對(duì)工廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)接地問題的探討

劉丹

【摘 要】科學(xué)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)及智能化技術(shù)的應(yīng)用也日漸普及，并且逐漸應(yīng)用于電氣系統(tǒng)當(dāng)中。工廠電氣系統(tǒng)對(duì)于電氣接地的要求較高，基于此，本文對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)接地進(jìn)行分析與闡述，進(jìn)而探討接地要求及接地材料，研究工廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的接地系統(tǒng)建設(shè)方法。

【關(guān)鍵詞】工廠；電氣自動(dòng)化；系統(tǒng)接地

中圖分類號(hào)： TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）25-0030-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.013

【Abstract】With the development of science and technology，the application of automation technology and intelligent technology is becoming more and more popular，and gradually applied to the electrical system.The electrical system of the factory requires high electrical grounding.Based on this，this paper analyzes and expounds the grounding of the electrical automation system，then discusses the grounding requirements and materials，and studies the grounding system construction method of the factory electrical automation system.

【Key words】Factory；Electrical automation；System grounding

0 前言

電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用可保證電氣系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化與信息化控制，是工廠自動(dòng)化建設(shè)進(jìn)程的重要組成，為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，可采取有效的工作接地、保護(hù)接地及防雷接地等措施，為工廠電氣系統(tǒng)運(yùn)行及正常生產(chǎn)提供保障。

1 接地技術(shù)

1.1 接地類型

工廠DCS自動(dòng)化控制接地系統(tǒng)可按照其功能劃分為保護(hù)接地、工作接地、本安系統(tǒng)接地、防靜電接地及防雷接地。其中，①保護(hù)接地主要應(yīng)用于控制柜、操作臺(tái)、配電柜等電氣設(shè)備的金屬外殼，通過保護(hù)接地避免觸電的可能，保護(hù)電氣設(shè)備安全及生命財(cái)產(chǎn)安全；②工作接地，主要應(yīng)用于系統(tǒng)接地、信號(hào)回路接地及邏輯接地等，用以確保電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行；③本安接地，主要應(yīng)用對(duì)象需基于行業(yè)規(guī)范與要求確定，可起到防爆效果；④防靜電接地，主要應(yīng)用于系統(tǒng)控制室內(nèi)部的工作臺(tái)，用以避免靜電對(duì)于電子元器件造成危害；⑤防雷接地，主要通過電涌保護(hù)器避免雷擊造成設(shè)備損壞。按照形式劃分，接地系統(tǒng)可劃分為獨(dú)立接地及統(tǒng)一接地。

接地系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果采用單點(diǎn)接地，則電氣直接連接的系統(tǒng)需對(duì)電氣連接的匯聚設(shè)備進(jìn)行整體接地，可切斷地環(huán)路，起到對(duì)于雷電及電網(wǎng)接地點(diǎn)對(duì)于弱點(diǎn)系統(tǒng)侵入的阻斷作用，可起到預(yù)防電涌及雷擊效果。在系統(tǒng)接地的過程中，如果采用獨(dú)立安全接地及交流/直流工作接地，可將接地電阻控制在不超過4Ω的范圍內(nèi)；若采用聯(lián)合接地或DCS系統(tǒng)，則應(yīng)當(dāng)將接地電阻控制在不超過1Ω的范圍內(nèi)；若采用獨(dú)立防雷擊保護(hù)接地系統(tǒng)，則應(yīng)當(dāng)將接地電阻控制在不超過10Ω的范圍內(nèi)，而防靜電接地則要求接地電阻低于100Ω。

1.2 接地系統(tǒng)

1.2.1 TN-C接地系統(tǒng)

三相四線制系統(tǒng)，主要采用電源變壓器中性點(diǎn)接地，同時(shí)應(yīng)用工作零線及保護(hù)零線。該技術(shù)的應(yīng)用適用于三相均衡負(fù)荷的環(huán)境下，若三相不平衡，則會(huì)存在不均衡電流，在某些設(shè)備的影響下，也會(huì)產(chǎn)生某些諧波電流，中性線可能會(huì)攜帶超過50V的電壓，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備外殼帶電，影響設(shè)備安全及生命財(cái)產(chǎn)安全，并且導(dǎo)致基準(zhǔn)電位的難以獲取，因此可通過保護(hù)零線及工作零線的重復(fù)接地，起到降低對(duì)地電壓的效果[1]。

該接地方式的缺陷在于，若存在三相不平衡現(xiàn)象及不平衡電流，會(huì)產(chǎn)生零線對(duì)地電壓，影響用電安全。若零線采用漏電保護(hù)開關(guān)，則該零線會(huì)成為工作零線而非保護(hù)零線。若電氣設(shè)備為單相用電設(shè)備，且連接二級(jí)漏電保護(hù)開關(guān)，則在該接地系統(tǒng)的和應(yīng)用中，禁止設(shè)備連接工作零線。如果采用重復(fù)接地方式，則禁止連接帶有漏電開關(guān)的工作零線。

1.2.2 TN-S系統(tǒng)

該系統(tǒng)有效區(qū)分了工作零線與保護(hù)零線，可避免TN-C系統(tǒng)的不足，因此逐漸取代了TN-C系統(tǒng)。TN-S系統(tǒng)也被稱作三相五線系統(tǒng)，該系統(tǒng)在應(yīng)用中，若存在電氣設(shè)備相線與設(shè)備外殼相碰觸的情況，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)短路，通過電流保護(hù)裝置可中斷電源供應(yīng)。若系統(tǒng)工作零線中斷，且存在三相不平衡的現(xiàn)象，則中性點(diǎn)位電位提升，但不會(huì)造成設(shè)備外殼帶電現(xiàn)象。系統(tǒng)的應(yīng)用需要在保護(hù)零線端進(jìn)行重復(fù)接地處理，保證線路正常運(yùn)行。相較于TN-C系統(tǒng)，TN-S系統(tǒng)更加適用于工業(yè)企業(yè)或大型建筑。

在該系統(tǒng)的應(yīng)用中，禁止斷開保護(hù)零線，也禁止使用漏電保護(hù)開關(guān)。該用電系統(tǒng)中，禁止用電設(shè)備出現(xiàn)部分接地與部分接零的現(xiàn)象，以避免中性點(diǎn)接地線點(diǎn)位提升導(dǎo)致設(shè)備帶電。在連接保護(hù)零線時(shí)，要求控制保護(hù)零線截面，保護(hù)零線截面大于工作零線截面，可采用2.5mm2以上的絕緣多股銅線。

1.2.3 TN-S-C系統(tǒng)

該系統(tǒng)存在工作零線及保護(hù)零線局部共用的現(xiàn)象，即局部三相五線制，可劃分為TN-S及TN-C兩個(gè)部分，以工作零線及保護(hù)零線之間的連接點(diǎn)作為分界點(diǎn)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，可將共用的工作零線及保護(hù)零線進(jìn)行重復(fù)接地處理，而工作零線則避免重復(fù)接地。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，保護(hù)零線與電氣設(shè)備外殼相連，通常不會(huì)導(dǎo)致外殼帶電，因此會(huì)起到保證用電安全的效果。該系統(tǒng)通常可應(yīng)用于工程施工環(huán)境中。

2 接地要求與接地材料

2.1 接地要求

在工廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)接地技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需對(duì)接地要求加以明確，確保接地規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。首先，如采用電子自動(dòng)化接地系統(tǒng)，可通過統(tǒng)一接地，電氣設(shè)備會(huì)形成等電位體，則實(shí)現(xiàn)工廠金屬材料物體及電氣系統(tǒng)的整體連接，接地效果有所提升。如果工廠采用過程控制系統(tǒng)，則可通過三級(jí)接地方式，具體包括工廠高壓端的一級(jí)接地、低壓保護(hù)二級(jí)接地及回路保護(hù)三級(jí)接地。若采用過程控制系統(tǒng)，需充分明確工廠接地的實(shí)際情況與實(shí)際要求，合理增加或減少接地防護(hù)措施。另外，對(duì)于工作臺(tái)等設(shè)備采取接地措施，需全面整合接地線，連接接地總線，以確保接地效果，并采取有效的絕緣防護(hù)措施，保證接地安全。接地技術(shù)的應(yīng)用，需有效控制周邊環(huán)境，合理配置接地線分布的空間資源，以減少接地線之間的相互干擾。電氣系統(tǒng)采用信號(hào)線纜屏蔽層接地方式，屏蔽層本身需進(jìn)行單點(diǎn)接地，可基于實(shí)際情況調(diào)整接地方法。若信號(hào)源浮空，可采取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備側(cè)接地方式；若信號(hào)源接地，則可采用信號(hào)源側(cè)接地方式[2]。

2.2 接地材料

（1）碳鋼材料，主要為碳素鋼材或熱鍍鋅材料，通?？刹捎脠A鋼、扁鋼、角鋼等材料，便于取材，且成本低廉，憑借鋼材自身優(yōu)異的性能及成熟的焊接技術(shù)，保證接地效果。但同時(shí)，這種接地材料容易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并存在銹蝕及腐蝕問題，尤其在鹽堿酸性環(huán)境下腐蝕尤其嚴(yán)重；（2）有色金屬材料，通常采用銅、鉛、鋅等材料，可起到較好的耐腐蝕效果，但成本投入較大，且材料本身質(zhì)軟，不利施工；（3）復(fù)合材料，基于碳鋼，采用高溫高壓等技術(shù)手段，與有色金屬復(fù)合，比如熱鍍鋅碳鋼，可具備較好的材料性能，起到較好防腐蝕效果，且具備較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

在實(shí)際選擇接地材料時(shí)，需充分明確接地技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，若接地體及接地干線所處環(huán)境鹽堿酸性較強(qiáng)，會(huì)對(duì)鋼材造成嚴(yán)重腐蝕，則可采用熱鍍鋅等復(fù)合材料；若工程對(duì)于接地電阻要求較高，或土壤環(huán)境不佳，則可采用銅包鋼材料接地，或直接采用銅制材料接地，以保證接地效果。在選擇接地材料時(shí)，需充分考量，系統(tǒng)保護(hù)與系統(tǒng)屏蔽之間的連接材料需匹配接地極材料，可選用性能較好的銅制材料。

3 實(shí)際案例

3.1 設(shè)計(jì)方案

以某建材生產(chǎn)廠為例，對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)接地的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討。該工廠生產(chǎn)規(guī)模龐大，擁有大量生產(chǎn)設(shè)備，地處雷電高發(fā)區(qū)，雨水豐沛，對(duì)于電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化安全防護(hù)的要求較高?；谶@一現(xiàn)狀，對(duì)該工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線的電氣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析與探討。首先，生產(chǎn)線電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)范圍包括配電站、生產(chǎn)線乃至包裝線的全部范疇；其二，生產(chǎn)線設(shè)置MV變電站4所，從工廠內(nèi)部引出110kV/6kV總降壓站電源，并分別向不同車間變電源進(jìn)行電力供應(yīng)，設(shè)置變電站6所；其三，有柴油發(fā)電機(jī)向工廠生產(chǎn)線以及負(fù)荷保安電源供電；其四，生產(chǎn)線設(shè)置電氣室及電氣控制室各6座。

3.2 系統(tǒng)方案

為確?？刂菩Ч捎眠^程控制系統(tǒng)進(jìn)行控制與管理，搭建網(wǎng)絡(luò)組態(tài)結(jié)構(gòu)，可覆蓋現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為基礎(chǔ)的過程現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，主站之間、主站與從站之間，連接以屏蔽雙絞線，基于過程總線標(biāo)準(zhǔn)，利用FMS系統(tǒng)通訊，結(jié)合DP技術(shù)，以保障信息通信的通暢性。前者應(yīng)用于主站通訊，后者應(yīng)用于主站及從站之間的通訊。操作人員之間可采用網(wǎng)絡(luò)通訊。另外，現(xiàn)場(chǎng)站采用S7-400，并連接S7-300，搭配若干操作站及控制站，搭建過程現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電氣接地的自動(dòng)化控制。

3.3 接地方案

該工廠設(shè)計(jì)兩套接地方案，包括全廠統(tǒng)一保護(hù)接地系統(tǒng)，搭建統(tǒng)一接地網(wǎng)絡(luò)，包括網(wǎng)絡(luò)接地、電氣接地、防雷接地及建筑保護(hù)接地等，采用低于4Ω的接地電阻。工廠采用統(tǒng)一弱點(diǎn)接地系統(tǒng)，包括DCS接地、儀表接地、弱電接地、回路接地、邏輯接地等接地系統(tǒng)，接地電阻設(shè)計(jì)在臨近中控室，電阻低于1Ω，可實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)電氣室及控制室的弱點(diǎn)接地的線纜連接。目前，該技術(shù)方案已經(jīng)執(zhí)行3年有余，起到了非常穩(wěn)定與安全的運(yùn)行效果[3]。

結(jié)語：安全有序的工廠自動(dòng)化電氣系統(tǒng)的建設(shè)，以及接地系統(tǒng)的有效應(yīng)用，是保障電氣運(yùn)行安全穩(wěn)定的重要途徑，而電氣自動(dòng)化系統(tǒng)接地方案的選用，需充分保障技術(shù)應(yīng)用及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性與規(guī)范性，基于自動(dòng)化系統(tǒng)接地應(yīng)用的實(shí)際環(huán)境合理選用接地技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張濤，吳遠(yuǎn)，楊濤.電氣自動(dòng)化中電氣接地及電氣保護(hù)技術(shù)探究[J].河南科技，2018（07）：154-153.

[2]張軍.電氣自動(dòng)化中電氣接地及電氣保護(hù)技術(shù)探究[J].電子制作，2018（Z1）：98-99.

[3]姜大寶.淺談水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的接地技術(shù)和防雷技術(shù)[J].四川水泥，2016（02）：10.