试论现代建筑接地系统技术

【摘要】智能建筑设备的电器保护极为重要，为了保证智能建筑中电气设备的安全可靠运行，本文根据各种接地系统的特点，讨论了智能建筑应采用的接地系统及各种接地措施。

【关键词】智能建筑；负荷平衡；电位基准点；接地系统；电磁干扰

1.各种接地系统的分析

1.1 TN系统

1.1.1 TN-C系统

TN-C系统也被称之为三相四线系统（如图1所示），该系统中性线N与保护接地线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，但它只适合用于三相负荷较平衡的场所。

智能建筑中，除了部分风机等负荷为三相负荷外，其余设备一般均为单相负荷，在实际运行中难以实现三相负荷平衡，因此在PEN线中存在着不平衡电流；加上建筑内大量采用荧光灯、晶闸管等设备，导致其在供电线路中存在着高次谐波电流，在非故障情况下，谐波电流会在中性线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。

不但会使设备外壳带电，对人身造成不安全，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。由此可见TN-C系统不适合作为智能建筑的接地系统。

1.1.2 TN-S系统

TN-S是一个三相五线的接地系统（如图2所示）。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。正常运行时，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。因此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。

1.1.3 TN-C-S系统

TN-C-S系统实际是由以上两种接地系统组成。第一部分是TN-C系统，第二部分是TN-S系统，两者的分界面在N线与PE线的连接点处，N线与PE线分开后即不允许再合并。

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。只要我们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，那么TN-C-S系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统。

1.2 TT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线带电情况下，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。配以大容量的漏电保护器，该系统也可以作为智能建筑的接地系统，但是从实际情况来看，由于智能建筑中用电设备非常多，设备均独立接地实现起来比较困难，所以TT系统很少被智能建筑所采用。

1.3 IT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高阻抗接地，无中性线N，只有线电压，无相电压，保护接地线PE各自独立接地。该系统的优点是当发生单相接地故障时，不会使外壳带有较大的故障电流，可以不切断故障线路，系统照常运行。

缺点是不能配出中性线N。因此它是不适用于拥有大量单相设备的智能建筑的。

经过以上分析，并结合工程实际，在实际工程中接地系统多采用TN-S系统，有时也会采用TN-C-S系统。

2.智能建筑接地技术措施

2.1 交流工作接地

在TN系统中，需把中性线接地，用接地线引至接地体，在满足热稳定条件下，接地体最好利用建筑物的基础钢筋。20世纪60年代就已经利用钢筋混凝土构件中的钢筋作为接地装置，其接地电阻值可达到规范要求。一般无需另外增设人工接地极。但施工结束后仍要测量接地电阻值。

2.2 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。智能建筑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。建筑的各层顶板，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，一旦受到雷击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。绝大多数情况下智能建筑应按照第二类或第三类防雷建筑物的防雷措施设计。

接闪器采用针、带或两种组合而成的接闪器，对于第二类防雷建筑物避雷带采用镀锌扁钢在屋顶组成不大于10m×10m或12m×8m的网格，对于第三类防雷建筑物避雷带应采用镀锌扁钢在屋顶组成不大于20m×20m或24m×16m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，引下线利用柱子钢筋、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，柱子钢筋与接地体连接，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，而目还能防止外来的电磁干扰。

2.3 安全保护接地

通过等电位联结可使建筑物电气装置的各外露导电体与装置外导电部分的电位基本相等。它按照功能范围分为三类。

2.3.1 总等电位联结

其作用在于降低建筑物内间接接触电击和不同金属部件间的电位差，并消除自建筑物外经电气线路和各种金属管道引入的危险故障电压的危害。它应通过进线配电箱旁的总等电位联结端子板将下列导电部分互相连通：PE、PEN干线；电气装置接地极的降低干线；建筑物内的水管、煤气管、采暖和空调管道等金属管道；条件许可的建筑物金属构件等导电体。等电位联结中的金属管道连接处应可靠地连通导电，通常采取焊接跨接线的方法实现。

2.3.2 辅助等电位联结

其作用是将两导电部分用导线直接作等电位联结，使故障接触电压降至接触电压限值以下。需做等电位联结的情况有：电源网络阻抗过大，使自动切断电源时间过长，不能满足防电击要求；自TN系统同一配电箱供给固定式和移动式两种电气设备，而固定式设备保护电器不能满足移动式设备要求；为满足浴室、游泳池、医院手术室等场所对防电击的特殊要求。

2.3.3 局部等电位联结

当需在一局部场所内作多个辅助等电位联结时，可通过局部等电位联结端子板将下列部分互相连通，以简便地实现该局部内的多个辅助等电位联结：PE母线或PE干线；公用设施金属管道；如果可能，也包括建筑物的金属结构钢筋。

2.4 直流接地

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。

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。

直流接地宜采用单点接地，这样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。

智能建筑内，包含大量的计算机、通讯设备和带有电脑的楼宇自动化设备，这些电子设备的输入信息、传输信息和逻辑动作等一系列过程，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。

2.5 线缆的屏蔽接地

智能建筑中屏蔽电缆的使用量非常大，而屏蔽电缆的屏蔽电磁干扰的效果与屏蔽层的接地方式密切相关。

2.5.1 高频电路采用多点接地

对于高频电路，如果屏蔽层（或金属护套）接地点的长度接近于0.25λ时，屏蔽层就起不到电磁屏蔽的作用，而是一根辐射天线。因此，高频电路的屏蔽层或金属护套一定要采用多点接地。如果不能做到每隔0.1λ有一个接地点，至少应把屏蔽层的两端接地。这样就可有效防止电缆屏蔽体上出现高电平噪声电压。

另外，由于高频的集肤效应，噪声电流只在屏蔽层的外表面流动，而信号电流在导体内层流动，相互间的干扰也减至最小。

2.5.2 低频电路采用单点接地

频率低于1MHz时，电缆屏蔽层应采用单点接地方式，以防止其他电流流经电缆屏蔽层产生电磁干扰。因此，若采用同轴电缆传输信号时，如要通过屏蔽层提供信号回路，可在信号源端将信号源与屏蔽层相连接地。

也可以将屏蔽电缆穿入金属管内或采用双层屏蔽电缆，将金属管或电缆外屏蔽层在两端接地，而金属管内的电缆屏蔽层或屏蔽电缆的内屏蔽层一端接地。

3.结语

智能化楼宇的供电接地系统宜采用TN-S系统，按规范宜采用一个总的共同接地装置，即统一接地体。统一接地体为接地电位基准点，由此分别引出各种功能接地引线，利用总等电位和辅助等电位的方式组成一个完整的统一接地系统。

参考文献

[1]陈德鑫.论智能建筑的电气保护与接地[J].中国新技术新产品，2010（05）.

[2]黄才光.智能建筑电气接地技术探析[J].智能建筑与城市信息，2011（11）.