摘要：建筑电气设计已经成为了建筑工程设计中最为重要的内容之一，设计的质量对于建筑电气的安全性以及可靠性具有非常重要的影响作用。本文首先分析了建筑电气低压配电设计中接地系统的原理，接下来详细阐述了建筑电气的低压配电设计接地系统现状，然后对建筑电气的低压配电设计接地系统现状做论述，最后对低压配电系统的接地保护以及建筑低压配电系统中的接地保护设计做具体论述，希望给行业内人士以借鉴和启发。同时希望为我国建筑电气低压配电设计中各种接地系统的分析研究献言献策。
关键词：建筑电气；低压配电设计；接地系统；分析
引言
随着我国建筑行业的快速发展，我国的建筑电气设备类型不断增加，配电系统越来越复杂，因此加强建筑电气低压配电系统的保护就显得非常重要，不同的接地系统受到了各方的关注。建筑电气接地系统对于相关设备的使用安全性以及稳定性都具有非常重要的作用，所以要不断完善已有技术，有效分析低压配电设计中各种接地系统的情况，这对于进一步推动建筑电气低压配电设计的发展具有非常重要的意义。低压配电接地系统作为整个电气工程的关键环节，接地系统的运行质量直接影响着电力系统的运行效果，并且还会对用户的生命安全造成一定的影响。
1建筑电气低压配电设计中接地系统的原理
建筑电气低压配电设计中，通常低压配电系统有三种接地形式，即IT系统、TT系统、TN系统。其中在TN系统接地形式中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-S系统、TN-C系统、TN-C-S系统三种形式。各个接地保护系统形式的文字及其代号意义如下：第一个字母表示电力系统的对地关系，T代表电力系统的中性点直接接地；I代表所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。第二个字母表示电气装置的外露可接近导体对大地的关系：T代表电气装置外露可接近导体对大地直接作电气连接，此接地点与电力系统的接地点无直接关联；N代表电气装置露可接近导体通过保护线与电力系统的接地点直接做电气连接。TN系统中的子系统中后面的第三个字母的含义为：S代表中性线和接地保护线是分开的；C代表中性线和接地保护线和合一的。含有第四个字母的接地系统一般为TN-C-S系统，表示电力系统中有一部分线路的中心线和接地保护线是合一的，另一部分中心线和接地保护线是分开的。在建筑电气低压配电设计时，接地系统包括负载侧接地系统和电源侧接地系统。不同的低压配电接地系统具有各自的优点和缺点，也能够在不同的领域进行试用，在建筑电气及低压配电设计的过程中，最主要的就是根据建筑的用途和具体的功能进行合理的设计，确保对用电设备进行安全管理，保证整体的施工质量和施工效果。
2建筑电气的低压配电设计接地系统现状
建筑电气的设计是整个建筑设计的重要组成部分之一，因此电气设计的质量对于整个建筑电气的安全可靠性能都有着决定性的作用。人们追求和谐的居住环境，这也是建筑的基本作用，但是如果建筑中的细节质量无法得到保证，这种建筑的工程也无法充分发挥，所以必须对身为重要组成部分的电气的低压配置系统进行合理化的设计。通常情况下的供电系统中的接地是连接地，将大地作为一个电阻非常低的但是容量无限大的物体，将电荷的能力都连接到大地，保证被吸收部分电荷之后的供电系统的电压可以高低不变。在配电的行业中，大地的电阻是相对而言最有效的。在关于配电的学习过程中，通常会接触到许多接地的系统，但是不同的接地系统也有许多不同的特色。当电气设备因绝缘损坏而漏电时，其金属部分对地会有一定的电压，人触及到这些设备会造成人身触电事故。为防止触电伤亡事故的发生，可将这些设备用导线与地体相连接，这种安全措施称为保护接地。在对建筑电气的低压配电系统的设计过程中，低压配电系统的接地设计是重要的考虑部分，不仅需要考虑其是否合理，就其是否能够优化进行深入的思考。应该严格按照有关的建筑电气配电的系统进行具体节点的规范化设置，提高整个建筑工程电气低压配电系统正常运行的安全性。
3建筑电气低压配电设计中各种接地系统分析
3.1 TN-C系统分析
此系统主要就是将中性线N和保护线PE合二为一，电气设备的金属外壳和PE线以及N线连接到PEN线上，将其当作保护接零（1）PEN线不但要承载常规性负荷电流，也可能流通谐波电流，PEN线上所产生的电压降会体现在用电设备外壳以及线路的金属管线上。一旦出现PEN线断线或者相线短路的问题时就会引发较高的对地电压。正常情况下，同个变压器供电范围内的PEN线是相通的，所以引发的高电压会顺着PEN线延伸到建筑内的其他电气设备，可能造成人员的伤害或者对地放电造成火灾。（2）TN-C系统主要应用在三相负荷大体上平衡同时具有较少谐波电流的情况下，不能将其应用在以下环境：爆炸、医疗、数据处理、精密电子设备用电方面，在TN-C系统中使用断路器保护，此种方式和采用剩余电流断路器效果相同，但是成本较低。
3.2 TN-S系统分析
不同于TN-C系统，TN-S系统的中性线N和保护线PE是分开的，PE线上并不流过一般性负荷，所以正常情况下PE线以及设备外壳并不带电，只有在出现某些故障时才会产生电位。所以此种方式比较适合用在民用建筑电气以及精密电子设备供电方面。但是此系统无法解决某些问题，例如对地故障电压蔓延、相线对地短路造成的中性点电位升高等。（1）对于TN-S系统来说，N线中存在的电流包括“谐波电流”、“单相工作电流”、“三相不平衡电流”等。①谐波电流。建筑中存在着不同类型的直流电子设备和大量荧光灯等，这些设备会产生高次谐波而引发N线的谐波电流。从相应参考文献：中可知，在三相中的3次谐波电流会在N线上进行叠加，此叠加电流较大（>相线电流），所以常常会在回路中采取4根截面相同的电线或者电缆进行供电。②单相工作电流。一般情况下N线电流和相线电流大小是同样的，但是随着照度标准的提升单相工作电流会有所增加，需要给予重视。③三相不平衡电流。对于单相负荷供电系统来说，三相不平衡电流是一定会存在的，并且不平衡情况较为复杂，而TN-S系统对于此用电负荷是非常具有针对性的。此三种电流经过混合会形成非常大的绝对值，同时N线线路较长，阻抗相对较大，特别是线路末端附近的阻抗非常大，这就会造成对地电压降。例如N线中某一点的阻抗为0.5Ω，电流为100A，那么此点的电压降就达到了50V，对于人体造成危害（人体最大安全电压为36V）。
3.3 IT系统分析
此系统的中性点不会直接接地而是用电设备的金属外壳直接接地，所以此系统更多应用在电机系统接地方面。此系统不适合设置N线，若是一定要设置N线，也要在其上加设过流保护装置，能够根据实际情况采取断电处理。存在较多单相用电设备时可以进行N线的设置，也可以在三相电源上设置四极断路器或者隔离开关，一旦出现短路故障能够将N线和相线同时切断。IT系统若为低压网络较小的系统，只要经常保持绝缘良好，线路对地电容电流也很小，一旦发生接地故障，在故障点处的接地电容电流非常小，这样小的接地故障电流不会造成火灾危险，在接地极上的压降也不会大于50V，处于对人身安全的电压范围内，而且三相的对称性也没有破坏，因此，当发生第一次接地故障后可继续供电。而低压IT系统，一旦一相接地，继续运行的时间没有限制，但必须有接地报警装置，提醒维修人员及时检修，以免发生异相二次接地后，形成与TT系统接地故障同样的结果（两异相接地点的接地极分别独立）或与TN系统接地故障相同的结果（两异相接地点为同一接地极），这样IT系统连续供电的优点就不复存在了。
3.4低压配电TT系统
IT系统的电源不接地或者通过阻抗接地，大多数的设备外露，都有可能导致直接接地或者保护线接地在IT系统内部电气装置的带电导体和地绝缘体存在中性点，并且经过高阻抗接地而外露的导线部分和装置外导电部分的装置，非常容易出现接地情况，由于这样的设计在第一次产生故障时电流较小，而且电气设备金属外壳不会产生高压，可以在不断电的情况下确保电气设备稳定运行，并且能够保证工作人员对故障位置进行及时的判断。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当系统内部出现二次故障时，能够立即切断电源。确保整个设备运行的安全，如果在另一相线或者中心线上出现第二次故障，则必须排除故障。IT接地系统使用的场所非常的广泛，必须要保证其连续供电或者电量需求较高的区域内使用，例如医疗手术间，机械车间等由于IT接地系统的电源金属大多数都是与大地绝缘，而且不需要与大地相接触，这样的情况也不需要引出中线，所以IT系统的结构能够得到有效优化，再出现接地事故时，泄漏电源仅仅是非故障相应对地面的电容量比较小，不会对人造成危害。
4低压配电系统的接地保护
4.1接地保护安全性阐述
由于高层建筑自身的复杂性，在开展电气设计过程中需要进行多方面分析，最为关键的是使用者和施工者的人身安全，并且也要加强对建筑自身的安全系数考虑。为提升低压供电系统安全性，一般来说在进行电气设计过程中都会应用故障点自动切断技术，即接地保护装置，通过这种方式有效的提升供电安全，为高层建筑电气系统的运行奠定基础。在对高层建筑电气设计过程中也要对低压供电系统设计位置、电气设备应用状况等综合内容进行研究，有效降低外部环境所带来的运行隐患。
4.2接地保护的应用
对于IT系统来说在进行接地保护装置设计过程中能够有效的切断电气设备的外部导电内容，并发出警报，使技术人员能够及时发现并采取有效的处理措施；TN供电系统多采用金属电子元件，当发生故障时会产生大量的电流，这种情况下对于用电量较大的电气设别来说能够进行有效的保护，并降低使用者的经济损失；而TT系统这是通过地外保护装置来对电气设备运行进行保护，可以及时的对故障回路电流进行切断，更好的保证电路运行安全。
4.3漏电断路器种类选择
通过对电力系统的运行研究，我们可以指导漏电断路器具有较大的作用，能够有效的保证电力系统的正常运行，一般来说高层建筑中的电气设计都会设计两道漏电保护防线。在电气设计过程中需要对漏电断路器的类别进行科学选择，使其能够在合理范围内进行电流切断，选择过程中需要对高层建筑低压供配电的实际使用状况及波段断路器型号和规格进行详细分析，并对漏电断路器的标准额定电流值进行分析，使漏电断路器能额定限制电流能够大于电力系统发生断路外漏时的电流值，确保低压供电系统的稳定运行。
5 PE线的作用和约束条件
PE线是最常见的低电压系统接地故障而传送故障电流导线在高压供电系统保护中PE线的设置也非常关键。尤其是在建筑用的低压系统中非常关键，能够有效的保护用电安全PE线有三种方法可以接地，能够在低压配电供电保护系统中对所有接触到的金属物体和所有电气设备都能够与PE线连接，形成安全有效的防护体系，避免对电气设备或操作人员造成危险，在低压配电系统中由于PE线的设置非常高，必须要具有灵敏的载流保护能力，而且不能够存在隐藏危险在载流的过程中，导线的温度和电池的灵敏度都必须要加强控制。
6建筑低压配电系统中的接地保护设计
建筑电气低压配电系统在实际操作的过程中，能不能安全稳定地进行运行，与用电主体的安全息息相关。所以在进行建筑低压配电系统设计的过程中，一定要通过一些合适的接地措施进行保护。接地保护措施指的主要是如果出现建筑低压配电系统出现漏电的情况的适合，可以把漏电线路自行切断，通过这样的方法保障线路运行过程中的安全性，另外也能够保障供电系统当中一些机械设备不会出现损坏，另外确保操作人员的安全。对接地保护装置进行合理的设置，是保障建筑供电系统可以安全运行的核心问题。所以在设计建筑电气低压配电系统的过程中，一定要积极与建筑电气设备的实际运行状况等进行结合，对接地保护装置进行合理设置。另外，从一些建筑电气低压配电系统的角度分析，无论在最终操作的过程中选取了哪一种接地系统，都需要保证低电压供电系统处于同电位当中，保证供电的电气设备能够处于等电位连接的状态，只有这样才能够保证低电压供电系统具有一定的稳定性，防止由于一些外部电压的原因而造成供电系统的正常运行产生影响。前文已经具体对一些比较常用的接地保护模式进行了相关介绍。TT系统一般情况下是对建筑电气低压供电系统中的电气设备进行保护，可以利用电气设备单独接地的方法对电路中的电气设备进行有效保护。如果产生了故障，可以把故障回路内的电流自动切断，这样可以保证整个电气设备不会出现较大的破坏；IT系统具有非常强大的功能，一般情况下设置在电网的外漏导电位置。如果电网的外漏导电位置产生了一定的故障，IT系统的接地保护不会切断系统的电源，采取的主要办法是通过自身所具有的高电阻以及高电抗来对这种电流的自主流动进行限制，另外还会警告维护人员，方便这些电力系统维护人员根据相关的故障情况，通过分段线路断电处理的方式避免出现线路的破坏。TN系统主要是通过电流保护器让电路负荷和电流短路等功能得以实现，另外也可以把一些建筑电气低压配电系统接地故障问题处理掉。
结语
通过对建筑电气低压配电设计中接地系统的类型进行分析，能够明确接地系统可以有效的防护建筑低压配电系统的设备，确保电气工程的运行效率得到增强，而且也能够尽可能的减少人员生命财产的安全，跟随着建筑种类不断提高，建筑结构和供电要求也越来越复杂，只有加强对接地系统实行正确的选择，提高电线电缆质量的监督管理力度，这样才能够确保整个建筑电气工程的安全稳定运行。通过本文的介绍能够对建筑低压配电设计提供一定的参考和帮助，对于进一步推动建筑电气发展具有现实意义。
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论文作者:严跃虎
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：系统论文; 电流论文; 低压配电论文; 建筑电气论文; 故障论文; 供电系统论文; 建筑论文; 《基层建设》2019年第19期论文;