,不管三相负荷平稳不平 衡,在中性线 N带电情形下, PE线不会带电只有当单相接地发生故障时,由 于爱护接地灵敏度低, 故障不能准时切断, 设备外壳才可能带电 正常运行时的TT系统类似于 TNS系统,也具有较高的安全性,并能取得合格的基准接地电

9、 位随着大容量漏电爱护器的显现, 该系统会越来越广泛地作为智能型建筑物的 接地系统由于公共电网的电源质量不高,难以满意智能化设备的要求,因此,TT系统很少被智能化大楼采纳TT系统示意图见图 4名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 15 IT 系统IT 系统是三相三线式接地系统 该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地,无中性线 N,只有线电压 380V和相电压 220V,爱护接地线 PE各自独立接地该系统的优点是当一相接地时,不会使外壳带有较大的故障电流,系统可以照常运行缺点是不能配出中性线N因此,该系统不适用于拥有大量单相

10、设备的智能化大楼 IT 系统示意图见图 52 智能建筑应采纳的接地系统智能建筑中用电设备有以下特点： 1 在智能化大楼内, 单相用电设备较多, 单相负荷比重较大, 三相负荷通常是不平稳的,因此,在中性线 2 由于大量采纳荧光灯照明,其所产生的N中带有随机电流；3 次谐波叠加在 N线上,加大了N线上的电流量,假如将 N线接到设备外壳上,会造成电击或火灾事故；3 在 TNS 系统中将 N线与 PE线连在一起再接到设备外壳上的危急更大,但凡接到 PE线上的设备,外壳均带电,并会扩大电击事故的范畴；4 智能化楼宇内,要求爱护接地的设备特别多,有强电设备、弱电设备,以及一些正常情形下不带电的导电设备与构

11、件,对这些设备均必需采纳有效的保护接地措施将 TNC系统中的 N线同时用作接地线,或者在TNS 系统中将 N线与 PE名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 线接在一起, 再连接究竟板上去, 或不设置电子设备的直流接地引线,而将直流接地线直接接到 PE线上,或者干脆把 N线、PE线、直流接地线混接在一起这将使接在 N线上的弱电设备受到三相不平稳电流引起的电击或火灾,而且将会使其受到干扰无法正常工作因此,智能建筑的接地系统通常应采纳 TNS 系统,且智能建筑弱电接地系统应在弱电竖井内设有单独接地干线 PE2,将弱电设备的爱护

12、接地和工作接地线与接地干线相连智能建筑TNS 系统示意如图 6 所示图 6 中： PE1强电爱护接地干线；PE2弱电爱护接地干线； SE弱电系统工作接地； PE爱护接线 . 3 智能化楼宇的各种接地措施智能建筑除应设置电子设备的直流接地、沟通工作接地、 安全爱护接地, 以及与一般建筑一样的防雷爱护接地外,在智能化楼宇的设计和施工中, 仍应考虑 防静电接地和屏蔽接地的要求 这是由于智能建筑内大多设有具有防静电要求的 程控交换机房、 电脑房、 消防和火灾报警监控室, 以及大量易受电磁波干扰的精 密电子仪器设备等,其各种接地方式均有特别的要求,需要实行特别的措施31 防雷接地智能化楼宇内有大量的电子

13、设备,如通信自动化系统、 火灾报警及消防联动掌握系统、 楼宇自动化系统、 保安监控系统、 办公自动化系统、 闭路电视系统等,以及各自相应的布线系统从已建成的大楼看,大楼的各层顶板、底板、侧墙、吊顶内几乎被各种电线布满这些电子设备及布线系统一般均属于耐压等级低、防干扰要求高、最怕受到雷击的部分不管是直击、串击、仍击都会使电子设备 受到不同程度的损坏或严峻干扰 因此,对智能化楼宇的防雷接地设计必需严密、牢靠,智能化楼宇的全部功能接地,必需以防雷接地系统为基础,并建立严密、完整的防雷结构接闪器采 智能建筑多属于一级负荷, 应按一级防雷建筑物的爱护措施设计,用针带组合接闪器,避雷带采纳 25 4mm镀

14、锌扁钢,在屋顶组成小于等于 10 10m 的网格该网格与屋面金属构件作电气连接,与建筑柱内钢筋作电气连接,引下线利用柱内主钢筋, 相互之间的距离不小于规定标准当然引下线多, 分流成效好,每根引下线雷电流就小引下线长,可在中间部分增加均压环,以削减引下名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 线电感,降低仍击电压圈梁钢筋、楼层钢筋与防雷系统连接,外墙面全部金属 构件也应与防雷系统连接, 柱内钢筋与接地体连接, 组成具有多层屏蔽的笼形防 雷体系这样不仅可以有效防止雷击导致的楼内设备的损坏,而且仍能防止外来 电磁的干扰各类防雷接地

15、装置的工频接地电阻,一般应依据落雷时的仍击条件来确定当防雷装置与电气设备的工作接地合用一个总的接地网时,其最小值要求接地电阻应符合32沟通工作接地工作接地主要指的是变压器中性点或中性线N线接地N线必需用铜芯绝缘线在配电中存在帮助等电位接线端子,等电位接线端子一般均在箱柜 内必需留意,该接线端子不能外露,不能与其他接地系统,如直流接地、屏蔽 接地、防静电接地等混接,也不能与 PE线连接在高压系统里,采纳中性点接地方式可使接地继电爱护精确动作并排除单相 电弧接地过电压中性点接地可以防止零序电压偏移,保持三相电压基本平稳,这对于低压系统很有意义,可以便利使用单相电源安全爱护接地 33 在智能化楼宇内

16、,要求安全爱护接地的设备特别多,强电设备、弱电设备,以及一些非带电导电设备与构件,均必需实行安全爱护接地措施 当没有进行安全爱护接地的电气设备的绝缘损坏时,其外壳有可能带电, 假如人体触及此电气 设备的外壳就可能被电击伤或造成生命危急在中性点直接接地的电力系统中,接地短路电流经人身、 大地流回中性点； 在中性点非直接接地的电力系统中,接 地电流经人体流入大地, 并经线路对地电容构成通路, 这两种情形都能造成触电 事故接地短路电流将同 假如装有接地装置的电气设备的绝缘损坏使外壳带电时,时沿着接地体和人体两条通路流过,即Id Id IR我们知道,在一个并联电路中,通过每条支路的电流值与电阻的大小成

17、反比,即：接地电阻越小,流经人体的电流越小, 通常人体电阻要比接地电阻大数百倍,经过人体的电流也比流过接地体的电流小数百倍； 当接地电阻微小时, 流过人体的电流几乎等于零即Id Id 实际上,由于接地电阻很小, 接地短路电流流过时所产生的压降很小,所以设备外壳对大地的电压是不高的人站在大地上去碰触设备的外壳时,人体所承担的电压很低,不会有危急加装爱护接地装置并且降低它的接地电阻,不仅是保证智能建筑电气系统安全和有效运行的重要措施,也是保证非智能建筑内设备及人身安全的必要手段34 直流接地 在一幢智能化楼宇内, 包含有大量的电脑、 通讯设备和带有电脑的自动化设 备这些电子设备在输入信息、传输信息

18、、转换能量、放大信号、规律动作、输 出信息等一系列过程中都需要通过微电位或微电流快速进行,且设备之间常要通 过互联网络进行工作因此,为了使其精确性高、稳固性好,除了有一个稳固的供电电源外, 仍必需具备一个稳固的基准电位可采纳较大截面的绝缘铜芯线作为引线,一端直接与基准电位连接, 另一端供电子设备直流接地该引线不宜与PE线连接,也严禁与 N线连接35 屏蔽接地与防静电接地在智能化楼宇内,电磁兼容设计是特别重要的,为了防止设备的机能障碍,名师归纳总结 甚至损坏, 构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰这些干第 6 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - -

19、- - - - - 扰的产生或者是由于导线之间的耦合现象,或者是由于电容效应或电感效应其主要来源是超高电压、 大功率辐射电磁场、 自然雷击和静电放电 这些现象会对发送或接收很高传输频率的设备产生很大的干扰因此,对这些设备及其布线必须实行爱护措施, 以免受来自各种方面的干扰 屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最正确爱护方法,可将设备外壳与PE线连接,导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与 PE线牢靠连接,电源线最好使用金属管并良好接地室内屏蔽也应与 PE线多点牢靠连接此外,防止静电干扰也很重要在干净、干燥的房间内,人的行走、移动设备,及其各自摩擦均会产生大量静电例如在相对湿度1020的环境中人的行走可以

20、积聚 35kV的静电电压,假如没有良好的接地,不仅会产生对电子设备的干扰,甚至可能将设备芯片击坏 将带静电物体或有可能产生静电的物体 非绝缘体通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫防静电接地防静电接地要求在洁静干燥环境中,全部设备外壳及室内包括地坪设施必需均与 PE线多点牢靠连接各接地系统示意如图 7 所示36 接地电阻智能化楼宇的供电接地系统宜采纳TNS 系统,按标准宜采纳一个总的共同接地装置, 即采纳统一接地体 统一接地体为接地电位基准点,由此分别引出各种功能接地引线, 利用总等电位和帮助等电位的方式组成一个完整的统一接地系统智能建筑接地装置的接地电阻越小越好：于 10 ；独立的安全爱护接

21、地电阻应小于等于独立的防雷爱护接地电阻应小于等 4 ；独立的沟通工作接地电阻应小于等于 4 ；独立的直流工作接地电阻应小于等于 4 ；防静电接地电阻一般要求小于等于 100 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 通常情形下, 统一接地系统可利用大楼的桩基钢筋,基础钢筋、 承台钢筋作为自然接地体, 框架柱钢筋与基础承台钢筋用电气焊接作为引下线截面应大于 100mm2依据标准,该系统与防雷接地系统共用,其接地电阻应小于等于 1 假设达不到要求,必需增加人工接地体或采纳化学降阻法,使接地电阻小 于等于 1 37 等电位连接等电

22、位是使建筑物内部的各种部位电位都相等,以保证建筑物内不会产生仍击电压和危及人身安全的接触电压 总等电位连接也是接地故障爱护的一项基本 措施,可以在发生接地故障时显著降低电气装置外露导电部分的预期电压,削减 爱护电器动作不行靠的危急性, 并排除或降低从建筑物外部窜入电气装置外露导 电部分的危急电压的影响等电位连接示意图见图 8在智能建筑物等电位连接中一般用下述方法：在变配电所内设置总等电位铜排,使铜排一端通过构造柱或底板上的钢筋与统一接地体连接,另一端通过不同的连接端子分别与沟通工作接地系统中的中性线连接,并与需要进行安全爱护接地的各设备、防雷系统,以及需进行直流接地的电子设备的绝缘铜芯接地线连

23、 接这样,既使爱护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统,又使引线引到总等电位铜排上共同接地,从而保证智能建筑电气设备安全牢靠运行,相互之间不产生干扰4 终止语智能建筑设备的电气爱护极为重要, 为了保证智能建筑中电气设备的安全可靠运行,本文依据各种接地系统的特点,争论了智能建筑应采纳的接地系统及 7种接地措施,信任本文的争论会对智能建筑设备的电气爱护有所裨益参考文献 ：名师归纳总结 1中国航天工业规划设计争论院等工业与民用配电设计手册S其次第 8 页,共 9 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 版北京：水利电力出版社,7137362建筑电气设计手册编写组建筑电气设计手册S北京：中国建筑工业出版社, 7337673上海市智能建筑试点工作领导小组办公室智能建筑工程设计与实施M上海：同济高校出版社,143104龙惟定,陈大章智能化大楼建筑设备M北京：中国建筑工业出版社, 2352655温伯银智能建筑技术与摸索J建筑电气, 20003：名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页