核电厂核岛接地系统设计与研究

Design and Research of Nuclear Power Plant’s Nuclear Island Grounding System

Fan Junlong

核电厂核岛接地系统设计与研究

范君龙 (中国核电工程有限公司， 北京 100840)

摘要论述了我国第一个自主设计的核电厂核岛接地系统的设计指导思想、原则及与火电厂在设计中的区别。这将为大型工业工厂的接地系统设计方法打开一扇新的窗口。

关键词核岛 接地系统

AbstractGuidelines and principals of the first Chinese self-designed nuclear island grounding system of a nuclear plant, and the differences in design of coal power plants are discussed. The research will open a new avenue for the grounding system design of large-scale plants and factories in the future.

Keywordsnuclear island, grounding system

作者简介

1概述

接地系统是核电站系统中较重要的一个独立系统，主要功能是泄露雷电流和接地事故电流，保障人身和设备免受过电压的危害。另外，接地系统还可以降低通信系统和电子系统的噪声。

核岛接地系统的设计是在参考国外同类型核电站接地系统设计，结合我国具体情况，设备全部国产化的基础上进行的。

2系统组成及运行方式

2.1系统组成

核岛(Nuclear Island)厂房的接地系统(图1)主要由3部分组成：1)建筑物基础底板下的深埋接地网；2)建筑物内的主接地干线；3)建筑物结构钢筋。

图1中，粗虚线以下即为深埋接地网。为了增加抗腐蚀能力，达到40年的使用寿命，接地导体采用裸铜缆，其截面积为185mm2。这些接地导体埋在沙粘土中，分布成网格形式，其间的连接交叉点采用铝热剂焊接。深埋接地网上一共有20根引上铜缆，其中有4根同地面上的主接地干线网络相连(粗虚线以上部分)。其他引上铜缆则引到核岛厂房内的接地分配箱，然后与a核岛厂房外的接地检查井、b核岛厂房内的结构钢筋相连。接地检查井的用途主要有3个：1)电站运行后每年在检查井检测一次接地电阻是否符合要求；2)在检查井内将核岛的接地装置与其他辅助子项的接地导体相互连接；3)在检查井处将RX厂房顶上的避雷针与深埋接地网相连。

核岛厂房内主接地干线材料的选取依具体厂房不同而不同，在反应堆厂房(RX)内根据计算采用40×5mm的铜排，除反应堆厂房外(即KX、WX、NX等厂房)采用截面积为185mm2的裸铜缆，主接地干线明敷在核岛厂房内的墙壁上。核岛厂房内所有需要接地的设备和设施最终都接至主接地干线网络上。

2.2运行方式

当核岛厂房内的某一个装置发生相对地故障、产生接地电流时，该电流通过主接地干线及深埋接地网泄入大地中。同时保持所有接地装置以及核岛厂房内的所有地面处于等电位，这样厂房内的工作人员不会受到过电压的危害。

图1　核岛接地系统简图

当核岛厂房遇到雷击时(包括侧击雷和感应雷)，主接地干线网络与构筑物内的钢筋及反应堆厂房顶上的避雷线一起将雷电流泄入深埋接地网并散入大地中，以避免核岛厂房内雷击过电压的产生。

3核岛接地系统与一般工业厂房接地系统设计的区别及主要特点

由于核岛厂房内的电气设备与一般工业厂房内的电气设备有许多不同之处，因此在设计中核岛的接地系统也有其自身的几个特点。

3.1设置深埋接地网

一般工业企业的接地系统不设深埋接地网，通常是利用建筑物基础钢筋接地，接地电阻通常要求小于4Ω。而核电站设备较精密，安全性要求高，所以国际上统一要求接地电阻小于1Ω，为了达到这个要求，在核岛厂房基础底板下设置了深埋接地网，这是原因之一。原因之二是一般工业企业是利用基础钢筋接地。几年前做过一个基础钢筋柱泄雷的模拟试验，发现当通过强大雷电流时，基础钢筋柱有爆裂现象。这可能是由于基础钢筋柱深埋在地下，较潮湿，当流过雷电流时突然发热，膨胀引起开裂。目前的工业企业也许是由于各根基础栓深埋在地下，泄雷电流效果好一些，还未见发生过事故。但核电站要求安全、可靠，不应留任何隐患，所以专门设置了深埋接地网，并且将接地网用铜缆通过检查井与反应堆厂房顶上的避雷针相连。这样大部分雷电流通过避雷针和铜缆泄到深埋接地网，然后散入大地，减少了基础钢筋泄雷电流的负担，确保核岛厂房的安全、可靠。最后，设置深埋接地网的另外一个重要原因是为了减小跨步电压。当有电流从接地导体泄入土壤中时，必然会引起接地导体及其周围地面的电位升高，当有人在地面上经过时，就会引起所谓的跨步电压。当此电流变大时，跨步电压也相应升高，严重时可能危害到人身安全。为了避免这种情况的发生，设置网络状的深埋接地导体，使底板平面上的电位在有接地电流时同时升高，不会产生有危害的跨步电压，保障人身安全。

3.2设置主接地干线

在一般工业厂房的设计中，各类要求接地的设备是利用电线的穿管或电缆的某一蕊线将电气设备连到构筑物基础钢筋或接地网上，这种做法施工简单、隐蔽，从某种意义上讲能够节约投资，但其主要缺点是当某处接地线未连接好或断开时不易发现。另外当需要接地的设备很多时，其接地连接没有规律性，当某一点断开时，可能影响许多台设备的接地。核电站核岛厂房内设备的特点：1)电气设备多；2)所有金属设施包括铁门也必须接地(避免感应过电压的反击)；3)要求设备接地可靠性高。基于以上几点，设置了明敷主接地干线网络，所有接地设备都通过裸铜缆明敷接到主接地干线网络上。这种做法连接可靠，便于检查，接地效果好。

4结束语

核岛接地系统本身并无核安全级要求，但它直接关系人身安全。因此设计是否合理直接影响反应堆的运行。此系统于1996年完成施工设计，2001年电站投入运行，至今此系统运行良好。

范君龙

教授级高工，现任中国核电工程有限公司建筑所副所长、中国建筑节能协会建筑电气与智能化节能专业委员会专家、《智能建筑电气技术》杂志编委、北京电气设计情报网常委。

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