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摘要: 对于高层建筑的主配电系统,目前有许多设计单位采用放射式配电系统,主要原因是这种配电方式配电线路故障互不影响,供电可靠性较高,配电设备集中,检修比较方便,但投资较高,尤其是配电线路采用铜芯电力电缆时,电缆部分的造价占整个电气工程投资造价的比重大。本文作者根据多年来的工作经验，对大型建筑中强弱电系统的接地问题进行了分析，具有重要的参考意义。
关键词:电气系统,PE线,接地
中图分类号：TU976+.1文献标识码： A 文章编号：
对于高层建筑的主配电系统,目前有许多设计单位采用放射式配电系统,主要原因是这种配电方式配电线路故障互不影响,供电可靠性较高,配电设备集中,检修比较方便,但投资较高,尤其是配电线路采用铜芯电力电缆时,电缆部分的造价占整个电气工程投资造价的比重大。在设计中注意到大型建筑主配电系统配电线路选用了三相五芯电力电缆,即三根相线,一根中性线,一根专用地线。这就是所谓的“TN-S”供电系统。这种系统可以不增加地网投资,在配电线路短,配电设备少,受电点接地有困难时,尤其实用。但是,在变压器中性点直接接地系统中,高层建筑的配电设计应首先考虑采用“TN-C-S”供电系统,即由低压配电室至电缆竖井受电箱一段的配电采用“TN-C”配电系统,各层配电箱至各层配电设备则采用“TN-S”系统,这样往往在实际供电工程中,低压配电室离高层建筑物的电缆竖井较远,使得低压电缆较长,“TN-S”系统的五芯电缆与四芯电缆相比,其容许的载流量要小些,在相同计算负荷的条件下,电缆截面要选得大些,又增加了一条地线使电缆造价增加了许多。另外在设计中还注意到,对于“TN-S”系统,重复接地是对PE线的重复接地,其作用如下:
1)如不进行重复接地,当PE断线时,系统处于既不接零也不接地的无保护状态。而对其进行重复接地以后,当PE正常时,系统处于接零保护状态;当PE断线时,如果断线在重复接地的前侧系统则处在接地保护状态。
2)当相线断线与大地发生短路时,由于故障电流的存在造成了PE线电位的升高,当断线点与大地间电阻较小时,PE线的电位很有可能远远超过安全电压。这种危险的电压沿PE线传至各用电设备外壳乃至危及人身安全。而进行重复接地后,由于重复接地,电阻与电源工作接地,电阻并联后等效电阻小于电源工作接地电阻,使得相线断线接地处的电阻分担的电压增加,从而有效降低PE线对地电压,减少触电危险。
3)PE线的重复接地可以降低当相线碰壳短路时的设备外壳对地的电压。
综上所述,改善TN系统的保护性能,通过接地装置与大地再次接地,可降低漏电设备对地电压,减轻PE线断线的危险,缩短故障持续时间,从而减少了低压接地故障引起各类事故的危险性。而总等电位的连接将由接地极引来的接地干线,用电设备外壳,管道以及建筑物的金属结构等互相连接,这样的连接也可以降低建筑物内发生接地故障的接觸电压,消除PE线窜入的危险故障电压,降低保护电器动作不可靠带来的危险性。
除了考虑到人身安全,还有一个重要的因素就是接地出现故障所引起的火灾,由于接地保护有多种方式如:TN-C,TN-C-S,TN-S等系统,它们在防火的安全程度上也不一样。对于TN-C系统来说由于PE线与N线合二为一,正常工作时有不对称电流和谐波电流通过该线将产生压降,当该线断线或相地短路时,将会发生较高的对地故障电压,且某一处的故障电压将沿着PEN线窜至其他部位,这时就有可能出现一处或多处对地打火,引燃附近的易然物品发生火灾。因此使用该系统时,在设计上要让三相负荷基本达到平衡,避免灾害的发生。当采用TN-S系统时由于PE线和N线是分开的,在正常工作时,PE线上没有不平衡电流通过,而与PE线相连的设备外壳是不带电的,只有在接地出现故障时才带电位,因此该系统的危险性大大降低。但必须保证PE线的接地连接牢固。对TT系统由于采用了设备金属外壳直接接地与电源的接地无直接联系,因此不易产生火花和电弧。因为没有PE线连接,危险对地电压不会窜入其他部位,所以比较安全。
随着电子计算机等精密电子设备的广泛应用,不能把弱电系统的接地与强电系统的接地互相连接。因为强电系统的接地网并非实际的等电位,在不同的网点会出现电位差。当有大的接地电流注入地网时,各网点就会出现较大的电位差。而弱电系统本身的电压低,接地电阻值要求相当小,如果采用“TN-S”系统中的地线,可能会影响电子设备的正常工作,所以,对强弱电系统的接地网应各自独立设置接地小井。同时根据GB50166-92的规范要求,弱电系统的接地电阻应小于1Ω。当主配电系统采用“TN-C”系统时为了确保大型建筑的“TN-C-S”供电系统安全可靠地工作,应在电缆井内暗埋两根符合设计要求的铜板,一根供对接地电阻值要求较小的计算机等精密电子设备接地使用,另一根给其他电器设备接地使用。配电箱接地端子应于电缆井接地点牢固相联,箱内接地端子引出的接地线供用电设备接地。最后将建筑物的自然接地网与配电室地网相连。
需要指出的是,对弱电系统的接地方式不同,接地效果也不同,但应尽可能保证一点接地。如果系统在两点接地,两个分开的接地点很难保证等电位,并形成地还流,从而对电路产生干扰。如果在信号端一点接地,就可以有效地避免共模干扰。在强电系统中的N线应连接可靠,不能与PE线混同一体。在弱电系统中的计算机一般备有单相UPS稳压电源。如N线连接松动,当三相负荷不平衡时,相线电压偏移,有时会达到起伏20 %。UPS将丧失稳压作用,造成信息丢失甚至烧毁UPS。
在大型建筑电气施工中，应注意以下几个方面的问题:
(l)不能把弱电系统的接地与强电系统的接地互相联接。因为，强电系统的接地网并非实际的等电位，在不同的网点会出现电位差。当有大的接地电流注人地网时，各网点就存在较大的电位差。而弱电系统本身的电压低，对接地点电位差不应超过IV。如果强弱电系统的接地点互相联接，强电地网的电位差将会影响弱电系统，使弱电系统出现干扰，影响信息网络的正常运行。所以，对强弱电系统的接地网应各自独立设置接地小井。同时根据GB50166—92的规范要求，弱电系统的接地电阻应小于In。在设备与接地小井之间如距离超过25m远时，则应增加一根25mm2的接地铜线。
(2)在强电系统中的N线应连接可靠，不能与PE线混同一体。在弱电系统中的计算机一般备有单相uPS稳压电源。如N线联接松动，当三相负荷不平衡时，相电压偏移，有时会达到起伏20%(达到264v)。uPs将丧失稳压作用，造成信息丢失甚至烧毁uPS。
(3)强弱电的电缆应采用各自专用桥架，尽量不要布置在同一桥架上。如受条件限制，须放在同一桥架时，应将弱电信息电缆套进金属软管，将金属软管外皮每隔15~20m远用25mm2的铜编织带进行接地保护。
(4)电缆桥架及线管均应接地。不论是强电桥架还是弱电桥架，在桥架的连接部位应采用25mm2的铜编带进行联接，并每隔30m处与接地扁钢相连，支撑桥架的立柱应用40x4的扁钢焊接相通。
(5)配电箱盒进出线端成排线管的连接，必须按要求保证每根线管上的焊接长度。由于大型建筑中自动化程度的不断提高，即越来越多地使用弱电系统，会更多地存在强电系统和弱电系统并存现象。弱电系统具有抗干扰能力差的弱点，在电气施工管理中，必须重视接地保护，尽可能地避免各系统之间的互相干扰，以提高使用的安全可靠性。
综上所述,大型建筑的主配电系统采用“TN-C”供电系统时既解决了“TNS”供电系统存在的问题,又确保了“TN-C-S”供电系统的安全可靠,同时也降低了电器工程的造价,在大型建筑设计方面具有技术和经济的双重意义。
而在弱电系统方面由于其抗干扰能力差的弱点,在电气管理中必须重视接地保护,接地是一个复杂而又重要的问题,由于工业现场的复杂性,不可能有统一的接地方式,所以具体的接地方式视情况而定,尽可能地避免各系统之间的互相干扰,以提高使用的安全可靠性。
参考文献
l.徐超汉.智能化大厦综合布线系统设计与工程.电子工业出版社，1996
2.MiehaelSalvagno.Ciseo网络设计手册.电子工业出版社，2001.1
关键词:电气系统,PE线,接地
中图分类号：TU976+.1文献标识码： A 文章编号：
对于高层建筑的主配电系统,目前有许多设计单位采用放射式配电系统,主要原因是这种配电方式配电线路故障互不影响,供电可靠性较高,配电设备集中,检修比较方便,但投资较高,尤其是配电线路采用铜芯电力电缆时,电缆部分的造价占整个电气工程投资造价的比重大。在设计中注意到大型建筑主配电系统配电线路选用了三相五芯电力电缆,即三根相线,一根中性线,一根专用地线。这就是所谓的“TN-S”供电系统。这种系统可以不增加地网投资,在配电线路短,配电设备少,受电点接地有困难时,尤其实用。但是,在变压器中性点直接接地系统中,高层建筑的配电设计应首先考虑采用“TN-C-S”供电系统,即由低压配电室至电缆竖井受电箱一段的配电采用“TN-C”配电系统,各层配电箱至各层配电设备则采用“TN-S”系统,这样往往在实际供电工程中,低压配电室离高层建筑物的电缆竖井较远,使得低压电缆较长,“TN-S”系统的五芯电缆与四芯电缆相比,其容许的载流量要小些,在相同计算负荷的条件下,电缆截面要选得大些,又增加了一条地线使电缆造价增加了许多。另外在设计中还注意到,对于“TN-S”系统,重复接地是对PE线的重复接地,其作用如下:
1)如不进行重复接地,当PE断线时,系统处于既不接零也不接地的无保护状态。而对其进行重复接地以后,当PE正常时,系统处于接零保护状态;当PE断线时,如果断线在重复接地的前侧系统则处在接地保护状态。
2)当相线断线与大地发生短路时,由于故障电流的存在造成了PE线电位的升高,当断线点与大地间电阻较小时,PE线的电位很有可能远远超过安全电压。这种危险的电压沿PE线传至各用电设备外壳乃至危及人身安全。而进行重复接地后,由于重复接地,电阻与电源工作接地,电阻并联后等效电阻小于电源工作接地电阻,使得相线断线接地处的电阻分担的电压增加,从而有效降低PE线对地电压,减少触电危险。
3)PE线的重复接地可以降低当相线碰壳短路时的设备外壳对地的电压。
综上所述,改善TN系统的保护性能,通过接地装置与大地再次接地,可降低漏电设备对地电压,减轻PE线断线的危险,缩短故障持续时间,从而减少了低压接地故障引起各类事故的危险性。而总等电位的连接将由接地极引来的接地干线,用电设备外壳,管道以及建筑物的金属结构等互相连接,这样的连接也可以降低建筑物内发生接地故障的接觸电压,消除PE线窜入的危险故障电压,降低保护电器动作不可靠带来的危险性。
除了考虑到人身安全,还有一个重要的因素就是接地出现故障所引起的火灾,由于接地保护有多种方式如:TN-C,TN-C-S,TN-S等系统,它们在防火的安全程度上也不一样。对于TN-C系统来说由于PE线与N线合二为一,正常工作时有不对称电流和谐波电流通过该线将产生压降,当该线断线或相地短路时,将会发生较高的对地故障电压,且某一处的故障电压将沿着PEN线窜至其他部位,这时就有可能出现一处或多处对地打火,引燃附近的易然物品发生火灾。因此使用该系统时,在设计上要让三相负荷基本达到平衡,避免灾害的发生。当采用TN-S系统时由于PE线和N线是分开的,在正常工作时,PE线上没有不平衡电流通过,而与PE线相连的设备外壳是不带电的,只有在接地出现故障时才带电位,因此该系统的危险性大大降低。但必须保证PE线的接地连接牢固。对TT系统由于采用了设备金属外壳直接接地与电源的接地无直接联系,因此不易产生火花和电弧。因为没有PE线连接,危险对地电压不会窜入其他部位,所以比较安全。
随着电子计算机等精密电子设备的广泛应用,不能把弱电系统的接地与强电系统的接地互相连接。因为强电系统的接地网并非实际的等电位,在不同的网点会出现电位差。当有大的接地电流注入地网时,各网点就会出现较大的电位差。而弱电系统本身的电压低,接地电阻值要求相当小,如果采用“TN-S”系统中的地线,可能会影响电子设备的正常工作,所以,对强弱电系统的接地网应各自独立设置接地小井。同时根据GB50166-92的规范要求,弱电系统的接地电阻应小于1Ω。当主配电系统采用“TN-C”系统时为了确保大型建筑的“TN-C-S”供电系统安全可靠地工作,应在电缆井内暗埋两根符合设计要求的铜板,一根供对接地电阻值要求较小的计算机等精密电子设备接地使用,另一根给其他电器设备接地使用。配电箱接地端子应于电缆井接地点牢固相联,箱内接地端子引出的接地线供用电设备接地。最后将建筑物的自然接地网与配电室地网相连。
需要指出的是,对弱电系统的接地方式不同,接地效果也不同,但应尽可能保证一点接地。如果系统在两点接地,两个分开的接地点很难保证等电位,并形成地还流,从而对电路产生干扰。如果在信号端一点接地,就可以有效地避免共模干扰。在强电系统中的N线应连接可靠,不能与PE线混同一体。在弱电系统中的计算机一般备有单相UPS稳压电源。如N线连接松动,当三相负荷不平衡时,相线电压偏移,有时会达到起伏20 %。UPS将丧失稳压作用,造成信息丢失甚至烧毁UPS。
在大型建筑电气施工中，应注意以下几个方面的问题:
(l)不能把弱电系统的接地与强电系统的接地互相联接。因为，强电系统的接地网并非实际的等电位，在不同的网点会出现电位差。当有大的接地电流注人地网时，各网点就存在较大的电位差。而弱电系统本身的电压低，对接地点电位差不应超过IV。如果强弱电系统的接地点互相联接，强电地网的电位差将会影响弱电系统，使弱电系统出现干扰，影响信息网络的正常运行。所以，对强弱电系统的接地网应各自独立设置接地小井。同时根据GB50166—92的规范要求，弱电系统的接地电阻应小于In。在设备与接地小井之间如距离超过25m远时，则应增加一根25mm2的接地铜线。
(2)在强电系统中的N线应连接可靠，不能与PE线混同一体。在弱电系统中的计算机一般备有单相uPS稳压电源。如N线联接松动，当三相负荷不平衡时，相电压偏移，有时会达到起伏20%(达到264v)。uPs将丧失稳压作用，造成信息丢失甚至烧毁uPS。
(3)强弱电的电缆应采用各自专用桥架，尽量不要布置在同一桥架上。如受条件限制，须放在同一桥架时，应将弱电信息电缆套进金属软管，将金属软管外皮每隔15~20m远用25mm2的铜编织带进行接地保护。
(4)电缆桥架及线管均应接地。不论是强电桥架还是弱电桥架，在桥架的连接部位应采用25mm2的铜编带进行联接，并每隔30m处与接地扁钢相连，支撑桥架的立柱应用40x4的扁钢焊接相通。
(5)配电箱盒进出线端成排线管的连接，必须按要求保证每根线管上的焊接长度。由于大型建筑中自动化程度的不断提高，即越来越多地使用弱电系统，会更多地存在强电系统和弱电系统并存现象。弱电系统具有抗干扰能力差的弱点，在电气施工管理中，必须重视接地保护，尽可能地避免各系统之间的互相干扰，以提高使用的安全可靠性。
综上所述,大型建筑的主配电系统采用“TN-C”供电系统时既解决了“TNS”供电系统存在的问题,又确保了“TN-C-S”供电系统的安全可靠,同时也降低了电器工程的造价,在大型建筑设计方面具有技术和经济的双重意义。
而在弱电系统方面由于其抗干扰能力差的弱点,在电气管理中必须重视接地保护,接地是一个复杂而又重要的问题,由于工业现场的复杂性,不可能有统一的接地方式,所以具体的接地方式视情况而定,尽可能地避免各系统之间的互相干扰,以提高使用的安全可靠性。
参考文献
l.徐超汉.智能化大厦综合布线系统设计与工程.电子工业出版社，1996
2.MiehaelSalvagno.Ciseo网络设计手册.电子工业出版社，2001.1