市鎮(zhèn)污水處理設計中電氣接地的選用

劉鋒 唐諍皓 翟健 張道鋒

摘要:針對目前在市鎮(zhèn)污水處理電氣設計中單一接地系統(tǒng)的不足,提出了市鎮(zhèn)污水處理廠應該是多種接地系統(tǒng)并存,并結(jié)合國際電工委員會標準(IEC標準)給出了能分配多種接地系統(tǒng)配電的具體做法。

關鍵詞:市鎮(zhèn)污水處理廠接地系統(tǒng)IEC

中圖分類號:X52 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0124-02

隨著環(huán)境污染治理的發(fā)展,各市鎮(zhèn)建設的污水處理工程也越來越多。但在工程設計時,一些設計人員以單一的TN-C-S或TN-S等接地系統(tǒng)應用于污水處理廠整體接地系統(tǒng);同時一些施工圖審查人員片面的認為污水處理廠中接地系統(tǒng)的引出是單一的,不能同時引出多種接地系統(tǒng)。這樣使得污水處理廠電氣保護的安全性和可靠性得以降低,留下了隱患,同時還可能造成不必要的浪費。根據(jù)市鎮(zhèn)污水處理廠各構(gòu)筑物和設備的特性,對其采用的接地形式作進一步的探討。

1市鎮(zhèn)污水處理廠接地形式

市鎮(zhèn)污水處理廠是一個特殊的構(gòu)筑物群,基本由高低壓配電室,辦公樓,廠房,水池及一些戶外工藝設備組成。所有構(gòu)筑物或設備的動力或照明電源都由低壓配電室配出,對于不同的構(gòu)筑物應有不同的接地形式。逐對三種典型的構(gòu)筑物分析其接地形式。

1.1 低壓配電房

在市鎮(zhèn)污水處理廠高低壓變電所變電等級一般為10/0.4kV,一般采用自然接地體,是整個污水處理廠的供配電樞紐,不僅要求低壓配電盤能夠配出三相380VAC的動力電源,而且還要求能配出電壓為單相220VAC的設備和照明電源,這就要求配電房需采用能引出中性線的TN或者TT接地系統(tǒng),TT系統(tǒng)相較TN系統(tǒng)故障回路阻抗大,故障電流小,需采用RCD作接地故障保護。并且各保護電氣設備須分設接地極,對于同一建筑物內(nèi)實際上是難以實現(xiàn)的[1]。所以配電房接地系統(tǒng)優(yōu)先采用TN系統(tǒng)。在IEC標準中,TN系統(tǒng)按N線(中性線Neutral conductor)和PE線(保護線Protective conductor)的不同組合方式又分為三種類型:TN-C、TN-C-S和TN-S。TN-S系統(tǒng)是由TN-C系統(tǒng)演變而來。將PEN線的兩個作用分開,即一根線作N線,承擔傳輸回路電流的作用;另一根線專作PE線,與電氣設備的外露導電部分相連接,承擔接地保護的作用。這樣的供電方式稱為TN-S系統(tǒng)供電方式。該系統(tǒng)接線的特點是N線與PE線除在變壓器中性點或低壓總配電室內(nèi)共同接地之外,兩線不再有任何的電氣連接。這樣,運行中由于三相負荷不平衡造成的N線上的電位就不會傳遞到用電設備的金屬外殼上,有效地隔離了TN-C系統(tǒng)所造成的危險電壓,使得用電設備外殼上的電位始終處在地(零)電位,從而消除了設備產(chǎn)生危險電壓的隱患。除非施工安裝有誤,形成微量對地泄漏電流之外,PE線平時不通過電流,也不帶電位,它只在發(fā)生接地故障時才通過故障電流[2]。因此電氣裝置的外露導電部分平時對地不帶電位,安全系數(shù)較高。故高低配電室作為污水處理廠配電中心和始端需采用TN-S系統(tǒng),如果風機房與配電房相聯(lián),作為一個整體建筑物,也相應的采用TN-S系統(tǒng)。

1.2 其他構(gòu)筑物的接地

在市鎮(zhèn)污水廠除設有配電房的構(gòu)筑物外,其它構(gòu)筑物如辦公樓和脫水機房等距離配電房有一定距離,這些構(gòu)筑物及置于其中的設備配電都是由配電房供出。如果供電系統(tǒng)接地形式依然采用TN-S形式,那么在發(fā)生接地故障時通過故障電流,盡管由于其電位接近地電位,較安全,但是由于三相電流不可能完全平衡,所以零線將通過一定的電流,這就使得在用電側(cè)產(chǎn)生一個共模電壓,而且這個電壓與供電線路距離成正比。共模電壓將對自控設備信號電壓將產(chǎn)生很大干擾,將造成儀表顯示不準確,嚴重時會燒毀自控模塊。

相較TN-S接地系統(tǒng),TN-C-S接地系統(tǒng)僅在電氣裝置電源進線點前N線和PE線是合一的,電源進線進入構(gòu)筑物后即分為N線和PE線。這樣共模電壓幾乎為零,不會干擾儀表及自控設備的運行,比較可靠。而共用導線因三相電流不平衡引起的電壓升高完全可以通過總等電位聯(lián)結(jié)來解決,使電氣裝置內(nèi)所有對地電位都一起升高,互相之間無電位差[3]。而且TN-C-S接地系統(tǒng)供電配線比TN-S接地系統(tǒng)配線少一個PE線,通過文獻[3]知,TN-C-S接地系統(tǒng)節(jié)約有色金屬和成本很顯著。因此在市鎮(zhèn)污水處理廠,除配電房以外的構(gòu)筑物的接地應該選擇TN-C-S接地系統(tǒng)更為合理。

1.3 戶外設備的接地

在市鎮(zhèn)污水處理廠里有些設備是放置露天場所,如大型的儲藥罐和布置在道路兩旁的路燈。這些設備不具備等電位聯(lián)結(jié)條件,地面以及其他可導電部分為大地的零電位,發(fā)生接地故障時,可能導致電擊事故。為此國際電工標準(IEC60364-5-53,2002,電氣設備的選用隔離、開關和控制電器)規(guī)定在此情況下應將該戶外電氣裝置改為TT系統(tǒng),即設備外殼不接TN系統(tǒng)的PE線而改接自單獨接地極引出的另一PE線,使戶外電氣設備外殼不帶故障電壓從而消除電擊事故。

由此可見TT系統(tǒng)電氣設備外殼不接用自電源中性點引來的PE線．避免了無等電位聯(lián)結(jié)場所PE線傳導故障電壓的電擊危險,這是TT系統(tǒng)優(yōu)于TN系統(tǒng)處。但它必需裝設剩余電流動作保護器RCD來切斷幅值小的接地故障電流,使其保護復雜化。

由上面的分析可見,在市鎮(zhèn)污水設計時,任何采用單一的接地系統(tǒng)都是不合理。

2低壓配電房多種接地系統(tǒng)供電的具體做法

《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50303-2002)規(guī)定在變壓器處直接接地。但國際電工標準《低壓電氣裝置第1部分:基本原則、一般特性評估、定義》(IEC 60364-1:2005)和《低壓電氣裝置第4部分:安全防護第44章:電壓擾動和電磁干擾的防護》(IEC 60364-4-44:2007)不允許這樣做。它規(guī)定不允許在變壓器處直接接地,只允許在變電所低壓配電盤內(nèi)進行一點接地．這樣使得整個低壓配電系統(tǒng)內(nèi)的正常對地泄漏電流和發(fā)生接地故障時的對地故障電流都需通過它返回變壓器繞組,必然使得變壓器中性線套管的出線兼有中性線和PE線作用的PEN線。

而且,與整個低壓系統(tǒng)相比,從變壓器到配電盤這段PEN線極短,其阻抗可忽略不計而可忽視其存在這樣就可將變電所看成為一個電源點,這樣各類接地系統(tǒng)的區(qū)分不是從變壓器內(nèi)繞組端點開始,而是從低壓配電盤出線開始。如此處理后,從變電所就可引出除中性點不接地的IT系統(tǒng)外的TT系統(tǒng)和各類TN系統(tǒng),而不局限于某一接地系統(tǒng)。從而適應各種不同現(xiàn)場的需要,如圖1所示。

在圖1中,圍繞配電房墻壁四周敷設的接地線可兼作等電位聯(lián)結(jié)帶,并與構(gòu)筑物的基礎接地網(wǎng)可靠焊接。配電房內(nèi)的其他用電設備也應該接入該等電位聯(lián)結(jié)帶上。當有故障電流流過時,整個配電房結(jié)成了一個有效的等勢體,大大的降低了電擊的危險。而且因為配電盤上方的PEN母排和下方的接大地的PE母排作跨接而實現(xiàn)一點接地,使得系統(tǒng)內(nèi)接地故障電流返回變壓器的通路是最短捷的,進而有效的防止了雜散電流的產(chǎn)生。

3結(jié)語

本文著重針對在市政污水處理廠供配電設計中,對不同構(gòu)筑物和設備如何正確選擇接地系統(tǒng)做出了分析,并給出了具體做法。從中可以看到,在工程設計中,不僅需要對規(guī)范做出正確的理解,更要對國際先進的電氣技術(shù)進行深入學習,不斷更新觀念,切實與國際電工標準(IEC)接軌,將我們的設計水平提高一個臺階。

參考文獻

[1] 王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗(第2版)[M].北京:中國電力出版社,2007.

[2] 徐永根.工業(yè)與民用配電設計手冊(第3版)[M].北京:中國電力出版社,2007.

[3] 滕永勤,劉鋒.污水處理工程電氣接地系統(tǒng)選用的探討[J].環(huán)境污染與防治, 2008,30(增刊2):27～28.

[4] 王厚余.重復接地和等電位聯(lián)結(jié)[J].電世界,2004,10:433～435.