刘锋 唐诤皓 翟健 张道锋

摘要:针对目前在市镇污水处理电气设计中单一接地系统的不足,提出了市镇污水处理厂应该是多种接地系统并存,并结合国际电工委员会标准(IEC标准)给出了能分配多种接地系统配电的具体做法。

关键词:市镇污水处理厂接地系统IEC

中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0124-02

随着环境污染治理的发展,各市镇建设的污水处理工程也越来越多。但在工程设计时,一些设计人员以单一的TN-C-S或TN-S等接地系统应用于污水处理厂整体接地系统;同时一些施工图审查人员片面的认为污水处理厂中接地系统的引出是单一的,不能同时引出多种接地系统。这样使得污水处理厂电气保护的安全性和可靠性得以降低,留下了隐患,同时还可能造成不必要的浪费。根据市镇污水处理厂各构筑物和设备的特性,对其采用的接地形式作进一步的探讨。

1市镇污水处理厂接地形式

市镇污水处理厂是一个特殊的构筑物群,基本由高低压配电室,办公楼,厂房,水池及一些户外工艺设备组成。所有构筑物或设备的动力或照明电源都由低压配电室配出,对于不同的构筑物应有不同的接地形式。逐对三种典型的构筑物分析其接地形式。

1.1 低压配电房

在市镇污水处理厂高低压变电所变电等级一般为10/0.4kV,一般采用自然接地体,是整个污水处理厂的供配电枢纽,不仅要求低压配电盘能够配出三相380VAC的动力电源,而且还要求能配出电压为单相220VAC的设备和照明电源,这就要求配电房需采用能引出中性线的TN或者TT接地系统,TT系统相较TN系统故障回路阻抗大,故障电流小,需采用RCD作接地故障保护。并且各保护电气设备须分设接地极,对于同一建筑物内实际上是难以实现的[1]。所以配电房接地系统优先采用TN系统。在IEC标准中,TN系统按N线(中性线Neutral conductor)和PE线(保护线Protective conductor)的不同组合方式又分为三种类型:TN-C、TN-C-S和TN-S。TN-S系统是由TN-C系统演变而来。将PEN线的两个作用分开,即一根线作N线,承担传输回路电流的作用;另一根线专作PE线,与电气设备的外露导电部分相连接,承担接地保护的作用。这样的供电方式称为TN-S系统供电方式。该系统接线的特点是N线与PE线除在变压器中性点或低压总配电室内共同接地之外,两线不再有任何的电气连接。这样,运行中由于三相负荷不平衡造成的N线上的电位就不会传递到用电设备的金属外壳上,有效地隔离了TN-C系统所造成的危险电压,使得用电设备外壳上的电位始终处在地(零)电位,从而消除了设备产生危险电压的隐患。除非施工安装有误,形成微量对地泄漏电流之外,PE线平时不通过电流,也不带电位,它只在发生接地故障时才通过故障电流[2]。因此电气装置的外露导电部分平时对地不带电位,安全系数较高。故高低配电室作为污水处理厂配电中心和始端需采用TN-S系统,如果风机房与配电房相联,作为一个整体建筑物,也相应的采用TN-S系统。

1.2 其他构筑物的接地

在市镇污水厂除设有配电房的构筑物外,其它构筑物如办公楼和脱水机房等距离配电房有一定距离,这些构筑物及置于其中的设备配电都是由配电房供出。如果供电系统接地形式依然采用TN-S形式,那么在发生接地故障时通过故障电流,尽管由于其电位接近地电位,较安全,但是由于三相电流不可能完全平衡,所以零线将通过一定的电流,这就使得在用电侧产生一个共模电压,而且这个电压与供电线路距离成正比。共模电压将对自控设备信号电压将产生很大干扰,将造成仪表显示不准确,严重时会烧毁自控模块。

相较TN-S接地系统,TN-C-S接地系统仅在电气装置电源进线点前N线和PE线是合一的,电源进线进入构筑物后即分为N线和PE线。这样共模电压几乎为零,不会干扰仪表及自控设备的运行,比较可靠。而共用导线因三相电流不平衡引起的电压升高完全可以通过总等电位联结来解决,使电气装置内所有对地电位都一起升高,互相之间无电位差[3]。而且TN-C-S接地系统供电配线比TN-S接地系统配线少一个PE线,通过文献[3]知,TN-C-S接地系统节约有色金属和成本很显著。因此在市镇污水处理厂,除配电房以外的构筑物的接地应该选择TN-C-S接地系统更为合理。

1.3 户外设备的接地

在市镇污水处理厂里有些设备是放置露天场所,如大型的储药罐和布置在道路两旁的路灯。这些设备不具备等电位联结条件,地面以及其他可导电部分为大地的零电位,发生接地故障时,可能导致电击事故。为此国际电工标准(IEC60364-5-53,2002,电气设备的选用隔离、开关和控制电器)规定在此情况下应将该户外电气装置改为TT系统,即设备外壳不接TN系统的PE线而改接自单独接地极引出的另一PE线,使户外电气设备外壳不带故障电压从而消除电击事故。

由此可见TT系统电气设备外壳不接用自电源中性点引来的PE线．避免了无等电位联结场所PE线传导故障电压的电击危险,这是TT系统优于TN系统处。但它必需装设剩余电流动作保护器RCD来切断幅值小的接地故障电流,使其保护复杂化。

由上面的分析可见,在市镇污水设计时,任何采用单一的接地系统都是不合理。

2低压配电房多种接地系统供电的具体做法

《建筑电气工程施工质量验收规范》(GB 50303-2002)规定在变压器处直接接地。但国际电工标准《低压电气装置第1部分:基本原则、一般特性评估、定义》(IEC 60364-1:2005)和《低压电气装置第4部分:安全防护第44章:电压扰动和电磁干扰的防护》(IEC 60364-4-44:2007)不允许这样做。它规定不允许在变压器处直接接地,只允许在变电所低压配电盘内进行一点接地．这样使得整个低压配电系统内的正常对地泄漏电流和发生接地故障时的对地故障电流都需通过它返回变压器绕组,必然使得变压器中性线套管的出线兼有中性线和PE线作用的PEN线。

而且,与整个低压系统相比,从变压器到配电盘这段PEN线极短,其阻抗可忽略不计而可忽视其存在这样就可将变电所看成为一个电源点,这样各类接地系统的区分不是从变压器内绕组端点开始,而是从低压配电盘出线开始。如此处理后,从变电所就可引出除中性点不接地的IT系统外的TT系统和各类TN系统,而不局限于某一接地系统。从而适应各种不同现场的需要,如图1所示。

在图1中,围绕配电房墙壁四周敷设的接地线可兼作等电位联结带,并与构筑物的基础接地网可靠焊接。配电房内的其他用电设备也应该接入该等电位联结带上。当有故障电流流过时,整个配电房结成了一个有效的等势体,大大的降低了电击的危险。而且因为配电盘上方的PEN母排和下方的接大地的PE母排作跨接而实现一点接地,使得系统内接地故障电流返回变压器的通路是最短捷的,进而有效的防止了杂散电流的产生。

3结语

本文着重针对在市政污水处理厂供配电设计中,对不同构筑物和设备如何正确选择接地系统做出了分析,并给出了具体做法。从中可以看到,在工程设计中,不仅需要对规范做出正确的理解,更要对国际先进的电气技术进行深入学习,不断更新观念,切实与国际电工标准(IEC)接轨,将我们的设计水平提高一个台阶。

参考文献

[1] 王厚余.低压电气装置的设计安装和检验(第2版)[M].北京:中国电力出版社,2007.

[2] 徐永根.工业与民用配电设計手册(第3版)[M].北京:中国电力出版社,2007.

[3] 滕永勤,刘锋.污水处理工程电气接地系统选用的探讨[J].环境污染与防治, 2008,30(增刊2):27～28.

[4] 王厚余.重复接地和等电位联结[J].电世界,2004,10:433～435.