电气设备接地接零保护中的几点误区

期刊: 建筑砌块与砌块建筑 DOI: PDF下载

王海涛

中国石化股份有限公司胜利油田分公司现河采油厂

摘要

本人长期从事电气工程工作,对用电安全,尤其是接地接零保护方面有着深刻的理解。在采油厂从事安全管理工作长达16年,积累了丰富的工作经验。在长期的工作中,接触到很多从事安全监督的工作人员,从他们的日常监督检查中,发现部分监督人员对电气设备接地接零保护的理解不够深,对标准规范的解读过于片面,在监督检查过程中提出了很多不是问题的问题,而基层员工更不掌握正确做法,显得无所适从,从而导致基层单位的安全管理成本大大增加,存在管理上的形式主义,有时候甚至还出现错误的做法,不利于安全管理。本文就日常工作中发现的问题进行分析总结,对一些误区进行重点分析,希望对从事安全管理工作的人员有所帮助。


关键词

正文

误区一:防雷接地不能和保护接地、防静电接地混用一个接地网

工作中,不少安全监督人员坚持这种论断,认为雷电会冲击保护接地网,对电气设备造成损害。而实际上,这种理解是片面的。在《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB50058-2014)第5.5部分“爆炸性环境接地设计”中,第5.5.4条有这样的规定:设备的接地装置与防止直接雷击的独立避雷针的接地装置应分开设置,与装设在建筑物上的防止直接雷击的避雷针的接地装置,可合并设置,与防雷电感应的接地装置,亦可合并设置。接地电阻值应取其最低值(注:引用标准原文)

从这条规定可以看出:只有防止直接雷击的独立避雷针的接地装置不应与设备的接地装置混用之外,其他形式的防雷接地装置,比如装设在建筑物上的防雷设施的接地装置是可以与设备的接地装置共用的。所谓的防止直接雷击的独立避雷针,常见于变电站(所)、计算机房及精密设备区域、火箭发射场等的周边,独立设置的避雷针,这些避雷针的接地系统应当独立设置。除此之外,接地系统可以合并设置。

但是也不是所有的独立避雷针的接地系统都不能与保护接地网相连。根据《电气装置安装工程接地装置安装及验收规范》( GB 50169-2016)4.6.1.6条规定:独立避雷针和避雷线应设置独立的集中接地装置,其与接地网的地中距离不应小于3米。当小于3米时,在满足避雷针与主接地网的地下连接点至35千伏及以下设备与主接地网的地下连接点间沿接地极的长度不小于15米的情况下,该接地装置可与接地网连接(注:引用标准原文)

也即是说,避雷针的接地装置与主接地网混用,必须要满足两个条件:一是独立避雷针的接地装置与接地网的地中距离小于3米;二是防雷接地装置与主接地网连接点到电气设备与主接地网连接点之间沿接地极的长度(不是直线距离)大于15米。这两个条件同时满足,才可以共用接地装置。否则,接地装置还是应该分开设置的。

根据以上论述,我们可以得出结论:主接地网与独立避雷针的接地装置原则上应该分开设置,只有在满足条件时才可以共用;主接地网与建筑物的防雷接地网是可以共用的,接地电阻应符合最小值要求。

误区二:所有电气设备正常不带电的金属外壳都需要单独设置接地线和接地极。

依据《电气装置安装工程接地装置安装及验收规范》( GB 50169-2016)第4.12.7条规定:低压电器装置外露导电部分应通过电源的PE线接至装置内设的PE排接地(注:引用标准原文)

我们的生产、生活现场的用电系统,基本都是TN-S系统,采用的是三相五线制供电。此系统的保护不应该采取接地保护,而应采取接零保护,也就是利用电源的PE线进行保护(PE线与工作零线N线均引自变压器的中性线利用PE线保护属于接零保护)。之所以要采取接零保护,是因为一旦电器设备的某一相电发生碰壳漏电故障,故障电流就会通过PE线形成短路回路短路电流接近于无穷大会瞬间造成保护系统跳闸或熔断从而切除故障起到保护作用但是,如果依靠接地保护,那就变成了TT系统了,当发生同样的故障时,漏电流就会通过电气设备的接地装置导入大地,然后通过大地回到变压器的工作接地端,再回到变压器的中性点,构成回路。在这个回路中,漏电流会经过漏电设备的接地电阻和变压器工作接地的接地电阻,假设这两个接地装置的接地电阻都满足不大于4Ω的标准要求,根据欧姆定律,漏电流I=220/(4+4)=27.5A这个短路电流是比较小的,尤其是对于没有安装漏电保护器的大功率电器设备来说,这个电流根本不足以使保护系统跳闸,最终结果是出现故障的电器设备的外壳长期带电运行,使触电风险长期存在,对人身安全构成很大的威胁。

所以,在TN-S系统中,电器设备的金属外壳必须与电源的PE线相连。已与电源的PE线相连的电气设备外壳,可以不用单独设置接地极和接地线。比如:空调的电源线中就包含一根PE线已与电源端的PE线可靠连接所以空调外机的外壳是不需要设置接地线的。我们在监督检查的时候,应该更加关注PE线是否可靠连接,而不能只看接地线的有无。

误区三:移动式发电机上的所有用电器都必须单独接地。

有的监督人员在对施工现场进行安全检查是,要求使用移动发电机供电的施工单位把所有电器都单独设置接地极,连接接地线。这样的要求是否有道理,还是要看国家标准的规定。在《电气装置安装工程接地装置安装及验收规范》( GB 50169-2016)4.13.2条:由固定电源或由移动式发电设备供电的,移动式用电设备的金属外壳或底座应和这些供电电源的接地装置有可靠的电气连接。4.13.3条:移动式发电机系统,在下列情况下可不另做保护接地:

1、移动式发电机和用电设备固定在同一金属支架上,且不供给其他设备用电时。

2、不超过两台的用电设备,由专用的移动式发电机供电,供、用电设备间距不超过50米,且供、用电设备的金属外壳之间有可靠的电气连接(注:引用标准原文)

根据这一规定,工程维修用的移动式发电机与电焊机全都固定在车体上,只需要将车体与接地网相连,移动式用电设备(如切割机)的金属外壳与发电机外壳做可靠连接即可。如果供用电设备之间不超过50米且用电设备不超过两台,供用电设备之间有PE线相连,也就没必要将所有用电器都单独接地。否则,只会大大增加管理成本。

误区四:所有电气测量仪表外壳都必须单独接地。

《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB50058-2014)中,5.5爆炸性环境接地设计,第5.5.2规定:本质安全型设备的金属外壳可不与等电位系统连接,制造厂有特殊要求的除外。具有阴极保护的设备不应与等电位系统连接,专门为阴极保护设计的接地系统除外(注:引用标准原文)。另外,《石油化工仪表接地设计规范》(SH/T 3081-2019)第4.1.4条:非爆炸危险环境中,供电电压低于36伏的现场仪表金属外壳,金属保护箱,金属接线箱,可不实施保护接地,但对于可能与高于36伏电压设备接触的应实施保护接地。第4.1.5条:爆炸危险环境中,非本质安全系统的现场仪表金属外壳,金属保护箱,金属接线箱应实施保护接地。本质安全系统的现场仪表金属外壳,金属保护箱,金属接线箱,可不实施保护接地(注:引用标准原文)

误区五:已接地金属框架、基座上的电气设备都必须单独设置接地极。

有的安全监督人员认为,即便是安装在接地良好的金属框架上的电器设备,也应该单独设置接地线和接地极。这种主张是否正确呢?让我们看看相关的标准。

按照现行国家标准《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T50065)的有关规定,安装在已接地的金属结构上,正常情况下可以不接地的设备,在爆炸性环境内仍应进行接地(注:引用标准原文)

《石油化工仪表接地设计规范》(SH/T 3081-2019)第4.1.7条:需要实施保护接地的现场仪表金属外壳,金属保护箱,金属接线箱,应就近连接到接地网,或连接到已经接地的金属电缆槽,金属保护管,电缆铠装层,金属支架框架,平台,围栏,设备等金属构件上(注:引用标准原文)

根据以上规定,生产现场电器设施的接地应按照以下原则实施:

1、非爆炸性环境中,安装在已经接地良好的金属框架上的电器设施可以不接地;

2、爆炸性环境中,所有电器设施都需要接地;

3、接地良好的金属框架或基座上的电器设施、仪表等,其接地线可以接在基座上,而不需要单独设置接地极。

误区六:阀门、法兰、管道及其附件都应做防静电跨接。

部分安全监督的人员认为,采油、集输站场内所有的阀门法兰都应该做防静电跨接线。也有的认为四条螺栓以下的法兰必须做防静电跨接,5条螺栓以上的法兰不用跨接。甚至有的人主张清水管线的法兰也要做防静电跨接。不同的人有不同的理解。关于这个问题,也是有标准可循的。《石油化工静电接地设计规范》(SH/T 3097-2017)第4.1“静电接地的范围”中规定:输送易燃易爆气体和液体的管道及各种阀门应采取防静电接地措施。《油气田防静电接地设计规范》( SY/T 0060-2017)第5.4.3条:阀门,法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03时,连接处应用金属线跨接,当不少于五根螺栓连接时,在非腐蚀环境下可不跨接。第5.4.4条:室内金属管道及附件可通过工艺设备做静电接地,用金属螺栓连接的附件可不另做跨接。第5.4.5条:非导电管道上的所有金属件均应做防静电接地(注:引用标准原文)。同时,《中国石化防雷防静电安全管理办法》(中国石化安【2018】197号)中也有类似的规定:第3.1.5 条,输送危化品管路的阀门、金属法兰盘等连接处的接触电阻大于0.03Ω时,连接处应采用金属线跨接。非腐蚀环境下,不少于五根螺栓连接的金属法兰能构成电气通路时可不跨接。

通过对以上标准和规章制度的解读,我们可以得到结论:是否采取防静电跨接要根据以下具体情况而定。

1、只有输送易燃易爆气体和液体等危化品的管道及各种阀门应采取防静电接地措施,其他管道可以不用。

2、危化品管道阀门、法兰连接处是否要安装跨接线,不是根据螺栓多少来看确定的,不是4条螺栓以下的法兰就必须跨接,而是依据过渡电阻的大小来确定,当过渡电阻小于0.03Ω时可以不跨接(但是因为在实际工作中,四条螺栓以下的法兰存在过渡电阻大于0.03Ω的情况,所以,建议四条螺栓以下的法兰实施防静电跨接);

3、不是大于等于5条螺栓的法兰都不用跨接,如果是在腐蚀环境下,所有法兰都是要采取防静电跨接的。

4、室内金属管道已通过工艺设备与大地相连,相当于金属管道“兼职”静电接地线,管道及工艺设备上的附件都用金属螺栓连接,可以不另做跨接。如:过滤器、安全阀等。

误区七:所有电气控制箱(柜)的门与箱(柜)体之间都必须安装跨接线。

这是很多安全监督人员都主张的观点,这种观点是否有标准规范的支持,笔者没有查到。但是,本着“安全管理是基于风险的管理”这种理念,我们可以分析一下这种观点是否准确。

首先讲一个笔者亲身经历过的一个案例。多年前和同事一起对一台控制箱进行检修时,同时站在控制箱后侧碰触到控制箱体时,发现控制箱带电。而我在控制箱前侧碰触箱门时并未感觉到有电。经过进一步检查发现箱体确实漏电,故障也得到了处理。问题是:为什么箱体上有触电手麻的感觉,而箱门上没有?

因此,从实践和理论上看,没有电器元件的光板箱门与箱体之间如果安装了跨接线,便增加了风险,所以不建议加装跨接线。

综上所述,控制箱(柜)门与箱(柜)体之间是否做可靠的电气连接,要分两种情况:

1、当控制箱(柜)门上没有电气元件时,控制箱(柜)门与箱(柜)体之间不应做电气连接。否则会增加风险。

2、当控制箱(柜)门上有电气元件时,控制箱(柜)门与箱(柜)体之间必须做电气连接。否则会增加风险。

以上七个方面,是笔者参考了大量的国家标准、行业标准以及企业规章制度,并结合了多年实际工作经验的一点体会,在这里分享给你大家。安全管理是基于风险的管理,降低风险、排除隐患是安全管理工作者不懈的追求。上述观点只是个人的认识和体会,当然,其中建议的部分做法也会存在一定的风险。但是,《墨子·大取》曰:“断指以存腕,利之中取大,害之中取小也。”在安全管理及监督检查中,要避免本本主义和形式主义,更要避免断章取义的武断专行,而是要进行风险评价,本着“两害相权取其轻,两利相权取其重”的原则,尽最大努力降低风险值,首先要避免事故发生,其次,即使发生事故也要力求损失最小、后果最轻,这才是安全管理工作者追求的目标!

参考文献

《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB50058-2014)

《电气装置安装工程接地装置安装及验收规范》( GB 50169-2016)

《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB50058-2014)

《石油化工仪表接地设计规范》(SH/T 3081-2019)

《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T50065)

《石油化工仪表接地设计规范》(SH/T 3081-2019)

《石油化工静电接地设计规范》(SH/T 3097-2017)

《油气田防静电接地设计规范》( SY/T 0060-2017)

《中国石化防雷防静电安全管理办法》(中国石化安【2018】197号)

 

作者简介王海涛1968年10月生机电一体化工程专业大专学历国家注册安全工程师从事电气工程工作18年2006年考取电工高级技师资格证2007年起转行从事陆上石油天然气开采行业的安全管理工作至今。在用电安全管理、采油采气及油气集输领域有着丰富的安全管理工作经验,于2011年考取国家注册安全工程师职业资格证书


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