電氣自動化在智能建筑中的應用

曾益保

[摘 要]隨著我國國民經濟的迅猛發展,高檔智能化建筑已成為當今建筑的主流。文章就電氣自動化在智能建筑中的應用談一下自己的觀點。

一、TN-S系統

TN-S系統是把中性線N和保護接地線PE嚴格分開的低壓配電系統,是一個三相四線加PE線的接地系統。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。系統正常運行時,中性線N帶電,而PE線不帶電。該接地系統具備安全可靠的基準電位,PE線不允許斷線,對地沒有電壓,故設備金屬外殼接在PE線上安全、可靠。因此,TN-S系統可作為智能建筑的電氣接線系統。在智能建筑里,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;會增加電擊事故的范圍;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。

二、TN-C-S系統

TN-C-S系統由兩個接地系統組成,第一部分是TN-C系統,第二部分是TN-S系統,分界面在N線與PE線的連接點。該系統一般用在建筑物的供電由區域變電所引來的場所,進戶之前采用TN-C系統,進戶處做重復接地,進戶后變成TN-S系統。TN-S接地系統明顯提高了人及物的安全性。同時只要我們采取接地引線,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,因此TN-C-S系統可以作為智能型建筑物的一種接地系統。

三、交流工作接地

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,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,這對于低壓系統很有意義,可以方便使用單相電源。

四、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。

在現代建筑內,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,其外殼有可能帶電。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。我們知道:在一個并聯電路中,通過每條支路的電流值與電阻的大小成反比,即,接地電阻越小,流經人體的電流越小,通常人體電阻要比接地電阻大數百倍,經過人體的電流也比流過接地體的電流小數百倍。當接地電阻極小時,流過人體的電流幾乎等于零。實際上,由于接地電阻很小,接地短路電流流過時所產生的壓降很小,所以設備外殼對大地的電壓是不高的。人站在大地上去碰觸設備的外殼時,人體所承受的電壓很低,不會有危險。加裝保護接地裝置并且降低它的接地電阻,不僅是保障智能建筑電氣系統安全,有效運行的有效措施,也是保障非智能建筑內設備及人身安全的必要手段。

五、屏蔽接地與防靜電接地

在現代建筑中,屏蔽及其正確接地是防止電磁干擾的最佳保護方法。可將設備外殼與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。防靜電干擾也很重要。在潔凈、干燥的房間內,人的走步、移動設備,各自磨擦均會產生大量靜電。例如在相對濕度10～20%的環境中人的走步可以積聚3.5萬伏的靜電電壓,如果沒有良好的接地,不僅僅會產生對電子設備的干擾,甚至會將設備芯片擊壞。將帶靜電物體或有可能產生靜電的物體(非絕緣體)通過導靜電體與大地構成電氣回路的接地叫防靜電接地。防靜電接地要求在潔靜干燥環境中,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。智能建筑的接地裝置的接地電阻越小越好,獨立的防雷保護接地電阻應≤10Ω;獨立的安全保護接地電阻應≤4Ω;獨立的交流工作接地電阻應≤4Ω;獨立的直流工作接地電阻應≤4Ω;防靜電接地電阻一般要求≤100Ω。

六、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。在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、邏輯動作及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網絡進行工作。因此為了使其準確性高,穩定性好,除了需有一個穩定的供電電源外,還必須具備一個穩定的基準電位。可采用較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。

七、防雷接地

智能化樓宇內有大量的電子設備與布線系統,如通信自動化系統、火災報警及消防聯動控制系統、樓宇自動化系統、保安監控系統、辦公自動化系統、閉路電視系統以及他們相應的布線系統。這些電子設備及布線系統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,智能化樓宇的所有功能接地,必須以防雷接地系統為基礎,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連接,外墻面所有金屬構件也應與防雷系統連接,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。

八、結束語

電氣自動化在智能建筑的應用在我國還是一個新興的技術領域,隨著更多智能建筑的出現,將有更加先進的技術補充到這一領域中,使這一技術更加成熟、完善。

參考文獻

[1]朱甫泉。論電氣技術與智能建筑[J]建筑電氣,2005.4

[2]劉勝榮,史美芳,姜圣天。防雷技術在智能建筑中的應用[J]智能建筑電氣技術,2008.3