智能化楼宇防雷、接地系统设计注意事项(DOC)

智能化楼宇防雷 接地系统设计注意事项智能化楼宇防雷 接地系统设计注意事项 阎家建 徐州市第二建筑设计研究院 江苏 徐州 221000 摘摘 要要 详细介绍了智能化楼宇在防雷系统 强 弱电系统设计时应予以 重视和考虑的问题 并分析了设计各种接地系统时的注意事项 关键词 关键词 智能建筑 防雷保护 电气保护 接地措施 直流接地 防静电接地 一 智能建筑的概念一 智能建筑的概念 智能建筑应当是现代建筑技术与信息技术相结合的产物 A 3C 技术是智能 建筑发展的技术基础 通过对建筑物的 4 个基本要素 即结构 系统 服务和 管理 以及它们之间的内在联系 以最优化的设计 提供一个投资合理 幽雅 舒适 便利快捷 高度安全的环境空间 建筑智能化的目的是 应用现代 4C 技 术构成智能建筑结构与系统 结合现代化的服务与管理方式为人们提供一个安 全 舒适的生活 学习与工作环境空间 建筑智能化结构由三大系统组成 简 称 3A 系统 楼宇自动化系统 BAS 办公自动化系统 OA 通信自动化系 统 CAS 二 防雷保护二 防雷保护 雷电波入侵智能建筑的形式有多种 直击雷 感应雷 侧击雷等 一般说 来 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通过以下三条途径 1 雷电的地电位闪络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 智能大厦的通信线路多由综合布线系统担当 综合 布线系统由六个子系统组成 1 建筑群子系统 2 设备间子系统 3 管理子系统 4 垂直干线子系统 5 水平干线子系统 6 工作区子系 统 见附图 1 附图 1 下面分析综合布线系统的防雷保护 2 1 建筑群子系统 建筑群子系统 由连接两个及以上建筑物之间的缆线和配电设备组成 若采用光缆作为建筑物间网络连接介质 不需要安装避雷器 甚至可以架空铺 设 由于技术的进步及科技的发展 如今的建筑群子系统大部分均采用了光缆 敷设连接 若采用双绞线 则必须穿管埋地敷设 进入建筑后 采用双绞线敷 设时 导线必须均敷设在弱电金属桥架或金属管道内 金属桥架和金属管道与 综合接地系统良好连接 充当导线的屏蔽层 不能与强电导线共用强电金属桥 架或强电金属管道 2 2 设备间子系统 设备间子系统 由进线设备 程控交换机 计算机等各种主机设备 及其配线设备组成 它是布线系统最主要的管理区域 通常分为语音管理和数 字管理两部分 子系统连接大楼外的各种线路 经与垂直干线子系统跳接后 连通各语音管理子系统 为防雷电破坏应安装雷柜作为通信线路的第一级防雷 措施 连接进出大楼大对数地敷设 以防进出大楼的人感应雷电 数据设备管 理子系统 即计算机网络核心设备 是采用大对数双绞电缆作为传输主干缆 需要在机柜中安装计算机网络防雷器 作为计算机网络的第一级防雷措施 若 采用光缆作为计算机网络主干线 则绝对避免了雷电影响 是最好的防雷措施 2 3 管理子系统 管理子系统 设置在各层配线间 由配线设备 输入 输出设备等 组成 管理子系统也分为数据和语音两部分 语音部分采用 BIX 安装架固定在 墙面上 由接线板 绕线环等组成 需要安装信号避雷器作为通信线路的第二 级防雷措施 数据部分绞线作为垂直主干线 也需要在机柜中安装信号避雷器 作为计算机网络的第二级防雷措施 防护因引下线泄放雷电流而形成的电磁场 突变所产生的感应雷 2 4 垂直干线子系统 垂直干线子系统 由设备间的配线设备和跳线设备以及设备间至各 楼层配线间的连接电缆组成 分为语音主干线和数据主干线两部分 语音主干 线按照程控交换机和电信系统的标准和做法 采用屏蔽大对数双绞电缆 因为 管理区子系统安装了信号避雷器 所以这部分一般不需要再装防雷设备 数据 主干线如采用大对数双绞电缆作为数据传输主干线 因为已在管理区子系统安 装了信号避雷器 所以一般也不需要在这部分再安装防雷设备 如采用光缆作 为计算机网络主干线 则绝对避免了由于引下线泄放雷电流而形成的电磁场突 变产生的感应雷 是最好的防雷措施 现今大多数智能建筑的垂直干线子系统 均选用了光缆作为主干线 2 5 水平干线子系统 水平干线子系统 由连接管理子系统至工作区子系统的水平布线及 信息插座组成 数据点和语音点均采用双绞线敷设在金属桥架和金属管道内 由于金属桥架和金属管道与综合接地系统相连 形成了信号线路的屏蔽层 并 且在管理子系统中 已备防雷保护装置 所以在水平干线子系统中不必再加装 防雷装置 2 6 工作区子系统 工作区子系统 由连接在信息插座上的各种设备组成 连接计算机 网络的数据点由于在管理子系统中已采取了防雷措施 所以在工作区子系统一 般不需要再加装防雷设施 若需要利用调制解调器通过语音点连接计算机 由 于语音线路与外线连接 则有必要安装信号避雷器 三 电气保护与接地措施三 电气保护与接地措施 在建筑物供配电设计中 接地系统设计占有重要的地位 因为它关系到供 电系统的可靠性 安全性 不管哪类建筑物 在供电设计中总包含有接地系统 设计 而且 随着建筑物的要求不同 各类设备的功能不同 接地系统也相应 不同 尤其进入 90 年代后 大量的智能化楼宇的出现对接地系统设计提出了许 多新的内容 对常用的接地方式 分析以下几种接地系统 3 1 TN C 系统系统 TN C 系统被称之为三相四线系统 该系统中性线 N 与保护接地 PE 合二 为一 通称 PEN 线 这种接地系统虽对接地故障灵敏度高 线路经济简单 但 它只适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 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 不但会使设备外壳 与 PEN 线连接 带电 对人身造成威胁 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可靠运行 因 此 TN C 接地系统不能作为智能化建筑的接地系统 见附图 2 3 2 TN C S 系统系统 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 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 系统前面已作分析 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 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 提高了人及物的安全性 同时只要采取接地引线 各自都从接地体一点引出 及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等措施 那么 TN C S 系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统 见附图 3 3 3 TN S 系统系统 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 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 只要象 TN C S 接地系统 采取同样的技术措施 TN S 系统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时 一般都采用这种接地 系统 见附图 4 3 4 TT 系统系统 通常称 TT 系统为三相四线接地系统 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 不管三相负荷平衡 不平衡 在中性线 N 带电情况下 PE 线不会带电 只有单相接地故障时 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 也能获得人与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 该系统也会越来越作为智能型建筑 物的接地系统 从目前的情况来看 由于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 见附图 5 3 5 IT 系统系统 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 缺点是不能配出中性线 因此它是不适用于拥有大量单相设 备的智能化大楼的 见附图 6 从以上各种接地系统的特性及分析可知 在智能化楼宇内 要求保护接地 的设备非常多 有强电设备 弱电设备以及一些正常情况下不带电的导电设备 与构件 均必须采用有效的保护接地 如果采用 TN C 系统 将 TN C 系统 中的 N 线同时用做接地线 或者在 TN S 系统中将 N 线与 PE 线接在一起 再 连接到底板上去 或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 或者干脆把 N 线 PE 线 直流接地线混接在一起 以上这些做法都 是不符合接地要求的 且是错误的 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 由于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除会发生上述的危险 外 电子设备将会受到干扰而无法工作 因此 智能建筑应设置电子设备的直 流接地 交流工作接地 安全保护接地及普通建筑也应具备的防雷保护接地 此外 由于智能建筑内多设有具有防静电要求的程控交换机房 计算机房 消 防及火灾报警监控室 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 四 在设计智能化楼宇接地措施时应注意的事项 四 在设计智能化楼宇接地措施时应注意的事项 4 1 防雷接地 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叫 作防雷接地 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 闭路电视系统等 以及他们相应的布线系统 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 化楼宇的防雷接地设计必须严密 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 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 25 4 mm 镀锌扁钢在屋顶组成 10 10 m 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 4 2 交流工作接地 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 不能与其它接地系统 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 4 3 安全保护接地 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 在智能化楼宇内 要 求安全保护接地的设备非常多 有强电设备 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 的绝缘损坏时 其外壳可能带电 如果人体触及此电气设备的外壳就可能被电 击伤或造成生命危险 在中性点直接接地的电力系统中 接地短路电流经人身 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身触电 4 4 直流接地 直流接地 在一幢智能化楼宇内 包含有大量的计算机 通讯设备 和带有电脑的大楼自动化设备 这些电子设备在进行输入信息 传输信息 转 换能量 放大信号 逻辑动作 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 严禁与 N 线连接 4 5 屏蔽接地与防静电接地 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