智能建筑的防雷、電氣保護(hù)與接地

智能建筑的防雷、電氣保護(hù)與接地

摘要：通過對(duì)智能建筑防雷、供電接地系統(tǒng)的介紹，對(duì)智能樓宇的防雷、供電接地系統(tǒng)所應(yīng)采取的防雷保護(hù)各類接地措施作詳盡分析，對(duì)電氣保護(hù)與接地方法提出建議。

關(guān)鍵字：智能建筑防雷防靜電接地統(tǒng)一接地體1智能建筑的概念智能建筑應(yīng)當(dāng)是：通過對(duì)建筑物的4個(gè)基本要素，即結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理，以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，以最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，提供一個(gè)投資合理、幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環(huán)境空間。建筑智能化的目的是：應(yīng)用現(xiàn)代4C技術(shù)構(gòu)成智能建筑結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代化的服務(wù)與管理方式為人們提供一個(gè)安全、舒適的生活、學(xué)習(xí)與工作環(huán)境空間。建筑智能化結(jié)構(gòu)由三大系統(tǒng)組成：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OA）、通信自動(dòng)化系統(tǒng)（CAS）。2防雷保護(hù)雷電波入侵智能建筑的形式有兩種：一種是直擊雷；另一種是感應(yīng)雷。一般說來，直擊雷擊中智能樓宇內(nèi)的電子設(shè)備的可能性很小，通常不必安裝防護(hù)直擊雷的設(shè)備。感應(yīng)雷是由雷閃電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓、過電流形成雷擊。感應(yīng)雷入侵電子設(shè)備及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要通過以下三條途徑：（1）雷電的地電位閃絡(luò)電壓通過接地體入侵；（2）由交流供電電源線路入侵；（3）由通信信號(hào)線路入侵。智能大廈的通信線路多由綜合布線系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)。綜合布線系統(tǒng)由六個(gè)子系統(tǒng)組成：（1）建筑群子系統(tǒng)；（2）設(shè)備間子系統(tǒng)；（3）管理子系統(tǒng)；（4）垂直干線子系統(tǒng)；（5）水平干線子系統(tǒng)；（6）工作區(qū)子系統(tǒng)。下面分析綜合布線系統(tǒng)的防雷保護(hù)：（1）建筑群子系統(tǒng)：由連接兩個(gè)及以上建筑物之間的纜線和配電設(shè)備組成。若采用光纜作為建筑物間網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)，不需要安裝避雷器，甚至可以架空鋪設(shè)。若采用雙絞線，則必須穿管埋地敷設(shè)。進(jìn)入建筑后，采用雙絞線敷設(shè)時(shí)，導(dǎo)線必須均敷設(shè)在弱電金屬橋架或金屬管道內(nèi)。金屬橋架和金屬管道與綜合接地系統(tǒng)良好連接，充當(dāng)導(dǎo)線的屏蔽層，不能與強(qiáng)電導(dǎo)線共用強(qiáng)電金屬橋架或強(qiáng)電金屬管道。（2）設(shè)備間子系統(tǒng)：由進(jìn)線設(shè)備、程控交換機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種主機(jī)設(shè)備及其配線設(shè)備組成。它是布線系統(tǒng)最主要的管理區(qū)域，通常分為語音管理和數(shù)字管理兩部分。子系統(tǒng)連接大樓外的各種線路，經(jīng)與垂直干線子系統(tǒng)跳接后，連通各語音管理子系統(tǒng)，為防雷電破壞應(yīng)安裝雷柜作為通信線路的第一級(jí)防雷措施。連接進(jìn)出大樓大對(duì)數(shù)地敷設(shè)，以防進(jìn)出大樓的人感應(yīng)雷電。數(shù)據(jù)設(shè)備管理子系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備，是采用大對(duì)數(shù)雙絞電纜作為傳輸主干纜。需要在機(jī)柜中安裝計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防雷器，作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)防雷措施。若采用光纜作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主干線。則絕對(duì)避免了雷電影響，是最好的防雷措施。（3）管理子系統(tǒng)：設(shè)置在各層配線間，由配線設(shè)備、輸入／輸出設(shè)備等組成。管理子系統(tǒng)也分為數(shù)據(jù)和語音兩部分。語音部分采用BIX安裝架固定在墻面上。由接線板、繞線環(huán)等組成，需要安裝信號(hào)避雷器作為通信線路的第二級(jí)防雷措施。數(shù)據(jù)部分絞線作為垂直主干線，也需要在機(jī)柜中安裝信號(hào)避雷器作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的第二級(jí)防雷措施，防護(hù)因引下線泄放雷電流而形成的電磁場突變所產(chǎn)生的感應(yīng)雷。（4）垂直干線子系統(tǒng)：由設(shè)備間的配線設(shè)備和跳線設(shè)備以及設(shè)備間至各樓層配線間的連接電纜組成。分為語音主干線和數(shù)據(jù)主干線兩部分。語音主干線按照程控交換機(jī)和電信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和做法，采用屏蔽大對(duì)數(shù)雙絞電纜，因?yàn)楣芾韰^(qū)子系統(tǒng)安裝了信號(hào)避雷器，所以這部分一般不需要再裝防雷設(shè)備。數(shù)據(jù)主干線如采用大對(duì)數(shù)雙絞電纜作為數(shù)據(jù)傳輸主干線，因?yàn)橐言诠芾韰^(qū)子系統(tǒng)安裝了信號(hào)避雷器，所以一般也不需要在這部分再安裝防雷設(shè)備。如采用光纜作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主干線，則絕對(duì)避免了由于引下線泄放雷電流而形成的電磁場突變產(chǎn)生的感應(yīng)雷，是最好的防雷措施。（5）水平干線子系統(tǒng)：由連接管理子系統(tǒng)至工作區(qū)子系統(tǒng)的水平布線及信息插座組成。數(shù)據(jù)點(diǎn)和語音點(diǎn)均采用雙絞線敷設(shè)在金屬橋架和金屬管道內(nèi)。由于金屬橋架和金屬管道與綜合接地系統(tǒng)相連，形成了信號(hào)線路的屏蔽層。并且在管理子系統(tǒng)中，已備防雷保護(hù)裝置，所以在水平干線子系統(tǒng)中不必再加裝防雷裝置。（6）工作區(qū)子系統(tǒng)：由連接在信息插座上的各種設(shè)備組成。連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)點(diǎn)由于在管理子系統(tǒng)中已采取了防雷措施，所以在工作區(qū)子系統(tǒng)一般不需要再加裝防雷設(shè)施，若需要利用調(diào)制解調(diào)器通過語音點(diǎn)連接計(jì)算機(jī)，由于語音線路與外線連接，則有必要安裝信號(hào)避雷器。3電氣保護(hù)與接地措施在建筑物供配電設(shè)計(jì)中，接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)占有重要的地位，因?yàn)樗P(guān)系到供電系統(tǒng)的可靠性，安全性。不管哪類建筑物，在供電設(shè)計(jì)中總包含有接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而且，隨著建筑物的要求不同，各類設(shè)備的功能不同，接地系統(tǒng)也相應(yīng)不同。尤其進(jìn)入90年代后，大量的智能化樓宇的出現(xiàn)對(duì)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了許多新的內(nèi)容。對(duì)常用的接地方式，分析以下幾種接地系統(tǒng)：（1）TN－C系統(tǒng)TN－C系統(tǒng)被稱之為三相四線系統(tǒng)，該系統(tǒng)中性線N與保護(hù)接地PE合二為一，通稱PEN線。這種接地系統(tǒng)雖對(duì)接地故障靈敏度高，線路經(jīng)濟(jì)簡單，但它只適用于三相負(fù)荷較平衡的場所。智能化大樓內(nèi)，單相負(fù)荷所占比重較大，難以實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平衡，PEN線的不平衡電流加上線路中存在著的由于熒光燈、晶閘管（可控硅）等設(shè)備引起的高次諧波電流，在非故障情況下，會(huì)在中性線N上疊加，使中性線N電壓波動(dòng)，且電流時(shí)大時(shí)小極不穩(wěn)定，造成中性點(diǎn)接地電位不穩(wěn)定漂移。不但會(huì)使設(shè)備外殼（與PEN線連接）帶電，對(duì)人身造成威脅，而且也無法取到一個(gè)合適的電位基準(zhǔn)點(diǎn)，精密電子設(shè)備無法準(zhǔn)確可靠運(yùn)行。因此TN－C接地系統(tǒng)不能作為智能化建筑的接地系統(tǒng)（見圖1）。（2）TN－C－S系統(tǒng)TN－C－S系統(tǒng)由兩個(gè)接地系統(tǒng)組成，第一部分是TN－C系統(tǒng)，第二部分是TN－S系統(tǒng)，分界面在N線與PE線的連接點(diǎn)。該系統(tǒng)一般用在建筑物的供電由區(qū)域變電所引來的場所，進(jìn)戶之前采用TN－C系統(tǒng)，進(jìn)戶處做重復(fù)接地，進(jìn)戶后變成TN－S系統(tǒng)。TN－C系統(tǒng)前面已作分析。TN－S系統(tǒng)的特點(diǎn)是：中性線N與保護(hù)接地線PE在進(jìn)戶時(shí)共同接地后，不能再有任何電氣連接。該系統(tǒng)中，中性線N常會(huì)帶電，保護(hù)接地線PE沒有電的來源。PE線連接的設(shè)備外殼及金屬構(gòu)件在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，始終不會(huì)帶電。因此TN－S接地系統(tǒng)明顯提高了人及物的安全性。同時(shí)只要采取接地引線，各自都從接地體一點(diǎn)引出，及選擇正確的接地電阻值使電子設(shè)備共同獲得一個(gè)等電位基準(zhǔn)點(diǎn)等措施，那么TN－C－S系統(tǒng)可以作為智能型建筑物的一種接地系統(tǒng)（見圖2）。（3）TN－S系統(tǒng)TN－S是一個(gè)三相四線加PE線的接地系統(tǒng)。通常建筑物內(nèi)設(shè)有獨(dú)立變配電所時(shí)進(jìn)線采用該系統(tǒng)。TN－S系統(tǒng)的特點(diǎn)是，中性線N與保護(hù)接地線PE除在變壓器中性點(diǎn)共同接地外，兩線不再有任何的電氣連接。中性線N是帶電的，而PE線不帶電。該接地系統(tǒng)完全具備安全和可靠的基準(zhǔn)電位。只要象TN－C－S接地系統(tǒng)，采取同樣的技術(shù)措施，TN－S系統(tǒng)可以用作智能建筑物的接地系統(tǒng)。如果計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備沒有特殊的要求時(shí)，一般都采用這種接地系統(tǒng)（見圖3）。（4）TT系統(tǒng)通常稱TT系統(tǒng)為三相四線接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)常用于建筑物供電來自公共電網(wǎng)的地方。TT系統(tǒng)的特點(diǎn)是中性線N與保護(hù)接地線PE無一點(diǎn)電氣連接，即中性點(diǎn)接地與PE線接地是分開的。該系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，不管三相負(fù)荷平衡不平衡，在中性線N帶電情況下，PE線不會(huì)帶電。只有單相接地故障時(shí)，由于保護(hù)接地靈敏度低，故障不能及時(shí)切斷，設(shè)備外殼才可能帶電。正常運(yùn)行時(shí)的TT系統(tǒng)類似于TN－S系統(tǒng)，也能獲得人與物的安全性和取得合格的基準(zhǔn)接地電位。隨著大容量的漏電保護(hù)器的出現(xiàn)，該系統(tǒng)也會(huì)越來越作為智能型建筑物的接地系統(tǒng)。從目前的情況來看，由于公共電網(wǎng)的電源質(zhì)量不高，難以滿足智能化設(shè)備的要求，所以TT系統(tǒng)很少被智能化大樓采用（見圖4）。（5）IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)是三相三線式接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗接地，無中性線N，只有線電壓（380V），無相電壓（220V），保護(hù)接地線PE各自獨(dú)立接地。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)一相接地時(shí)，不會(huì)使外殼帶有較大的故障電流，系統(tǒng)可以照常運(yùn)行，缺點(diǎn)是不能配出中性線，因此它是不適用于擁有大量單相設(shè)備的智能化大樓的（見圖5）。在智能化樓宇內(nèi)，要求保護(hù)接地的設(shè)備非常多，有強(qiáng)電設(shè)備、弱電設(shè)備以及一些正常情況下不帶電的導(dǎo)電設(shè)備與構(gòu)件，均必須采用有效的保護(hù)接地。如果采用TN－C系統(tǒng)，將TN－C系統(tǒng)中的N線同時(shí)用做接地線；或者在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線接在一起，再連接到底板上去；或不設(shè)置電子設(shè)備的直流接地引線，而將直流接地直接接到PE線上；或者干脆把N線、PE線、直流接地線混接在一起。以上這些做法都是不符合接地要求的，且是錯(cuò)誤的。前面已經(jīng)分析過，在智能化大樓內(nèi)，單相用電設(shè)備較多，單相負(fù)荷比重較大，三相負(fù)荷通常是不平衡的，因此在中性線N中帶有隨機(jī)電流。另外，由于大量采用熒光燈照明，其所產(chǎn)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(shè)備外殼上，會(huì)造成電擊或火災(zāi)事故。如果在TN－S系統(tǒng)中將N線與PE線連在一起再接到設(shè)備外殼上，那么危險(xiǎn)更大，凡是接到PE線上的設(shè)備，外殼均帶電，會(huì)擴(kuò)大電擊事故的范圍。如果將N線、PE線、直流接地線均接在一起除會(huì)發(fā)生上述的危險(xiǎn)外，電子設(shè)備將會(huì)受到干擾而無法工作。因此，智能建筑應(yīng)設(shè)置電子設(shè)備的直流接地、交流工作接地、安全保護(hù)接地及普通建筑也應(yīng)具備的防雷保護(hù)接地。此外，由于智能建筑內(nèi)多設(shè)有具有防靜電要求的程控交換機(jī)房、計(jì)算機(jī)房、消防及火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控室，以及大量易受電磁波干擾的精密電子儀器設(shè)備，所以在智能化樓宇的設(shè)計(jì)和施工中，還應(yīng)考慮防靜電接地和屏蔽接地的要求。下面分析智能化樓宇應(yīng)采取的各種接地措施：（1）防雷接地：為把雷電流迅速導(dǎo)入大地，以防止雷害為目的的接地叫作防雷接地。智能化樓宇內(nèi)有大量的電子設(shè)備與布線系統(tǒng)，如通信自動(dòng)化系統(tǒng)，火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，保安監(jiān)控系統(tǒng)，辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，閉路電視系統(tǒng)等，以及他們相應(yīng)的布線系統(tǒng)。從已建成的大樓看，大樓的各層頂板，底板，側(cè)墻，吊頂內(nèi)幾乎被各種布線布滿。這些電子設(shè)備及布線系統(tǒng)一般均屬于耐壓等級(jí)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(huì)使電子設(shè)備受到不同程度的損壞或嚴(yán)重干擾。因此對(duì)智能化樓宇的防雷接地設(shè)計(jì)必須嚴(yán)密、可靠。智能化樓宇的所有功能接地，必須以防雷接地系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并建立嚴(yán)密、完整的防雷結(jié)構(gòu)。智能建筑多屬于一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)按一級(jí)防雷建筑物的保護(hù)措施設(shè)計(jì)，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(wǎng)格，該網(wǎng)格與屋面金屬構(gòu)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(tǒng)連接，外墻面所有金屬構(gòu)件也應(yīng)與防雷系統(tǒng)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(nèi)設(shè)備，而且還能防止外來的電磁干擾。各類防雷接地裝置的工頻接地電阻，一般應(yīng)根據(jù)落雷時(shí)的反擊條件來確定。防雷裝置如與電氣設(shè)備的工作接地合用一個(gè)總的接地網(wǎng)時(shí)，接地電阻應(yīng)符合其最小值要求。（2）交流工作接地：將電力系統(tǒng)中的某一點(diǎn)，直接或經(jīng)特殊設(shè)備（如阻抗，電阻等）與大地作金屬連接，稱為工作接地。工作接地主要指的是變壓器中性點(diǎn)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(nèi)。必須注意，該接線端子不能外露；不能與其它接地系統(tǒng)，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(tǒng)里，采用中性點(diǎn)接地方式可使接地繼電保護(hù)準(zhǔn)確動(dòng)作并消除單相電弧接地過電壓。中性點(diǎn)接地可以防止零序電壓偏移，保持三相電壓基本平衡，這對(duì)于低壓系統(tǒng)很有意義，可以方便使用單相電源。（3）安全保護(hù)接地：安全保護(hù)接地就是將電氣設(shè)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(nèi)的用電設(shè)備以及設(shè)備附近的一些金屬構(gòu)件，用PE線連接起來，但嚴(yán)禁將PE線與N線連接。在智能化樓宇內(nèi)，要求安全保護(hù)接地的設(shè)備非常多，有強(qiáng)電設(shè)備、弱電設(shè)備以及一些非帶電導(dǎo)電設(shè)備與構(gòu)件，均必須采取安全保護(hù)接地措施。當(dāng)沒有做安全保護(hù)接地的電氣設(shè)備的絕緣損壞時(shí)，其外殼可能帶電。如果人體觸及此電氣設(shè)備的外殼就可能被電擊傷或造成生命危險(xiǎn)。在中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)中，接地短路電流經(jīng)人身，大地流回中性點(diǎn)；在中性點(diǎn)非直接接地的電力系統(tǒng)中，接地電流經(jīng)人體流入大地，并經(jīng)線路對(duì)地電容構(gòu)成通路，這兩種情況都能造成人身觸電。（4）直流接地：在一幢智能化樓宇內(nèi)，包含有大量的計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備和帶有電腦的大樓自動(dòng)化設(shè)備。這些電子設(shè)備在進(jìn)行輸入信息，傳輸信息，轉(zhuǎn)換能量，放大信號(hào)，邏輯動(dòng)作，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(jìn)行，且設(shè)備之間常要通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作。因此為了使其準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性好，除了需有一個(gè)穩(wěn)定的供電電源外，還必須具備一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位?？刹捎幂^大截面的絕緣銅芯線作為引線，一端直接與基準(zhǔn)電位連接，另一端供電子設(shè)備直流接地。該引線不宜與PE線連接，嚴(yán)禁與N線連接。（5）屏蔽接地與防靜電接地：在智能化樓宇內(nèi)，電磁兼容設(shè)計(jì)是非常重要的，為了避免所用設(shè)備的機(jī)能障礙，避免可能會(huì)出現(xiàn)的設(shè)備損壞，構(gòu)成布線系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠防止內(nèi)部自身傳導(dǎo)和外來干擾。這些干擾的產(chǎn)生或者是因?yàn)閷?dǎo)線之間的耦合現(xiàn)象，或者是因?yàn)殡娙菪?yīng)或電感效應(yīng)。其主要來源是超高電壓，大功率幅射電磁場，自