電氣接地技術(shù)在選煤廠的應(yīng)用

杜志華

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原030001）

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電氣接地技術(shù)在選煤廠的應(yīng)用

杜志華

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原030001）

在選煤廠生產(chǎn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上分析選擇了適合選煤廠的最佳接地方式為共用接地裝置和等電位連接，最后對該接地方式提出了設(shè)計(jì)方案。

電氣接地；共用接地；等電位連接；選煤廠電氣

引言

選煤生產(chǎn)的特點(diǎn)是流水線作業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量眾多，少則幾十臺，多則上百臺，且大都是帶水作業(yè)，存在漏電的幾率高，電器接地更為重要。選煤廠生產(chǎn)采用集中控制，控制線路多且長，變頻器多，需要的功能接地也十分重要。

選煤廠生產(chǎn)設(shè)備集中度比較大，送電距離長，負(fù)載的電能密度也較大。在用電負(fù)荷中，電動機(jī)負(fù)載占絕大多數(shù)。為了節(jié)約能源、節(jié)約投資、減少貴重金屬銅的消耗，國家于1990年頒發(fā)了《關(guān)于推廣采用660 V升壓供電等兩項(xiàng)技術(shù)成果的通知》，要求新建的選煤廠及礦井地面生產(chǎn)系統(tǒng)均采用660 V供電”。采用660 V電壓等級后，為漏電保護(hù)帶來了較大的難度，380 V電壓等級下的接地技術(shù)不能滿足660 V的電壓等級［1］。

1　接地種類及共用接地

接地類型按功能分為：保護(hù)接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防靜電接地、重復(fù)接地、等電位等。

保護(hù)接地：電氣設(shè)備金屬外殼的接地稱作保護(hù)接地，它用以降低與地間的電位差，例如降低人體的接觸電壓，減少電擊危險(xiǎn)。

工作接地：電源中性點(diǎn)的接地稱作系統(tǒng)接地或工作接地。它用以使系統(tǒng)正常和安全地工作。例如當(dāng)架空線路感應(yīng)雷電涌壓時(shí)，它可提供泄放雷電流入地通路，以保護(hù)電氣設(shè)備。又如當(dāng)高壓線墜落在低壓線上時(shí)，它提供高壓側(cè)接地故障電流返回電源的通路，使高壓側(cè)繼電保護(hù)動作，避免高壓竄入低壓系統(tǒng)引起事故。不同的工作接地各有不同的功能。如變壓器、發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)直接接地，用以維持三相系統(tǒng)中相線中電壓不變等。

防雷接地：為了防止電氣設(shè)備和建筑物遭受雷擊將避雷設(shè)施進(jìn)行的接地，稱為防雷接地。

屏蔽接地：既要防止外來電磁波的干擾和侵入，還要防止電子設(shè)備產(chǎn)生的高頻能量向外部泄放而進(jìn)行的接地。

防靜電接地：為了防止靜電引發(fā)事故或靜電干擾電子設(shè)備的正常工作，需要將靜電荷釋放進(jìn)大地而進(jìn)行的接地。

重復(fù)接地：三相四線制的零線（或中性點(diǎn)）一處或多處經(jīng)及接地裝置與大地再次可靠連接，稱為重復(fù)接地。

目前建筑物、工業(yè)廠房趨于體積龐大功能復(fù)雜綜合，很難做出完全獨(dú)立的防雷、安全、工作三類接地系統(tǒng)，也無法保障不同接地之間需要的安全距離。出于現(xiàn)狀需求的考慮，目前普遍采用防雷、安全、工作三種接地連接在一起的接地方式，稱為共用接地系統(tǒng)。為了提高接零保護(hù)系統(tǒng)的安全性，還需要進(jìn)行等電位聯(lián)接［2］。

等電位是將外露導(dǎo)電部分、裝置外導(dǎo)電部分適當(dāng)?shù)剡B接起來，即使有故障電流流過，人所能接觸到的兩個(gè)導(dǎo)體基本是等電位，這就避免了電擊的危險(xiǎn)。等電位聯(lián)結(jié)在TN系統(tǒng)中還可起到消除電源側(cè)故障電壓沿電源線路進(jìn)入建筑物引起電擊事故的作用。由于重復(fù)接地的接地電阻上存在電壓降，重復(fù)接地只能降低而不能消除這一故障電壓。

2　適合選煤廠的接地形式

根據(jù)現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》，低壓配電系統(tǒng)有三種接地形式，即IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)。

TN系統(tǒng)即電源中性點(diǎn)直接接地、設(shè)備外露可導(dǎo)電部分與電源中性點(diǎn)直接電氣連接的系統(tǒng)。TN系統(tǒng)還可劃分為TN-S系統(tǒng)（適用于適用于有內(nèi)設(shè)變電所的建筑物內(nèi)，工業(yè)企業(yè)單相負(fù)荷占較大比重，且變頻器等干擾設(shè)備多、防電擊要求高、有火災(zāi)危險(xiǎn)的場所，因此對環(huán)境要求高的大、中型選煤廠）、TN-C系統(tǒng)（由于一些不安全因素，通常少采用）、TN-C-S系統(tǒng)（適用于沒有內(nèi)設(shè)變電所低壓供電的建筑物）三種形式。

TT系統(tǒng)就是電源中性點(diǎn)直接接地、用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分也直接接地的系統(tǒng)。適用于沒有等電位聯(lián)結(jié)的戶外場所。

IT系統(tǒng)電源中性點(diǎn)不接地、用電設(shè)備外露金屬部分直接接地的系統(tǒng)。IT系統(tǒng)中，連接設(shè)備外露金屬部分和接地體的導(dǎo)線，就是PE線。IT系統(tǒng)適用于大功率設(shè)備多、供電連續(xù)性要求較高的大型選煤廠。三種接地系統(tǒng)示意圖如圖1所示：

圖1　三種接地系統(tǒng)示意圖

低壓供電系統(tǒng)的電壓等級為380 V時(shí)，一般均采用三相四線制方式供電。在三相四線制供電系統(tǒng)中，通常只設(shè)置過電流保護(hù)裝置，一般不設(shè)置漏電保護(hù)裝置。如果將低壓供電系統(tǒng)的電壓等級升為660 V，各相對地電壓隨之升高，將達(dá)到380 V，超過了250 V的低壓界限。根據(jù)《電業(yè)安全工作規(guī)程》的規(guī)定，當(dāng)操作電壓超過250 V時(shí)必須按高壓對待，遵守高壓操作規(guī)定。因此三相四線制的動照混供電方式不再適用于660 V的電壓等級，而且也不能采用中性點(diǎn)直接接地的方式，否則會因?yàn)閱蜗嘟拥囟搪冯娏魈蠖斐捎|電事故。因此必須研究適合660 V電壓等級和供電方式的接地保護(hù)措施和方式。

選煤廠既有車間變電所、也有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、還需要防雷、防靜電、需要屏蔽，且目前大多采用660 V的電壓等級。因此選煤廠低壓配電系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)十分復(fù)雜。需要全面考慮各種接地的特點(diǎn)，滿足規(guī)范要求，還要防止接地方式的混亂以及接地、接零混用，并滿足配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

根據(jù)選煤生產(chǎn)的特點(diǎn)和選煤廠的供配電、控制、防雷等接地要求，選煤廠接地設(shè)計(jì)，應(yīng)首先采用TN-S系統(tǒng)；并設(shè)置電氣、電子設(shè)備的防雷接地、工作接地、安全保護(hù)接地、屏蔽接地與防靜電接地，且各種接地應(yīng)用共用接地裝置和等電位連接。等電位連接示意圖如圖2所示。

圖2　等電位連接示意圖

3　共用接地裝置和等電位連接的設(shè)計(jì)

將TN系統(tǒng)的PE線作重復(fù)接地可使PE線電位在發(fā)生接地故障時(shí)更接近電位。在實(shí)施等電位聯(lián)結(jié)后地下金屬水管、基礎(chǔ)鋼筋等都是良好的自然接地極，其接地電阻一般小于要求值，又因裹有水泥而不受腐蝕，壽命無限長。因此具有總等電位聯(lián)結(jié)的建筑物不必作人工的重復(fù)接地。

等電位聯(lián)結(jié)在TN系統(tǒng)中還可起到消除電源側(cè)故障電壓沿電源線路進(jìn)入建筑物引起電擊事故的作用。由于重復(fù)接地的接地電阻上存在電壓降，重復(fù)接地只能降低而不能消除這一故障電壓。

接地是以大地電位為參考電位，在大地表面實(shí)現(xiàn)的等電位聯(lián)結(jié)；等電位聯(lián)結(jié)則是以某一導(dǎo)體的電位為參考電位，以與該導(dǎo)體的連接代替與大地的連接的接地。兩者互通，但不完全等同。例如不與大地連接的等電位聯(lián)結(jié)無法對地泄放雷電流和靜電荷。

共用接地是把所需接地的各系統(tǒng)連接到1個(gè)地網(wǎng)上，使其成為電氣相通的統(tǒng)一接地網(wǎng)。共用接地在滿足每個(gè)系統(tǒng)的不同要求之外，還應(yīng)解除各個(gè)系統(tǒng)連接到共用地網(wǎng)上所產(chǎn)生的影響。共用地網(wǎng)的接地電阻值應(yīng)低于各系統(tǒng)接地要求的最低值，防雷接地的主要目的是泄放巨大的雷電流，因此接地網(wǎng)的尺寸也應(yīng)該足夠大，并考慮地網(wǎng)結(jié)構(gòu)及布置形式、脈沖雷電流的屏蔽效應(yīng)和土壤擊穿放電效應(yīng)等對泄流接地的影響［3］。

建筑物內(nèi)的多個(gè)電氣系統(tǒng)的接地必須采用共同的接地裝置，以消除電位差引起的電氣危險(xiǎn)。但不必為高頻的信息系統(tǒng)接地追求小于1Ω的接地電阻。因高頻條件下的接地阻抗Z=R2+X2，設(shè)接地線長10 m，每米電感為1μH，工作頻率為f=10×106Hz，則電抗為X=2πfL=2π×10×106×10×10-6=628Ω，即使R=0Ω，Z仍為628Ω。因此不能靠降低接地電阻R來降低Z，而需以高頻低阻抗的等電位聯(lián)結(jié)來代替接大地。

每一電源進(jìn)線處應(yīng)作一次總等電位聯(lián)結(jié)，它們之間應(yīng)互相聯(lián)通。因銅材導(dǎo)電性能和強(qiáng)度較好，連接材料應(yīng)使用多股銅線。在土壤中或基礎(chǔ)鋼筋處處連接時(shí)，為防止產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，不得使用裸銅線，還可使用與連接物相同的金屬。

4　結(jié)語

電氣接地保護(hù)是整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中重要的一環(huán)，密切關(guān)系到每個(gè)人的生活工作以及供配電系統(tǒng)正常工作，由于其細(xì)致性、嚴(yán)密性、和高強(qiáng)的技術(shù)邏輯要求，須要我們根據(jù)各類接地的具體情況，采用正確合理接地方案，就能夠盡可能地防止各類觸電事故的發(fā)生和生產(chǎn)的正常運(yùn)行。根據(jù)選煤生產(chǎn)的特點(diǎn)和選煤廠的供配電、控制、防雷等接地要求，選煤廠接地設(shè)計(jì)，應(yīng)首先采用TN-S系統(tǒng)且各種接地應(yīng)用共用接地裝置和等電位連接。

［1］許志華.低壓配電系統(tǒng)的接地保護(hù)［J］.電氣時(shí)代，2005（3）:98-99.

［2］鄧中民，史廣尚.選煤廠的電氣接地技術(shù)應(yīng)用［J］.煤，2007（1）: 31-32.

［3］高建文，李全景.共用接地系統(tǒng)的技術(shù)要求［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（15）：324-325.

（編輯：王慧芳）

Application of Electrical Grounding Technology in the CoalCleaning Plant

Du Zhihua
（Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry，Taiyuan Shanxi 030001）

Combined with the characteristics of production in coal preparation plant，this paper puts forward the tow grounding methods for coal preparation plant which are common grounding and the equipotential connection，and this paper finally puts forward design scheme of the grounding method.

electric grounding；common grounding；equipotential connection；electric of coal cleaning plant

TD948.3

A

2095-0748（2015）23-0047-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.23.20

2015-10-28

杜志華（1979—），女，山西呂梁人，本科，畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，中級工程師，現(xiàn)就職于煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，主要從事選煤廠電氣設(shè)計(jì)工作。