選擇有效的系統(tǒng)接地保護方式
時間:2022-08-06 11:02:53
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在建筑物的供配電施工及設(shè)計中,接地系統(tǒng)占有相當(dāng)重要的位置,因為它涉及到供配電系統(tǒng)的可靠性與建筑物、人身和設(shè)備的安全性。長期以來,電氣工作者不斷的探索與研究,對接地系統(tǒng)提出了更高的要求,形成防雷接地、工作接地、保護接地、防靜電接地、屏蔽接地、直流接地(信號接地、邏輯接地)。具體的說,自動化系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、擴聲及音響系統(tǒng)、電梯自動化系統(tǒng)等)大量電子設(shè)備布線和建筑物內(nèi)電力、防雷對接地有各自不同的要求,它們之間既有相互依存的一面,又相互排斥的一面,所以,智能建筑接地的可靠與否,直接影響到建筑智能化的功能與價值。本文在此較為詳細(xì)地介紹一些概念性問題和常見的幾種接地及具體方法,以使現(xiàn)場施工人員和工程服務(wù)人淺析智能建筑防雷接地杜軍峰(陜西省設(shè)備安裝工程公司二分司)員對該問題有一個全面的了解。
1、系統(tǒng)接地的方式一般的低壓配電系統(tǒng)按形式不同可分為:TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng),其中TN系統(tǒng)的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分經(jīng)公共的保護線與電源中性點直接電氣連接又稱為接零保護,IT系統(tǒng)和TT系統(tǒng)的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的保護線直接接地,又稱為保護接地。
1.1TN系統(tǒng)(1)TN-C系統(tǒng)(三相四線制)如右圖所示,TN-C系統(tǒng)的中性線(N)和保護線(PE)是合一的,該線又稱為保護中性線(PEN)線。它的優(yōu)點是節(jié)約導(dǎo)線,但在三相負(fù)載不平衡或保護中性線斷開時會使用電設(shè)備的外殼帶上危險電壓。智能建筑內(nèi),單相負(fù)荷的比重較大,難以實現(xiàn)三相平衡,加上線路中存在熒光燈等感性負(fù)載引起高次諧波電流,在中性線N上疊加,使中性線帶電,且電流時大時小極不穩(wěn)定,造成中性點接地電位不穩(wěn)漂移,不但使設(shè)備外殼帶電,對人身造成不安全,而且也無法取到一個合格的基準(zhǔn)電壓,精密電子設(shè)備無法運行。故TN-C接地不能作為智能建筑的接地系統(tǒng)。(2)TN-S系統(tǒng)(三相五線制)如右圖所示,TN-S系統(tǒng)的中性線N線和PE線是分開的,其優(yōu)點是PE線在正常情況下沒有電流通過,不會對接在PE線上的其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。此處由于N線和PE線獨立分開,即使N線斷線也不會影響PE線的保護作用。這種系統(tǒng)多用于對安全可靠性要求較高,設(shè)備對電磁抗干擾要求較嚴(yán),或環(huán)境條件較差的場所,該系統(tǒng)完全具備安全可靠的基準(zhǔn)電壓,故TN-S接地在設(shè)備沒有特殊要求的情況下,可以作為智能建筑的接地系統(tǒng)。(3)TN-C-S系統(tǒng)(三相四線與三相五線制混合系統(tǒng))如右圖所示,TN-C-S系統(tǒng)中有一部分中性線和保護線合一,而有一部分分開,它兼有TN-C系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)的特點,常用于配電系統(tǒng)末端環(huán)境較差或有對電磁抗干擾要求較嚴(yán)格的場所。故TN-C-S可以作為智能建筑的接地系統(tǒng)。在TN系統(tǒng)中,為確保PE線或PEN線安全可靠,除在電源中性點進行工作接地外,對PE線和PEN線還必須進行必要的重復(fù)接地。PE線和PEN線上均不允許裝設(shè)熔斷器和開關(guān)設(shè)備。
1.2IT系統(tǒng)如右圖所示,IT系統(tǒng)的電源中性點是對地絕緣的,或經(jīng)高阻抗接地;而用電設(shè)備的金屬外殼直接接地。本系統(tǒng)的優(yōu)點在于當(dāng)一相接地時,設(shè)備外殼不會有太大的故障電流,系統(tǒng)可以照常運行,屬于三相三線接地系統(tǒng),缺點是沒有220V電壓,故IT不適合做有單相設(shè)備的智能建筑。
1.3TT系統(tǒng):如右圖所示,TT系統(tǒng)的電源中性點直接接地;用電設(shè)備的金屬外殼亦直接接地,中性點與PE線是分開的,且與電源中性點的接地?zé)o關(guān)。本系統(tǒng)適合于建筑物供電來自公網(wǎng)的地方,系統(tǒng)在正常運行時,不管三相是否平衡,在中性線帶電的情況下,PE線不會帶電。只有在單相接地出現(xiàn)故障時,由于保護接地靈敏度差,故障不能及時切斷,設(shè)備外殼才可能帶電。在系統(tǒng)正常運行時,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適的基準(zhǔn)接地電位。隨著大容量漏電保護器的發(fā)展,TT系統(tǒng)也會作為智能建筑的接地系統(tǒng),但目前公共電網(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)很少被智能建筑采用。
1.4統(tǒng)一(聯(lián)合)接地系統(tǒng)統(tǒng)一接地的構(gòu)成:利用大樓樁基鋼筋,作為自然接地體;將外圈樁基鋼筋用40mm×4mm鍍鋅扁鋼或D12mm鋼筋閉環(huán)連成一體作為樁基接地線;利用柱子鋼筋作防雷接地引下線,引線下端與承臺板鋼筋連接,上端與屋頂樓面鋼筋連接,中間與各圈梁鋼筋連接(若無圈梁,可按每三層用40mm×4mm鍍鋅扁鋼或D12mm鋼筋作閉環(huán)連接)及與每層樓層內(nèi)鋼筋連接;接閃器宜采用針帶組合接閃器,用25mm×4mm鍍鋅扁鋼組成10m×10m網(wǎng)格避雷帶覆蓋在屋頂上,外圈與柱上端內(nèi)鋼筋連接成閉環(huán),將大樓置于其保護范圍內(nèi);設(shè)置總等電位銅排,利用100mm×10mm長1m,每隔50mm鉆Ф12mm孔,設(shè)置在變配電所適當(dāng)?shù)奈恢茫ū阌诮右€),至少三處與接地體可靠連接(①變壓器中性點;②附近接地體;③變配電所內(nèi)接地網(wǎng)格);確??偟入娢汇~排的電位是地電位(接地電阻≤1Ω),若未滿足,必須增加與接地體的連接。由于統(tǒng)一接地有一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位,能保證電路中傳輸信息的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,加之接地電阻能滿足直流接地的要求,所以被智能建筑接地系統(tǒng)廣泛采用。
2.各種功能接地線的構(gòu)成在TN-S系統(tǒng)中,中性線N與變壓器中性點一起接地,也可以接在總等電位銅排上,此外N線嚴(yán)禁與任何“地”有電氣連接。N線是各設(shè)備的功率接地線。交流設(shè)備保護接地,應(yīng)設(shè)置PE干線,采用裸銅排。敷設(shè)在電氣豎井中,引到各個樓層,在每一樓層,接近用電設(shè)備的地方,設(shè)置一輔助電位銅排,宜用絕緣子支撐銅排,與防雷系統(tǒng)隔離。設(shè)備外殼及設(shè)備附近非帶電導(dǎo)體,用Ф6及以上銅芯黃綠色絕緣線連接到輔助等電位銅排上。PE干線下端與總等電位銅排連接。電子設(shè)備的保護接地,另設(shè)置PE干線,按照交流設(shè)備PE干線同樣制作,敷設(shè)在弱電豎井中,引到需要的樓面,接近電子設(shè)備的地方設(shè)置一輔助等電位銅排,供電子設(shè)備外殼及附近的非帶電導(dǎo)體保護接地用。單臺設(shè)備,或距離較遠(yuǎn)設(shè)備,可用五芯電纜解決PE接地線。屏蔽層接地,抗靜電接地,都可以就近接在PE線上或輔助等電位銅排上,分別引接到各類設(shè)備的直流接地極。嚴(yán)禁與其它接地系統(tǒng)混接。敷設(shè)時應(yīng)穿金屬管、槽,暗敷或在弱電豎井中明敷。金屬管、槽必須有接地連續(xù)性措施,兩端與PE線連接。各種接地引線,要有明確區(qū)別標(biāo)志,特別要注意中性線N、保護接地線PE(黃綠雙色絕緣)、直流接地線的區(qū)別。
3.系統(tǒng)接地方式的選擇經(jīng)過對接地系統(tǒng)的比較,對智能建筑來說,到底選用哪種系統(tǒng)為好,必須了解智能建筑對接地有哪些具體要求,同時要考慮建筑物具體的供電環(huán)境,才能準(zhǔn)確選擇接地系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)適用于一般工業(yè)廠房內(nèi)三相負(fù)荷比較平衡的動力負(fù)荷。由于PEN線上流過的不平衡電流較小,其截面可以小于相線截面??梢怨?jié)省一根專用保護接地PE線。在采用過電流保護時,因故障回路阻抗相對較小,故障電流相對較大,所以保護動作靈敏度較高。但TN-C系統(tǒng)的安全水平較低,不適用于有爆炸和火災(zāi)危險廠房內(nèi),也不適用于有大量單相負(fù)荷存在的民用建筑內(nèi)。TT、IT、TN-S系統(tǒng)適用于爆炸和火災(zāi)危險的廠房內(nèi)。IT、TT系統(tǒng)更安全,尤以IT安全性最好,但在民用建筑中很難做到相線對地絕對絕緣,將會使接地故障信號經(jīng)常出現(xiàn),使之無法使用。IT系統(tǒng)也適用于一些不間斷供電要求較高的場所,但不適用于有大量三相及單相用電設(shè)備混合使用的場所,因為IT系統(tǒng)中不能配出中性線N。TN-S、TN-C-S系統(tǒng)適用于民用建筑及科研試驗單位。因該類單位相負(fù)荷較多,有的還含有晶閘管(可控硅)、熒火燈等之類的負(fù)荷,電路中三次諧波電流較大,再加上不平衡電流的存在,使中性線帶有較大的電流,這些場所采用TN-C系統(tǒng)是極不安全的。而TN-S,TN-C-S系統(tǒng)中有專用不帶電的保護接地PE線,使安全性大大提高。由城市公用低壓線路供電的民用建筑和工廠按供電部門規(guī)定應(yīng)采用TT系統(tǒng)。對于負(fù)荷分散、線路長的場所,宜就地設(shè)置接地極,采用TT系統(tǒng)。由區(qū)域變電所單獨供電的民用建筑,采用TN-C-S系統(tǒng)比較適合,附設(shè)有變電所的高層建筑,采用TN-S系統(tǒng),可方便地自變壓器中性點引出PE線,只要接垢良好,PE線的對地電位很低,便能提高安全水平。
精密電子設(shè)備和電子計算機使用的場所,對接地型式往往各有不同要求,應(yīng)按其要求選用合適的接地型式,當(dāng)無這方面技術(shù)要求時,宜采用TN-S系統(tǒng)。智能建筑物,除了有大量常規(guī)的強電設(shè)備,還增加了大量的弱電的電子設(shè)備,為了達到正常精確運行,它們的信息接地或邏輯接地(通稱直接地)必須具有一個比較穩(wěn)定的基準(zhǔn)地電位。而且設(shè)備還要防止一切外來的電磁干擾。必須有屏蔽抗靜電接地。當(dāng)然設(shè)備外殼也必須有接地保護,保護人身安全。除了電子設(shè)備本身對接地系統(tǒng)的要求外,還有建筑物所處供電環(huán)境也必須考慮。根據(jù)上述要求,盡管TN-C系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟,但不能滿足智能型建筑物的要求,由于N線帶電被接在外殼時,不僅危險,而且會干擾電子設(shè)備,找不到一個基準(zhǔn)地電位點。因此,智能型建筑是絕不能采用TN-C系統(tǒng)的。對于TN-C-S及TN-S系統(tǒng),它們都具N與保護接地線PE,設(shè)備外殼接在不帶電的PE線上,這樣既安全,設(shè)備也無電干擾。盡管N線帶電,可能引起接地電位有些浮動,但由于PE線、N線、直流接地線采用同一點接地,這一點的地電位始終相同,這就是智能型建筑物所需要的基準(zhǔn)工作電位。因此對于由區(qū)域變電所供電智能型建筑物,可采用TN-C-S系統(tǒng);對于有自設(shè)變電所的智能型建筑物,可采用TN-S系統(tǒng)。對于TT系統(tǒng),同樣有N線與PE線,而且無一點電氣連接,接地點電位更穩(wěn)定,只要將PE線與直流接地線同一點接地作為基準(zhǔn)單位,可以防止TT系統(tǒng)僅對一些取不到區(qū)域變電所單獨供電的智能型建筑物適用,也就是來自公共電網(wǎng)的電可靠性及供電質(zhì)量都不高。為了保證電子設(shè)備的正常準(zhǔn)確運行,還必須做一些技術(shù)性措施。
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