防雷与接地

第2章楼宇自动化2.7防雷与接地系统2.7.1雷电危害智能建筑内包含大量的电子设备与计算机系统。这些电子设备与计算机系统通常属于耐电压等级低、防干扰要求高的弱电设备，最怕受到雷击。普通建筑物的避雷装置把强大的雷电流通过引下线入地，而这一电流在附近空间产生了强大的电磁场变化，会在相邻的导线(包括电源线和信号线)上感应出雷电过电压，因此普通建筑物的防雷系统不但不能保护这些电子设备与计算机系统，而且可能会引入雷电。因此，智能建筑的防雷保护成为一个越来越重要的课题摆在我们面前。第2章楼宇自动化雷电波入侵智能建筑的形式有两种，一种是直击雷，另一种是感应雷。一般来说，直击雷击中智能楼宇内的电子设备的可能性很小，通常不必安装防护直击雷的设备。感应雷即是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压、过电流形成雷击。感应雷入侵电子设备及计算机系统主要有以下三条途径：第2章楼宇自动化(1)雷电的地电位反击电压通过接地体入侵。(2)由交流供电电源线路入侵。(3)由通信信号线路入侵。不管是通过哪种形式、哪种途径入侵，都会使电子设备及计算机系统受到不同程度的损坏或严重干扰。第2章楼宇自动化2.7.2几种常见的通用接地系统1．TN-C系统TN-C系统被称之为三相四线系统，属保护接零。该系统中性线N与保护接地PE合二为一，通称PEN线。这种接地系统虽然对接地故障灵敏度高，线路经济简单，但是它只适合用于三相负荷较平衡的场所。智能化大楼内，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，会在中性线N上叠加，第2章楼宇自动化使中性线N电压波动，且电流时大时小极不稳定，造成中性点接地电位不稳定漂移。这不但会使设备外壳(与PEN线连接)带电，对人身不安全，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且可靠地运行。因此，TN-C接地系统不能作为智能化建筑的接地系统。第2章楼宇自动化2．TN-C-S系统TN-C-S系统由两个接地系统组成。第一部分是TN-C系统，第二部分是TN-S系统，分界面在N线与PE线的连接点处。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-C系统前面已做过分析。TN-S系统的特点是：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。第2章楼宇自动化该系统中，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。因此，TN-S接地系统明显提高了人和物的安全性。同时，只要我们采取接地引线，各自都从接地体一点引出，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，那么TN-C-S系统就可以作为智能型建筑物的一种接地系统。第2章楼宇自动化3．TN-S系统TN-S是一个三相四线加PE线的接地系统。通常建筑物内设有独立变配电所时，进线采用该系统。TN-S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，两线不再有任何的电气连接。中性线N是带电的，而PE线不带电。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。只要像TN-C-S接地系统那样，采取同样的技术措施，TN-S系统也可以用作智能建筑物的接地系统。如果计算机等电子设备没有特殊的要求，一般都采用这种接地系统。第2章楼宇自动化4．TT系统通常称TT系统为三相四线系统，属保护接地。该系统常用于建筑物供电来自公共电网的地方。TT系统的特点是：中性线N与保护接地线PE无一点电气连接，即中性点接地与PE线接地是分开的。该系统在正常运行时，不管三相负荷是否平衡，在中性线N带电情况下，PE线不会带电。只有单相接地出现故障时，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。正常运行时的TT系统类似于TN-S系统，也能获得人和物的安全性和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，该系统也会越来越多地作为智能型建筑物的接地系统。从目前的情况来看，因为公共电网的电源质量不高，难以满足智能化设备的要求，所以TT系统很少被智能化大楼采用。第2章楼宇自动化5．IT系统IT系统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各自独立接地。该系统的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；其缺点是不能配出中性线N。因此，它不适用于拥有大量单相设备的智能化大楼。第2章楼宇自动化2.7.3智能建筑常见的错误接地方式智能建筑常见的错误接地方式有以下四种：(1)采用TN-C系统，将TN-C系统中的N线同时用做接地线；(2)在TN-S系统中将N线与PE线接在一起，再连接到底板上去；(3)不设置电子设备的直流接地引线，而将直流接地直接接到PE线上；(4)把N线、PE线、直流接地线混接在一起。第2章楼宇自动化以上这些做法都是错误的，都不符合接地要求。前面已经分析过，在智能化大楼内，单相用电设备较多，单相负荷比重较大，三相负荷通常是不平衡的，因此，在中性线N中带有随机电流。另外，楼内大量采用荧光灯照明，其所产生的三次谐波叠加在N线上，加大了N线上的电流量，如果将N线接到设备外壳上，会造成电击或火灾事故；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，会扩大电击事故的范围；如果将N线、PE线、直流接地线均接在一起，则除了会发生上述的危险以外，电子设备还将会受到干扰而无法正常工作。第2章楼宇自动化2.7.4智能建筑应考虑的接地方式智能建筑应设置电子设备的直流接地、交流工作接地、安全保护接地，以及普通建筑也应具备的防雷保护接地。此外，因为智能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，火灾报警监控室以及大量易受电磁波干扰的精密电子仪器设备，所以在智能化楼宇的设计和施工中，还应考虑防静电接地和屏蔽接地的要求。下面简述智能化楼宇应采取的各种接地措施。第2章楼宇自动化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称为防雷接地。智能化楼宇内有大量的电子设备与布线系统。如通信自动化系统、火灾报警及消防联动控制系统、楼宇自动化系统、保安监控系统、办公自动化系统、闭路电视系统以及它们之间相应的布线系统等。从已建成的大楼看，大楼的各层顶板、底板、侧墙、吊顶内几乎被各种线布满。这些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、串击或反击都会使电子设备受到不同程度的损坏和严重干扰。因此，对智能化楼宇的防雷接地设计必须严密和可靠。智能化楼宇的所有功能接地，必须以防雷接地系统为基础，并建立严密、完整的防雷结构。第2章楼宇自动化智能建筑多属于一级负荷，应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25mm×4mm镀锌扁钢在屋顶组成小于等于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。这样不但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。第2章楼宇自动化各类防雷接地装置的工频接地电阻，一般应根据落雷时的反击条件来确定。防雷装置如果与电气设备的工作接地合用一个总的接地网，那么接地电阻应符合其最小值要求。第2章楼宇自动化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(如阻抗，电阻等)与大地作金属连接，称为工作接地。工作接地主要指的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，等电位接线端子一般均在箱柜内。必须注意，该接线端子不能外露；不能与其他接地系统(如直流接地，屏蔽接地，防静电接地等)混接；也不能与PE线连接。在高压系统里，采用中性点接地方式可使接地继电保护准确动作并消除单相电弧接地的过电压。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，这对于低压系统很有意义，可以方便使用单相电源。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，但严禁将PE线与N线连接。第2章楼宇自动化在智能化楼宇内，要求安全保护接地的设备非常多。例如有些强电设备、弱电设备以及一些非带电导电设备与构件，均必须采取安全保护接地措施。当没有做安全保护接地的电气设备的绝缘层损坏时，其外壳有可能带电，如果人体触及此电气设备的外壳就可能被电击伤甚至造成生命危险。在中性点直接接地的电力系统中，接地短路电流经人体、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，这两种情况都能造成人体触电。如果装有接地装置的电气设备的绝缘层损坏使外壳带电时，那么接地短路电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过。第2章楼宇自动化在一个并联电路中，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，因而经过人体的电流要比流过接地体的电流小得多。当接地电阻极小时，流过人体的电流几乎等于零。实际上，因为接地电阻很小，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并不高。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，不仅是保障智能建筑电气系统安全、正常运行的有效措施，也是保障非智能建筑内设备及人身安全的必要手段。第2章楼宇自动化4．直流接地在一幢智能化楼宇内往往包含有大量的计算机、通信设备和带有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、逻辑动作和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的，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，除了需要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。可采用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，亦严禁与N线连接。第2章楼宇自动化5．屏蔽接地与防静电接地在智能化楼宇内，电磁兼容设计是非常重要的。为了避免所用设备的机能障碍，避免可能会出现的设备损坏，构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰。这些干扰的产生或者是因为导线之间的耦合现象，或者是因为电容效应或电感效应。其主要来源是超高电压、大功率辐射电磁场、自然雷击和静电放电。这些现象会对用来发送或接收很高传输频率的设备产生很大的干扰。因此，对这些设备及其布线必须采取保护措施，使其免受来自各个方面的干扰。第2章楼宇自动化屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。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；室内屏蔽也应是多点与PE线可靠连接。防静电干扰也很重要。在洁净、干燥的房间内，人的走步、设备移动等各种摩擦均会产生大量静电。例如在相对湿度10%～20%的环境中人的走步可以积聚3.5万伏的静电电压。如果没有良好的接地，这种静电不仅会对电子设备产生干扰，甚至会将设备芯片击坏。将带静电的物体或有可能产生静电的物体(非绝缘体)通过导静电体与大地构成电气回路的接地方式称为防静电接地。防静电接地要求在洁净干燥的环境中，所有设备外壳及室内(包括地坪)设施均必须与PE线多点可靠连接。第2章楼宇自动化总之，智能建筑的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小于等于10Ω；独立的安全保护接地电阻应小于等于4Ω；独立的交流工作接地电阻应小于等于4Ω；独立的直流工作接地电阻应小于等于4Ω；防静电接地电阻一般要求小于等于100Ω。第2章楼宇自动化智能化楼宇的供电接地系统宜采用TN-S系统，按规范宜采用一个总的共同