對工廠電氣自動化系統接地問題的探討

劉丹

【摘 要】科學技術發展的同時，自動化技術及智能化技術的應用也日漸普及，并且逐漸應用于電氣系統當中。工廠電氣系統對于電氣接地的要求較高，基于此，本文對電氣自動化系統接地進行分析與闡述，進而探討接地要求及接地材料，研究工廠電氣自動化系統的接地系統建設方法。

【關鍵詞】工廠；電氣自動化；系統接地

中圖分類號： TM76 文獻標識碼： A 文章編號： 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

電氣自動化技術應用可保證電氣系統運行的穩定性與安全性，實現對于電氣系統的自動化與信息化控制，是工廠自動化建設進程的重要組成，為保證系統正常運行，可采取有效的工作接地、保護接地及防雷接地等措施，為工廠電氣系統運行及正常生產提供保障。

1 接地技術

1.1 接地類型

工廠DCS自動化控制接地系統可按照其功能劃分為保護接地、工作接地、本安系統接地、防靜電接地及防雷接地。其中，①保護接地主要應用于控制柜、操作臺、配電柜等電氣設備的金屬外殼，通過保護接地避免觸電的可能，保護電氣設備安全及生命財產安全；②工作接地，主要應用于系統接地、信號回路接地及邏輯接地等，用以確保電氣系統的正常運行；③本安接地，主要應用對象需基于行業規范與要求確定，可起到防爆效果；④防靜電接地，主要應用于系統控制室內部的工作臺，用以避免靜電對于電子元器件造成危害；⑤防雷接地，主要通過電涌保護器避免雷擊造成設備損壞。按照形式劃分，接地系統可劃分為獨立接地及統一接地。

接地系統在實際應用時，如果采用單點接地，則電氣直接連接的系統需對電氣連接的匯聚設備進行整體接地，可切斷地環路，起到對于雷電及電網接地點對于弱點系統侵入的阻斷作用，可起到預防電涌及雷擊效果。在系統接地的過程中，如果采用獨立安全接地及交流/直流工作接地，可將接地電阻控制在不超過4Ω的范圍內；若采用聯合接地或DCS系統，則應當將接地電阻控制在不超過1Ω的范圍內；若采用獨立防雷擊保護接地系統，則應當將接地電阻控制在不超過10Ω的范圍內，而防靜電接地則要求接地電阻低于100Ω。

1.2 接地系統

1.2.1 TN-C接地系統

三相四線制系統，主要采用電源變壓器中性點接地，同時應用工作零線及保護零線。該技術的應用適用于三相均衡負荷的環境下，若三相不平衡，則會存在不均衡電流，在某些設備的影響下，也會產生某些諧波電流，中性線可能會攜帶超過50V的電壓，會導致設備外殼帶電，影響設備安全及生命財產安全，并且導致基準電位的難以獲取，因此可通過保護零線及工作零線的重復接地，起到降低對地電壓的效果[1]。

該接地方式的缺陷在于，若存在三相不平衡現象及不平衡電流，會產生零線對地電壓，影響用電安全。若零線采用漏電保護開關，則該零線會成為工作零線而非保護零線。若電氣設備為單相用電設備，且連接二級漏電保護開關，則在該接地系統的和應用中，禁止設備連接工作零線。如果采用重復接地方式，則禁止連接帶有漏電開關的工作零線。

1.2.2 TN-S系統

該系統有效區分了工作零線與保護零線，可避免TN-C系統的不足，因此逐漸取代了TN-C系統。TN-S系統也被稱作三相五線系統，該系統在應用中，若存在電氣設備相線與設備外殼相碰觸的情況，可能會導致系統短路，通過電流保護裝置可中斷電源供應。若系統工作零線中斷，且存在三相不平衡的現象，則中性點位電位提升，但不會造成設備外殼帶電現象。系統的應用需要在保護零線端進行重復接地處理，保證線路正常運行。相較于TN-C系統，TN-S系統更加適用于工業企業或大型建筑。

在該系統的應用中，禁止斷開保護零線，也禁止使用漏電保護開關。該用電系統中，禁止用電設備出現部分接地與部分接零的現象，以避免中性點接地線點位提升導致設備帶電。在連接保護零線時，要求控制保護零線截面，保護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

該系統存在工作零線及保護零線局部共用的現象，即局部三相五線制，可劃分為TN-S及TN-C兩個部分，以工作零線及保護零線之間的連接點作為分界點。該系統的應用，可將共用的工作零線及保護零線進行重復接地處理，而工作零線則避免重復接地。在系統運行時，保護零線與電氣設備外殼相連，通常不會導致外殼帶電，因此會起到保證用電安全的效果。該系統通常可應用于工程施工環境中。

2 接地要求與接地材料

2.1 接地要求

在工廠電氣自動化系統接地技術應用時，需對接地要求加以明確，確保接地規范與標準。首先，如采用電子自動化接地系統，可通過統一接地，電氣設備會形成等電位體，則實現工廠金屬材料物體及電氣系統的整體連接，接地效果有所提升。如果工廠采用過程控制系統，則可通過三級接地方式，具體包括工廠高壓端的一級接地、低壓保護二級接地及回路保護三級接地。若采用過程控制系統，需充分明確工廠接地的實際情況與實際要求，合理增加或減少接地防護措施。另外，對于工作臺等設備采取接地措施，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措施，保證接地安全。接地技術的應用，需有效控制周邊環境，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。電氣系統采用信號線纜屏蔽層接地方式，屏蔽層本身需進行單點接地，可基于實際情況調整接地方法。若信號源浮空，可采取網絡設備側接地方式；若信號源接地，則可采用信號源側接地方式[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，通常可采用圓鋼、扁鋼、角鋼等材料，便于取材，且成本低廉，憑借鋼材自身優異的性能及成熟的焊接技術，保證接地效果。但同時，這種接地材料容易與其他物質發生化學反應，并存在銹蝕及腐蝕問題，尤其在鹽堿酸性環境下腐蝕尤其嚴重；（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，且材料本身質軟，不利施工；（3）復合材料，基于碳鋼，采用高溫高壓等技術手段，與有色金屬復合，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，且具備較好的經濟價值。

在實際選擇接地材料時，需充分明確接地技術的應用環境，若接地體及接地干線所處環境鹽堿酸性較強，會對鋼材造成嚴重腐蝕，則可采用熱鍍鋅等復合材料；若工程對于接地電阻要求較高，或土壤環境不佳，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，需充分考量，系統保護與系統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 實際案例

3.1 設計方案

以某建材生產廠為例，對電氣自動化系統接地的實際應用進行探討。該工廠生產規模龐大，擁有大量生產設備，地處雷電高發區，雨水豐沛，對于電氣系統的自動化安全防護的要求較高。基于這一現狀，對該工廠自動化生產線的電氣設計方案進行分析與探討。首先，生產線電氣自動化設計范圍包括配電站、生產線乃至包裝線的全部范疇；其二，生產線設置MV變電站4所，從工廠內部引出110kV/6kV總降壓站電源，并分別向不同車間變電源進行電力供應，設置變電站6所；其三，有柴油發電機向工廠生產線以及負荷保安電源供電；其四，生產線設置電氣室及電氣控制室各6座。

3.2 系統方案

為確保控制效果，采用過程控制系統進行控制與管理，搭建網絡組態結構，可覆蓋現場控制系統、操作系統及網絡系統，采用以現場總線技術為基礎的過程現場總線標準，主站之間、主站與從站之間，連接以屏蔽雙絞線，基于過程總線標準，利用FMS系統通訊，結合DP技術，以保障信息通信的通暢性。前者應用于主站通訊，后者應用于主站及從站之間的通訊。操作人員之間可采用網絡通訊。另外，現場站采用S7-400，并連接S7-300，搭配若干操作站及控制站，搭建過程現場總線標準網絡，實現電氣接地的自動化控制。

3.3 接地方案

該工廠設計兩套接地方案，包括全廠統一保護接地系統，搭建統一接地網絡，包括網絡接地、電氣接地、防雷接地及建筑保護接地等，采用低于4Ω的接地電阻。工廠采用統一弱點接地系統，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，接地電阻設計在臨近中控室，電阻低于1Ω，可實現工廠內電氣室及控制室的弱點接地的線纜連接。目前，該技術方案已經執行3年有余，起到了非常穩定與安全的運行效果[3]。

結語：安全有序的工廠自動化電氣系統的建設，以及接地系統的有效應用，是保障電氣運行安全穩定的重要途徑，而電氣自動化系統接地方案的選用，需充分保障技術應用及系統設計的嚴謹性與規范性，基于自動化系統接地應用的實際環境合理選用接地技術。

【參考文獻】

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

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

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