智能建筑電氣保護與接地

摘要：本文通過對幾種常用接地系統進行分析，篩選出哪些接地系統適合智能建筑，并對其所應采取的各類接地措施作了說明與分析，對智能建筑應采取的電氣保護與接地方法提出了適當的建議。

關鍵詞：智能建筑 接地 保護 系統

電氣工程是建筑項目的重要組成部分，對于建筑內部用戶有著很大的影響。為了保證建筑內部使用性能的正常發揮，在建筑安裝過程中要維持良好的結構設施，這樣才能營造出安全、準確、高效的建筑環境。而這些功能主要由建筑中的各電氣系統來實現，為了保證各系統安全可靠地運行，電氣工程中的接地與保護系統顯得尤其重要。下面就智能建筑所需要選用的接地系統和應采取的各種接地措施進行一下分析。

1 低壓配電系統的分類

在我國的《民用電氣設計規范》（JGJ/Ｔ16-92）中將低壓配電系統分為三種，即TN、TT、IT三種形式。TN系統：電源變壓器中性點接地，設備外露部分與中性線相連；根據電氣設備外露導電部分與系統連接的不同方式又可分三類：即TN-C系統、TN-S系統、TN-C-S系統；TT系統：電源變壓器中性點接地，電氣設備外殼沒有專用保護接地線（PE）；IT系統：電源變壓器中性點不接地（或通過高阻抗接地），而電氣設備外殼沒有專用保護接地線（PE）。對常用的這幾種接地方式，哪一種能夠適合智能化樓宇呢？下面進行一下分析。

1.1 TN系統

1.1.1 TN-C系統。TN-C系統中整個系統的中性線N與保護線PE合二為一（稱為PEN線），也稱為三相四線系統。該接地系統的特點是對接地故障靈敏度高，線路連接上較為簡單、經濟，但這類接地系統常常會出現不同的故障問題，被廣泛運用在三相負荷較平衡的場所。在智能化建筑內，三相負荷難以實現平衡，這主要是由于單相負荷所占比例大，在非故障情況下不平衡電流和高次諧波電流會在中性線上疊加，使其電壓波動、電流不穩定。不但會造成設備外殼帶電，無法確保人身安全，而且也會使精密電子設備不能準確可靠運行。因此該接地系統不能作為智能化建筑的接地系統。

1.1.2 TN－S系統。TN－S是整個系統的中性線與保護線分開的TN系統。其專用PE線在正常工作時沒有電流通過，只有當設備絕緣損壞時，才有故障電流通過。正常情況下的既使有三相不平衡電流疊加，PE線也不會產生對地電壓；另外因為N線與PE線是分開的，即使N線斷了，電氣設備的金屬外殼對地也不會產生電壓。

由此可見該接地系統具備很高的安全可靠性，只要正確選擇接地引線方式、接地電阻值就可以使電子設備共同獲得一個等電位基準點，如果智能建筑的各系統沒有特殊的要求，可以選擇TN－S系統接地系統。

1.1.3 TN－C－S系統。TN－C－S系統是有一部分線路的中性線與保護線合一的TN系統。TN-C-S供電系統是在TN-C系統上臨時變通的作法。當三相電力變壓器工作接地情況良好、三相負載比較平衡時，TN-C-S系統在施工用電實踐中效果還是可行的。但是，在三相負載不平衡、建筑施工工地有專用的電力變壓器時，必須采用TN-S方式供電系統。這類系統里的中性線N常會帶電，保護接地線PE不會出現帶電的影響。當整個接地系統在正常運行過程中，其通常會出現各種結構變化，但系統內部基本上都不帶電。因而，TN-S接地系統能夠達到提升建筑物及人自身的安全性能。此外，若需要運用接地引線，對各個部分的接地都必須要進行有效的調整，保證接地電阻值使電子設備處于正常的運行狀態，由此可見TN-C-S系統也可應用于智能建筑物的接地系統。

1.2 TT系統

TT系統是中性點直接接地，電氣裝置的外露可接近導體通過保護接地線接至與電力系統接地點無關的接地極的低壓配電系統。在采用此系統保護時，當一個設備發生漏電故障，設備金屬外殼所帶的故障電壓較大，而電流較小，不利于保護開關的動作，對人和設備有危害。由此可見其安全系數較低，很少被智能建筑采用。

1.3 IT系統

IT系統是電源端的中性點不接地或有一點通過阻抗接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地的配電系統。該系統的特點是當其中一相接地時，不會使設備外殼帶有較大的電流，其系統可以照常運行；又因為系統內所有設備的外露可導電部分都是各自經保護接地線分別直接接地，各設備間的接地無直接聯系，因此也適用于對計算機系統和精密儀表裝置等的供電。但又因其不能配出中性線N，不適用于擁有大量單相設備的智能化大樓。

2 智能建筑電氣的保護與接地

在智能化樓宇內，要求保護接地的地方非常多，包括配電裝置設備、精密儀表儀器、空調機組設備等，以及一些正常情況下不帶電的導電構件，均必須采用有效的保護措施。除了要正確選擇接地系統外，還要對上述設備、導電構件采取不同的接地方式，如防雷接地、保護接地、工作接地、防靜電接地、屏蔽接地、信號接地等。

2.1 防雷接地

為了防止雷電過電壓對人身或設備產生危害，把雷電流迅速導入大地，以防止雷害而設置的過電壓保護設備的接地。如避雷針、避雷器等。雷電入侵建筑有直擊雷和感應雷兩種方式。直擊雷對智能建筑內的電子設備的影響很小，通常不必采取防護直擊雷的措施，而感應雷則是由雷閃電流產生的強大電磁場變化與導體感應出的過電壓、過電流形成雷擊，為保護電氣設備及人身安全則必須采取措施。

2.2 保護接地

所謂保護接地就是將正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬部分（即與帶電部分相絕緣的金屬結構部分）用導線與接地體可靠連接起來的一種保護接線方式。

在智能建筑內，要求保護接地的設備很多，如變壓器、電機、電器、照明器具的外殼與底座，配電裝置的金屬框架，電力設備傳動裝置，電力配線鋼管，交、直流電力電纜的金屬外皮等。在電源中性點不接地的系統中，如果電氣設備金屬外殼不接地，當設備帶電部分某處絕緣損壞碰殼時，外殼就帶電，其電位與設備帶電部分的電位相同。由于線路與大地之間存在電容，或者線路某處絕緣不好，當人體觸及帶電的設備外殼時，接地電流將全部流經人體，顯然這是十分危險的。采取保護接地后，接地電流將同時沿著接地體與人體兩條途徑流過。因為人體電阻比保護接地電阻大得多，所以流過人體的電流就很小，絕大部分電流從接地體流過，從而可以避免或減輕觸電的傷害。

由此可知，保護接地是通過限制帶電外殼對地電壓(控制接地電阻的大小)或減小通過人體的電流來達到保障人身安全的目的。保護接地電阻過大，漏電設備外殼對地電壓就較高，觸電危險性相應增加。保護接地電阻過小，又要增加鋼材的消耗和工程費用，因此，其阻值必須全面考慮。在電源中性點不接地或經阻抗接地的低壓系統中，保護接地電阻不宜超過4Ω。當配電變壓器的容量不超過100kVA時，由于系統布線較短，保護接地電阻可放寬到10Ω。土壤電阻率高的地區(沙土、多石土壤)，保護接地電阻可允許不大于30Ω；在電源中性點直接接地低壓系統中，保護接地電阻必須計算確定。

2.3 工作接地

為了滿足電力系統或電氣設備的運行要求，而將電力系統的某一點進行接地。如電力系統的中性點接地、各種電路的工作地等。

2.4 防靜電接地

靜電主要是因為摩擦等造成的積蓄電荷，為了消除靜電對人身和設備產生危害而進行的接地，如將某些液體或氣體的金屬輸送管道或車輛的接地和計算機機房接地等。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。做好靜電接地的相關處理能夠避免電力設備出現受損狀況，防止整體設備芯片擊壞。防靜電接地需要對設備運行環境加以處理，這些都是建筑標準的需要。

2.5 屏蔽接地

為防止電磁感應而對視、音頻線的屏蔽金屬外皮、電子設備的金屬外殼、屏蔽罩、建筑物的金屬屏蔽網（如測靈敏度、選擇性等指標的屏蔽室）進行接地的一種防護措施。在所有接地中，屏蔽地最復雜，有種說不清，道不明的感覺。因為屏蔽本身既可防外界干擾，又可能通過它對外界構成干擾，而在設備內各元器件之間也須防電磁干擾。屏蔽不良、接地不當會引起干擾，這些干擾主要有：交流干擾，這主要由交流電源引起；高頻干擾，這類干擾來自各類無線發射臺的變頻或超變頻信號，它們竄入電子設備后在機內得到非正常解調而形成聲頻干擾。屏蔽及其正確接地是防止這兩類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。

2.6 信號地

各種電子電路，都有一個基準電位點，這個基準電位點就是信號地。它的作用是保證電路有一個統一的基準電位，不至于浮動而引起信號誤差。信號地的連接是：同一設備的信號輸入端地與信號輸出端地不能聯在一起，而應分開；前級（設備）的輸出地只有與后級（設備）的輸入地相連。否則，信號可能通過地線形成反饋，引起信號的浮動。這在設備的測試中，信號地的連接尤其要引起注意。不然就會造成測試結果的不準確。