選煤廠電氣裝置接地改造實踐

桑立輝

(神華準格爾能源有限責任公司 選煤廠，內蒙古 準格爾旗 010300)

神華準能公司選煤廠一系統采用跳汰洗選工藝，設計洗選能力1 200萬t/a，核心設備為4臺德國KHD公司生產的BATAC型塊煤跳汰機。配套設備有：72臺振動給料機、8臺原煤分級篩、4臺雙齒輥破碎機、3臺刮板機、4臺精煤斗提機、4臺中煤斗提機、4臺矸石斗提機、4臺精煤脫水篩、4臺中煤脫水篩、6臺鼓風機、3臺離心機、2臺空壓機、33臺膠帶輸送機以及其他輔助生產設備，配套電機約520臺。

跳汰洗選電氣系統接地采用TN-C型式，接地的目的是為了保證電氣設備漏電后能夠在規定的時間內使斷路器跳閘和限制接觸電壓，以保證設備安全運行及人身安全，在接地保護完好的情況下，設備漏電不應造成財產損失和人身傷害。

1 系統接地的型式

1.1 TN系統

電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分通過保護中性導體或保護導體連接到此接地點。

根據中性導體和保護導體的組合情況，TN系統的型式有以下三種：

(1) TN-C系統:整個系統的中性導體和保護導體是合一的(圖1)。

圖1 TN-C系統示意

(2) TN-S系統：整個系統的中性導體和保護導體是分開的(圖2)。

圖2 TN-S系統示意

(3) TN-C-S系統：系統中一部分線路的中性導體和保護導體是合一的(圖3)。

圖3 TN-C-S系統示意

1.2 TT系統

電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點(圖4)。

圖4 TT系統示意

1.3 IT系統

電源端的帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地(圖5)。

圖5 IT系統示意

2 各型系統接地的特點

2.1 TN-C系統

TN-C系統內PE線和中性線合二為一成為PEN線，PEN線同時具有PE線及中性線的作用，節省材料，經濟性強，我國選煤廠過去曾大量使用TN-C系統。但從電氣安全角度來說，TN-C系統存在下列問題。

(1)如電氣系統為單相回路，當PEN線斷線或接觸不好時，電氣設備外露可導電部位對地電壓與相電壓相同[2]。對于三相回路，當PEN線斷線或接觸不好時，則中斷處前方的PEN線電壓幾乎為零，而中斷處后方的PEN線電壓等于負荷側三相電壓的相量和，特殊情況時，中斷處后方的電壓等于相電壓。發生觸電事故時，會造成嚴重后果。因此TN-C系統的PEN線必須在多處做接地以防止觸電事故。

(2)不能安裝剩余電流動作保護器，即RCD，因PEN線穿過剩余電流動作保護器的零序電流互感器，接地故障電流同時通過相線和PEN線，故障電流在互感器線圈內產生的磁場相互抵消導致RCD拒動，所以TN-C系統內不能安裝RCD作為防電擊保護。

(3)在TN-C系統中PEN線同時起到PE線的作用，所以PEN線在任何地方都不能中斷，因此在TN-C系統不能安裝四極開關對電氣維修人員進行保護。

(4)中性線電流通過PEN線導致PEN線產生電壓降，致使所接電氣設備的外露可導電部位帶電，可能會對敏感信息設備產生干擾，在危險爆炸場所中也可能產生火花，引起爆炸。因此在使用敏感信息設備和防爆場所中不得使用PEN線和TN-C系統。

鑒于以上原因，除某些特殊情況外，已經很少采用TN-C系統。

2.2 TN-S系統

在TN-S系統中，PE線和中線各自獨立，除非人為錯誤將中性線和PE線接反或跨接，正常情況下，PE線不通過電流，只有在產生接地故障時通過接地電流，因此電氣設備的外露可導電部位正常情況下不帶電，即使通過接地電流時，其電位幾乎與地電位相同，十分安全，不會對敏感信息設備產生干擾，也不會產生火花，但TN-S系統需額外安裝一根導線。

2.3 TN-C-S系統

在建筑內采用TN-C-S系統，使用PEN線的部分是TN-C系統，同樣會產生與單獨的TN-C系統一樣的問題。需要注意的是，如果采用TN-C-S系統，在PE線和中性線分開的電源處PEN線必須先接入PE母排，然后把中性線母排通過導線接到PE母排上。因為如果導線斷開或連接不良，中性線斷路，電氣設備故障可及時發現并進行維修。如PEN線先接中性線母排，如果導線斷開或連接不良，這時整個系統中的電氣設備都會失去PE線的保護，而中性線仍然導通，設備依然可以正常工作，安全隱患難以發現，對于電氣設備和人員都是不利的。

TN-C-S系統中PE線在任何情況下都不得接入剩余電流動作保護器，因為電氣設備漏電會導致上級剩余電流動作保護器動作造成大范圍停電。PE線除了在總電源母排處必須和N線相接以外，在其他各處PE線均不得再與中性線相連。

2.4 TT系統

在TT系統中，當電氣設備發生接地故障時，由于有接地保護，極大地降低了觸電的危險性。但是，TT系統中系統接地和電氣設備的保護接地是不連通的，因此發生接地故障時，故障回路的阻抗較大，故障電流較小，低壓斷路器不一定能跳閘。當漏電電流比較小時，即使有熔斷器也不一定熔斷。因此還需要裝設RCD來快速切斷電源。TT系統也有自己的優勢，TT系統內各個電氣設備各有自己的接地極和PE線，因此TT系統供電范圍的內接地故障電壓不會通過PE線蔓延，導致一處發生接地故障，多處發生電氣事故的問題，因此TT系統適用于無等電位連接的戶外場所[2]。

2.5 IT系統

IT系統在發生接地故障時，因為故障電流沒有返回電源的通路，其故障電流非常小，電氣設備外露可導電部分對地電壓很低，不至引發電氣事故，也不會切斷電源而使供電中斷，但與TT系統類似，因故障電流太小設備保護裝置不一定動作。同時IT系統故障防護和維護管理較為復雜，并且在低壓電網遭受雷擊時，會因雷電電流難以泄露產生過電壓，造成低壓電網絕緣擊穿。IT系統適用于對供電不間斷和防電擊要求很高的場所。

3 改造原因及改造選型

3.1 改造原因

(1)選煤廠跳汰洗選系統采用TN-C系統，TN-C系統雖然經濟性更好，但是存在很多安全隱患，在PEN線斷線或接觸不良時，設備外殼將有很高的對地電壓，非常危險。同時容易對信息技術設備產生干擾，也可能在爆炸危險場所內產生火花引發爆炸。

(2)為提高選煤廠電氣設備安全保護水平，選煤廠計劃為部分電機及供電線路(未安裝綜合保護器的部分)加裝綜合保護裝置，并配備漏電保護功能。現有接地系統已不適合電氣保護的要求。

3.2 改造選型

(1)TT系統及IT系統均需為每臺電氣設備單獨接地，需要很大的經濟和人力投入；TT系統在設有變壓器的廠房內設置在電位上互不影響的系統接地和保護接地是比較麻煩的，即使將變壓器中性線的系統接地用絕緣導體引出另做單獨的接地極，但其與保護接地PE線連通的戶外地下金屬管道間的距離非常難滿足要求。如上所述，TT系統和IT系統都有各自的局限性不適合選煤廠。

(2)國標《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》(GB 13955-2005)中明確規定：在TN-C-S系統中，必須將TN-C系統改造為TN-C-S、TN-S系統或局部TT系統后，才可安裝使用剩余電流保護裝置[3]。剩余電流保護裝置只允許使用在中性線與PE線分開部分。選擇TN-C-S系統將會制約很多設備保護的升級改造。

(3)2014年國標《爆炸危險環境電力裝置設計規范》(GB 50058-2014)明確規定爆炸環境中的TN系統應采用TN-S型[4]。

(4)TN-S系統中PE線和中性線分開，PE線不帶電位，不會對敏感信息設備產生干擾，不會在爆炸危險場所產生火花引發爆炸；發生接地故障時，設備外露可導電部分電位幾乎與地電位相同，不會發生觸電危險，同時，故障電流非常大，能夠使設備保護裝置及時動作切斷電源。

鑒于以上原因，將原來的TN-C接地型式改造為TN-S接地型式。

4 改造方案

變壓器低壓側電源線進入配電室后分為PE線和中性線，在配電室中新增一根母排作為中性線母排，原PEN母排作為PE線母排。通過更換電纜(四芯電纜更換為五芯電纜)或沿原有電纜敷設單股電纜為電氣設備接地。并將配電室接地母排通過鍍鋅扁鋼延伸至廠房內，在廠房內構建接地網，電氣設備的金屬外殼等需要接地的電氣裝置各自使用接地線與接地網相連，作為雙重接地，以保證設備及人員安全。需要注意的是：PE線上不得安裝熔斷器和開關，嚴禁斷線；嚴禁將多臺電氣設備的接地線串聯接地；對于選煤廠來說，膠帶輸送機機架可作為電氣設備接地的接地干線，機架各部分之間必須連成可靠的電氣通路，機架之間應用截面積不小于100 mm2的鋼材焊接[5]；為統一接地系統標準，電氣設備(除照明設備外)接地干線統一選擇40×4的鍍鋅扁鋼，照明設備的接地干線選擇25×4的鍍鋅扁鋼。

5 結 語

將系統接地改為TN-S型式，有效的解決了TN-C型式一旦PEN線斷線將會導致設備外殼產生高電壓的安全隱患；避免了TN-C型式PEN線對敏感信息設備的干擾，解決了PEN線在爆炸危險場所產生火花引發爆炸的安全隱患；TN-S型式可以安裝剩余電流動作保護器對設備進行保護，提高了設備的安全性。同時為選煤廠電氣設備保護的升級改造提供了堅實的保障。