智能建筑的电气保护接地应用研究

刘建林

（湖南机电职业技术学院，长沙 410151）

0 引言

随着我国经济的高速发展。上个世纪90年代后期，智能化建筑在我国大量出现，并且逐步从大城市蔓延到中小城市。在建筑中接地系统设计占有重要的地位，因为它关系到供电系统的可靠性、安全性。由于电气接地保护系统的种类不同，所以我们在本文里做了认真的分析，最后得出一种合适的电气保护系统，并采取相应的电气保护措施。

1 几种接地系统的类型和分析

1.1 TN－C系统

图1 TN－C系统示意图

TN－C系统属于三相四线系统，该系统中性线N与保护接地PE合二为一，通称为PEN线。该系统对接地故障灵敏度高，且线路经济简单，但是只适合用于三相负荷较平衡的场所。在智能建筑内，由于单相负荷所占比重较大，实现三相负荷平衡较难，PEN线的不平衡电流加上线路中存在的由于荧光灯、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，会在中性线N上叠加，使中性线N电压波动，由于电流极不稳定，造成中性点接地电位不稳定漂移。会使设备外壳（与PEN线连接）带电，对人身安全构成威胁，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接地系统不适合做智能建筑的接地系统。

1.2 TN－C－S系统

TN－C－S系统由两部分组成，一是TNC系统，二是TN－S系统，分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物的供电由区域变电所引来的场所，进户之前采用TN－C系统，进户处做重复接地，进户后变成TN－S系统。TN－S系统在中性线N与保护接地线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，保护接地线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。TN－S接地系统明显提高了安全性，如果采取接地引线，从接地体一点引出，并且选择正确的接地电阻值，使电子设备共同获得一个等电位基准点等措施，那么TN－C－S系统可以作为智能建筑的一种接地系统。如图2所示：

图2 TN－C－S系统示意图

1.3 TN－S系统

TN－S属于三相四线加PE线的接地系统。当建筑内设有独立变配电所时，通常进线采用该系统。该系统的特点是中性线N与保护接地线PE，除了在变压器中性点共同接地外，两线不再有电气连接。中性线N带电，PE线不带电。该系统完全具备安全性和可靠性。如果对于计算机等电子设备没有特殊的要求时，一般智能建筑都采用这种接地系统。如图3所示：

图3 TN－S系统示意图

1.4 TT系统

TT系统一般被称为三相四线接地系统。常用于来自公共电网的建筑供电。TT系统的特点中性点接地与PE线接地是分开的。系统在正常运行时，不管三相负荷平衡与否，在中性线N带电情况下，PE线不会带电。只有单相接地故障时，由于保护接地灵敏度低，故障不能及时切断，设备外壳才可能带电。TT系统类似于TN－S系统，同样能取得合格的基准接地电位。随着大容量的漏电保护器的出现，该系统在智能建筑中的使用也更为广泛。但是因为公共电网的电源质量不高，不能满足智能化设备的要求，TT系统因此很少被智能建筑采用。

1.5 IT系统

IT系统被称为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），无相电压（220V），保护接地线PE独立接地。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。不适用于拥有大量单相设备的智能建筑。

智能建筑要求保护接地的设备很多，强、弱电设备以及不带电的导电设备与构件，都须采用有效地保护接地。采用TN－C系统，将TN－C系统中的N线同时用做接地线；在TN－S系统中将N线与PE线接在一起，再连接到底板；不设置电子设备的直流接地引线，将直流接地直接接到PE线上；干脆把N线、PE线、直流接地线混接在一起。这些做法都不符合接地要求。智能化建筑内，单相用电设备多，单相负荷比重大，三相负荷一般都不平衡，因此在中性线N中带有随机电流。此外，由于大量采用荧光灯照明，所产生的三次谐波叠加在N线上，会加大了N线上的电流量，如果将N线接到设备外壳上，会造成电击或火灾；如果在TN－S系统中将N线与PE线连在一起再接到设备外壳上，那么危险更大，凡是接到PE线上的设备，外壳均带电，会扩大电击；若将N线、PE线、直流接地线均接在一起，除了会发生以上危险外，电子设备会受到干扰导致无法工作。所以智能建筑内应设置电子设备的直流接地、交流工作接地、安全保护接地，及防雷保护接地。由于建筑内大多设有具有防静电要求的程控交换机房、计算机房、消防及火灾报警监控室，和大量易受电磁波干扰的精密电子仪器设备，还要考虑到防静电接地以及屏蔽接地的要求。

2 智能建筑电气保护接地的措施

2.1 防雷接地

防雷接地作用是雷电流迅速导入大地，以防止雷害。智能建筑内有大量的电子设备与布线系统，这些电子设备及布线系统通常都属于耐压等级低，防干扰要求高，最怕受到雷击的部分。无论是直击、串击、反击都容易使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。所以对智能建筑的防雷接地设计必须要严密、可靠。所有功能接地，必须要以防雷接地系统为基础，建立严密、完整的防雷结构。

智能建筑基本上属于一级负荷，要按一级防雷建筑物的保护措施设计。接闪器采用针带组合接闪器；避雷带采用φ10镀锌圆钢在屋顶组成≤10m×10m的网格，该网格与屋面金属构件作电气连接，与大楼柱头钢筋作电气连接，引下线利用柱头中钢筋、圈梁钢筋、楼层钢筋与防雷系统连接；外墙面所有金属构件也应与防

雷系统连接，柱头钢筋与接地体连接，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损坏楼内设备，而且还能防止外来的电磁干扰。如果防雷装置与电气设备的工作接地合用一个总的接地网时，接地电阻应符合其最小值要求。

2.2 交流工作接地

将电力系统中的某一点，直接或经特殊设备与大地作金属连接，被称为工作接地。工作接地主要是变压器中性点或中性线（N线）接地。N线必须用铜芯绝缘线，在配电中存在辅助等电位接线端子，等电位接线端子在箱柜内。该接线端子绝对不能外露；绝对不能与其它接地系统相混接；绝对不能与PE线连接。在高压系统里，采用中性点接地方式可使继电保护准确动作，同时消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衡，方便使用单相电源。

2.3 安全保护接地

安全保护接地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相连接。将用电设备以及设备附近的一些金属构件，用PE线连接起来，但是严禁将PE线与N线连接。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，都能造成人身触电。如果装有接地装置的电气设备的绝缘损坏使外壳带电时，接地短路电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过。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反比，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。当接地电阻极小时，流过人体的电流几乎等于零。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，人体所承受的电压很低，不会有危险。加装保护接地装置并且降低它的接地电阻，不仅是智能建筑电气系统安全、有效运行的有效保障措施，也是设备及人身安全的必要保障手段。

2.4 直流工作接地

在智能建筑内，包含有大量的计算机、通讯设备和带电脑的大楼自动化设备。这些电子设备在进行信息输入、信息传输、能量转换、信号放大、逻辑运算、信息输出等一系列过程中都是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。因此为了使其准确性高、稳定性好，除了需有一个稳定的供电电源外，还必须具备一个稳定的基准电位。一般可采用不小于10mm2的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，严禁与N线连接。

2.5 屏蔽接地与防静电接地

为了避免设备的机能障碍和设备损坏，构成布线系统的设备应能够防止内部自身传导和外来干扰。这些干扰的主要来源是超高电压，大功率幅射电磁场，自然雷击和静电放电。对高传输频率设备产生很大的干扰。所以必须对这些设备及其布线采取保护措施，使其免受来自各方的干扰。屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳方法。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线可靠连接；室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接。防静电接地是将带静电物体或有可能产生静电的物体通过导静电体与大地构成电气回路的接地。在洁净、干燥的房间内，很容易会产生大量静电。如在相对湿度10%～20%的环境中人的走步可以积聚35kV的静电电压，没有良好的接地，不仅会产生对电子设备的干扰，还会击坏设备芯片。

对以上各种电气保护接地，其接地装置的接地电阻越小越好，独立的防雷保护接地电阻应≤10Ω；独立的安全保护接地电阻应≤4Ω；独立的交流工作接地电阻应≤4Ω；独立的直流工作接地电阻应≤4Ω；防静电接地电阻一般要求≤ 100Ω。

3 结论

在智能建筑供配电设计中，接地系统占有重要的地位，由于3A智能化建筑的发展前景广阔，所以在智能建筑中宜选用TN-S系统，即集防雷接地、交直流工作接地、电气设备安全保护接地、屏蔽接地与防静电接地于一体的统一接地系统。（在有些工程中，有时也会采用TN-C-S系统）才能保证供电系统的可靠性。发挥智能建筑的作用。参考文献：

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