化工工程中TN接地系統(tǒng)的應(yīng)用和故障處理

鄭黎（烏魯木齊泰迪安全技術(shù)有限公司云南分公司，云南 昆明650051）

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，有效推動(dòng)了我國(guó)化工行業(yè)的不斷快速發(fā)展，電能已發(fā)展成為一種極為重要的能源。化工項(xiàng)目包括三種生產(chǎn)環(huán)境，分別為甲類(lèi)生產(chǎn)環(huán)境、乙類(lèi)生產(chǎn)環(huán)境、丙類(lèi)生產(chǎn)環(huán)境，設(shè)有較多的車(chē)間配電站、變配電站，同時(shí)還配置IT機(jī)房、循環(huán)水站等公用工程輔助設(shè)施。一旦發(fā)生用電問(wèn)題，便會(huì)嚴(yán)重影響化工企業(yè)的正常生產(chǎn)活動(dòng)，嚴(yán)重威脅化工企業(yè)的生產(chǎn)安全。TN接地系統(tǒng)是一種低壓配電系統(tǒng)，是一種比較復(fù)雜的工程，在很大程度上影響著用電設(shè)備的正常運(yùn)行、配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與用電的安全。基于此，本文對(duì)化工工程中TN 接地系統(tǒng)的應(yīng)用和故障處理進(jìn)行深入研究，具有重要意義。

1 TN接地系統(tǒng)的工作原理與具體運(yùn)用

TN接地系統(tǒng)，大致包括3種不同類(lèi)型的系統(tǒng)，分別為T(mén)N-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)與TN-C-S系統(tǒng)。在實(shí)際中，為保證TN系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)選擇適宜的TN 接地系統(tǒng)。不過(guò)，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，仍然存在地形式原則不明問(wèn)題，進(jìn)而埋下許多安全事故隱患。針對(duì)這3種不同類(lèi)型的TN接地系統(tǒng)，現(xiàn)對(duì)其的工作原理與具體運(yùn)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1.1 TN-S系統(tǒng)

（1）工作原理

在TN-S系統(tǒng)中，保護(hù)線與中性線都是單獨(dú)導(dǎo)體，在電源中性點(diǎn)處劃分為兩條導(dǎo)體。在TN-S系統(tǒng)中，不管是PE線發(fā)生斷線還是N 線發(fā)生斷線，電氣設(shè)備的外殼都是不會(huì)帶電的。當(dāng)TN-S 系統(tǒng)三相呈不平衡狀態(tài)時(shí)，電氣設(shè)備外殼不會(huì)出現(xiàn)高電壓，具有非常高的安全性。

（2）具體運(yùn)用情況

在建筑物中，完成35-6kV/0.4kV 變壓器中性點(diǎn)的接地以后，低壓配電系統(tǒng)接地應(yīng)選用TN-S系統(tǒng)。在對(duì)TN-S系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，正常情況下，電流不會(huì)通過(guò)PE導(dǎo)體，同時(shí)PE導(dǎo)體不會(huì)帶電位，不會(huì)影響信息技術(shù)設(shè)備。在發(fā)生對(duì)地故障時(shí)，會(huì)有故障電流流經(jīng)PE導(dǎo)體，而對(duì)于電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分，當(dāng)其對(duì)地處于正常狀態(tài)下時(shí)，基本上不會(huì)帶有電位，幾乎不會(huì)發(fā)生火災(zāi)爆炸安全事故，是非?？煽?、安全的，不過(guò)，在配線回路中，常會(huì)多用一條導(dǎo)線。針對(duì)TN-S 系統(tǒng)，主要適用于以下不同類(lèi)型的場(chǎng)所，即：第一，對(duì)電磁兼容性要求比較高的一些場(chǎng)所，如計(jì)算機(jī)房、辦公樓等；第二，對(duì)供電連續(xù)性要求、防火災(zāi)防電擊要求比較高的民用建筑；第三，單相負(fù)荷比較大或者非線性負(fù)荷比較多的工業(yè)廠房；第四，極易發(fā)生火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)事故的場(chǎng)所。

1.2 TN-C系統(tǒng)

（1）工作原理

在TN-C 系統(tǒng)中，保護(hù)線、中性線同時(shí)利用同一條PEN 線。在TN-C系統(tǒng)中，不但可以連接三相用電設(shè)備，而且能夠安裝單相用電設(shè)備。在用電過(guò)程中，如果出現(xiàn)單相短路現(xiàn)象，則連接PE N線的電氣設(shè)備外殼便會(huì)出現(xiàn)比較大的故障電流；如果出現(xiàn)三相不平衡或者斷相現(xiàn)象，則連接PE N線的電氣設(shè)備外殼便會(huì)出現(xiàn)高電壓，進(jìn)而埋下安全隱患。

（2）具體運(yùn)用情況

在TN-C 系統(tǒng)中，若存在一個(gè)單相回路，如果PE N 線發(fā)生中斷現(xiàn)象時(shí)，電氣設(shè)備的金屬外殼對(duì)地會(huì)發(fā)生故障電壓，存在極大的觸電危險(xiǎn)。

1.3 TN-C-S系統(tǒng)

（1）工作原理

在TN-C-S系統(tǒng)中的低壓電氣裝置電源進(jìn)線點(diǎn)前，共用保護(hù)線與中性線，在進(jìn)線點(diǎn)后分成兩根，其中，在保護(hù)線與中性線分開(kāi)之后，便不再進(jìn)行合并。在分開(kāi)過(guò)程中，一定要對(duì)PE N線進(jìn)行重復(fù)接地處理。

（2）具體運(yùn)用情況

如果化工廠房的單相負(fù)荷比較大，存在比較多的非線性負(fù)荷，適宜選用TN-C-S系統(tǒng)。TN-C-S系統(tǒng)在電源進(jìn)線點(diǎn)前是PE N線，而在PE線、N線分開(kāi)以后，與TN-S系統(tǒng)相比，PE線、N線之間的電壓差更小一些，不會(huì)較大影響敏感性的信息設(shè)備。另外，TN-C-S系統(tǒng)同時(shí)具有TN-S系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)這兩種系統(tǒng)的特點(diǎn)，所以這種系統(tǒng)具有較高的安全性。綜上所述，如果化工生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行低壓配電時(shí)，宜選用TN-C-S系統(tǒng)。

2 常規(guī)情況下TN系統(tǒng)接地故障保護(hù)措施

根據(jù)大量統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果，在TN 系統(tǒng)中發(fā)生的各種接地故障中，發(fā)生概率最高的一種故障就是金屬性短路故障。由于這種故障常常會(huì)出現(xiàn)比較大的電流，為有效避免發(fā)生金屬性短路故障，必須要采取有效的應(yīng)對(duì)措施。例如，為避免發(fā)生金屬性短路故障，化工項(xiàng)目可以選用合適的設(shè)備，包括智能馬達(dá)保護(hù)器、低壓斷路器、熔斷器等，以上即為接地故障保護(hù)。根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定，針對(duì)固定式用電設(shè)備的配電線路或者末端線路，它們的切斷故障回路時(shí)間應(yīng)小于5s；針對(duì)手握式設(shè)備的插座回路、供移動(dòng)式設(shè)備的末端線路等，它們的切斷故障回路時(shí)間應(yīng)小于0.4s。

3 特殊情況下TN系統(tǒng)接地故障保護(hù)措施

當(dāng)選用斷路器過(guò)電流保護(hù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)TN 系統(tǒng)接地故障保護(hù)，在這種情況下，為保證TN 系統(tǒng)接地故障迅速做出反應(yīng)，應(yīng)采取以下解決措施。

3.1 進(jìn)行保護(hù)性等電位聯(lián)結(jié)

只有采取保護(hù)性等電位連結(jié)措施，包括局部等電位聯(lián)結(jié)措施、輔助等電位聯(lián)結(jié)措施、總等電位聯(lián)結(jié)措施等，才能夠充分發(fā)揮出接地故障保護(hù)的作用。在配電線路中，如果已經(jīng)運(yùn)用RCD，在這種情況下，一定要具有電位聯(lián)結(jié)。在TN 系統(tǒng)中，當(dāng)PEN線突然出現(xiàn)事故時(shí)，則會(huì)提高中性點(diǎn)對(duì)地電壓，與此同時(shí)，電流順著PE 線流向其他電氣設(shè)備保護(hù)殼中，最終發(fā)生安全事故。針對(duì)以上現(xiàn)象，RCD 無(wú)法發(fā)揮自身的作用。而在TN-C 系統(tǒng)中，如果RCD 中有PEN 線穿過(guò)，則在RCD 中，因接地故障電流而出現(xiàn)的磁場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)互相抵消現(xiàn)象，然后RCD會(huì)做出拒絕的動(dòng)作。針對(duì)實(shí)際電壓高于安全規(guī)定值問(wèn)題，應(yīng)選用等電位聯(lián)結(jié)這種方法來(lái)進(jìn)行有效解決。如果一些場(chǎng)所中設(shè)有很多金屬容器，且場(chǎng)所環(huán)境比較潮濕、溫度較高，存在導(dǎo)電塵埃時(shí)，其安全電壓是12V。在化工工程項(xiàng)目中，通過(guò)選用總等電位聯(lián)結(jié)，能夠獲取以下利處，即：第一，因?yàn)楸Ｗo(hù)電器動(dòng)作存在不可靠因素，所以引發(fā)很多安全隱患，而通過(guò)運(yùn)用總等電位聯(lián)結(jié)，則能夠?qū)@些安全隱患進(jìn)行有效減少；第二，當(dāng)化工廠房外部進(jìn)入危險(xiǎn)電壓時(shí)，極易引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故，而通過(guò)運(yùn)用總等電位聯(lián)結(jié)，則能夠有效降低風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生率；第三，有助于接觸電壓的降低。

3.2 對(duì)保護(hù)電器的動(dòng)作電流值進(jìn)行降低

為對(duì)保護(hù)電器的動(dòng)作電流值進(jìn)行降低，可以采取以下幾點(diǎn)措施，即：第一，充分發(fā)揮出斷路器、熔斷器的短延作用；第二，針對(duì)斷路器，可以選用帶零序電流保護(hù)措施；第三，除TN-C 系統(tǒng)以外，如果一些設(shè)備主要用于截?cái)嚯娏鳎诉x用帶有剩余電流保護(hù)措施。

3.3 對(duì)接地故障電流值進(jìn)行提高

為對(duì)接地故障電流值進(jìn)行提高，宜選用以下措施，即：第一，更換原有的Yyn0接線組別的變壓器，改用Dyn11接線組別變壓器。與Yyn0接線相比較，Dyn11接線零序能夠產(chǎn)生更大的阻礙，所以改用Dyn11 接線組別變壓器。第二，對(duì)線路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，以對(duì)線路電流進(jìn)行降低。第三，因?yàn)橄鄬?dǎo)體的截面面積過(guò)小，應(yīng)對(duì)相導(dǎo)體的截面面積進(jìn)行增大。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，因?yàn)榈蛪航拥胤绞骄哂卸喾N不同的類(lèi)型，所以化工工程項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際情況，有效結(jié)合自身場(chǎng)所情況，選用相應(yīng)合理、有效的低壓接地方式?；て髽I(yè)能否穩(wěn)定運(yùn)行、安全生產(chǎn)，深受低壓配電TN接地系統(tǒng)的影響。在很多化工工程項(xiàng)目中，因?yàn)槲醋龊媒拥毓收媳Ｗo(hù)工作而引發(fā)多起安全事故，所以化工工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員一定要高度重視TN 接地系統(tǒng)的合理運(yùn)用。為有效避免發(fā)生TN 系統(tǒng)接地故障問(wèn)題，確?；て髽I(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)能夠靈活運(yùn)用并配合使用不同TN接地系統(tǒng)方案。