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电气雷电保护与接地

来源:德恩拓 发布时间:2014-2-24 10:49:05

   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。在常用的几种接地方式中,哪一种能够适合智能化楼宇呢?我们不妨分析一下下面几种接地系统。 

 1.TNC系统  TNC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,但它只适合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。因此TNC接地系统不能作为智能化建筑的接地系统。

 2.TNCS系统  TNCS系统由两个接地系统组成,第一部分是TNC系统,第二部分是TNS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TNC系统,进户处做重复接地,进户后变成TNS系统。TNC系统前面已做分析。TNS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TNS接地系统明显提高了人及物的安全性.同时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等措施,那么TNCS系统可以作为智能型建筑物的一种接地系统。 

 3.TNS系统  TNS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。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TNCS接地系统,采取同样的技术措施,TNS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。 

4.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TNS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。  

5.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阻抗接地,无中性线N,只有线电压(380V),无相压压(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N。因此它是不适用于拥有大量单相设备的智能化大楼的。

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TNC系统,将TNC系统中的N线同时用做接地线;或者在TNS系统中将N线与PE线接在一起,再连接到底板上去;再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;有的干脆把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TNS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。

  下面,我们接着分析一下智能化楼宇应采取的各种接地措施。

  (1)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25×4mm)镀锌扁钢在屋顶组成≤10×10m)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。

  2.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。

  3.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,其外壳有可能带电。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。如图6所示。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。

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