浅析智能建筑信息技术设备的电气安全

郭鹏 邹永和

（中国石油集团工程技术研究院，天津 300451）

智能建筑是信息时代的产物，建筑物智能化程度随科学技术的发展在逐步提高。世界第一幢智能大厦于1984年在美国哈特福德（Hartford）市建成，中国的智能建筑于上世纪90年代起步，但迅猛的发展势头令世人瞩目。智能建筑之所以智能，是由于它将建筑物内不同功能的智能化子系统，如通讯自动化系统、大楼设备自动化系统、办公自动化系统以及电梯控制系统、保安监控系统、消防及火灾自动报警系统、卫星电视等系统在物理上、逻辑上和功能上连接在一起，以实现信息综合、资源共享、远程监控。这些子系统包含了大量的ITE，智能建筑配电设计的重要任务之一是为各种ITE提供合理的接地和等电位联结系统、良好的电能质量及电磁兼容环境，确保通信设备、服务器、储存器、计算机等ITE安全、可靠地工作。

1 智能建筑接地系统的确定

在TN-C接地系统中，N线和保护地线（PE线）合二为一称PEN线，TN-C系统运行时的三相不平衡电流（50Hz）和谐波电流（150 Hz或以上）在PEN线上产生电压降，导致PEN线上各点的电位是不同的，使得系统内敏感的ITE地电位的不均等而不能正常工作，故在智能建筑中不能采用TN-C接地系统。TN-S接地系统的N线和PE线完全分开，TNC-S接地系统的N线和PE线在电源入户重复接地后也完全分开，TN-S与TN-C-S接地系统正常工况状态下与连接设备外壳和大地的PE线无电流通过，因此在设有变电所的智能建筑中的配电系统宜采用TN-S接地系统；在没有变电所的智能建筑中的配电系统宜采用TN-C-S接地系统（N线和PE线在电源入户重复接地后完全分开）。

2 智能建筑的几种接地措施

建筑的接地措施有很多种，例如工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地等。针对智能建筑中的ITE有两个接地：一个是为保证人身安全，其金属外壳需接PE线作保护接地；另一个是信息技术系统的高频信号接地，它要求高频条件下的接地阻抗小，以获得ITE间均衡稳定的参考电位。由于与大地连接的接地系统的高频阻抗太大，故信号接地应取自等电位联结系统，在等电位联结系统中可方便地采取一些措施减少联结线的高频阻抗，并利用众多联结部分的并联通路，进一步降低高频阻抗，从而最大限度的实现了ITE接地系统中地电位的均等。ITE的联结线应具有足够的截面积和表面积，前者可减少其电阻分量，后者可减少高频集肤效应，从而减少高频电抗分量。此外，联结线的走向应尽量短且直，以降低其电感；连接质量应保证良好，以降低接触电阻。以上措施从最大限度地实现了ITE接地系统中的地电位的均等，避免了打低阻接地网的麻烦。

3 智能建筑低压配电系统的保护

智能建筑通常是多电源系统，即系统中有变压器、发电机和UPS三种电源设备，各类电源的数目也不尽相同，情况十分复杂，如果处理不好各电源的接地及电源转换开关的极数，则极易产生杂散电流，产生一些不良后果，例如杂散电流的通路形成一个大包绕环，杂散电流在包绕环内产生的磁场讲可能对包绕环内的敏感ITE产生干扰。那么如何避免杂散电流的产生呢，由于每个智能建筑的具体情况不同，所以处理的方法也不能一概而论。首先，应确定此建筑的接地系统形式：例如IT系统没有中性线，故只能使用3极开关；其次，在TNS及TN-C-S接地系统的智能建筑中，我们应该就具体案例具体分析其中性线上有无传导返回电源的杂散电流的并联通路，是否同为电源端带电导体直接接地的接地系统等不同的条件而确定采用三极或四极开关。

智能建筑中往往使用大量的整流装置、变频器、日光灯、节能灯等非线性负载，智能建筑配电系统的中性线上除了三相不平衡电流外，还叠加了3次谐波和3倍频次谐波电流。如果配电系统允许总谐波电流失真THDi=5%的话，以容量为1600kVA，额定电流为In=2304 A的变压器为例，则在中性线上会出现约3× 2304×5%=354.6A的3次谐波电流，为避免中性线（简称N线）电流过载，要求选择N线截面至少应等于相线的截面。

此外，在智能建筑低压配电系统中的电气保护开关等设备的正确选用、相互配合的技术已经比较成熟，本文不做过多的讨论。

4 智能建筑ITE抗干扰的措施

智能建筑中使用的电气设备应满足一定的电磁兼容要求，每个电气设备都应尽量减少其工作时对其他电气设备的干扰，同时其本身也应具备一定的抗干扰能力，以使包括ITE在内的所有电气设备能够正常的运行。此外，在装有敏感ITE的环境内，还应考虑以下一些措施，以防止电压扰动产生的干扰：

4.1 ITE位置应远离场强大的电气设备。场强大的空间电磁场将直接干扰ITE的正常工作，如配电变压器、大功率电动机、大电流配电干线等。

4.2 ITE的布线应避免其电源线对信号线的干扰。电源线与信号线靠近时，应为信号线加屏蔽，并在两端接地；两者交叉时，应做直角交叉，以减少电磁场的感应。

4.3 ITE和干扰源设备应分开电源回路供电。有些电气设备在启动和通电时会引起电压扰动，这些电压扰动会通过电源线路的阻抗耦合干扰ITE的正常工作，应将这些干扰源设备与ITE分开电源线路供电，如果能分开配电变压器供电更为理想。

4.4 应限制单相末端回路信息技术设备的台数。由于ITE具有较大的对地电容泄漏电流，若单相末端回路ITE的台数过多，泄流过大，超过线路漏电保护器的动作电流时，将导致漏电保护器的误动作。

4.5 ITE的保护开关应有延迟功能。ITE电源回路应尽量避免瞬态故障引起的不必要的电源切断。

4.6 ITE的电源线和信号线应远离建筑物防雷装置引下线，否则应设置屏蔽保护。

4.7 ITE的信号线宜采用屏蔽电缆或穿钢管保护或采用双绞线。这些屏蔽保护或线形的结构可以消除或减小电磁干扰的影响，另外屏蔽层或钢管应做接地。

5 电能净化装置的应用

以上措施可以在一定程度上消除或减少电能质量问题对ITE的干扰，在很多情况下还需要使用电能质量净化设备来进一步提高电能质量，例如：

5.1 调压器：由于公用电网和电气装置本身负载的变化，电气设备处会发生持续的工频过电压或欠电压，这类电压扰动可采用调压器来消除。

5.2 滤波器：滤波器用以消除或减少电源线路中的谐波成分，使得信息技术设备和其他电气设备免受危害。

5.3 电涌抑制器：可以保护电气设备免受瞬态涌压的危害，也可减少瞬态涌压对ITE的干扰，其中包括电气装置内大功率电气设备投切时产生的瞬态涌压。

5.4 双绕组变压器：这种变比为1∶1的双绕组变压器可以在二次侧产生一个新的电源系统，从而将诸如过大的PE线电流、过大的共模电压等电能质量问题隔离。

5.5 UPS：即不间断电源，在我国有广泛的使用，它将交流电整流为直流给蓄电池储能，同时将直流逆变为交流电为ITE供电。由于电能的转换，电源侧的电压扰动被隔离。它还可以实现供电的不间断或短暂间断。

结语

智能建筑ITE的电气保护极为重要，本文从接地系统、配电系统、抗干扰、电源净化等方面讨论了智能建筑几种重要的电气保护措施，可以为智能建筑中ITE的安全可靠运行带来帮助。

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[5]百度百科-智能建筑[OL].