高层建筑电气工程中接地系统的探讨

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【摘要】论文首先阐述了高层建筑中接地系统的种类及其作用,然后结合笔者工程经验,分别对防雷接地系统的设计、工作接地系统的设计与保护接地系统的设计要点进行了分析。

【关键词】电气工程；高层建筑；接地系统设计 在高层建筑电气设计中,接地系统的设计占有十分重要的地位,也是用户关心及质检部门特别重视的环节。 随着社会及科技的进步,特别是大量智能化建筑的出现,对接地系统的设计提出了更多更高的要求。要作好接地系统的设计,就必须对高层建筑中不同接地系统之间的分类、在建筑中所起的作用以及相互间的关系有清楚的认识,只有这样,才能够有效保证高层建筑电气工程中接地系统设计质量。 1高层建筑中接地系统的种类及其作用高层建筑中特别是高层智能建筑中需要接地的设备及构件很多,而且接地的要求也不一样,但从接地所起的作用可以归纳为三大类,即防雷接地、工作接地和保护接地。防雷接地是高层建筑非常重要的接地系统,它所起的作用是当建筑物受到雷击时能迅速有效地将雷电流泄入大地,从而保护建筑物的每个部件以及建筑物内的人员及设备的安全。由于雷击时瞬间雷电流可达到几十至几百千安培,瞬时感应电压可达到几十至几百千伏,有可能使建筑物内的设备尤其是电子设备受到雷电反击或感应过电压的破坏。因此防雷接地系统还必须使建筑物设备具有均压、等电位以及多层屏蔽的防雷结构。在整个建筑物接地系统设计中,作好防雷接地系统的设计应该摆在首位,并以防雷接地为基础同时做好建筑物内设备的工作接地及保护接地系统,给人们创造一个安全的环境。工作接地,其作用就是为了建筑物内各种用电设备能正常工作所需要的接地系统,工作接地可分为交流工作接地和直流工作接地。在民用建筑内的交流工作接地是指交流低压配电系统中电源变压器中性点(独立变电所)或引入建筑物交流电源中性线的直接接地,从而使建筑物内的用电设备获得220/380V正常稳定的工作电压。直流工作接地是为了让建筑物内电子设备的信号放大,信号传输以及数字电路中各种门电路信息的传递有一个稳定的基准电位,从而使建筑物内的弱电系统能够稳定正常工作。保护接地是指保护建筑物内的人身免遭间接接触的电击(即在配电线路及设备在发生接地故障情况下的电击)和在发生接地故障情况下避免因金属壳体间有电位差而产生打火引发火灾。当配电回路发生接地故障时产生足够大的接地故障电流时,使配电回路的保护开关迅速动作,从而及时切除故障回路电源达到保护目的。然而在一些不能及时切除故障回路电源的场所,保护接地采用了等电位等措施来实现其保护作用。 2高层建筑防雷接地系统的设计在高层建筑接地系统设计中,防雷接地系统的设计是非常重要的。在国家(建筑物防雷设计规范)中把建筑物分为一类、二类和三类防雷保护,高层民用建筑一般按二类防雷保护设计,当建筑物内有爆炸危险环境时应按一类防雷保护设计。高层建筑物的防雷接地系统通常由接闪器、引下线、接地体以及均压环等装置组成。接闪器可以采用避雷针、避雷带或针带组合接闪器。工程设计中通常采用直径不小于8mm的镀锌圆钢或≥12×4mm2的镀锌扁钢(厚度必须≥4mm)焊接组成不大于10m×10m(一类防雷为5m×5 m)或12m×8m(6m×4m)的网格避雷带。避雷带应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。屋面上所有外露的金属管道和金属构件均应就近与避雷带相连通。屋面上的接闪器应与引下线焊接连通。高层建筑的引下线应优先利用钢筋混凝柱内的钢筋作引下线。被利用柱内对角两根主钢筋作引下线的直径应不小于12mm,引下线钢筋与钢筋的连接采用土建施工的绑扎法连接或焊接均可,在建筑物四周外围引下线下部的适当位置设若干个供测量,连接人工接地体和作等电位连接用的连接板。引下线与外引连接板应采用焊接。高层建筑引下线通常利用四周柱内钢筋均匀布置。引下线的数量不作具体规定但引下线的间距不应大于18m(一类为12m)。引下线的上端应与屋面避雷装置焊接,下端应与接地体焊接。这种引下线设计雷电流泄漏点多,省材料,且不损坏建筑物的外观而且施工方便。接地体的设计是接地系统的关键,高层建筑的接地体通常都利用桩基内的钢筋相互连成一体作为自然接地体,这种设计可节省工程投资、施工方便、接地效果好,但在设计时应注意以下几点:(1)务必利用外圈桩基及周围基础地梁内的钢筋组成闭环,当无基础地梁钢筋可利用时,应采用40mm×4mm镀锌扁钢作连接体,保证形成沿建筑外沿敷设的闭合环状水平接地体。有条件时可将所有桩基与闭环连接(2)利用作接地装置的钢筋直径当仅一根时不应小于10mm,通常可利用基础梁底部两根直径不小于12mm的主钢筋作接地体。(3)利用基础内钢筋作接地体时,被利用的钢筋在周围地面以下距地面的深度应不小于0.5m。(4)利用基础钢筋作防雷接地体时其接地电阻要求不大于10Ω,但与其它接地系统共用接地体时,接地电阻应不大于1Ω。3高层建筑工作接地系统的设计3.1交流工作接地建筑物内的交流工作接地通常指交流配电系统中性点的接地。当大楼由附近区域变电所供电时,工作接地已在区域变电所内完成,但从区域变电所引来的配电线路进人大楼前,中性线(PEN线)必须作重复接地。当大楼设置独立变电所时,交流工作接地就在变电所内完成。即将变压器中性点、中性线一起直接接地。变电所内设有发电机组时也应将发电机中性点直接接地。变压器、发电机中性点的直接接地应采用单独专用接地线,通常设计采用40mm×4mm镀锌扁钢做接地线直接与接地体焊接。交流工作接地采用独立接地体时,接地电阻要求≤4Ω,当采用共用接地体时,其接地电阻应≤1Ω。高层建筑通常应采用共用接地体。在有些设计中将变压器中性点的接地经过一段配电中性线利用低压配电屏的保护接地线接地。笔者认为不妥。变压器、发电机的工作接地(中性点接地)应在其设备上以最短的线路采用单独专用接地线直接与接地装置连接。 3.2直流工作接地在高层建筑中需要设置直流工作接地的场所通常有消防控制室。通信机房(综合布线机房)计算机机房、BA机房、监控中心,广播音响机房、电梯机房以及其它集中使用电子设备的场所,直流工作接地的接地电阻值除另有特殊要求外,一般不大于4Ω并采用一点接地,当采用共用接地体时,其接地电阻要求小于1Ω。在设计中弱电系统设备的供货商往往提出设置单独接地系统的要求。但与建筑(下转84页)-82-中国高新技术企业(3)现场总线技术PROFIBUS现场总线技术的运用是整个系统的一个显著的特点。PROFIBUS现场总线硬件组成简单、网络协议实用、抗干扰能力强,是国际上公认的性能最好的现场总线之一。 4.系统实现的功能(1)自动监测低压配电系统的开关状态及电压、电流、功率、功率因素、电能等实时电量数值;(2)故障报警、实时追踪显示、自动弹出故障所在画面;(3)电能计费;(4)变压器温度超温报警检测、监视;(5)配电室室内温度、湿度检测、显示;(6)各(栋)楼无人值守、防火、防盗、防非法入侵;(7)CRT画面逐级监视;(8)主站与从站通信采用PROFIBUS现场总线;(9)留有升级、扩展接口。4.错误处理在PROFIBUS初始化中,打开了错误报警中断使能和总线错误中断使能,当错误计数器(发送错误计数器和接收错误计数器任何一个)计数值超过96时,说明总线被严重干扰,产生错误报警中断;当发送错误计数器值超过255时,节点进入总线关闭状态,PROFIBUS控制器将设置复位模式并产生一个错误报警和总线错误中断。错误报警中断的处理是清零所有错误计数器的值,维持PROFIBUS的运转,但这样做存在局限性:清零错误计数器只是将错误计数器简单的清零,不能从根本上铲除错误来源;由于错误报警中断产生的条件为错误计数器的值超过96,而总线关闭中断产生的条件为发送错误计数器的值超过255,因此发送错误计数器引起的错误报警中断可以屏蔽掉总线错误中断。系统可能由于总响应错误报警中断导致系统不能产生总线关闭,使PROFIBUS总线一直处于不稳定的状态。 为了避免这种情况,只打开总线错误中断使能,这样在总线发生严重错误情况下,可马上产生总线错误中断,使错误得到及时处理。总线错误中断的处理是复位该节点,重新初始化PROFIBUS控制器,这样可以铲除错误,给节点一个很好的初态。由于PROFIBUS总线两条传输线之间的误触,也易造成PROFIBUS总线关闭,使节点无法工作,在主程序中查询状态寄存器中当前PROFIBUS总线状态,及时复位该节点,使节点正常工作。同时,为了更方便直观的查看PROFIBUS总线的工作状态,设计了一个指示灯,当总线正常的收发信息时,指示灯闪烁运行,一旦PROFIBUS总线关闭,节点不参与总线活动,指示灯不再闪烁(此时指示灯长亮或长灭),当总线错误不能通过复位该节点解决时,可以通过查看指示灯的状态(长亮或长灭),及时地对不工作的节点进行修理维护。运用PROFIBUS总线技术构建的智能配电系统,提高了系统的稳定性、实时性。系统价格低廉,安装维护简单,具有良好的升级、扩展能力。 参考文献 [1]刘国林,陈刚.《智能化低压配电系统国内外发展概况》低压电器1998(2) [2]邬宽明《现场总线技术应用选编》北京航天航空大学出版社2004年01月 [3]芮静康《建筑设备自动化》中国建筑工业出版社2006年11月 [4]孙鹤旭,梁涛,云利军《Profibus现场总线控制系统的设计与开发》国防工业出版社2007年04月