淺談智能化建筑中的電氣保護和接地
在現(xiàn)代建筑物供配電設計中，接地系統(tǒng)設計占有重要的地位，因為它關系到供電系統(tǒng)的可靠性，安全性。不管哪類建筑物，在供電設計中總包含有接地系統(tǒng)設計。而且，隨著建筑物的要求不同，各類設備的功能不同，接地系統(tǒng)也相應不同。尤其進入90年代后，大量的智能化樓宇的出現(xiàn)對接地系統(tǒng)設計提出了許多新的內容。對常用的接地方式，分析以下幾種接地系統(tǒng)：
?。?span lang="EN-US">1）TN－C系統(tǒng)
TN－C系統(tǒng)被稱之為三相四線系統(tǒng)，該系統(tǒng)中性線N與保護接地PE合二為一，通稱PEN線。這種接地系統(tǒng)雖對接地故障靈敏度高，線路經濟簡單，但它只適用于三相負荷較平衡的場所。智能化大樓內，單相負荷所占比重較大，難以實現(xiàn)三相負荷平衡，PEN線的不平衡電流加上線路中存在著的由于熒光燈、晶閘管（可控硅）等設備引起的高次諧波電流，在非故障情況下，會在中性線N上疊加，使中性線N電壓波動，且電流時大時小極不穩(wěn)定，造成中性點接地電位不穩(wěn)定漂移。不但會使設備外殼（與PEN線連接）帶電，對人身造成威脅，而且也無法取到一個合適的電位基準點，精密電子設備無法準確可靠運行。因此TN－C接地系統(tǒng)不能作為智能化建筑的接地系統(tǒng)。
?。?span lang="EN-US">2）TN－C－S系統(tǒng)
TN－C－S系統(tǒng)由兩個接地系統(tǒng)組成，第一部分是TN－C系統(tǒng)，第二部分是TN－S系統(tǒng)，分界面在N線與PE線的連接點。該系統(tǒng)一般用在建筑物的供電由區(qū)域變電所引來的場所，進戶之前采用TN－C系統(tǒng)，進戶處做重復接地，進戶后變成TN－S系統(tǒng)。TN－C系統(tǒng)前面已作分析。TN－S系統(tǒng)的特點是：中性線N與保護接地線PE在進戶時共同接地后，不能再有任何電氣連接。該系統(tǒng)中，中性線N常會帶電，保護接地線PE沒有電的來源。PE線連接的設備外殼及金屬構件在系統(tǒng)正常運行時，始終不會帶電。因此TN－S接地系統(tǒng)明顯提高了人及物的安全性。同時只要采取接地引線，各自都從接地體一點引出，及選擇正確的接地電阻值使電子設備共同獲得一個等電位基準點等措施，那么TN－C－S系統(tǒng)可以作為智能型建筑物的一種接地系統(tǒng)。
?。?span lang="EN-US">3）TN－S系統(tǒng)
TN－S是一個三相四線加PE線的接地系統(tǒng)。通常建筑物內設有獨立變配電所時進線采用該系統(tǒng)。TN－S系統(tǒng)的特點是，中性線N與保護接地線PE除在變壓器中性點共同接地外，兩線不再有任何的電氣連接。中性線N是帶電的，而PE線不帶電。該接地系統(tǒng)完全具備安全和可靠的基準電位。只要象TN－C－S接地系統(tǒng)，采取同樣的技術措施，TN－S系統(tǒng)可以用作智能建筑物的接地系統(tǒng)。如果計算機等電子設備沒有特殊的要求時，一般都采用這種接地系統(tǒng)。
?。?span lang="EN-US">4）TT系統(tǒng)
通常稱TT系統(tǒng)為三相四線接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)常用于建筑物供電來自公共電網的地方。TT系統(tǒng)的特點是中性線N與保護接地線PE無一點電氣連接，即中性點接地與PE線接地是分開的。該系統(tǒng)在正常運行時，不管三相負荷平衡不平衡，在中性線N帶電情況下，PE線不會帶電。只有單相接地故障時，由于保護接地靈敏度低，故障不能及時切斷，設備外殼才可能帶電。正常運行時的TT系統(tǒng)類似于TN－S系統(tǒng)，也能獲得人與物的安全性和取得合格的基準接地電位。隨著大容量的漏電保護器的出現(xiàn)，該系統(tǒng)也會越來越作為智能型建筑物的接地系統(tǒng)。從目前的情況來看，由于公共電網的電源質量不高，難以滿足智能化設備的要求，所以TT系統(tǒng)很少被智能化大樓采用。
?。?span lang="EN-US">5）IT系統(tǒng)
IT系統(tǒng)是三相三線式接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)變壓器中性點不接地或經阻抗接地，無中性線N，只有線電壓（380V），無相電壓（220V），保護接地線PE各自獨立接地。該系統(tǒng)的優(yōu)點是當一相接地時，不會使外殼帶有較大的故障電流，系統(tǒng)可以照常運行，缺點是不能配出中性線，因此它是不適用于擁有大量單相設備的智能化大樓的。
在智能化樓宇內，要求保護接地的設備非常多，有強電設備、弱電設備以及一些正常情況下不帶電的導電設備與構件，均必須采用有效的保護接地。如果采用TN－C系統(tǒng)，將TN－C系統(tǒng)中的N線同時用做接地線；或者在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線接在一起，再連接到底板上去；或不設置電子設備的直流接地引線，而將直流接地直接接到PE線上；或者干脆把N線、PE線、直流接地線混接在一起。以上這些做法都是不符合接地要求的，且是錯誤的。前面已經分析過，在智能化大樓內，單相用電設備較多，單相負荷比重較大，三相負荷通常是不平衡的，因此在中性線N中帶有隨機電流。另外，由于大量采用熒光燈照明，其所產生的三次諧波疊加在N線上，加大了N線上的電流量，如果將N線接到設備外殼上，會造成電擊或火災事故。如果在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線連在一起再接到設備外殼上，那么危險更大，凡是接到PE線上的設備，外殼均帶電，會擴大電擊事故的范圍。如果將N線、PE線、直流接地線均接在一起除會發(fā)生上述的危險外，電子設備將會受到干擾而無法工作。因此，智能建筑應設置電子設備的直流接地、交流工作接地、安全保護接地及普通建筑也應具備的防雷保護接地。此外，由于智能建筑內多設有具有防靜電要求的程控交換機房、計算機房、消防及火災報警監(jiān)控室，以及大量易受電磁波干擾的精密電子儀器設備，所以在智能化樓宇的設計和施工中，還應考慮防靜電接地和屏蔽接地的要求。
下面分析智能化樓宇應采取的各種接地措施：
（1）防雷接地：為把雷電流迅速導入大地，以防止雷害為目的的接地叫作防雷接地。智能化樓宇內有大量的電子設備與布線系統(tǒng)，如通信自動化系統(tǒng)，火災報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)，樓宇自動化系統(tǒng)，保安監(jiān)控系統(tǒng)，辦公自動化系統(tǒng)，閉路電視系統(tǒng)等，以及他們相應的布線系統(tǒng)。從已建成的大樓看，大樓的各層頂板，底板，側墻，吊頂內幾乎被各種布線布滿。這些電子設備及布線系統(tǒng)一般均屬于耐壓等級低，防干擾要求高，最怕受到雷擊的部分。不管是直擊、串擊、反擊都會使電子設備受到不同程度的損壞或嚴重干擾。因此對智能化樓宇的防雷接地設計必須嚴密、可靠。智能化樓宇的所有功能接地，必須以防雷接地系統(tǒng)為基礎，并建立嚴密、完整的防雷結構。智能建筑多屬于一級負荷，應按一級防雷建筑物的保護措施設計，接閃器采用針帶組合接閃器，避雷帶采用25×4（mm）鍍鋅扁鋼在屋頂組成≤10×10（m）的網格，該網格與屋面金屬構件作電氣連接，與大樓柱頭鋼筋作電氣連接，引下線利用柱頭中鋼筋，圈梁鋼筋，樓層鋼筋與防雷系統(tǒng)連接，外墻面所有金屬構件也應與防雷系統(tǒng)連接，柱頭鋼筋與接地體連接，組成具有多層屏蔽的籠形防雷體系。這樣不僅可以有效防止雷擊損壞樓內設備，而且還能防止外來的電磁干擾。各類防雷接地裝置的工頻接地電阻，一般應根據落雷時的反擊條件來確定。防雷裝置如與電氣設備的工作接地合用一個總的接地網時，接地電阻應符合其最小值要求。
?。?span lang="EN-US">2）交流工作接地：將電力系統(tǒng)中的某一點，直接或經特殊設備（如阻抗，電阻等）與大地作金屬連接，稱為工作接地。工作接地主要指的是變壓器中性點或中性線（N線）接地。N線必須用銅芯絕緣線。在配電中存在輔助等電位接線端子，等電位接線端子一般均在箱柜內。必須注意，該接線端子不能外露；不能與其它接地系統(tǒng)，如直流接地，屏蔽接地，防靜電接地等混接；也不能與PE線連接。在高壓系統(tǒng)里，采用中性點接地方式可使接地繼電保護準確動作并消除單相電弧接地過電壓。中性點接地可以防止零序電壓偏移，保持三相電壓基本平衡，這對于低壓系統(tǒng)很有意義，可以方便使用單相電源。
?。?span lang="EN-US">3）安全保護接地：安全保護接地就是將電氣設備不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接。即將大樓內的用電設備以及設備附近的一些金屬構件，用PE線連接起來，但嚴禁將PE線與N線連接。在智能化樓宇內，要求安全保護接地的設備非常多，有強電設備、弱電設備以及一些非帶電導電設備與構件，均必須采取安全保護接地措施。當沒有做安全保護接地的電氣設備的絕緣損壞時，其外殼可能帶電。如果人體觸及此電氣設備的外殼就可能被電擊傷或造成生命危險。在中性點直接接地的電力系統(tǒng)中，接地短路電流經人身，大地流回中性點；在中性點非直接接地的電力系統(tǒng)中，接地電流經人體流入大地，并經線路對地電容構成通路，這兩種情況都能造成人身觸電。
（4）直流接地：在一幢智能化樓宇內，包含有大量的計算機、通訊設備和帶有電腦的大樓自動化設備。這些電子設備在進行輸入信息，傳輸信息，轉換能量，放大信號，邏輯動作，輸出信息等一系列過程中都是通過微電位或微電流快速進行，且設備之間常要通過互聯(lián)網絡進行工作。因此為了使其準確性高，穩(wěn)定性好，除了需有一個穩(wěn)定的供電電源外，還必須具備一個穩(wěn)定的基準電位?？刹捎幂^大截面的絕緣銅芯線作為引線，一端直接與基準電位連接，另一端供電子設備直流接地。該引線不宜與PE線連接，嚴禁與N線連接。
?。?span lang="EN-US">5）屏蔽接地與防靜電接地：在智能化樓宇內，電磁兼容設計是非常重要的，為了避免所用設備的機能障礙，避免可能會出現(xiàn)的設備損壞，構成布線系統(tǒng)的設備應當能夠防止內部自身傳導和外來干擾。這些干擾的產生或者是因為導線之間的耦合現(xiàn)象，或者是因為電容效應或電感效應。其主要來源是超高電壓，大功率幅射電磁場，自然雷擊和靜電放電。這些現(xiàn)象會對設計用來發(fā)送或接收很高傳輸頻率的設備產生很大的干擾。因此對這些設備及其布線必須采取保護措施，免受來自各種方面的干擾。屏蔽及其正確接地是防止電磁干擾的最佳保護方法?？蓪⒃O備外殼與PE線連接；導線的屏蔽接地要求屏蔽管路兩端與PE線可靠連接；室內屏蔽也應多點與PE線可靠連接。防靜電接地要求在潔凈干燥環(huán)境中，所有設備外殼及室內（包括地坪）設施必須均與PE線多點可靠連接。
