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揭秘!在低压配电柜设计中,TN及TT低压配电系统的接地系统设计与防雷装置的接地设计是共用接地装置的吗?

时间:2019-12-20     作者:浙江卓松电气【原创】

  在低压配电柜设计中,当任一电压等级的供电系统确定后,都要考虑及处理两个接地事宜,这就是通常所说的系统内电源侧接地和负荷侧接地,即系统的工作接地和负荷的保护接地。IEC根据系统接地及保护接地的不同构成对配电系统进行分类:TN(包括TN-S、TN-C及TN-C-S)、T T及IT系统,由于种种原因,民用建筑大多采用TN系统。不同接地方式的配电系统对其配电线路的间接接触防护电器的动作特性作了规定,这是属于电击防护设计范畴。


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  建筑物的外部防雷包括接闪器、引下线及接地装置。接闪器是直击雷防护措施中的重要一环,发生直击雷时接闪器将雷电流吸引过来,并通过后端的引下线、接地装置将雷电流泄放入地,这是防雷设计的功能要求,也就是说不论配电系统是何种接地方式,都不影响接闪器通过引下线、接地装置将雷电电流泄放入地的要求。“此接地非彼接地”,两种接地毫无任何关联。只是按照规范规定两类接地应共用接地装置,仅此而已。


  在电气设计中,大多数设计者的电气设计说明都有“防雷与接地”这一节的描述,往往将配电系统的接地方式如TN-S等都纳入其内,这样一来将两种性质不同的接地混为一谈,是不妥的。


  现在相关地区都在新修或扩建大学校园,其中最大的亮点是建设各种前端科学的物理、化学等实验室,于是仪表接地问题引起注意及争议。业主根据供应商或境外专家的意见,要求这些高精尖的仪表设置单独的接地装置,且要求接地电阻不大于0.5Ω。这种要求合理否?一时间意见纷纭,莫衷一是,难以定案。


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  对此,笔者愿借一角谈谈看法及意见,以飨读者:

  a.校园建筑配电系统的接地方式是TN-S,按照该接地方式的规定,负荷侧的接地应是“外露导电部分通过接地的电源中性点的连接而接地”,可知当配电系统接地方式确定后,负荷侧的接地方式也确定了。对于TN-S接地方式配电系统其负荷侧是通过与电源侧引出的PE线连接而接地,所以负荷侧即仪表不应要求单独再设接地装置,供应商等的要求只不过是给现有的TN系统做了一个重复接地而已。


  b.如果供应商或境外专家坚持仪表设单独的接地装置,只能将配电系统的接地方式改为T T系统,设计人员应该明白,T T与TN系统的防电击保护的措施是大相径庭的。当然,也可以在TN系统中采用局部的T T系统,问题是在同一建筑物内实施TN与T T系统的兼容,从理论上说是可行的,而在施工中极为困难,似难实现。特别应引起注意的是在“寸土寸金”的环境里,有无实现T T系统的可能!


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  c.说到仪表所使用的频率,设计人员竟一问三不知,如此一来无法讨论0.5Ω的必要性。对接大地的接地装置而言,是可以降低工频时接地极的接地电阻,却无法降低高频在接地线中的高频阻抗,这就是为什么信息系统电气装置要设计高频低阻抗等电位联结来替代通常用的接大地,从而减少信息设备对地电位的高频电位差的原因。


  表2是电阻及电抗随工作频率变化而变化的关系。由表2可知:对于同一截面(如25 mm2)的铜导体在高频1 MHz时,其感抗量为电阻量的625倍;频率为100 MHz时,两者的倍数高达6 250。当导体截面增大为107 mm2、频率为1 MHz时,其感抗量为电阻量的1 284倍;频率为100 MHz时,两者的倍数高达12 840。


图一


  表1比较说明,工作频率越高、导体截面越大时,相对导体的感抗而言,导体的电阻几乎可以忽略不计。这就是说接地电阻再小(如0.5Ω),也无法抵消高频在接地线中的高频阻抗影响,所以工作在高频条件下的信息设备,要求小接地电阻是无意义的。


图二


  d.仪器仪表的这种接地及接地电阻的要求,由来已久。过去由于“闭关自锁”,不明白缘由,只能照办。接触IEC后,GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》5.2.4条条文说明中指出:“对于某些特殊而又重要的电子信息系统的接地设置等电位连接,可以设置专用的垂直接地干线减少干扰。”垂直干线由建筑物的等电位接地端子盘引出。在工频时,垂直接地干线的最小截面为50 mm2;高频或高层建筑时,垂直干线截面还要酌情增加。具体做法详见图3。

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