楼宇自动化控制系统.doc

楼宇自动化控制系统332020年4月19日文档仅供参考楼 宇 自 动 化 系 统(BAS)楼宇自动化控制主要包括一下几部分v 1 供配电监控系统 v 2 照明监控系统v 3 暖通空调监控系统 v 4 给排水监控系统 v 5 电梯与停车场监控系统v 6 防雷与接地系统1.1 楼宇自动化控制技术基础图 1.1v 假设控制中心是大脑,布线系统是血液神经系统,则建立在自动化控制技术基础之上的各类传感器和控制器就是手脚关节。经过这些自动化单元,能够获得被测对象有关物理、化学性质信息,并根据这些信息对被测对象进行控制。如传感器、可编程序控制器(PLC)、变送器等。v 1.1.1 传感器v 1楼宇自控中常见的传感器有下列几种:v (1) 温度传感器v 温度传感器 是用来测量水管或风管中介质的温度,以此来控制相应的水泵、风机、阀门和风门等执行元件的开度。v (2) 湿度传感器v 湿度传感器用于测量风道中介质的湿度,以此来控制相应的加湿阀的开度。v (3) 压力或压差传感器压力或压差传感器主要用来检测水管或是风管中的压力和压差,以此来控制相应的变频器以调整水泵或风机的转速,或是调节比例阀门的开度。v (4) 流量传感器流量传感器主要是检测水系统中液体的流量,以此来控制相应水泵阀的数量。v 传感器一般见来控制模拟量,其输出模拟量是010 V或是420 A。它们的结构是传感器和变送器的组合。v BAS中有时还会用到许多其它类型的特殊传感变送器,如用来检验空气中二氧化碳、一氧化碳浓度等的传感器,用来检测电网中电流或电压的电流电压传感器,用来检测环境明暗程度的照度传感器,还有一些是组合型的传感器,如空气品质传感器、功率因素变送器等。1.1.2楼宇自控中常见的控制器,控制器是用来调节输出开关量:v (1) 温度控制器v 温度控制器主要用来检测现场的温度,一般是由感温元件、控制电路、信号输出三部分组成的。在楼宇自控中,温度控制器主要用于测量室内的温度,以此控制风机盘管冷、热水阀的启停。v (2) 湿度控制器v 湿度控制器主要用来检测现场的湿度,一般是由感湿元件、控制电路、信号输出等三部分组成的。在楼宇自控中,湿度控制器主要用于室内的湿度检测,以此来控制加湿阀的启停。v (3) 防霜冻保护开关v 防霜冻保护开关主要用来检测新风机组或空气处理机中的盘管温度,当温度低于某一设定值时,系统自动关闭风机和新风阀门,同时打开热水电动二通阀来防止盘管的冻结。v (4) 压差开关v 压差开关主要用来检测新风机组或空气处理机中的滤网,当滤网发生堵塞时,装在滤网两端的压差开关会发出报警信号。v (5) 水流开关v 水流开关主要用来检测管道内是否有水的流动,一般应用于制冷站、热站、给排水等带有泵类的系统中。v (6) 液位开关v 液位开关主要用来检测液体的液位,如清水池和污水池的液位。 v 1.1.3 阀门与电动执行器v 在气体和液体的流动控制中,常常见阀门来作为介质流动的控制手段。要想实现自动化控制就要对一些阀门、风门等元件实现自动控制。这就需要用到阀门和电动执行器。v 1阀门v 常见的阀门有如下几种:v (1) 风机盘管电动阀。 这是一种平衡式冷热水阀,主要应用于风机盘管的控制中,这类阀所需的功率最小,是通电开启的一种阀门。阀门的开启时间仅为7 s,具有很好的密闭性,流体允许温度为095。v (2) 二通螺纹线性阀 这种阀门主要应用于供热通风和空调,也能够用于饱和水蒸气。它的连接方式是采用内螺纹结构,阀体是纯铜材料。它与电动执行器一起能够实现连续的开度调节,是进行自动调节的主要元件。v (3) 法兰式三通阀 阀门主要应用于供热与空调,也能够用于饱和水蒸气。它的连接方式是采用法兰结构,阀体与阀座为一体化结构,泄露率极低,适应的温度为2170。它与电动执行器一起能够实现连续的开度调节,是进行自动调节的主要元件。v 2电动执行器v 电动执行器有如下几种:v (1) 电动阀门执行器这种执行器适用于HVAC阀门(HVAC:采暖、通风和空调),内带一个选择正反作用插头,用于提供模拟输出DC 010 V的调制控制。它具有安装快捷、阀门定位准确、低功耗、高的关断压力、终端推力限位开关等优点。电动线性阀门执行器还带有手动调节和精确的同步电动机控制。阀的自身还带有位置反馈的输出信号,能够和阀门组合在一起进行PID(比例积分微分,一种闭环回路算法)调节。一般被用来对液体、气体等介质进行变量的开度控制,它也是自动化控制中的主要元件。v (2) 风门执行器这种执行器用于控制风门、通风百叶窗和VAV装置的调节、浮点控制,能够和标准的圆形和方形的风门连杆进行连接,被广泛地应用在风门的开度控制,特别是在空气处理机和新风机组的回风阀、排风阀、新风阀中实行PID的控制,使之形成一定的比例连锁控制。实际的控制回路中,直接数字控制器(DDC)常常不能直接控制相关设备,中间还要用到其它各种类型的辅助控制器以完成动作,如变频器、继电器等。v 1.1.4 集散控制系统v 又称分布式控制系统(DCSDistributed Control System),它的特征是”集中管理,分散控制”,即以分布在现场被控设备处的各种功能性微机(下位机)完成被控设备的实时监测、保护与控制。该系统克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中和常规仪表控制功能单一的局限性;以安装于中央监控室并具有很强的数字通信、显示(CRT)、打印输出与丰富的控制管理软件功能的中央管理计算机(上位机)完成集中操作、显示与优化控制功能,避免了因常规仪表分散控制而造成的人机联系困难,且便于统一管理。传感器/控制器群针对水、电、气、报警、消防等终端设施进行检测与控制,一般根据监控需求按类或按组控制。对大型分布式控制系统(DCS),中间还有区域控制中心。分布式系统将许多台计算机联合起来,共同承担监测与控制管理的工作,所连接的每台计算机既能够独立进行监测和控制工作,又能够在中央控制机指导下工作,还能够与其它计算机协调交换信息,共同完成某项控制任务。其灵活性、可靠性要远高于单台控制器。v 如图1.2所示,集散型计算机控制系统主要由四部分构成。图 1.2v 1中央管理计算机(或称上位机、中央监控计算机)v 中央管理计算机设置在中央监控室内,它将来自现场设备的所有信息数据集中提供给监控人员,并接至室内的显示设备、记录设备和报警装置等。由于中央管理计算机是整个BAS的核心,相当于人的大脑,其重要性是不言而喻的。普通商用个人计算机用作中央控制机显然是不合理的。一般为了提高计算机的可靠性一般采用两种方法:一种是直接采用工业控制 计算机;另一种就是采用容错计算机。工业控制计算机(也称IPC)由于采用了特殊的生产工艺和手段,其稳定性是普通商用PC所无法比拟的。而所谓容错计算机就是采用两台普通PC经过互为冗余备份的方法来充当中央控制主机,一旦其中一台PC出现故障,作为备份的另一台主机可马上被专用的总线控制电路启动,从而不会导致系统瘫痪。v 2DDC(直接数字控制器,亦称下位机)v DDC作为系统与现场设备的接口,它经过分散设置在被控设备的附近收集来自现场设备的信息,并能独立监控有关现场设备。它经过数据传输线路与中央监控室的中央管理监控计算机保持通信联系,接受其统一控制与优化管理。 v 3通信网络v 中央管理计算机与DDC之间的信息传送,由数据传输线路(通信网络)实现,较小规模的BAS系统能够简单地使用屏蔽双绞线作为传输介质。v 4传感器与执行器v BAS系统的末端为传感器和执行器,它被装置在被控设备的传感(检测)元件和执行元件上。这些传感元件如温度传感器、相对湿度传感器、压力传感器、流量传感器、电流电压转换器、液位检测器、压差器和水流开关等,将现场检测到的模拟量信号或数字量信号输入至DDC,DDC则输出控制信号传送给继电器、调节器等执行元件,对现场被控设备进行控制。v NCU是网络控制器,NCU与中央管理计算机间以N1总线连接,而NCU与下位机(DDC)之间则以N2总线(现场总线网)相连接。图 1.3v 1.1.6 直接数字控制器(DDC)v 直接数字控制器(DDCDirect Digital Controller),又称下位机,它是整个楼宇自控系统的关键。v ”控制器”是完成被控设备特征参数与过程参数的测量并达到控制目标的控制装置。v ”数字”的含义是指该控制器利用数字电子计算机来实现其功能要求。 v ”直接”意味着该装置在被控设备的附近,无需再经过其它装置,即可实现全部测控功能。因此,DDC实际上也是一个计算机,它应具有可靠性高、控制功能强、可编写程序等特点,既能独立监控有关设备,又可经过通信网络接受来自中央管理计算机的统一控制与优化管理。 v 1DDC支持的监控点v (1) 模拟量输入、输出(AI)、(AO);v (2) 开关量输入、输出(DI)、(DO);v 2DDC的主要功能v (1) 对楼层的数据采样设备进行周期性的数据采集。v (2) 对采集的数据进行调整和处理(滤波、放大、转换)。v (3) 对现场采集的数据进行分析,确定现场设备的运行状态。v (4) 对现场设备运行状况进行检查对比,并对异常状态进行报警处理。v (5) 根据现场采集的数据执行预定 (连续调节和顺序逻辑控制的运算)而获得控制数据。v (6) 经过预定控制程序完成各种控制功能,v (7) 向楼层的数据控制和执行设备输出控制和执行命令(执行时间、事件响应程序、优化控制程序等)。v (8) 经过数据网关(DG)或网络控制器(NCU)连接其它层的设备,与各上级管理计算机进行数据交换,向上传送各项采集数据和设备运行状态信息,同时接收各上级计算机下达的实时控制指令或参数的设定与修改指令。 v 3常见的专用控制器类型v (1) 空气处理机组控制器;v (2) 空调控制器;v (3) 照明控制器;v (4) 变风量控制器;v (5) 消防报警控制器。1.2 供配电监控系统 v 供配电系统是大厦的动力系统,是保证大厦各个系统正常工作的充分必要条件。v 楼宇供配电监控系统主要用来检测大厦供配电设备和备用发电机组的工作状态及供配电质量。v 供配电系统一般可分为以下几个部分:高/低压进线、出线与中间联络断路器状态检测和故障报警设备,电压、电流、功率、功率因数的自动测量、自动显示及报警装置。v 1.2.2 控制内容v 一般应包括以下几方面的内容:v (1) 高、低压断路器,开关设备按顺序自动接通、分断。v (2) 高、低压母线联络断路器,按需要自动接通、分断。v (3) 备用柴油发电机组及其配电瓶,开关设备按顺序自动合闸,转换为正常供配电方式。v (4) 大型动力设备,定时启动、停止及顺序控制。v (5) 蓄电池设备,按需要自动投入及切断。另外,供配电系统除了实现上述保证安全、正常供配电的控制外,还能根据监控装置中计算机软件设定的功能,以节约电能为目标,对系统中的电力设备进行管理,主要包括:变压器运行台数的控制,合约用电量经济值监控,功率因数补偿控制及停电复电的节能控制。图1.41.3 照明监控系统v 智能大厦是多功能的建筑,不同用途的区域对照明有不同的要求。因此,应根据使用的性质及特点,对照明设施进行不同的控制,在系统中应包含一个智能分站,对整个大厦的照明设备进行集中的管理控制,一般称其为照明与动力监控系统。该系统包括大厦各层的照明配电箱、事故照明配电箱和动力配电箱。v 照明监控系统的任务主要有两个方面:一方面是为了保证建筑物内各区域的照度及视觉环境而对灯光进行控制,称为环境照度控制,一般采用定时控制、合成照度控制等方法来实现;另一方面是以节能为目的对照明设备进行的控制,简称照明节能控制,有区域控制、定时控制、室内检测控制三种控制方式。 v 具体监控功能包括下述内容:v (1) 根据季节的变化,按时间程序对不同区域的照明设备分别进行开/停控制。 v (2) 正常照明供电出现故障时,该区域的事故照明立即投入运行。 v (3) 发生火灾时,按事件控制程序关闭有关的照明设备,打开应急灯。 v (4) 有保安报警时,将相应区域的照明灯打开。v 作为BAS的子系统,照明监控系统既要对各照明区域的照明配电柜(箱)中的开关设备进行控制,还要与上位计算机进行通信,接受其管理控制,因此,它是典型的计算机监控系统。典型照明及动力回路监控原理图如图2.5所示。此系统也比较简单,室外照度传感器监测室外照度,当照度低于或高于某一设定值时,系统经过启停控制DO点启动或关闭照明回路,实现自动控制。当然,系统的启停还要受到许多其它因素如时间表、手动干预、运行状态(DI)等的影响。图 1.51.4 暖通空调监控系统 v 1.4.1 新风机组的监控v 新风机组监控具体功能包括:v (1) 检测功能:监视风机电机的运行/停止状态;监测风机出口空气温度和湿度参数;监测新风过滤器两侧压差,以了解过滤器是否需要更换;监视新风阀打开/关闭状态。v (2) 控制功能:控制风机启动/停止;控制空气水换热器水侧调节阀,使风机出口温度达到设定值;控制干蒸汽加湿器阀门,使冬季风机出口空气湿度达到设定值。v (3) 保护功能:冬季当某种原因造成热水温度降低或热水停止供应时,应该停止风机工作,关闭新风阀门,以防止机组内温度过低导致冻裂空气水换热器;当热水恢复正常供热时,应该能启动风机,打开新风阀,恢复机组正常工作。v (4) 集中管理功能:智能楼宇各机组附近的DDC控制装置经过现场总线与相应的中央管理机相连,于是能够显示各机组启/停状态;传送温度、湿度及各阀门状态值;发出任一机组的启/停控制信号;修改送风参数设定值;任一新风机组工作出现异常时,发出报警信号。v 1.4.2 空调机组的监控 空调机组的调节对象是相应区域的温度、湿度参数,送入装置的输入信号还包括被调区域内的温、湿度信号。当被调区域较大时,应安装几组温、湿度测点,以各点测量信号的平均值或重要位置的测量值作为反馈信号;若被调区域与空调机组DDC 装置安装现场距离较远时,可专设一台智能化的数据采集装置装于被调区域,将测量信息处理后经过现场总线送至空调DDC装置。在控制方式上,一般采用串级调节方式。以防室内外的热干扰、空调区域的热惯性以及各种调节阀门的非线性等因素的影响。图 1.6v 1.4.3 暖通系统的监控v 暖通系统 主要包括热水锅炉房、换热站以及供热网等。根据智能楼宇的特点,针对供暖锅炉房进行监控。v 供暖锅炉房的监控对象可分为燃烧系统和水系统两大部分。其监控系统能够由若干台DDC及一台中央管理机构成。各DDC装置分别对燃烧系统、水系统进行监测控制,根据供热状况控制锅炉及各循环泵的开启台数,设定供水温度和循环流量,协调各台DDC完成监控管理功能。 v 1.4.5 冷热源及其水系统的监控v 智能楼宇中的冷热源主要包括冷却水、冷冻水及热水制备系统。v 1冷却水系统的监控 v 冷却水系统的作用是经过冷却塔和冷却水泵及管道系统向制冷机提供冷水。监控的目的是保证冷却塔风机和冷却水泵安全运行;确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水经过;根据室外气候情况及冷负荷调整冷却水运行工况,使冷却水温度保持在要求的范围内。 v 2冷冻水系统的监控 v 冷冻水系统由冷冻水循环泵经过管道系统连接冷冻机蒸发器及用户的各种冷水设备(如空调机和风机盘管)而组成。对其进行监控的目的主要是要保证冷冻机蒸发器经过足够的水量以使蒸发器正常工作;向冷冻水用户提供足够的水量以满足使用要求;在满足使用要求的前提下尽可能地减少水泵耗电,实现节能运行。v 图2.7是一个典型的冷源系统监控原理图图 1.7v 3热水制备系统的监控 v 热水制备系统 以热交换器为主要设备,其作用是产生生活、空调及供暖用热水。对这一系统进行监控的主要目的是监测水力工况以保证热水系统的正常循环,控制热交换过程以保证要求的供热水参数。v 图2.8为一热交换系统监控图图 1.81.5 给排水监控系统 给水排水监控系统 是智能楼宇中的一个重要系统,它的主要功能是经过计算机控制及时地调整系统中水泵的运行台数,以达到供水量和需水量、来水量和排水量之间的平衡,实现泵房的最佳运行,实现高效率、低能耗的最优化控制。BAS给排水监控对象主要是水池、水箱的水位和各类水泵的工作状态。如:水泵的启/停状态,水泵的故障报警以及水箱高低水位的报警等等。这些信号能够用文字及图形显示、记录和打印。 v 1.5.1 给水系统v 给水系统 的主要设备有:地下储水池、楼层水箱、地面水箱、生活给水泵、气压装置和消防给水泵等。v 给水系统监控功能有下列三种:v (1) 地下储水池水位、楼层水池、地面水池水位的检测及当高/低水平超限时的报警。v (2) 对于生活给水泵,根据水池(箱)的高/低水位控制水泵的启/停,检测生活给水泵的工作状态和故障现象。当使用水泵出现故障时,备用水泵会自动投入工作。v (3) 气压装置压力的检测与控制。v 典型生活恒压供水系统监控原理如图2.9所示。图中液位开关用于检测生活供水池的水位高度。当水位低于低限值时,系统控制相应的进水管使其开通;当水位高于高限值时则令进水管关闭。三个补水泵可互为冗余备份,也可同时工作,一般视压力反馈点所检测的供水水压而定。如水压偏高则只令一台工作,而水压过低则可令两台或三台同时工作。 图 1.9v 1.5.2 排水系统v 排水系统 的主要设备有:排水水泵、污水集水井、废水集水井等。v 其监控功能主要包括:v (1) 集水井和废水集水井水位检测及超限报警。 v (2) 根据污水集水井与废水集水井的水位,控制排水泵的启/停。当水位达到高限时,连锁启动相应的水泵,直到水位降至低限时连锁停泵。v (3) 排水泵运行状态的检测以及发生故障时报警。v 典型排污水监控系统如图2.10所示。一般排水系统较供水系统简单,是因为它不需要控制污水井的进水(事实上也无法控制),而且对于排水水压一般也不关心,甚至有时为了节省投资干脆将污水井的水位检测都取消,系统只要定时设定其启停即可。图 1.101.6 电梯与停车场监控系统v 电梯、停车场系统是智能建筑中不可缺少的设施。它们为智能建筑服务时,不但自身要有良好的性能和自动化程度,而且还要与整个BAS协调运行,接受中央计算机的监视、管理及控制。v 1.6.1 电梯监控系统v 电梯可分为直升电梯和手扶电梯两类。而直升电梯按其用途又可分为客梯、货梯、客货梯、消防梯等。v 电梯的控制方式可分为层间控制、简易自动控制、集选控制、有/无司机控制以及群控等。对于楼宇电梯,一般选用群控方式。v 电梯的自动化程度体现在两个方面:一是其拖动系统的组成形式;二是其操纵的自动化程度。v 2电梯的监控功能v 电梯的监控功能有如下五个方面:v (1) 电梯升降控制器作为BAS的一个分站,它控制和扫描电梯升降层的信号,并将其传送到中央控制站。v (2) 对各部电梯的运行状态进行检测。 v (3) 故障检测与报警,包括厅门、厢门的故障检测与报警;轿厢上下限超限故障报警以及钢绳轮超速故障报警等。v (4) 各部电梯的开/停控制,电梯群控,例如:当任意一层用户按叫电梯时,最接近用户的同方向电梯,将率先到达用户层,以缩短用户的等待时间;自动检测电梯运行的繁忙程度以及控制电梯组的开启/停止的台数,以便节省能源。v (5) 当发生火警时,由电梯升降控制器控制所有的电梯,包括将直升客梯和直升货梯降至底层,并切断电梯的供电电源。v 3电梯监控系统的构成v 要想实现电梯监控系统的功能,必须以计算机为核心,组成一个智能化的监控系统才能完成所要求的监控任务。同时,作为智能建筑BAS 的子系统,它必须与中央管理计算机或大楼管理计算机系统(BMS)以及消防控制系统进行通信,以便与BAS构成有机整体。整个系统由主控制器、电梯控制屏(DDC)、显示装置(CRT)、打印机、远程操作台和串行通信网络组成。主控制器以32位微机为核心, 一般采用可靠性较高的CPU冗余(重复配置系统)结构,它与设在各电梯机房的控制屏进行串行通信,对各电梯进行监控。主控器采用显示器,监视、操作都很方便。主控制器与上位计算机(或BMS 系统)及安全系统具有串行通信功能,以便与BAS形成整体。系统具有较强的显示功能,除了正常情况下显示各电梯的运行状态之外,当发生灾祸或故障时,用专用画面代替正常显示图面,而且当必须管制运行或发生异常时,能把操作顺序和必要的措施显示在画面上,因此可迅速地处理灾祸和故障,提高对电梯的监控能力。v 1.6.2 停车场监控系统v 近几年来,停车场自动管理技术已逐渐成熟,停车场管理系统向大型化、复杂化和高科技化方向发展,已经成为智能建筑的重要组成部分,并作为楼宇自控系统的一个子系统与计算机网络相连,使远距离的管理人员能够监视和控制停车场。v 1)智能停车场管理系统的组成v 智能停车场管理系统设立有自动收费站,无需操作员即可完成其收费管理工作。智能停车场系统按其所在环境不同可分为内部智能停车场管理系统和公用智能停车场管理系统两大类。v 如图1.11所示,智能停车场管理系统一般由入口管理站、出口管理站和计算机监控中心等几部分构成。v 停车场的入口管理站设有地感线圈、 闸门机、感应式阅读器、对讲机、指示显示入口机、电子显示屏、自动取卡机和摄像机。v 停车场的出口管理站设有地感线圈、出口机、对讲机、电子显示屏、闸门机等。计算机监控中心包括计算机主机、显示器、对讲机和票据打印机等。 图 1.11v 2智能停车场管理系统的功能v 1) 入口管理v 当车辆驶近入口,能够看到停车场指示信息,标志牌显示入口方向与车库内车位的情况。当经过地感线圈时,监控室能够监测到有车辆将要驶入,若车库停车已满,则库满灯亮,拒绝车辆再进入;若车未满,允许车辆进入。车辆开到入口机处,使用感应卡确认,如果该卡符合进入权限,会自动开启车库门,及时让车辆经过,然后判断并自动关闭车库门,防止下面车辆经过。可由摄像机摄下进场车辆图像、车牌数据与停车凭证数据(凭证类型、编号、进库日期、时间),一并存入管理系统的计算机,以备该车出场时进行车辆图像与卡片信息的比较,确认该车是否合法出场。v 2) 出口管理v 出口管理站主要的任务是对驶出的车辆进行自动收费。当车辆驶近出口电动栏杆处时,出示感应票卡、停车凭证,经读卡机识别,此时出行车辆的编号、出库时间、出口车牌摄像识别器提供的车牌数据和阅读机数据一起被送入管理系统,进行核对与计费,出口管理站检验确认票卡有效并核实正确后,出口电动栏杆升起放行。v 出口站能够确认票卡是否有效。如果确认所持票卡无效,则出口管理站收回或还给驾驶员,拒绝驾驶员将车辆驶出停车场,信息屏将显示相应的信息。1.7 防雷与接地系统v 1.7.1 雷电危害v 智能楼宇 内包含大量的电子设备和计算机系统。这些电子设备与计算机系统一般属于耐电压等级低、防干扰要求高的弱电设备,最怕受到雷击。普通建筑物的避雷装置把强大的雷电流经过引下线入地,而雷电流在附近空间产生了强大的电磁场变化,会在相邻的导线(包括电源线和信号线)上感应出雷电过电压。v 雷电波入侵智能楼宇的形式有两种,一种是直击雷,另一种是感应雷。一般来说,直击雷击中智能楼宇内的电子设备的可能性很小,一般不必安装防护直击雷的设备。感应雷即是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压、过电流形成雷击。v 感应雷入侵设备及计算机系统主要有以下三条途径:v (1) 雷电的地电位反击电压经过接地体入侵。v (2) 由交流供电电源线路入侵。v (3) 由通信信号线路入侵。v 不论是经过哪种形式、哪种途径入侵,都会使电子设备及计算机系统受到不同程度的损坏或严重干扰。v 1.7.2 几种接地系统形式v 1TN-C系统v TN-C系统被称之为三相四线系统,属保护接零。该系统中性线N与保护接地PE合二为一,通称PEN线。这种接地系统虽然对接地故障灵敏度高,线路经济简单,可是它只适合用于三相负荷较平衡的场所。智能化大楼内,单相负荷所占比重较大,难以实现三相负荷平衡,PEN线的不平衡电流加上线路中存在的荧光灯、可控硅等设备引起的谐波电流,在非故障情况下,会在中性线N上叠加,使中性线N电压波动,会导致设备外壳(与PEN线连接)带电,对人身不安全,因此,TN-C接地系统不能作为智能化建筑的接地系统。 v 2TN-C-S系统v TN-C-S系统由两个接地系统组成。第一部分是TN-C系统,第二部分是TN-S系统,分界面在N线与PE线的连接点处。该系统一般用在建筑物的供电,由区域变电所引来的场所。进户之前采用TN-C系统,进户处做重复接地,进户后变成TN-S系统。v TN-S是一个三相四线加PE线的接地系统。v TN-S系统的特点是:中性线N与保护接地线PE在进户时共同接地后,不能再有任何电气连接。系统中,中性线N常会带电,保护接地线PE没有电的来源。PE线连接的设备外壳及金属构件在系统正常运行时始终不会带电。因此,TN-S接地系统明显提高了人和物的安全性。同时,只要我们采取接地引线,各自都从接地体一点引出,选择正确的接地电阻值使电子设备共同获得一个等电位基准点,那么TN-C-S系统就能够作为智能型建筑物的一种接地系统。 v 3TT系统v TT系统为三相四线系统,就是中性点直接接地,电气装置的外露可接近导体经过保护接地线接至与电力系统接地点无关的接地极的低压配电系统。系统常见于建筑物供电来自公共电网的地方。v TT系统的特点是:中性线N与保护接地线PE无一点电气连接,即中性点接地与PE线接地是分开的。该系统在正常运行时,不论三相负荷是否平衡,在中性线N带电情况下,PE线不会带电。只有单相接地出现故障时,由于保护接地灵敏度低,故障不能及时切断,设备外壳才可能带电。正常运行时的TT系统类似于TN-S系统,也能获得人和物的安全性和取得合格的基准接地电位。可是由于公共电网的电源质量不高,难以满足智能化设备的要求,因此TT系统很少被智能化大楼采用。v 4IT系统v IT系统是三相三线式接地系统,该系统变压器中性点不接地或经阻抗接地,无中性线N,只有线电压(380 V),无相电压(220 V),保护接地线PE各自独立接地。该系统的优点是当一相接地时不会使外壳带有较大的故障电流,系统能够照常运行;其缺点是不能配出中性线N。因此,它不适用于拥有大量单相设备的智能化大楼。 v 1.7.3 智能楼宇常见的错误接地方式v 智能建筑常见的错误接地方式有以下四种:v (1) 采用TN-C系统,将TN-C系统中的N线同时用做接地线;v (2) 在TN-S系统中将N线与PE线接在一起,再连接到底板上去;v (3) 不设置电子设备的直流接地引线,而将直流接地直接接到PE线上;v (4) 把N线、PE线、直流接地线混接在一起。v 以上这些做法都不符合接地要求。因为在智能化大楼内,单相用电设备较多,单相负荷比重较大,三相负荷一般是不平衡的,因此,在中性线N中带有随机电流。另外,楼内大量采用荧光灯照明,其所产生的三次谐波叠加在N线上,加大了N线上的电流量,如果将N线接到设备外壳上,会造成电击或火灾事故;如果在TN-S系统中将N线与PE线连在一起再接到设备外壳上,那么危险更大,凡是接到PE线上的设备,外壳均带电,会扩大电击事故的范围;如果将N线、PE线、直流接地线均接在一起,则除了会发生上述的危险以外,电子设备还将会受到干扰而无法正常工作。 v 1.7.4 智能建筑应设置的接地方式v 智能楼宇应设置 电子设备的直流接地、交流工作接地、安全保护接地,以及普通建筑也应具备的防雷保护接地。v 另外,智能楼宇内大多设有具有防静电要求的程控交换机房,计算机房,火灾报警监控室以及大量易受电磁波干扰的精密电子仪器设备,因此在智能化楼宇的设计和施工中,还应考虑防静电接地和屏蔽接地的要求。v 智能楼宇应采取的各种接地措施v 1防雷接地v 为把雷电流迅速导入大地,以防止雷害为目的的接地称为防雷接地。v 智能楼宇内有大量的电子设备与布线系统。如通信自动化系统、火灾报警及消防联动控制系统、楼宇自动化系统、保安监控系统、办公自动化系统、闭路电视系统以及它们之间相应的布线系统等。智能楼宇多属于一级负荷,应按一级防雷建筑物的保护措施设计,接闪器采用针带组合接闪器,避雷带采用25 mm4 mm镀锌扁钢在屋顶组成小于等于10 m10 m的网格,该网格与屋面金属构件作电气连接,与大楼柱头钢筋作电气连接,引下线利用柱头中钢筋、圈梁钢筋、楼层钢筋与防雷系统连接。外墙面所有金属构件也应与防雷系统连接,柱头钢筋与接地体连接,组成具有多层屏蔽的笼形防雷体系。这样不但能够有效防止雷击损坏楼内设备,而且还能防止外来的电磁干扰。v 接地电阻应符合其最小值要求。 v 2交流工作接地v 将电力系统中的某一点直接或经特殊设备(如阻抗,电阻等)与大地作金属连接,称为工作接地。工作接地主要指的是变压器中性点或中性线(N线)接地。N线必须用铜芯绝缘线。在配电中存在辅助等电位接线端子,等电位接线端子一般均在箱柜内。v 必须注意,该接线端子不能外露;不能与其它接地系统(如直流接地,屏蔽接地,防静电接地等)混接;也不能与PE线连接。在高压系统里,采用中性点接地方式可使接地继电保护准确动作并消除单相电弧接地的过电压。中性点接地能够防止零序电压偏移,保持三相电压基本平衡,这对于低压系统很有意义,能够方便使用单相电源。 v 3安全保护接地v 安全保护接地 就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接,即将大楼内的用电设备以及设备附近的一些金属构件用PE线连接起来,但严禁将PE线与N线连接。v 在智能楼宇内,要求安全保护接地的设备非常多。例如有些强电设备、弱电设备以及一些非带电导电设备与构件,均必须采取安全保护接地措施。当没有做安全保护接地的电气设备的绝缘层损坏时,其外壳有可能带电,如果人体触及此电气设备的外壳就可能被电击伤甚至造成生命危险。在中性点直接接地的电力系统中,接地短路电流经人体、大地流回中性点;在中性点非直接接地的电力系统中,接地电流经人体流入大地,并经线路对地电容构成通路,这两种情况都能造成人体触电。v 在一个并联电路中,经过每条支路的电流值与电阻的大小成反比。接地电阻越小,流经人体的电流越小。一般人体电阻要比接地电阻大数百倍,因而经过人体的电流要比流过接地体的电流小得多。当接地电阻极小时,流过人体的电流几乎等于零。实际上,因为接地电阻很小,接地短路电流流过时所产生的压降很小,因此设备外壳对大地的电压并不高。人站在大地上去碰触设备的外壳时,人体所承受的电压很低,不会有危险。加装保护接地装置而且降低它的接地电阻,不但是保障智能建筑电气系统安全、正常运行的有效措施,也是保障非智能建筑内设备及人身安全的必要手段。v 4直流接地v 在一幢智能化楼宇内往往包含有大量的计算机、通信设备和带有电脑的大楼自动化设备。这些电子设备在进行信息输入、信息传输、能量转换、信号放大、逻辑动作和信息输出等一系列过程中都是经过微电位或微电流快速进行的,且设备之间常要经过互联网络进行工作。因此,为了使其准确性高、稳定性好,除了需要有一个稳定的供电电源外,还必须具备一个稳定的基准电位。可采用较大截面的绝缘铜芯线作为引线,一端直接与基准电位连接,另一端供电子设备直流接地。该引线不宜与PE线连接,亦严禁与N线连接。v 5屏蔽接地与防静电接地v 在智能化楼宇内,电磁兼容设计是非常重要的。为了避免所用设备的机能障碍,避免可能会出现的设备损坏,构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰。这些干扰的产生或者是因为导线之间的耦合现象,或者是因为电容效应或电感效应。其主要来源是超高电压、大功率辐射电磁场、自然雷击和静电放电。这些现象会对用来发送或接收很高传输频率的设备产生很大的干扰。因此,对这些设备及其布线必须采取保护措施,使其免受来自各个方面的干扰。v 屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。可将设备外壳与PE线连接;导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与PE线可靠连接;室内屏蔽也应是多点与PE线可靠连接。v 防静电干扰也很重要。在洁净、干燥的房间内,人的走步、设备移动等各种摩擦均会产生大量静电。例如在相对湿度10%20%的环境中人的走步能够积聚3.5万伏的静电电压。如果没有良好的接地,这种静电不但会对电子设备产生干扰,甚至会将设备芯片击坏。将带静电的物体或有可能产生静电的物体(非绝缘体)经过导静电体与大地构成电气回路的接地方式称为防静电接地。v 防静电接地要求在洁净干燥的环境中,所有设备外壳及室内(包括地坪)设施均必须与PE线多点可靠连接。 v 总之,智能建筑的接地装置的接地电阻越小越好,独立的防雷保护接地电阻应小于等于10 ;独立的安全保护接地电阻应小于等于4 ;独立的交流工作接地电阻应小于等于4 ;独立的直流工作接地电阻应小于等于4 ;防静电接地电阻一般要求小于等于100 。v 智能化楼宇的供电接地系统宜采用TN-S系统,按规范宜采用一个总的共同接地装置,即统一接地体。统一接地体为接地电位基准点,由此分别引出各种功能接地引线,利用总等电位和辅助等电位的方式组成一个完整的统一接地系统。一般情况下,统一接地系统可利用大楼的桩基钢筋,并用40 mm4 mm镀锌扁钢将其连成一体作为自然接地体。根据规范,该系统与防雷接地系统共用,其接地电阻应小于等于1 。若达不到要求,必须增加人工接地体或采用化学降阻法,使接地电阻小于等于1 。在变配电室内设置总等电位铜排,该铜排一端经过构造柱或底板上的钢筋与统一接地体连接,另一端经过不同的连接端子分别与交流工作接地系统中的中性线连接、与需要做安全保护接地的各设备连接、与防雷系统连接,以及与需做直流接地的电子设备的绝缘铜芯接地线连接。v 在智能大厦中,因为系统采用计算机参与管理或使用计算机作为工作工具,因此其接地系统宜采用单点接地,采取等电位措施。单点接地是指