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智能楼宇的电气接地

2012.08

摘要:本文通过对几种低压配电接地型式的比较、,提出适合作为智能楼宇的低压配电系统的接地型式,介绍建筑物的共用接地装置和等电位连接的措施及设计。

关键词:共用接地 IT TT TN 等电位连接 设计方法

  在建筑物供配电设计中,接地设计占有重要的地位,因为它关系到配电系统的可靠性,安全性。20世纪90年代国家对电工的技术规范、标准作了大量修订,基本上全部等效或等同IEC标准,例如《系统接地的型式及安全技术要求》GB14050-93、《漏电保护器安装和运行》GB13955-92、《低压配电设计规范》GB50054-95,三部国家标准明确提出低压配电系统的接地型式有IT系统、TT系统、TN系统(TN-S系统;TN-C系统;TN-C-S系统)三种。

  不管哪类建筑物,在供配电设计中总包含有接地系统设计。进入90年代后,大量的智能化楼宇的出现对接地系统设计提出了许多新的要求。在常用的几种接地型式中,哪一种能够适合智能化楼宇?智能化系统的弱电设备及线路的接地要求如何与强电设备及线路的接地统筹考虑?笔者将提出自己的看法。

1. IT系统

  I 表示电源端不接地,或经过高阻抗接地。T表示负载侧电气设备外露可导电部分直接接地。IT系统最大的优点是当发生单相接地故障时,故障电流很小,可以不切断故障线路。为保证人身安全,它要求发生接地故障时发出信号,设备的接触电压不大于50V,其动作电流应符合下式要求:

            RA·Id≤50V

    式中:RA—外露可导电部分的接触电阻(Ω)

    Id—相线和外露可导电部分间第一次短路故障电流(A)

  为达到此要求,应减少配电系统的对地电容,例如限制设备线路总长度。IT系统的缺点是不宜配出中性线N,并必须补充一些安全措施,不宜用于拥有大量单相设备的智能化大楼的低压配电系统。但智能化系统重要的主机房设备和各层终端设备设置防雷击、防干扰隔离变压器后可采用IT系统供电。

2. TT系统

  第一个符号T表示电源端有一点直接接地;第二个符号 T表示电气装置外露可导电部分直接接地,此接地点在电气上独立于电源端的接地点。

2.1 TT系统的特点是中性线N与保护接地线PE无电气连接,即中性点接地与PE线接地是分开的。该系统在正常运行时,当三相负荷不平衡时,在中性线N带电情况下,PE线不会带电。

2.2 当电气设备的金属外壳带电(相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电)时,接地故障保护的动作特性应符合下式要求:

                 RA·Ia≤50V

    式中:RA—外露可导电部分的接地电阻和PE线电阻(Ω)

    Ia—保证保护电器切断故障回路的动作电流(A)

  由于接地故障电流的大小受电源端的接地电阻和设备外壳的接地电阻之和的限制,一般情况下其电流较小,不能启动低压断路器跳闸或熔断器熔断,将造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压,故应采用漏电保护器保护。

2.3 TT接地型式的适用范围

  适用于以低压供电远离变电所的建筑物,对接地要求高的精密设备以及要防火防爆的场所。

3. TN-C系统

  TN-C系统是用中性线(N)兼作接地保护线(PE),称作保护中性线,通称PEN线。

3.1 TN系统的接地故障保护的动作特性应符合下式要求:

                ZS·Ia≤U0

    式中:ZS—接地故障回路阻抗(Ω)

    Ia—保证保护电器在规定的时间内自动切断故障回路的电流(A)

    U O—相线对地标称电压(V)

  ZS包括变压器阻抗和自变压器至接地故障处相线与PE(PEN)线的阻抗。因TN系统的接地故障电流大,使故障线路的保护装置迅速动作,切断故障回路电源达到保护目的。

3.2 由于三相负载不平衡,PEN线上有不平衡电流,对地有电压,所以与PEN线所连接的电气设备金属外壳有一定的电压。

3.3 如果PEN断线,则设备外壳带电。

3.4 如果电源的相线碰地,则设备的外壳电位升高,使PEN线上的危险电位蔓延。

3.5 TN-C 系统干线上不能使用漏电保护器。

3.6 TN-C系统虽对接地故障灵敏度高,线路简单,但在智能化大楼内,有大量的照明、机、消防等设备,其中单相负荷所占比重较大,难以实现三相负荷平衡,PEN线的不平衡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,在非故障情况下,会在中PEN线上叠加,使PEN线电压波动,不但会使设备外壳(与PEN线连接)带电,对人身造成不安全,而且也无法取到一个合适的电位基准点,精密电子设备无法准确可靠运行。因此TN-C接地系统不能作为智能化建筑的接地系统。

4. TN-C-S系统

  TN-C-S系统由两个部分组成,第一部分是TN-C系统,第二部分是TN-S系统,分界面在PEN线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物的配电由公共变电所引来的场所,进户之前为TN-C系统,在进户配电箱处做PEN线的重复接地,配电箱馈出线将N线与PE线分开至设备,并不再有电气连接。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时,同时只要我们采取等电位连接,使电子设备共同获得一个等电位基准点,那么TN-C-S系统可以作为智能型建筑物低压配电系统的一种接地型

5. TN-S系统

  TN-S系统是把中性线 N 和保护接地线 PE严格分开的低压配电系统。通常建筑物内设有独立变配电所时采用该系统。

5.1 TN-S系统的接地故障保护特性见3.1。

5.2 中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点处共同接地外,两线不再有任何的电气连接。系统正常运行时,PE线上没有电流,只是N线上有不平衡电流。

5.3PE 线不许断线,对地没有电压,所以电气设备金属外壳是接在PE 线上安全可靠。

5.4 TN-S 系统的适用范围

  TN-S系统安全可靠,适用于与民用建筑等低压配电系统。智能化楼宇除机等主要设备有特殊的要求时,一般都采用这种接地系统。

6.智能化楼宇的电气接地措施。

6.1 防雷接地

  为把雷电流迅速导入大地,以防止雷害为目的的接地叫作防雷接地。智能化楼宇内有建筑电气设备和大量的电子设备与布线系统,如通信自动化系统、办公自动化系统、火灾报警及消防联动控制系统、楼宇自动化系统、安全防范系统、综合布线系统、闭路电视系统、车库管理系统等。从已建成的大楼看,大楼的各层顶板,底板,侧墙,吊顶内几乎被各种布线布满。其中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、反击雷、雷电感应及雷电波侵入都会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此对智能化楼宇的防雷接地设计必须符合《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)的有关规定。

6.2 工作接地

  将变压器中性点直接与大地作金属连接,称为工作接地。
  接地的中性线(N线)必须用铜芯绝缘线,不能与其它接地线混接,也不能与PE线连接。

6.3 安全保护接地

  安全保护接地就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。即将大楼内的电气设备以及设备附近的金属构件、金属管等用PE线连接起来,但严禁将PE线与N线连接。这些措施不仅是保障智能建筑电气系统安全、有效运行的措施,也是保障非智能建筑内设备及人身安全的必要手段。

6.4 屏蔽接地与防静电接地

  电磁屏蔽及其正确接地是电子设备防止电磁干扰的最佳保护。可将设备外壳与PE线连接;穿导线或电缆的金属管、电缆的金属外皮和屏蔽层的一端或两端与PE线可靠连接;重要电子设备室的墙、顶板、地板的钢筋网及金属门窗也应多点与PE线可靠连接。  防静电干扰也很重要。防静电接地要求在洁静干燥环境中,所有设备外壳、金属管及室内(包括地坪)设施必须均与PE线多点可靠连接。

6.5 共用接地系统

  智能化楼宇的建筑物防雷接地、电气设备(含电子设备)的接地、屏蔽接地及防静电接地应采用一个总的共用接地装置。共用接地装置优先采用大楼的钢筋混凝土内的钢筋、金属物件及管道等接地体。其接地电阻应≤1Ω。若达不到要求,可增加人工接地体或采用化学降阻法,使接地电阻≤1Ω。

6.6等电位连接

  等电位连接是防止人身遭受电击、发生电气火灾及电子设备抗电磁干扰的主要措施。将建筑物的各种设备金属外壳、金属管、电缆支架、金属线槽、电缆金属外皮、建筑物的钢筋网等金属体,就近与共用接地装置可靠连接。

6.6.1强、弱电系统分别设置各自的等电位接地端子板,分别通过接地干线或接地母排与共用接地装置连接。

6.6.2各电气设备应采用单独的PE线与等电位端子板连接,不得将几个设备用接地线串联接地。

6.6.3等电位接地端子板与接地干线或共用接地装置的连接点,至少应有两点,并在不同位置。

6.6.4各等电位接地端子板应设置在便于安装和检查以及接近各种引入线的位置,避免装设在潮湿或有腐蚀性气体及易受机械损伤的地方。等电位接地端子板的连接点应具有牢固的机械强度和良好的电气连续性。

6.6.5 从建筑物外引入建筑物内的各种金属管、金属线槽、电缆金属外皮等,应在引入处与共用接地装置进行等电位连接,或与强电系统等电位接地端子板连接。

7.结束语

  综上所述,智能化系统设备的供配电和接地应做到安全可靠、合理。智能化楼宇接地设计应首先采用TN-S系统,为了保证人身和设备安全及系统的正常运行,应设置电气、电子设备的防雷接地、工作接地、安全保护接地、屏蔽接地与防静电接地,各种接地应采用共用接地装置和等电位连接。

 

 

 
 
 
 
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