智能建筑的接地技术.doc

智能建筑的接地技术 北京建筑工程学院 王 佳摘 要 智能建筑中安装了大量的电子设备，它们分属于不同的子系统，其工作的频率、抗干扰能力和功能都不尽相同，对接一的要求也不同。文章对智能建筑的接地技术进行了较为详尽的论述和分析，对强电和弱电的接地方式提出了适当的建议。 关键词 接地 电子设备 电磁兼容 随着经济的快速发展，大量的智能建筑拔地而起，其内部包含大量的电子设备，如通讯自动化系统、大楼设备自动化系统、办公自动化系统以及电梯控制系统、保安监控系统、消防及火灾报警系统、卫星电视系统等。这些设备的耐压等级低、抗干扰性能差，因此在智能建筑的设计施工中，不但要重视智能建筑的性能指标和设备的先进性，更应注意其接地技术的应用。接地对于智能建筑中设备的安全运行和数据的可靠传输具有重要影响，并且是抑制电磁干扰、提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。如果接地不好，轻则会造成设备不能有效传输数据，降低智能建筑设施的可靠性；重则会损坏设备的部件，甚至导致设备瘫痪并危及人员的安全。 1 智能建筑的接地概念综述电子设备中的许多地方需要接地，不同的接地有不同的目的和特点，不同类型的电子设备对接地也有不同的要求。电子设备中的地通常有两种含义：一种?quot;大地，另一种是系统基准地。接地是指在系统的某个选定点与某个电位基准面之间建立低电阻的导电通路。接地的目的一是为了安全，二是为信号电压提供一个稳定的零电位参考点。由于智能建筑中安装有多个子系统，各个子系统对接地有不同的要求，因此接地的作用可分不功能性接地和保护性接地。功能性接地包括交流工作接地、直流接地和屏蔽接地，保证电气设备正常运行或电气系统低噪声接地等；保护性接地即是保护接地、防雷接地和防静电接地，防止人、畜或设备因电击而造成伤亡或损坏。 有关智能建筑的接地，在GB/T50315-2000智能建筑设计标准中有下面三条规定： （1）应采用总等电位联结，各楼层的智能化系统设备机房、楼层弱电间、楼层配电间等的接地应采用局部等电位联结。接地极当采用联合接地体时，接地电阻不应大于1；当采用单独接地体时，接地电阻不应大于4；（2）智能化系统设备的供电系统应采取过压保护等保护措施；（3）在智能化系统设备和电气设备的选择及线路敷设时还应考虑电磁兼容问题。 2 智能建筑的接地形式2.1 工作接地电力系统由于运行和安全的需要，常将变压器中性点（N线）接地的方式称为工作接地。其主要作用是保持系统电位的稳定性，减轻配电网一相故障和高压窜入低压等过电压的危险。并且当一相接地后，接地电流较大（接近单相短路），保护装置能迅速动作，断开故障点。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。 2.2 直流接地（逻辑及其它模拟信号系统的接地）电子设备的直流接地有单点接地、多点接地和浮地。单点接地是指整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这一点上；多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上（即设备的金属底板）；浮地是指设备地线系统在电气上与大地相绝缘，以减少由于地电流引起的电磁干扰。智能建筑的接地系统不宜采用浮地，它必须有稳定的参考电位，若浮接则易受电磁场的杂讯干扰，使系统发生误动作。一般浮接地，只适用于由蓄电池供电的小电子系统。 直流接地宜采用单电接地，原因是信号接地未构成回路，不易受电磁干扰，并能消除静电和电场干扰。但当信号频率很高而接地引线很长时，由于寄生电容的存在，会使各个信号接地的电位产生差异，因此当信号频率在10MHz以上时，应采用多点接地。在一幢智能化楼宇内，包含大量的计算机、通讯设备和带有电脑的大楼自动化设备。这些电子设备进行输入信息、传输信息、转换能量、放大信号、逻辑动作和输出信息等一系列过程中都是通过微电位或微电流快速进行，且设备之间常需要通过网络进行工作。因此为了使其准确性高，稳定性好，除了需要一个稳定的供电电源外，还必须具备一个稳定的基准电位。通常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，严禁与N线连接。 2.3 保护接地保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳（或构架）和接地装置之间作良好的电气连接。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。如果不作保护接地，当电气设备其中一相的绝缘破损，产生漏电而使金属外壳带上相电压时，人一接触就引发触电事故。实行保护接地后，设备的金属外壳和大地已有良好的连接。如果发生漏电，只要接地电阻符合规定的要求，接地就能成为保障人身安全、防止触电事故发生的有效措施。 2.4 防雷接地为把雷电流迅速导人大地，以雷害为目的的接地叫作防雷接地。智能建筑内有大量的电子设备（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、办公自动化系统及闭路电视系统等）以及与之相对应的布线系统。大楼的各层顶板、底板、侧墙、吊顶内几乎被各种布线布满。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、反击都会使电子设备受到不同程度的损坏或严重干扰。因此对智能建筑的防雷接地设计必须严密、可靠。智能建筑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。 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25mm4mm镀挣扁钢在屋顶组成10mm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以防雷系统连接、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。这样不仅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。 各种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。防雷装置如与电气设备的工作接地合用一个总的接地网时，接地电阻应符合其最小值要求。这是为防雷电设置的接地保护装置。防雷装置最广泛使用的是避雷针和避雷器。避雷针通过铁塔或建筑物钢筋人地，避雷器则通过专用地线入地。 在智能建筑中，有些系统要求将强弱电设备分开接地，但因受环境因素制约无法解决，其接地电阻很难达到要求，近几年采用LRCR防腐降剂及其优化接地设计技术以及悬浮接地技术，使系统在雷击时能达到均压（等电位），并利于有效地将雷电流导人大地。特别是在等电位联结点上，尽可能解决雷击暂态电流通过各种路径耦合，对电子信息系统形成干扰或产生过电压，造成设备的损坏等问题。 2.5 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称为屏蔽接地。在智能建筑内，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，避免出现设备损坏，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，或者是因为电容电感的电效应。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干扰。因此对这些设备及其布线必须采取保护措施，免受来自各种方面的干扰。通常，单点接地和多点接地的概念同样适用于电缆屏蔽体的接地。接地点的选择会影响屏蔽电缆抑制干扰的能力，正确的接地可将设备外壳与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；室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接。 2.6 防静电接地静电是一种物理现象，常言道摩擦起电，而固有电阻率越大的物体积量的静电就越多，静电场越高，且危害越大。静电会损害计算机设备，使存储的数据丢失，程宁紊乱，甚至使自动化设备出现误操作。故防止和消除静电也是智能建筑安全防护的重要内容。将带静电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叫防静电接地。防静电接地要求在洁静干燥环境中，所有设备外壳及室内（包括地坪）设施必须均与PE线多点可靠连接。 3 智能建筑的电源系统智能建筑的电源系统宜采用TNS系统，即三根相线A、B、C、一根中性线N及一根保护线PE，又称为三相五线制。TNS系统的特点是中性线N与保护接地线PE除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仅在变压器处接地，进入大楼后不作重复接地；用电设备的外露可导电部分安到PE线上，PE线从文变压器的源头引出后，进入建筑需作重复接地，50m重复接地一次。因此，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并且在正常用电过程中PE线上无电流通过，设备的外露可导电部分也不呈现对地电压，避免由于负荷电流或三相不平衡电流造成设备金属外壳电位升高而引起人员触电的危险。若将N线与PE线混接，或进行N线的重复接地，就把TNS系统变成了TNC系统，这样在正常工作时，由于荧光灯、可控硅等设备的作用，会使系统中存在一个难以消除的高次谐波干扰源，造成中性点电位不稳定漂移，对计算机网络和电子设备造成干扰；故国际上对PE线的标记有严格的规定，要求用黄绿相间的导线敷设，避免N线、PE线混接产生隐患。 4 结束语接地系统的好坏是影响整个智能建筑正常工作的先决条件。一般说来，接地电阻是越小越好。通常单独的交流保护接地、防雷接地的接地电阻值应不大于4 ，弱电设备直流接地的电阻值应不大于2，屏蔽接地的电阻值一般为300，防静电接地的电阻值要求不大于100。为维持同一电位，大楼的电力变压器接地极与防雷接地共用同一接地网。并且，根据对现场的地杂散电流的背景评估，以及电子设备的敏感度和干扰容忍度，可将直流接地与之相连接或分离，若所有系统的接地极完全连接在一个地网上，称为共地式（CGE）若杂散电流的背景很高，电子设备的EMC较差，则电子设备的接地极必须与电力和防雷的接地极相分离，称为分离式接地极（DGE），如图2所示。这种情况要求两者相距在10m以上，接地电阻不大于10，若距离不足，可采用隔离接地极或加装SPD。 通常情况下，统一接地系统可利用大楼的桩基钢筋，并用40mm4mm镀锌扁钢将其连成一体，作为自然接地体。根据规范，该系统与防雷接地或采用化学降阻法，使接地电阻应1。若达不到要求，必须增加人工接地或采用化学降阻法，使接地电阻1。在变配电所内设置总等电位铜排