1、11 弱電系統(tǒng)的電源和接地與防雷,11.1 系統(tǒng)的電源 建筑弱電系統(tǒng)的電源有二個主要衡量指標，一是可靠性，二是穩(wěn)定性。 11.1.1 集中供電方式,集中供電就是將供電電源設備集中在一起(一般是設置在總配電間內)，通過電線、電纜給分散在各處的弱電設備供電。 這種方式的特點是： 由于供電設備均集中在一起，便于管理； 需要專用機房與配電室、蓄電池室等，基建投資大；,需要專人值守； 從電源室至弱電設備線路較長，線路故障相對較多。 集中供電方式有各種方案，圖11.1是按一級負荷設計的集中供電方式示意圖。,圖11.1 集中供電方式示意圖,圖11.1 集中供電方式示意圖,11.1.2 UPS電源 UPS (

2、Uninteruptible Power Supply)電源設備是一種靜態(tài)交流不間斷供電裝置，當市電網(wǎng)斷電時，它能保證立即向負荷繼續(xù)供電。它主要由整流器、蓄電池、逆變器三部分組成，如圖11.2所示。,UPS可以從不同角度進行分類，如按輸出功率大小分、按供電方式分、按供電時間分等。按其基本型式分類有3種，即：鐵磁共振式(同步式)、線路交互式和雙變換式。其中雙變換式又稱在線式，在線式能完全實現(xiàn)不間斷供電，性能優(yōu)越，所以目前被廣泛使用。,另外，現(xiàn)在使用的UPS一般均有旁路電路，當UPS內部的整流器、逆變器出現(xiàn)故障時，通過交流靜態(tài)轉換開關接通旁路電源，由旁路電源供電，進一步增加供電可靠性。 UPS電源

3、裝置除了保證不間斷連續(xù)供電外，還起保持輸出電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定等作用，即UPS具有以下幾項功能：,圖11.2 UPS組成部分示意圖,輸出電壓能自動調節(jié)。 輸出為工頻正弦波，非線性失真小，輸出電壓的諧波成分少。 輸出的工頻能與市電或與另一臺逆變器的工頻鎖相同步，便于進行同步切換或并機運行。 11.1.3 分布式供電方式,分布式供電的特點是： 市電加應急柴油發(fā)電機組成的供電負荷等級不變。 取消了集中設置的電源室，節(jié)省基建投資，不需專門值守人員。 由于UPS電源裝置至用電設備的線路大大縮短，供電的可靠性成倍增加。,局部電源裝置的故障只會使局部用電設備不能正常工作，而對整個弱電系統(tǒng)的影響很小。 由于分散

4、的用電設備耗電量不大，因此每一臺UPS的蓄電池容量也大大減小。 分布式供電方式示意圖如圖11.3所示。,圖11.3 分布式供電示意圖,11.2 智能建筑弱電系統(tǒng)的接地與防雷 11.2.1 系統(tǒng)的接地 1)基本概念 地 地是指大地，接地施工中所指的地，實際上就是自然界的土壤(地層)。從工程角度觀察其電氣特性，它具有導電性，并且有無限大的容電量。,接地 人們?yōu)槟撤N特定目的把電氣設備或其他物件和地之間構成電氣連接，這種措施稱為接地。 接地體 接地體也叫接地極或接地器，它是直接與土壤接觸的金屬導體或導體群。可以用人工制作的各種形狀的單個或多個金屬導體來作接地體；也可以利用非專為接地而設的通地的金屬導體

5、來作接地體，這種接地體稱為自然接地體，如建筑物或構筑物的基礎鋼筋就是非常理想的自然接地體。,接地裝置 接地體以及把電氣設備或其他物件和地之間構成電氣連接的設備稱為接地裝置。 接地電阻 是電氣設備或其他物件至接地體間連接導體的電阻、接地體本身的電阻、接地體與土壤間的接觸電阻、接地體附近土壤的電阻四者之和，其中接地體附近土壤的電阻是最主要的。,2)建筑的接地方式 建筑物可采用多種方式的接地系統(tǒng)進行接地，如TN-C系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)等，但目前對于自設有變配電所的一般建筑和智能建筑，廣泛采用TN-S系統(tǒng)，TN-S系統(tǒng)如圖11.4所示。,圖11.4 TN-S系統(tǒng),對

6、于由區(qū)域變配電所供電的一般建筑以及智能建筑，大都采用TN-C-S系統(tǒng)，TN-C-S系統(tǒng)如圖11.5所示。 3)統(tǒng)一接地體 多年來建筑內弱電系統(tǒng)的接地是采用分開單獨接地還是采用統(tǒng)一(聯(lián)合)接地方式，專業(yè)界一直存在爭議，目前國內外都已達成共識：采用統(tǒng)一接地方式。,圖11.5 TN-C-S系統(tǒng),(1)統(tǒng)一接地體的構成 采用統(tǒng)一接地方式時，接地體以利用自然接地體為主。并且，若自然接地體同時符合下列3個條件，一般不另設人工接地體。 接地電阻小于規(guī)定值； 建筑基礎的外表面無絕緣防水層； 基礎內鋼筋必須連接起來以保證有電氣通路，而且要形成閉合環(huán)，閉合環(huán)距離地面不小于0.7 m。,圖11.6是利用建筑樁基鋼筋

7、作統(tǒng)一接地體的樁基鋼筋平面連接圖，外圈樁基鋼筋一般用40 mm4 mm鍍鋅扁鋼或 12 mm鋼筋閉環(huán)連成一體，并且將所有樁基鋼筋與閉環(huán)連通。這一工作也可以在土建制造承臺面時完成。,圖11.6 樁基鋼筋平面連接圖,(2)設置總等電位銅排 制作一塊100 mm10 mm長約1 m的銅排作為總等電位銅排，其上每隔50 mm鉆 13 mm的孔，約20個以供連接各種接地引線用。將其設置在變配電所或下設備層便于接接地引線的適當位置，并且將其直接與接地體連接，必須做到總等電位銅排,的電位與接地體的電位一致，即其接地電阻1 ，否則，必須增加其與接地體的連接點。若建筑內自設有變電所，則還要將變壓器中性點以及變電

8、所內的接地網(wǎng)絡與其連接。 (3)統(tǒng)一接地的阻值要求 統(tǒng)一接地的接地電阻值，按規(guī)定必須1 ，這一阻值要比各種分散接地要求的阻,值(一般為4 )嚴格得多，這主要是為了讓各種接地帶來的電流能迅速泄入大地，而不致產(chǎn)生地電位值有較大波動，使電子設備不能正常工作。一般利用建筑基礎鋼筋作統(tǒng)一接地體的接地阻值均可達到1 。若統(tǒng)一接地體的接地阻值達不到規(guī)定要求，則必須增加人工接地體或采取降阻措施。,接地裝置安裝完畢后，應使用接地電阻測量儀對接地電阻進行測量。 4)各種功能接地系統(tǒng) (1)保護接地系統(tǒng) 保護接地系統(tǒng)有防雷保護接地系統(tǒng)與防電擊保護接地系統(tǒng)，這里主要講防電擊保護接地系統(tǒng)。保護接地系統(tǒng)有時又稱為安全接地

9、系統(tǒng)。,保護接地一般均利用保護接地線即PE線，但應減少PE線都從總等電位銅排上引出，PE干線宜采用鍍錫裸銅排，用絕緣子支承敷設在弱電豎井中，銅排每隔0.5 m鉆一個12 mm孔，供接分支PE線引到各樓層。裸銅排截面可按弱電設備的最大的用電傳輸相線導體截面來選擇，參見表11.1。,(2)直流工作接地系統(tǒng) 在弱電設備中，電子電路一般采用數(shù)字電路或模擬電路。對模擬電路而言，為了放大信號、轉換能量等，并使其穩(wěn)定性好，準確性高，就必須使電路的某一電位為基準電位，如圖11.7(a)是一個單級放大電路，其A點為信號基準電位點，輸入輸出信號的大小以A點電位為基準作比較。當電路,級數(shù)較多時，就更需要一個統(tǒng)一的基

10、準電位，以衡量信號的有無、放大倍數(shù)的高低等。如圖11.7(b)是一個多級放大電路，A點是電位基準點，它的電位作為基準電位，電路的放大倍數(shù)都是以A點的電位作為基準電位。若圖中1、2點不是等電位點，則兩級放大電路的放大倍數(shù)就不便衡量比較。像上面這兩種情況一般均將A點接地，即直流工作接地，這又常稱之為信號接地。,圖11.7 直流接地示意圖,圖11.7 直流接地示意圖,(3)屏蔽接地與防靜電接地系統(tǒng) 屏蔽通常有兩種，一種是靜電屏蔽，另一種是電磁屏蔽。 靜電屏蔽是防止靜電場對工作信號的影響，通過靜電屏蔽可以消除兩個設備或電路之間由于分布電容耦合而產(chǎn)生的干擾。設備本身一般都具備有靜電屏蔽層，只要將靜電屏蔽

11、層接地線就近接在PE線上或其輔助等電位銅排上即可起到靜電屏蔽的作用。,(4)功率接地系統(tǒng) 弱電設備中一般都裝有交直流濾波器，但濾波器必須接地，才能把干擾信號泄入大地，這種較強電流接地叫做功率接地，如圖11.10所示。,圖11.10 功率接地圖,(5)交流工作接地系統(tǒng) 當建筑有獨立變配電所時，一般采用TN-S接地系統(tǒng)，則其交流工作接地在變配電所內完成。也就是將變壓器中性點、中性線N與總等電位銅排連接在一起，然后直接接地(接在自然接地體上)，從該點起，引出的中性線N就作為交流工作接地線，并須采取絕緣措施，不能讓其再與任何“地”和PE線有任何電氣連接。,當建筑由區(qū)域變電所供電時，一般采用TN-C-S

12、接地系統(tǒng)，則其交流工作接地在區(qū)域變電所內完成。也就是從區(qū)域變電所引來的輸電線路，在進入建筑物前， 中性線N必須重復接地(接在自然接地體上)，進入建筑物配電間后，應再與總等電位銅排相連。從該連接點起，引出的中性線N就作為交流,工作接地線，仍然要采取絕緣措施，既不能讓其再與任何“地”有電氣連接，也不能與PE線有任何連接。 各種功能接地系統(tǒng)的接地引線都要有明確的區(qū)別標志，特別是中性線N、保護接地線PE(黃綠雙色)、直流工作接地線的區(qū)別。,11.2.2 系統(tǒng)防雷 (1)防雷接閃器 接閃器就是專門用來接受直接雷擊電流的金屬物。接閃的金屬桿常稱為避雷針，接閃的金屬線稱為避雷線，接閃的金屬網(wǎng)稱為避雷網(wǎng)，接閃

13、的網(wǎng)狀金屬帶稱為避雷帶。,為了有效防止雷擊，應采用針網(wǎng)或針帶組合接閃器，在房頂最高點和其他次高點多處設置避雷針。避雷網(wǎng)用25 mm4 mm鍍鋅扁鋼或 12 mm鍍鋅圓鋼，組成不大于30 cm30 cm的網(wǎng)格覆蓋于房頂，并延伸到女兒墻上，使房頂、墻沿均在避雷帶保護范圍之內。組合接閃器中的針網(wǎng)、針帶二者必須相互連接在一起并與建筑立柱鋼筋(引下線)作可靠連接。,避雷針通常用銅棒、圓鋼或鋼管加工而成，長度一般為12 m，圓鋼直徑不小于12 mm，鋼管直徑不小于20 mm，壁厚不小于3 mm。頂端均應加工成尖形，并用鍍鋅或搪錫等方法防止其銹蝕。 避雷針的保護范圍是以它能防護直擊雷侵害的空間來表示，在GB

14、 5005794建筑物防雷設計規(guī)范中規(guī)定，保護范圍采用“滾球法”來確定。,“滾球法”就是以hr為半徑的一個球體，沿需要防直擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器(包括被利用作為接閃器的金屬物)，或只觸及接閃器和地面(包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物)，而不觸及需要保護的部位時，則該部分就得到接閃器的保護，也即在避雷針的保護范圍之內。,接閃器按建筑物防雷類別布置及滾球半徑如表11.2所示。,單支避雷針的保護范圍計算如下： 當避雷針的高度h小于或等于hr時 如圖11.12所示，距地面hr處作一平行于地面的平行線；以針尖為圓心，hr為半徑，作弧線與平行線相交于A、B兩點；分別以A、B為圓心， hr為半

15、徑作弧線，該弧線與針尖相交并與地面相切。從此弧線起到地面止就是保護范圍。保護范圍是一個對稱的錐體。,圖11.12 單支避雷針的保護范圍,如圖11.12所示，避雷針在hx高度的xx平面上和在地面上的保護半徑按下列計算式確定：,此時在避雷針上取高度為hr的一點，代替單支避雷針針尖作為圓心。其余作法與h hr時相同。,(2)防雷接地引下線 目前一般均利用建筑物柱內主鋼筋作為防雷接地引下線。柱下端內鋼筋與承臺面內鋼筋連接在一起，未連的，要用40 mm4 mm鍍鋅扁鋼使其相連，讓它與整個基礎鋼筋連成一體。柱上端內鋼筋應與頂層樓面內鋼筋連接，并與房頂樓面的針帶(網(wǎng))組合接閃器連接在一起，未連的，要用40 mm4 mm鍍鋅扁鋼使其連接。,(3)防雷接地體 同樣，目前一般均利用建筑基礎鋼筋這個自然接地體作為防雷接地體，將樁基上端內鋼筋與承臺面內鋼筋連在一起，若有未連的，要用40 mm4 mm鍍鋅扁鋼使其連接，這樣的防雷接地體是非常理想的，其接地電阻一般均小于1 ，能充分保證雷電流迅速安全地泄入大地內。,(4)防雷等位面與均壓環(huán) 建筑四周外墻面上