高層建筑電氣工程中接地系統(tǒng)的探討

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【摘要】論文首先闡述了高層建筑中接地系統(tǒng)的種類及其作用,然后結(jié)合筆者工程經(jīng)驗,分別對防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計、工作接地系統(tǒng)的設(shè)計與保護接地系統(tǒng)的設(shè)計要點進行了分析。

【關(guān)鍵詞】電氣工程；高層建筑；接地系統(tǒng)設(shè)計 在高層建筑電氣設(shè)計中,接地系統(tǒng)的設(shè)計占有十分重要的地位,也是用戶關(guān)心及質(zhì)檢部門特別重視的環(huán)節(jié)。 隨著社會及科技的進步,特別是大量智能化建筑的出現(xiàn),對接地系統(tǒng)的設(shè)計提出了更多更高的要求。要作好接地系統(tǒng)的設(shè)計,就必須對高層建筑中不同接地系統(tǒng)之間的分類、在建筑中所起的作用以及相互間的關(guān)系有清楚的認識,只有這樣,才能夠有效保證高層建筑電氣工程中接地系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量。 1高層建筑中接地系統(tǒng)的種類及其作用高層建筑中特別是高層智能建筑中需要接地的設(shè)備及構(gòu)件很多,而且接地的要求也不一樣,但從接地所起的作用可以歸納為三大類,即防雷接地、工作接地和保護接地。防雷接地是高層建筑非常重要的接地系統(tǒng),它所起的作用是當建筑物受到雷擊時能迅速有效地將雷電流泄入大地,從而保護建筑物的每個部件以及建筑物內(nèi)的人員及設(shè)備的安全。由于雷擊時瞬間雷電流可達到幾十至幾百千安培,瞬時感應(yīng)電壓可達到幾十至幾百千伏,有可能使建筑物內(nèi)的設(shè)備尤其是電子設(shè)備受到雷電反擊或感應(yīng)過電壓的破壞。因此防雷接地系統(tǒng)還必須使建筑物設(shè)備具有均壓、等電位以及多層屏蔽的防雷結(jié)構(gòu)。在整個建筑物接地系統(tǒng)設(shè)計中,作好防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該擺在首位,并以防雷接地為基礎(chǔ)同時做好建筑物內(nèi)設(shè)備的工作接地及保護接地系統(tǒng),給人們創(chuàng)造一個安全的環(huán)境。工作接地,其作用就是為了建筑物內(nèi)各種用電設(shè)備能正常工作所需要的接地系統(tǒng),工作接地可分為交流工作接地和直流工作接地。在民用建筑內(nèi)的交流工作接地是指交流低壓配電系統(tǒng)中電源變壓器中性點(獨立變電所)或引入建筑物交流電源中性線的直接接地,從而使建筑物內(nèi)的用電設(shè)備獲得220/380V正常穩(wěn)定的工作電壓。直流工作接地是為了讓建筑物內(nèi)電子設(shè)備的信號放大,信號傳輸以及數(shù)字電路中各種門電路信息的傳遞有一個穩(wěn)定的基準電位,從而使建筑物內(nèi)的弱電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定正常工作。保護接地是指保護建筑物內(nèi)的人身免遭間接接觸的電擊(即在配電線路及設(shè)備在發(fā)生接地故障情況下的電擊)和在發(fā)生接地故障情況下避免因金屬殼體間有電位差而產(chǎn)生打火引發(fā)火災(zāi)。當配電回路發(fā)生接地故障時產(chǎn)生足夠大的接地故障電流時,使配電回路的保護開關(guān)迅速動作,從而及時切除故障回路電源達到保護目的。然而在一些不能及時切除故障回路電源的場所,保護接地采用了等電位等措施來實現(xiàn)其保護作用。 2高層建筑防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計在高層建筑接地系統(tǒng)設(shè)計中,防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計是非常重要的。在國家(建筑物防雷設(shè)計規(guī)范)中把建筑物分為一類、二類和三類防雷保護,高層民用建筑一般按二類防雷保護設(shè)計,當建筑物內(nèi)有爆炸危險環(huán)境時應(yīng)按一類防雷保護設(shè)計。高層建筑物的防雷接地系統(tǒng)通常由接閃器、引下線、接地體以及均壓環(huán)等裝置組成。接閃器可以采用避雷針、避雷帶或針帶組合接閃器。工程設(shè)計中通常采用直徑不小于8mm的鍍鋅圓鋼或≥12×4mm2的鍍鋅扁鋼(厚度必須≥4mm)焊接組成不大于10m×10m(一類防雷為5m×5 m)或12m×8m(6m×4m)的網(wǎng)格避雷帶。避雷帶應(yīng)沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)。屋面上所有外露的金屬管道和金屬構(gòu)件均應(yīng)就近與避雷帶相連通。屋面上的接閃器應(yīng)與引下線焊接連通。高層建筑的引下線應(yīng)優(yōu)先利用鋼筋混凝柱內(nèi)的鋼筋作引下線。被利用柱內(nèi)對角兩根主鋼筋作引下線的直徑應(yīng)不小于12mm,引下線鋼筋與鋼筋的連接采用土建施工的綁扎法連接或焊接均可,在建筑物四周外圍引下線下部的適當位置設(shè)若干個供測量,連接人工接地體和作等電位連接用的連接板。引下線與外引連接板應(yīng)采用焊接。高層建筑引下線通常利用四周柱內(nèi)鋼筋均勻布置。引下線的數(shù)量不作具體規(guī)定但引下線的間距不應(yīng)大于18m(一類為12m)。引下線的上端應(yīng)與屋面避雷裝置焊接,下端應(yīng)與接地體焊接。這種引下線設(shè)計雷電流泄漏點多,省材料,且不損壞建筑物的外觀而且施工方便。接地體的設(shè)計是接地系統(tǒng)的關(guān)鍵,高層建筑的接地體通常都利用樁基內(nèi)的鋼筋相互連成一體作為自然接地體,這種設(shè)計可節(jié)省工程投資、施工方便、接地效果好,但在設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點:(1)務(wù)必利用外圈樁基及周圍基礎(chǔ)地梁內(nèi)的鋼筋組成閉環(huán),當無基礎(chǔ)地梁鋼筋可利用時,應(yīng)采用40mm×4mm鍍鋅扁鋼作連接體,保證形成沿建筑外沿敷設(shè)的閉合環(huán)狀水平接地體。有條件時可將所有樁基與閉環(huán)連接(2)利用作接地裝置的鋼筋直徑當僅一根時不應(yīng)小于10mm,通?？衫没A(chǔ)梁底部兩根直徑不小于12mm的主鋼筋作接地體。(3)利用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋作接地體時,被利用的鋼筋在周圍地面以下距地面的深度應(yīng)不小于0.5m。(4)利用基礎(chǔ)鋼筋作防雷接地體時其接地電阻要求不大于10Ω,但與其它接地系統(tǒng)共用接地體時,接地電阻應(yīng)不大于1Ω。3高層建筑工作接地系統(tǒng)的設(shè)計3.1交流工作接地建筑物內(nèi)的交流工作接地通常指交流配電系統(tǒng)中性點的接地。當大樓由附近區(qū)域變電所供電時,工作接地已在區(qū)域變電所內(nèi)完成,但從區(qū)域變電所引來的配電線路進人大樓前,中性線(PEN線)必須作重復(fù)接地。當大樓設(shè)置獨立變電所時,交流工作接地就在變電所內(nèi)完成。即將變壓器中性點、中性線一起直接接地。變電所內(nèi)設(shè)有發(fā)電機組時也應(yīng)將發(fā)電機中性點直接接地。變壓器、發(fā)電機中性點的直接接地應(yīng)采用單獨專用接地線,通常設(shè)計采用40mm×4mm鍍鋅扁鋼做接地線直接與接地體焊接。交流工作接地采用獨立接地體時,接地電阻要求≤4Ω,當采用共用接地體時,其接地電阻應(yīng)≤1Ω。高層建筑通常應(yīng)采用共用接地體。在有些設(shè)計中將變壓器中性點的接地經(jīng)過一段配電中性線利用低壓配電屏的保護接地線接地。筆者認為不妥。變壓器、發(fā)電機的工作接地(中性點接地)應(yīng)在其設(shè)備上以最短的線路采用單獨專用接地線直接與接地裝置連接。 3.2直流工作接地在高層建筑中需要設(shè)置直流工作接地的場所通常有消防控制室。通信機房(綜合布線機房)計算機機房、BA機房、監(jiān)控中心,廣播音響機房、電梯機房以及其它集中使用電子設(shè)備的場所,直流工作接地的接地電阻值除另有特殊要求外,一般不大于4Ω并采用一點接地,當采用共用接地體時,其接地電阻要求小于1Ω。在設(shè)計中弱電系統(tǒng)設(shè)備的供貨商往往提出設(shè)置單獨接地系統(tǒng)的要求。但與建筑(下轉(zhuǎn)84頁)-82-中國高新技術(shù)企業(yè)(3)現(xiàn)場總線技術(shù)PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的運用是整個系統(tǒng)的一個顯著的特點。PROFIBUS現(xiàn)場總線硬件組成簡單、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實用、抗干擾能力強,是國際上公認的性能最好的現(xiàn)場總線之一。 4.系統(tǒng)實現(xiàn)的功能(1)自動監(jiān)測低壓配電系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)及電壓、電流、功率、功率因素、電能等實時電量數(shù)值;(2)故障報警、實時追蹤顯示、自動彈出故障所在畫面;(3)電能計費;(4)變壓器溫度超溫報警檢測、監(jiān)視;(5)配電室室內(nèi)溫度、濕度檢測、顯示;(6)各(棟)樓無人值守、防火、防盜、防非法入侵;(7)CRT畫面逐級監(jiān)視;(8)主站與從站通信采用PROFIBUS現(xiàn)場總線;(9)留有升級、擴展接口。4.錯誤處理在PROFIBUS初始化中,打開了錯誤報警中斷使能和總線錯誤中斷使能,當錯誤計數(shù)器(發(fā)送錯誤計數(shù)器和接收錯誤計數(shù)器任何一個)計數(shù)值超過96時,說明總線被嚴重干擾,產(chǎn)生錯誤報警中斷;當發(fā)送錯誤計數(shù)器值超過255時,節(jié)點進入總線關(guān)閉狀態(tài),PROFIBUS控制器將設(shè)置復(fù)位模式并產(chǎn)生一個錯誤報警和總線錯誤中斷。錯誤報警中斷的處理是清零所有錯誤計數(shù)器的值,維持PROFIBUS的運轉(zhuǎn),但這樣做存在局限性:清零錯誤計數(shù)器只是將錯誤計數(shù)器簡單的清零,不能從根本上鏟除錯誤來源;由于錯誤報警中斷產(chǎn)生的條件為錯誤計數(shù)器的值超過96,而總線關(guān)閉中斷產(chǎn)生的條件為發(fā)送錯誤計數(shù)器的值超過255,因此發(fā)送錯誤計數(shù)器引起的錯誤報警中斷可以屏蔽掉總線錯誤中斷。系統(tǒng)可能由于總響應(yīng)錯誤報警中斷導(dǎo)致系統(tǒng)不能產(chǎn)生總線關(guān)閉,使PROFIBUS總線一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。 為了避免這種情況,只打開總線錯誤中斷使能,這樣在總線發(fā)生嚴重錯誤情況下,可馬上產(chǎn)生總線錯誤中斷,使錯誤得到及時處理?？偩€錯誤中斷的處理是復(fù)位該節(jié)點,重新初始化PROFIBUS控制器,這樣可以鏟除錯誤,給節(jié)點一個很好的初態(tài)。由于PROFIBUS總線兩條傳輸線之間的誤觸,也易造成PROFIBUS總線關(guān)閉,使節(jié)點無法工作,在主程序中查詢狀態(tài)寄存器中當前PROFIBUS總線狀態(tài),及時復(fù)位該節(jié)點,使節(jié)點正常工作。同時,為了更方便直觀的查看PROFIBUS總線的工作狀態(tài),設(shè)計了一個指示燈,當總線正常的收發(fā)信息時,指示燈閃爍運行,一旦PROFIBUS總線關(guān)閉,節(jié)點不參與總線活動,指示燈不再閃爍(此時指示燈長亮或長滅),當總線錯誤不能通過復(fù)位該節(jié)點解決時,可以通過查看指示燈的狀態(tài)(長亮或長滅),及時地對不工作的節(jié)點進行修理維護。運用PROFIBUS總線技術(shù)構(gòu)建的智能配電系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性。系統(tǒng)價格低廉,安裝維護簡單,具有良好的升級、擴展能力。 參考文獻 [1]劉國林,陳剛.《智能化低壓配電系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展概況》低壓電器1998(2) [2]鄔寬明《現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用選編》北京航天航空大學出版社2004年01月 [3]芮靜康《建筑設(shè)備自動化》中國建筑工業(yè)出版社2006年11月 [4]孫鶴旭,梁濤,云利軍《Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)》國防工業(yè)出版社2007年04月