对工厂电气自动化系统接地问题的探讨

刘丹

【摘 要】科学技术发展的同时，自动化技術及智能化技术的应用也日渐普及，并且逐渐应用于电气系统当中。工厂电气系统对于电气接地的要求较高，基于此，本文对电气自动化系统接地进行分析与阐述，进而探讨接地要求及接地材料，研究工厂电气自动化系统的接地系统建设方法。

【关键词】工厂；电气自动化；系统接地

中图分类号： TM76 文献标识码： A 文章编号： 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

电气自动化技术应用可保证电气系统运行的稳定性与安全性，实现对于电气系统的自动化与信息化控制，是工厂自动化建设进程的重要组成，为保证系统正常运行，可采取有效的工作接地、保护接地及防雷接地等措施，为工厂电气系统运行及正常生产提供保障。

1 接地技术

1.1 接地类型

工厂DCS自动化控制接地系统可按照其功能划分为保护接地、工作接地、本安系统接地、防静电接地及防雷接地。其中，①保护接地主要应用于控制柜、操作台、配电柜等电气设备的金属外壳，通过保护接地避免触电的可能，保护电气设备安全及生命财产安全；②工作接地，主要应用于系统接地、信号回路接地及逻辑接地等，用以确保电气系统的正常运行；③本安接地，主要应用对象需基于行业规范与要求确定，可起到防爆效果；④防静电接地，主要应用于系统控制室内部的工作台，用以避免静电对于电子元器件造成危害；⑤防雷接地，主要通过电涌保护器避免雷击造成设备损坏。按照形式划分，接地系统可划分为独立接地及统一接地。

接地系统在实际应用时，如果采用单点接地，则电气直接连接的系统需对电气连接的汇聚设备进行整体接地，可切断地环路，起到对于雷电及电网接地点对于弱点系统侵入的阻断作用，可起到预防电涌及雷击效果。在系统接地的过程中，如果采用独立安全接地及交流/直流工作接地，可将接地电阻控制在不超过4Ω的范围内；若采用联合接地或DCS系统，则应当将接地电阻控制在不超过1Ω的范围内；若采用独立防雷击保护接地系统，则应当将接地电阻控制在不超过10Ω的范围内，而防静电接地则要求接地电阻低于100Ω。

1.2 接地系统

1.2.1 TN-C接地系统

三相四线制系统，主要采用电源变压器中性点接地，同时应用工作零线及保护零线。该技术的应用适用于三相均衡负荷的环境下，若三相不平衡，则会存在不均衡电流，在某些设备的影响下，也会产生某些谐波电流，中性线可能会携带超过50V的电压，会导致设备外壳带电，影响设备安全及生命财产安全，并且导致基准电位的难以获取，因此可通过保护零线及工作零线的重复接地，起到降低对地电压的效果[1]。

该接地方式的缺陷在于，若存在三相不平衡现象及不平衡电流，会产生零线对地电压，影响用电安全。若零线采用漏电保护开关，则该零线会成为工作零线而非保护零线。若电气设备为单相用电设备，且连接二级漏电保护开关，则在该接地系统的和应用中，禁止设备连接工作零线。如果采用重复接地方式，则禁止连接带有漏电开关的工作零线。

1.2.2 TN-S系统

该系统有效区分了工作零线与保护零线，可避免TN-C系统的不足，因此逐渐取代了TN-C系统。TN-S系统也被称作三相五线系统，该系统在应用中，若存在电气设备相线与设备外壳相碰触的情况，可能会导致系统短路，通过电流保护装置可中断电源供应。若系统工作零线中断，且存在三相不平衡的现象，则中性点位电位提升，但不会造成设备外壳带电现象。系统的应用需要在保护零线端进行重复接地处理，保证线路正常运行。相较于TN-C系统，TN-S系统更加适用于工业企业或大型建筑。

在该系统的应用中，禁止断开保护零线，也禁止使用漏电保护开关。该用电系统中，禁止用电设备出现部分接地与部分接零的现象，以避免中性点接地线点位提升导致设备带电。在连接保护零线时，要求控制保护零线截面，保护零线截面大于工作零线截面，可采用2.5mm2以上的绝缘多股铜线。

1.2.3 TN-S-C系统

该系统存在工作零线及保护零线局部共用的现象，即局部三相五线制，可划分为TN-S及TN-C两个部分，以工作零线及保护零线之间的连接点作为分界点。该系统的应用，可将共用的工作零线及保护零线进行重复接地处理，而工作零线则避免重复接地。在系统运行时，保护零线与电气设备外壳相连，通常不会导致外壳带电，因此会起到保证用电安全的效果。该系统通常可应用于工程施工环境中。

2 接地要求与接地材料

2.1 接地要求

在工厂电气自动化系统接地技术应用时，需对接地要求加以明确，确保接地规范与标准。首先，如采用电子自动化接地系统，可通过统一接地，电气设备会形成等电位体，则实现工厂金属材料物体及电气系统的整体连接，接地效果有所提升。如果工厂采用过程控制系统，则可通过三级接地方式，具体包括工厂高压端的一级接地、低压保护二级接地及回路保护三级接地。若采用过程控制系统，需充分明确工厂接地的实际情况与实际要求，合理增加或减少接地防护措施。另外，对于工作台等设备采取接地措施，需全面整合接地线，连接接地总线，以确保接地效果，并采取有效的绝缘防护措施，保证接地安全。接地技术的应用，需有效控制周边环境，合理配置接地线分布的空间资源，以减少接地线之间的相互干扰。电气系统采用信号线缆屏蔽层接地方式，屏蔽层本身需进行单点接地，可基于实际情况调整接地方法。若信号源浮空，可采取网络设备侧接地方式；若信号源接地，则可采用信号源侧接地方式[2]。

2.2 接地材料

（1）碳钢材料，主要为碳素钢材或热镀锌材料，通常可采用圆钢、扁钢、角钢等材料，便于取材，且成本低廉，凭借钢材自身优异的性能及成熟的焊接技术，保证接地效果。但同时，这种接地材料容易与其他物质发生化学反应，并存在锈蚀及腐蚀问题，尤其在盐碱酸性环境下腐蚀尤其严重；（2）有色金属材料，通常采用铜、铅、锌等材料，可起到较好的耐腐蚀效果，但成本投入较大，且材料本身质软，不利施工；（3）复合材料，基于碳钢，采用高温高压等技术手段，与有色金属复合，比如热镀锌碳钢，可具备较好的材料性能，起到较好防腐蚀效果，且具备较好的经济价值。

在实际选择接地材料时，需充分明确接地技术的应用环境，若接地体及接地干线所处环境盐碱酸性较强，会对钢材造成严重腐蚀，则可采用热镀锌等复合材料；若工程对于接地电阻要求较高，或土壤环境不佳，则可采用铜包钢材料接地，或直接采用铜制材料接地，以保证接地效果。在选择接地材料时，需充分考量，系统保护与系统屏蔽之间的连接材料需匹配接地极材料，可选用性能较好的铜制材料。

3 实际案例

3.1 设计方案

以某建材生产厂为例，对电气自动化系统接地的实际应用进行探讨。该工厂生产规模庞大，拥有大量生产设备，地处雷电高发区，雨水丰沛，对于电气系统的自动化安全防护的要求较高。基于这一现状，对该工厂自动化生产线的电气设计方案进行分析与探讨。首先，生产线电气自动化设计范围包括配电站、生产线乃至包装线的全部范畴；其二，生产线设置MV变电站4所，从工厂内部引出110kV/6kV总降压站电源，并分别向不同车间变电源进行电力供应，设置变电站6所；其三，有柴油发电机向工厂生产线以及负荷保安电源供电；其四，生产线设置电气室及电气控制室各6座。

3.2 系统方案

为确保控制效果，采用过程控制系统进行控制与管理，搭建网络组态结构，可覆盖现场控制系统、操作系统及网络系统，采用以现场总线技术为基础的过程现场总线标准，主站之间、主站与从站之间，连接以屏蔽双绞线，基于过程总线标准，利用FMS系统通讯，结合DP技术，以保障信息通信的通畅性。前者应用于主站通讯，后者应用于主站及从站之间的通讯。操作人员之间可采用网络通讯。另外，现场站采用S7-400，并连接S7-300，搭配若干操作站及控制站，搭建过程现场总线标准网络，实现电气接地的自动化控制。

3.3 接地方案

该工厂设计两套接地方案，包括全厂统一保护接地系统，搭建统一接地網络，包括网络接地、电气接地、防雷接地及建筑保护接地等，采用低于4Ω的接地电阻。工厂采用统一弱点接地系统，包括DCS接地、仪表接地、弱电接地、回路接地、逻辑接地等接地系统，接地电阻设计在临近中控室，电阻低于1Ω，可实现工厂内电气室及控制室的弱点接地的线缆连接。目前，该技术方案已经执行3年有余，起到了非常稳定与安全的运行效果[3]。

结语：安全有序的工厂自动化电气系统的建设，以及接地系统的有效应用，是保障电气运行安全稳定的重要途径，而电气自动化系统接地方案的选用，需充分保障技术应用及系统设计的严谨性与规范性，基于自动化系统接地应用的实际环境合理选用接地技术。

【参考文献】

[1]张涛，吴远，杨涛.电气自动化中电气接地及电气保护技术探究[J].河南科技，2018（07）：154-153.

[2]张军.电气自动化中电气接地及电气保护技术探究[J].电子制作，2018（Z1）：98-99.

[3]姜大宝.浅谈水泥厂电气自动化系统的接地技术和防雷技术[J].四川水泥，2016（02）：10.