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智能建筑的接地系统

来源:中国绿色数据中心 作者:机房360 更新时间:2009-7-16 11:22:28

摘要:智能建筑的接地系统本身就是一个复杂的综合性系统,不仅包括普通意义上的电气接地、电子技术中的“接地”,还包括其他类型的接地。

  一、智能建筑中接地的概念
  
  智能建筑包含了很多个子系统,如通信自动化系统、计算机网络系统、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、办公自动化系统以及有线电视系统等,各个系统对接地的概念和要求都不太一样。因此,智能建筑的接地系统本身就是一个复杂的综合性系统,不仅包括普通意义上的电气接地、电子技术中的“接地”,还包括其他类型的接地。
  
  具体来说,在智能建筑中都存在以下几种接地,并且各种接地有其不同的技术要求和特点。
  
  1.工作接地
  
  这里所指的工作接地同电气接地中的工作接地,请参考相关章节内容。
  
  2.逻辑接地
  
  将电子设备内部逻辑电路的基准电位汇集于电路板上的一点作为逻辑信号的参考电位而进行的接地,叫逻辑接地。逻辑接地的作用是使电子电路中有一个统一的基准电位,否则会因为参考点电位不同而引起信号的误差。现代化的智能建筑中积聚了当今各种先进的数字式电子设备,为了保证它们协调、正常地工作,必须让它们的逻辑地处于同一电位水平,否则会引起整个系统的工作异常。
  
  3.信号接地
  
  信号地类似于逻辑地,也是为了提供一个基准电位点。信号接地的连接原则是:同一设备的信号输入端接地与信号输出端接地不能接在一起而应该分开连接。为防止基准电位不同所引起的浮动信号误差,前一级设备的输出信号地应与后一级设备的输入信号地连接在一起,否则信号可能通过地线形成正反馈。尤其是在设备的测试中,信号地的连接非常重要,不然测得的信号是不可信的。
  
  4.保护接地
  
  保护接地请参考前面相关章节的内容。这里不再重述。
  
  5.防雷接地
  
  在雷击发生时,把雷电流迅速引入大地,防止雷电对其他设施造成危害的接地称为防雷接地。智能建筑中有大量的各类电子设备和网络布线系统,建筑物的各层顶板、底板、侧墙和吊顶内几乎被各种线缆所布满。这些电子设备及布线系统通常都是耐压等级低、抗干扰能力弱,最怕受雷电影响的部分。不管是雷电所引起的直击、反击还是串击,都会使这些设备和线路受到不同程度的损坏和严重干扰。因此,为保证智能建筑中各类设备的正常运转,对智能建筑的防雷接地的设计必须认真、严谨和可靠。智能建筑中所有的功能接地必须以防雷接地系统为基础,建立严密、完整的防雷体系结构。
  
  智能建筑大多属于一级负荷,应按一级防雷建筑物的保护措施进行设计。防雷接闪器常采用针、带组合型接闪器,避雷带刚采用25mm×4mm镀锌扁钢在建筑物屋顶组成防雷网,其网格大小应不超过lOm2为好。该避雷带的网格应与屋面的金属构件以及建筑物梁柱内的钢筋进行可靠的电气连接。引下线可利用建筑物中立柱内的主钢筋引下。各楼层钢筋、外墙面所有金属构件、建筑物基础桩内的钢筋都应和防雷接地系统进行可靠连接,从而组成具有多层屏蔽的笼形建筑物防雷体系。这样不仅可以有效地防止雷击所造成的各种危害,还能抑制各种外来的电磁干扰。
  
  防雷接地装置和电气接地装置采取联合接地的时候,接地电阻要符合其最小值的要求。
  
  6.屏蔽接地
  
  将电缆屏蔽或金属外皮接地达到电磁适应性要求的接地叫做屏蔽接地。智能建筑内电磁兼容性设计是非常重要的,为防止电子信息设备受到来自超高电压、大功率辐射电磁场的干扰,如经线路的稻合或电容电感的电磁效应所带来的干扰,对相关的设备及其布线必须采取屏蔽保护措施,便其免受来自各方面的干扰。
  
  7.防静电接地
  
  将带静电的物体或有可能产生静电的物体通过静电导体把静电引入大地的接地称为防静电接地。有些地方对静电的反应特别敏感,要求不能让静电达到一定的水平,否则不仅会干扰电子设备的正常工作,对一些特殊设备还有可能会损坏其中的芯片。
  
  二、智能建筑的接地系统
  
  由于在高层智能建筑物内敷设金属管线时受到空间等方面的限制,无法随机将其连接或是控制其走向以及大地中电场耪合等因素的影响,通常智能建筑物中各种不同用途的接地大都采用联合接地的方式。
  
  智能建筑的接地系统包括以下几点。
  
  ⑴接闪装置利用建筑物内钢筋引流、分流和均衡电位的接地。
  
  ⑵建筑物基础自然接地体和人工接地体的泄流接地。
  
  ⑶配电电源中性点的接地。
  
  ⑷各种进户线的防雷接地。
  
  ⑸PE线或PEN线的接地。
  
  ⑹天线馈线的防雷接地。
  
  ⑺电子设备交流电源入口的过电压保护接地。
  
  ⑻电子设备共模保护接地。
  
  ⑼电子设备信号接地。
  
  ⑽复杂电子系统信号接地。
  
  ⑾交流用电设备的安全保护接地(或接零)。
  
  ⑿计算机直流接地。
  
  ⒀电信机房直流电源正极接地。
  
  ⒁防静电接地。
  
  ⒂电屏蔽接地和电磁屏蔽接地。
  
  ⒃特殊屏蔽室的接地。
  
  ⒄等电位连接、搭接等。
  
  这些不同用途的接地,在设计和实施过程中必须严格按照分类连接、相互兼容的原则来构成智能建筑的一个电位均衡的接地系统。
  
  三、智能建筑中电力电源的接地
  
  智能建筑中电力电源的接地方式同低压配电系统的接地中所讲述的内容。这里只对它们在智能建筑中的一些特点做概要介绍,详细内容可参考前面相关章节。
  
  1.IT系统
  
  此类系统的优点是:当发生单相接地时,不会使设备外壳中产生过大的故障电流,系统还能照常运行。同时,因为各设备的保护接地线PE彼此分开,相互之间没有干扰,电磁适应性比较强。缺点是:没有中性线N,因此它不适合拥有大量单相设备的智能建筑。
  
  2.TN-C系统
  
  TN-C系统也被称为三相四线系统,这是目前国内使用较多的配电系统,但只是适合于三相负载相对平衡的场合。总的来说,智能建筑内还是单相负荷多,比较难实现三相平衡,在PEN线中会产生不平衡电流,加上线路中存在由日光灯等设备所产生的高次谐波,在没有发生故障的情况下会在中性线上叠加而使中性线N带上电,并且此电流的大小不断地变化,极不稳定,从而使中性点接地电位也不稳定,产生漂移。因此,在这样的系统中,设备外壳会带电,容易发生触电事故,而且也因无法找到一个合适的基准电位点,使得精密的电子设备无法准确、可靠地运行。所以TN-C系统的接地不能作为智能建筑的接地系统。
  
  3.TT系统
  
  TT系统被称为三相四线接地系统,这类系统常用于公共电网给建筑物供电的地方。TT系统的特点是:正常运行时,无论三相负荷是否平衡,即便中性线N带电时,保护接地线PE也不会带电,只在有发生单相接地故障的时候,才可能使设备外壳带电。为防止这种情况的发生,保护人身和设备安全,必须用残余电流开关作为线路及用电设备的保护装置,不然的话只适合于负荷较小的用电系统。
  
  TT系统正常运行时能保护人身和设备的安全,并且也能取得合格的基准接地电位,但是因为公共电网的供电质量不高,难以满足智能建筑中各类设备的更高要求,所以智能建筑也不宜采用该系统作为其供电电源。
  
  4.TN-S系统
  
  在建筑物内设立独立的配电所时,可采用该系统。TN-S的接地系统具有安全、可靠的基准电位。
  
  TN-S系统的特点是:在正常工作时,保护接地线PE上没有电流,因此接在上面的设备外壳没有对地电压,具有较强的电磁适应性。发生故障时很容易切断电源,比较安全,但是费用高,常用于环境条件比较差的地方。TN-S系统可以作为智能建筑的接地系统。
  
  5.TN-C-S系
  
  TN-C-S系统通常用在从区域变电所引线给建筑物供电的场合。该系统在进户前采用TN-C系统,在进户处进行重复接地,进户后则变成TN-S系统。该系统的特点是:中性线N常会带电,保护接地线PE所连接的设备金属外壳在系统正常运行的时候不带电,因此TN-S的接地系统明显提高了人和设备的安全性。只要N线和PE线的引线都从接地体的同一点引出,并选择正确的接地电阻值,各电子设备可以获得一个接地基准电位点,TN-C-S系统就可以作为智能建筑的接地系统。
  
  综上所述,智能建筑适合选用TN-S接地系统。
  
  四、智能建筑中各类设备的接地
  
  智能建筑中装有大量的各类电气、电子设备,它们分属于不同的子系统,各自的功能、工作的频率、抗干扰能力等都不相同,对接地的要求也不尽相同。在实际安装操作时可按下述方法来进行接地并注意相关事项。
  
  (1)电子信息设备的信号接地、功率接地、逻辑接地、屏蔽接地和保护接地一般合用一个接地系统,其接地电阻不超过4Ω。如果电子信息设备的接地与工频交流接地和防雷接地采用联合接地时,其接地电阻不得超过1Ω。屏蔽接地进行单独接地时,其接地电阻不得大于4Ω。
  
  (2)电子信息设备的接地和智能建筑的防雷接地采用联合接地装置时,应当对供电电缆进行屏蔽皑装处理,以避免雷击时遭受反击,保障设备的安全。
  
  (3)电缆的屏蔽层必须接地。信号电缆和1MH,及以下的低频电缆线采用一点接地,以避免产生干扰电流;信号频率在1MHz以上的电缆,采用多点接地方式,以保证屏蔽层的电位为地电位。智能建筑中的有线电视和工业电视监控系统必须采用一点接地的方式进行接地。
  
  (4)对抗干扰能力弱的设备,它们的接地要和智能建筑的防雷接地分开,两者之间的距离宜在20m左右;对抗干扰能力强的设备,两者的距离可适当减小,但不得低于5m。
  
  智能建筑的历史并不长,智能建筑中的各种电子信息设备也在不断地随着相关技术的进步而发展更新着,它们对接地的要求也会出现不断的变化,因此推动着智能建筑接地技术不断地向前发展和变化。
  
  五、对智能建筑防雷接地装置的要求
  
 
   (1)用作接地的导体的截面要求不得小于表7-1中所列的数值。
  

防 雷 装 置
钢筋直径
/mm
钢管直径
/mm
扁钢截面
/mm2
角钢厚度/mm
钢绞线
截面/mm
   
避雷针≤1m
Ф12
Gg12
 
 
 
 
镀锌或涂漆,在腐蚀性较大的场合,应增大或用其他防腐措施
避雷针在1~2m
Ф16
Gg25
 
 
 
避雷针在烟囱顶端
Ф20
 
 
 
 
避雷带(网)
Ф8
 
48,厚4mm
 
 
避雷针装在烟囱顶端
Ф12
 
100,厚4mm
 
 
避雷网
 
 
 
 
35
线
明设
Ф8
 
48,厚4mm
 
镀锌或涂漆,在腐蚀性较大的场合,应增大或用其他防腐措施
暗设
Ф10
 
60,厚5mm
 
装在烟囱上
Ф12
 
100,厚4mm
 
水平埋设
Ф12
 
100,厚4mm
 
 
在腐蚀性土壤中应镀锌或加大截面
垂直埋设
 
Ф50壁厚3.5
 
4.0

  (2)智能建筑的金属构件等可作为引下线,但所有金属部件间要求有良好的电气连接。
  
  (3)在容易受到机械损伤的地方,即地面上约1.7m到地下约0.3m的一段应加保护管,如用竹管、角钢或塑料管等。如果使用钢管,则要如图7-2所示的一样,顺着其长度方向开一豁口,以防止高频雷电流产生的磁场在封闭的钢管中引起涡流而导致电感量增大,加大接地电阻,不利于雷电流流入大地。
  
  

图7-2保护钢管示意

  (4)引下线要沿建筑物外墙以最短路径敷设,不能有环套或锐角,如果必须弯,则弯曲角不得小于90゜;弯曲过大时,必须满足D≥L/10,其中D为弯曲时开口点的垂直长度,m;L为弯曲部分的实际长度,m。
  
  (5)采用多根引下线时,为方便检查接地电阻以及引下线与接地线的连接状况,宜在引下线距离地面约1.8m处设置断续卡。
  
  (6)对垂直接地体的长度、极间距离要求,与接地装置相同;防止跨步电压的措施,和对独立避雷针的要求一样。

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