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(yàn),分別對(duì)防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工作接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與保護(hù)接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】電氣工程；高層建筑；接地系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中,接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(huì)及科技的進(jìn)步,特別是大量智能化建筑的出現(xiàn),對(duì)接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更多更高的要求。要作好接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì),就必須對(duì)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(rèn)識(shí),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(jì)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(hù)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(dāng)建筑物受到雷擊時(shí)能迅速有效地將雷電流泄入大地,從而保護(hù)建筑物的每個(gè)部件以及建筑物內(nèi)的人員及設(shè)備的安全。由于雷擊時(shí)瞬間雷電流可達(dá)到幾十至幾百千安培,瞬時(shí)感應(yīng)電壓可達(dá)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(gè)建筑物接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,作好防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該擺在首位,并以防雷接地為基礎(chǔ)同時(shí)做好建筑物內(nèi)設(shè)備的工作接地及保護(hù)接地系統(tǒng),給人們創(chuàng)造一個(gè)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(diǎn)(獨(dú)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(hào)放大,信號(hào)傳輸以及數(shù)字電路中各種門電路信息的傳遞有一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)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(hù)接地是指保護(hù)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(dāng)配電回路發(fā)生接地故障時(shí)產(chǎn)生足夠大的接地故障電流時(shí),使配電回路的保護(hù)開關(guān)迅速動(dòng)作,從而及時(shí)切除故障回路電源達(dá)到保護(hù)目的。然而在一些不能及時(shí)切除故障回路電源的場所,保護(hù)接地采用了等電位等措施來實(shí)現(xiàn)其保護(hù)作用。 2高層建筑防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在高層建筑接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是非常重要的。在國家(建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范)中把建筑物分為一類、二類和三類防雷保護(hù),高層民用建筑一般按二類防雷保護(hù)設(shè)計(jì),當(dāng)建筑物內(nèi)有爆炸危險(xiǎn)環(huán)境時(shí)應(yīng)按一類防雷保護(hù)設(shè)計(jì)。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(jì)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(duì)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(dāng)位置設(shè)若干個(gè)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(jì)雷電流泄漏點(diǎn)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(jì)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(jì)可節(jié)省工程投資、施工方便、接地效果好,但在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(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(dāng)無基礎(chǔ)地梁鋼筋可利用時(shí),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(shí)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(dāng)僅一根時(shí)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(shí),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(shí)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(shí),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(jì)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(diǎn)的接地。當(dāng)大樓由附近區(qū)域變電所供電時(shí),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(jìn)人大樓前,中性線(PEN線)必須作重復(fù)接地。當(dāng)大樓設(shè)置獨(dú)立變電所時(shí),交流工作接地就在變電所內(nèi)完成。即將變壓器中性點(diǎn)、中性線一起直接接地。變電所內(nèi)設(shè)有發(fā)電機(jī)組時(shí)也應(yīng)將發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接接地。變壓器、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的直接接地應(yīng)采用單獨(dú)專用接地線,通常設(shè)計(jì)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(dú)立接地體時(shí),接地電阻要求≤4Ω,當(dāng)采用共用接地體時(shí),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(jì)中將變壓器中性點(diǎn)的接地經(jīng)過一段配電中性線利用低壓配電屏的保護(hù)接地線接地。筆者認(rèn)為不妥。變壓器、發(fā)電機(jī)的工作接地(中性點(diǎn)接地)應(yīng)在其設(shè)備上以最短的線路采用單獨(dú)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(jī)房(綜合布線機(jī)房)計(jì)算機(jī)機(jī)房、BA機(jī)房、監(jiān)控中心,廣播音響機(jī)房、電梯機(jī)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(diǎn)接地,當(dāng)采用共用接地體時(shí),其接地電阻要求小于1Ω。在設(shè)計(jì)中弱電系統(tǒng)設(shè)備的供貨商往往提出設(shè)置單獨(dú)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(yùn)用是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)顯著的特點(diǎn)。PROFIBUS現(xiàn)場總線硬件組成簡單、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)用、抗干擾能力強(qiáng),是國際上公認(rèn)的性能最好的現(xiàn)場總線之一。 4.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能(1)自動(dòng)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(shí)時(shí)電量數(shù)值;(2)故障報(bào)警、實(shí)時(shí)追蹤顯示、自動(dòng)彈出故障所在畫面;(3)電能計(jì)費(fèi);(4)變壓器溫度超溫報(bào)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(jí)監(jiān)視;(8)主站與從站通信采用PROFIBUS現(xiàn)場總線;(9)留有升級(jí)、擴(kuò)展接口。4.錯(cuò)誤處理在PROFIBUS初始化中,打開了錯(cuò)誤報(bào)警中斷使能和總線錯(cuò)誤中斷使能,當(dāng)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器(發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器任何一個(gè))計(jì)數(shù)值超過96時(shí),說明總線被嚴(yán)重干擾,產(chǎn)生錯(cuò)誤報(bào)警中斷;當(dāng)發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器值超過255時(shí),節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(gè)錯(cuò)誤報(bào)警和總線錯(cuò)誤中斷。錯(cuò)誤報(bào)警中斷的處理是清零所有錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的值,維持PROFIBUS的運(yùn)轉(zhuǎn),但這樣做存在局限性:清零錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器只是將錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器簡單的清零,不能從根本上鏟除錯(cuò)誤來源;由于錯(cuò)誤報(bào)警中斷產(chǎn)生的條件為錯(cuò)誤計(jì)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(cuò)誤計(jì)數(shù)器的值超過255,因此發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器引起的錯(cuò)誤報(bào)警中斷可以屏蔽掉總線錯(cuò)誤中斷。系統(tǒng)可能由于總響應(yīng)錯(cuò)誤報(bào)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(cuò)誤中斷使能,這樣在總線發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤情況下,可馬上產(chǎn)生總線錯(cuò)誤中斷,使錯(cuò)誤得到及時(shí)處理?？偩€錯(cuò)誤中斷的處理是復(fù)位該節(jié)點(diǎn),重新初始化PROFIBUS控制器,這樣可以鏟除錯(cuò)誤,給節(jié)點(diǎn)一個(gè)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(diǎn)無法工作,在主程序中查詢狀態(tài)寄存器中當(dāng)前PROFIBUS總線狀態(tài),及時(shí)復(fù)位該節(jié)點(diǎn),使節(jié)點(diǎn)正常工作。同時(shí),為了更方便直觀的查看PROFIBUS總線的工作狀態(tài),設(shè)計(jì)了一個(gè)指示燈,當(dāng)總線正常的收發(fā)信息時(shí),指示燈閃爍運(yùn)行,一旦PROFIBUS總線關(guān)閉,節(jié)點(diǎn)不參與總線活動(dòng),指示燈不再閃爍(此時(shí)指示燈長亮或長滅),當(dāng)總線錯(cuò)誤不能通過復(fù)位該節(jié)點(diǎn)解決時(shí),可以通過查看指示燈的狀態(tài)(長亮或長滅),及時(shí)地對(duì)不工作的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修理維護(hù)。運(yùn)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(shí)時(shí)性。系統(tǒng)價(jià)格低廉,安裝維護(hù)簡單,具有良好的升級(jí)、擴(kuò)展能力。 參考文獻(xiàn) [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(xué)出版社2004年01月 [3]芮靜康《建筑設(shè)備自動(dòng)化》中國建筑工業(yè)出版社2006年11月 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