建筑物電源SPD在線監(jiān)測系統(tǒng)的接地狀態(tài)研究

羅志勇 于明洋 許暉

摘要：本文針對加油（氣）站等易燃易爆?；穲鏊惭b的電源SPD在線監(jiān)測系統(tǒng)的接地狀態(tài)進(jìn)行研究，首先闡述了建筑物電源SPD接地狀態(tài)監(jiān)測的意義，然后針對建筑物電源SPD的幾種接地方式進(jìn)行具體的分析說明。再對建筑物電源SPD的接地引線斷開或接地引線過長造成的影響進(jìn)行分析，最后對建筑物電源SPD的接地狀態(tài)的監(jiān)測方法進(jìn)行說明，以綜合系統(tǒng)的分析來確保電源SPD接地狀態(tài)的監(jiān)測質(zhì)量，保障電源SPD在線監(jiān)測系統(tǒng)的安全運(yùn)行，確保易燃易爆場所的設(shè)備安全。

Abstract： This paper studies the grounding state of the power supply SPD online monitoring system installed in the inflammable and explosive hazardous chemicals places such as refueling （gas） stations. Firstly， the significance of the grounding state monitoring of the building power supply SPD is expounded， and then the specific analysis and explanation of several grounding methods of the building power supply SPD are given. The the influence of disconnected or too long grounding lead of the building power SPD is analyzed. Finally， the monitoring method of the grounding state of the building power SPD is explained. The comprehensive system analysis is used to ensure the monitoring quality of the power supply SPD grounding state， ensure the safe operation of the power SPD online monitoring system， and ensure the safety of the equipment in the inflammable and explosive places.

關(guān)鍵詞：電源SPD;在線監(jiān)測;接地方式;接地引線;監(jiān)測方法

Key words： power supply SPD;online monitoring;grounding method;grounding lead;monitoring method

中圖分類號：TM862? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0113-03

0? 引言

雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一，雷電以驚人的破壞力給人民社會(huì)帶來巨大的災(zāi)害。由于雷電沖擊導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)失效或損壞，平均每年約占全部故障的70%。人們在受益于微電子的極大方便的同時(shí)，也受到其一旦雷擊損壞就損失巨大的困擾。易燃易爆危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、經(jīng)營、儲(chǔ)存企業(yè)（場所）是雷電防護(hù)的重點(diǎn)場所的，是防雷安全生產(chǎn)工作的重中之中。易燃易爆和?；穯挝唬▓鏊┮坏┮蚶讚粼斐苫馂?zāi)爆炸不僅對自身內(nèi)部造成巨大損失，而且也會(huì)對社會(huì)公共安全造成嚴(yán)重威脅。為保護(hù)電氣設(shè)備安全，易燃易爆危險(xiǎn)品經(jīng)單位和場所按照國家法律法規(guī)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)安裝了接地系統(tǒng)、電源電涌保護(hù)器（又稱避雷器（Surge Protection Device），簡稱SPD）。中山市從2012年開始安裝電源SPD，對電氣設(shè)備進(jìn)行防浪涌保護(hù)，由于SPD具有安裝數(shù)量大、安裝位置復(fù)雜、隱蔽性大的特點(diǎn)，造成電源SPD運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測難度較大、人工檢修設(shè)備工作量大的現(xiàn)狀。針對這一現(xiàn)狀，中山市對全市130多個(gè)加油（氣）站的電源SPD安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，為確保SPD能夠正常工作，需要對SPD的接地狀態(tài)及接地電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以確保此類易燃易爆場所電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對建筑物電源SPD的接地狀態(tài)的意義、接地方式、接地影響、監(jiān)測方法進(jìn)行綜合系統(tǒng)的分析，確保電源SPD接地狀態(tài)的監(jiān)測質(zhì)量，保障電源SPD在線監(jiān)測系統(tǒng)的安全運(yùn)行，確保易燃易爆場所的設(shè)備安全。

1? 建筑物電源SPD接地狀態(tài)監(jiān)測的意義

接地電阻是反映整套防雷系統(tǒng)接地狀況的重要指標(biāo)，由于土壤或者混凝土對接地裝置的腐蝕作用，接地裝置會(huì)隨著時(shí)間的推移，慢慢腐蝕，接地電阻就會(huì)慢慢變大，在接地阻值不合格時(shí)，受到雷擊或浪涌的襲擊，這些強(qiáng)電流會(huì)造成較高的殘壓，附近的設(shè)備會(huì)遭受到反擊而損壞[13]。同時(shí)防雷系統(tǒng)的接地電阻是否合格直接影響到重點(diǎn)場所防雷設(shè)備維護(hù)人員的人身安全，也影響重點(diǎn)場所設(shè)備的安全運(yùn)行，因此，必須大力加深對重點(diǎn)場所接地電阻的監(jiān)測。

建筑物電源SPD接地狀態(tài)的監(jiān)測主要是指從SPD直接引出的接地端到接地裝置的連接狀態(tài)，總的連接狀態(tài)包括SPD接地端與接地引線的連接，接地引線自身的阻抗，接地引線與接地裝置的連接狀態(tài)，接地裝置的狀態(tài)。電源SPD對設(shè)備的保護(hù)原理主要是當(dāng)有高浪涌到來時(shí)，SPD迅速動(dòng)作，把浪涌快速排泄到地。SPD的接地通道斷開或者存在問題，高浪涌將無法泄放到地，那么后端的線路設(shè)備將受到高浪涌的沖擊而損壞，所以SPD接地狀態(tài)的監(jiān)測是SPD監(jiān)測里非常重要的一個(gè)項(xiàng)目，SPD接地?cái)嚅_將會(huì)使SPD整套保護(hù)系統(tǒng)失效。

2? 建筑物電源SPD接地的幾種方式

目前配電系統(tǒng)主要采用的配電方式為TN系統(tǒng)，如圖1所示，針對此TN-C-S系統(tǒng)，建筑物電源SPD的接地主要有三種方式，電源SPD的接地并不代表電氣設(shè)備的接地，若電氣設(shè)備直接接地，則電源系統(tǒng)變?yōu)門T系統(tǒng)，此類型本文不做介紹。方式一是從電源SPD的接地端引出接地線直接連接到預(yù)留的接地裝置或者總等電位接地端子板上，方式二是從電源SPD的接地端引出接地線連接到樓層等電位接地端子板或機(jī)房局部等電位接地端子板再連接到接地裝置或者總等電位接地端子板上，方式三是從電源SPD的接地端引出接地線連接到PE線上。

2.1 電源SPD的接地端直接接地

電源SPD的接地端引出連接線直接接地是比較常用的接地方式，決定電源SPD接地狀態(tài)的主要為電源SPD接地端與接地連接引線的連接狀態(tài)，接地連接引線自身的阻抗，接地引線與接地裝置或總等電位接地端子板的連接狀態(tài)，接地裝置的狀態(tài)，一旦接地線斷開或者某個(gè)連接點(diǎn)接觸不良會(huì)立刻體現(xiàn)出來。

2.2 電源SPD的接地端經(jīng)局部等電位連接板再接地

電源SPD的接地端連接線經(jīng)樓層等電位接地端子板或機(jī)房局部等電位接地端子板再接地，主要應(yīng)用在樓層配電箱或者機(jī)房配電箱安裝的電源SPD上，決定電源SPD接地狀態(tài)的主要為電源SPD接地端與接地連接引線的連接，接地連接引線自身的阻抗，接地引線與樓層等電位接地端子板或機(jī)房局部等電位接地端子板的連接狀態(tài)，由于樓層等電位接地端子板或機(jī)房局部等電位接地端子板可能會(huì)與PE線或者其他局部等電位接地端子板連接，所以接地裝置的狀態(tài)在這里就不能夠反應(yīng)出來，當(dāng)監(jiān)測到接地狀態(tài)異常時(shí)，應(yīng)分析各連接點(diǎn)和連接線路，才能具體判斷出異常點(diǎn)。

2.3 電源SPD的接地端接PE線接地

電源SPD的接地端引出接地線連接到PE線上，主要應(yīng)用在滿足截面積大于50mm2多股銅芯導(dǎo)線或銅帶做為PE線的垂直接地干線上，決定電源SPD接地狀態(tài)的主要為電源SPD接地端與接地連接引線的連接，接地連接引線自身的阻抗，接地引線與PE線的連接狀態(tài)。

3? 建筑物電源SPD接地?cái)嚅_或接地引線過長的影響

3.1 接地?cái)嚅_的影響

電源SPD的工作原理是在系統(tǒng)沒有高浪涌過來的時(shí)候電源SPD呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，在高浪涌過來的時(shí)候瞬間導(dǎo)通，把大電流泄流入地，保護(hù)后端的設(shè)備安全。電源SPD接地線斷開將導(dǎo)致電源SPD在高浪涌過來的時(shí)候，沒有泄流通道，電源SPD將起不到任何作用，高浪涌將使被保護(hù)的設(shè)備遭到破壞，最終使整個(gè)系統(tǒng)失效。

3.2 接地引線過長的影響

電源SPD在線監(jiān)測系統(tǒng)接地狀態(tài)監(jiān)測對于電源SPD的前端引線是不做監(jiān)測的，那么主要影響在后端的接地引線上，對開關(guān)型電涌保護(hù)器有效電壓保護(hù)水平Up/f=Up，接地引線長度的影響不大;對限壓型電涌保護(hù)器，Up/f=Up+ΔU，Up為電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平，ΔU為電涌保護(hù)器兩端引線的感應(yīng)電壓降，即 L×（di/dt），ΔU戶外線路進(jìn)入建筑物處可按1kV/m計(jì)算，在其后的可按ΔU=0.2Up計(jì)算，為取得較小的電涌保護(hù)器有效電壓保護(hù)水平，應(yīng)縮短連接電涌保護(hù)器的導(dǎo)體長度。對于在線監(jiān)測的SPD，主要保護(hù)對象為家用電器級別，即Up/f應(yīng)小于2.5kV，對于圖1方式三的接線方式，SPD的Up/f值可能高達(dá)十幾千伏，SPD完全失去了作用。

4? 建筑物電源SPD接地狀態(tài)的監(jiān)測方法

4.1 環(huán)路法確定接地狀態(tài)

接地地網(wǎng)的參數(shù)特性基本與土壤的含水量或緊密程度關(guān)系密切，所以接地裝置的參數(shù)評估和數(shù)值測量應(yīng)盡量在土壤干燥或土壤沒有凍結(jié)的情況下監(jiān)測，應(yīng)避免在雨、雪天氣中或雨、雪天氣后馬上測試。而通過回路電阻的測量，可以減少土壤或者混凝土環(huán)境對電阻的影響。通過對電源SPD與接地系統(tǒng)之間構(gòu)建監(jiān)測環(huán)路，來監(jiān)測電源SPD的接地狀態(tài)，一旦環(huán)路斷開則會(huì)顯示接地狀態(tài)異常，在線監(jiān)測系統(tǒng)后臺平臺將會(huì)亮燈告警。環(huán)路法的優(yōu)點(diǎn)在于可以靈活構(gòu)建環(huán)路，搭配不同的環(huán)路電阻值，來確保監(jiān)測儀器的自身安全。接地電阻的測試主要采用的是接地電阻測試儀或者回路電阻測試儀進(jìn)行測試[15]，接地電阻測試儀主要采用的是三極法來進(jìn)行測試，需測量的接地裝置為G，輔助的地極為電流極C和電壓極P。在綜合地網(wǎng)中，例如加油亭接地、油罐接地、營業(yè)廳接地等，它們在地下連成一個(gè)綜合的大型地網(wǎng)，同時(shí)有多根預(yù)留接地引線引出地面，在地面上也通過設(shè)備防雷裝置等連接在一起。對于這樣的綜合接地系統(tǒng)，其地網(wǎng)最大對角線長度一般幾十米到幾千米，測量這樣的大型地網(wǎng)的接地電阻就要用到大地網(wǎng)測試儀，輔助線的長度可能要放出幾千米遠(yuǎn)，用三極法來監(jiān)測電阻是不可能的[14]，所以對于綜合地網(wǎng)，可以在SPD的接地引線或者其他接地引線上安裝接地電阻監(jiān)測儀，利用上述回路電阻監(jiān)測的方法，來判斷整個(gè)接地網(wǎng)的綜合接地狀況。缺點(diǎn)在于對監(jiān)測的儀器要求較高，回路的選擇比較困難，當(dāng)大電流泄放入地時(shí)，對監(jiān)測儀器自身的防雷安全性要求較高。

4.2 電流通路法確定接地狀態(tài)

SPD動(dòng)作時(shí)通過接地線將雷電流泄放到大地。如果SPD接地?cái)嚅_，則SPD的雷電流泄放通道不在存在，SPD相當(dāng)于并聯(lián)到電路中的一個(gè)電阻，將失去對線路的雷電防護(hù)作用。電流通路法通過在電路中構(gòu)建與SPD接地端的回路，對回路施加電流，通過回路的通斷來判斷接地的狀態(tài)，其電路示意圖如圖2。

①Power：為檢測單元提供測試電源。

②PE：待檢測的PE接地線，與SPD接地點(diǎn)同一個(gè)點(diǎn)或通過匯流排連接的等電位點(diǎn)。

③檢測單元：構(gòu)建一個(gè)測試電流回路，用來檢測接地狀態(tài)的有效性。

④光電隔離：防止地線上的高電壓損壞低壓采集電路，采用光電隔離進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)過濾到地線的雜散電流。

⑤MCU：信息處理，檢測單元把信號通過光電隔離送給MCU，根據(jù)信號變化和算法分析出接地狀況，同時(shí)輸出信號指示燈。

⑥指示燈：綠色表示接地正常，紅色表示接到故障。

電流通路法可以通過回路施加電流檢測回路的閉環(huán)狀態(tài)，具有方便快速判斷回路通斷性的特點(diǎn)，缺點(diǎn)在于當(dāng)連接回路連接到SPD的接地端時(shí)，若存在局部等電位接地端子板，由圖一方式二所示，則可能造成無法判斷SPD接地端與局部等電位接地端子板之間的接地線路通斷性。

5? 小結(jié)

電源SPD作為接入易燃易爆場所電網(wǎng)的外加設(shè)備，正確合理的安裝使用能有效的保護(hù)易燃易爆場所電氣設(shè)備的安全，但是電源SPD維護(hù)不當(dāng)和產(chǎn)品失效造成的后果是相當(dāng)危險(xiǎn)的，嚴(yán)重的可能會(huì)造成火災(zāi)、爆炸等電氣事故。電源SPD的非線性特性，決定電源SPD對于高電涌泄放通道的重要性，所以電源SPD接地狀態(tài)的監(jiān)測是非常必要的，本文從TN系統(tǒng)電源SPD的三種接地方式開始研究分析，指出了接地引線斷開或接地引線過長造成的影響，結(jié)合配電線路中電源SPD的接地狀態(tài)的特性，給出了電源SPD的接地狀態(tài)的監(jiān)測方法，并闡述了監(jiān)測方法的優(yōu)缺點(diǎn)，安防人員在對電源SPD接地狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測時(shí)，應(yīng)充分考慮監(jiān)測場所的環(huán)境特點(diǎn)，電源SPD的種類參數(shù)，嚴(yán)格按照制定接地狀態(tài)的監(jiān)測方法，確保電氣設(shè)備運(yùn)行安全，保障群眾的設(shè)備財(cái)產(chǎn)安全。

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