电源SPD在线接地状态监测路径与方法的研究

罗志勇 于明洋 许晖

摘要：本文通过对易燃易爆加油（气）站场所安装的电源SPD在线监测系统的接地状态的现行监测情况进行分析说明，首先介绍了利用电流通路法监测接地状态的监测方法，指出了其中的不足和优缺点，然后介绍了利用环路电阻法监测接地状态的监测方法，同样指出了此方法的不足和优缺点，最后结合接地电阻监测的仪器，构建一种新的监测思路，对同一仪器同时监测两个环路的监测数据值进行分析，以监测数值的突变和数据的变化率来判断接地状态的通断性，解决了易燃易爆场所电源SPD接地状态的监测准确性与价格昂贵的问题，确保易燃易爆场所电源SPD的监测安全问题，做到安全可靠，经济合理。

Abstract： This paper analyzes the current monitoring situation of the grounding state of the SPD online monitoring system installed in the inflammable and explosive fueling （gas） station. Firstly， the monitoring method of monitoring the grounding state by current path method is introduced. The shortcomings， advantages and disadvantages are pointed out. Then the monitoring method of using the loop resistance method to monitor the grounding state is introduced， and the shortcomings， advantages and disadvantages of this method are also pointed out， and finally combined with the grounding resistance monitoring instrument，  a new monitoring idea is constructed to analyze the monitoring data values of two loops simultaneously by the same instrument， monitor the change of the value and the rate of change of the data to judge the continuity of the grounding state， and solve the inflammable and explosive places. The monitoring accuracy and price of the SPD grounding state of the power supply ensure the safety of the SPD of the inflammable and explosive place， and it is safe， reliable and economical.

关键词：电源SPD;电流通路;环路电阻;接地状态;监测方法

Key words： power supply SPD;current path;loop resistance;grounding state;monitoring method

中图分类号：TM862                                      文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）17-0195-04

0  引言

目前，易燃易爆和危化品单位（场所）现采用的监测管理手段相对落后，维护的智能化管理程度低，没有一个系统性的监测和报警系统，易燃易爆和危化品单位（场所）的设备状态无法做到实时监测，无法实时确保设备的正常运行并及时对异常情况进行处理。接地状态以及接地系统作为保障电源SPD保护设备安全的重要体系，如何利用合理的方法监测这一系统变得非常重要，本论文针对上述情况，结合系统监测的情况，对现行采用的电流通路法以及环路电阻法进行具体的分析说明，分别给出了两个方法的不足之处，存在安全隐患或者投入产出不合理的地方，最后通过易燃易爆和危化品单位（场所）电源SPD在线监测的其他监测设备，结合监测数据进行分析，力求得出一个合理的电源SPD接地状态的监测方法。

1  现行电源SPD接地状态监测情况

中山市针对加油（气）站电源SPD安装的在线监测系统已经全部安装完成，第一期共对62个加油站124个电源SPD进行在线监测，第二期共对76个加油站159个电源SPD进行在线监测，目前中山市气象公共安全技术支持中心对于中山市易燃易爆危化品场所SPD接地状态的在线监测，主要是从SPD直接引出的接地端到接地装置的连接路径上如何安装监测设备进行考虑，采用的监测方法为构建环路法进行测量，接地状态正常则在在线监测系统平台上显示正常，接地状态出现故障，则在在线监测系统平台上显示异常并亮灯告警，从在线监测系统正常运行开始，接地状态监测的异常率为零，即全部为正常状态，监测到接地电阻异常次数有十次以上，但该站点在接地电阻异常时，接地状态并未显示异常，此状况突出目前接地状态监测的不足，具体监测方法将在下文指出。

2  电流通路法监测接地状态

电流通路法监测接地状态监测，测量方法为在电路中构建与SPD接地点的回路，对回路施加电流，通过回路的通断来判断接地的状态。由图1所示由监测设备的二个接线端子PE、SPD-PE端引出连接线，连接到被监测接地线的两端，监测设备PE端引出的连接线分别连接到1、3、5处，SPD-PE端引出连接线分别连接到2、4、6处，图1方式一是电源SPD的接地线从电源SPD的接地端引出接地线直接连接到预留的接地装置或者总等电位接地端子板上，与监测设备引出的线路构成“12”回路，此方式通过电流通路法可以准确的测量出接地线“17”的接地状态。方式二是电源SPD的接地线从电源SPD的接地端引出接地线连接到楼层等电位接地端子板或机房局部等电位接地端子板再连接到接地装置或者总等电位接地端子板上，与监测设备引出的线路构成“34”回路，由于此方式“48”这一接地连接线，当“48”连接线断开时，监测设备并不能监测出来，存在安全隐患。方式三是电源SPD的接地线从电源SPD的接地端引出接地线连接到保护地线PE线上。由于PE线在线径达到规范要求值时，才可以直接作为接地线使用，PE线连接分叉点较多，当主接地线路断开时，存在任何一条路径线路有接地点，监测设备同样不能监测出来，存在安全隐患。

电流通路法监测接地状态的优点在于监测设备简单，价格较低，但电流通路法的电流输出特性，决定了电流通路法监测接地状态的不足，任何一条回路接通，反馈给监测设备的信号都是回路正常，电源SPD主接地线路断开，一旦存在其他回路接通的情况，接地状态监测设备将无法进行识别，存在电源SPD接地失效的安全隐患。

3  环路电阻法监测接地状态

环路电阻法监测接地状态，主要是通过对接地线的环路电阻进行测量，以测试电阻值的大小来判断接地状态的通断情况。如图2所示，可以采用方式一或方式二的方法进行监测。方式一采用的是接地状态监测的位置从SPD的接地端直接引人接地汇流排的接地线上进行监测，方式二采用的接地状态监测的位置从SPD的接地端辅助连接到接地汇流排的连接线上进行。方式一与方式二的区别主要在于两个监测通道泄放的电流不一样，强雷电流在泄放的时候可能会直接损坏监测设备。

正常第二类易燃易爆危化品场所典型的雷电流幅值150kA，对于第一级SPD的各相线分流可能高达37.5kA，那么就要求设备必须要能承受37.5kA的电流泄放所感应的雷电波损害。对于从SPD直接引出的接地端到接地装置的连接线路，J1与J2的线路属于并联关系，并联电路的电压相同而电流不同，对于监测设备自身的防雷能力，主要考虑的是电流影响。如图3所示，如果方式一的监测线路电阻为1Ω，方式二的监测线路电阻为10Ω，那么当I1电流为55kA的情况下，方式一的监测设备将会承受50kA的电磁感应损害，而方式二的监测设备仅会承受5kA的电磁感应损害。方式一要承受的电流比方式二高出10倍;同样在I1电流为55kA的情况下，如果方式一的电阻下降到0.5Ω，方式二在10Ω的电阻上再并接上一个99.5Ω的电阻，方式二的总电阻为109.5Ω，那么方式一监测设备流过的电流为54.75kA，而方式二的监测设备流过的电流仅为0.25kA，监测设备承受的感应电流损害将大大降低。所以采用方式二安装监测设备时，可以根据监测设备的监测参数与自身的防浪涌能力，通过调节线路电阻的大小来实现接地状态监测。

环路电阻法监测接地状态的优点在于可以根据现场选择合适的监测环路，可以构建其他监测环路，也可以通过变更环路电阻值来降低监测设备自身的防雷安全风险，环路电阻法监测接地状态的缺点是环路电阻值監测仪价格较高。

4  结合接地电阻监测仪测量接地状态的监测方法

电流通路法监测接地状态，当存在连接到等电位接地端子板的任一回路接通的情况时，电流通路法的电流输出后，反馈给监测设备的状态都为正常，当主接地线路断开时存在无法监测出来的安全隐患。环路电阻法监测接地状态，可以任意构建监测环路，变更环路电阻等来保证监测的准确性以及自身监测设备的安全性，但环路电阻法监测接地状态必须另外加设一台环路电阻监测仪，存在监测成本过高的缺点。所以在利用环路电阻监测仪监测接地电阻时，可以利用同一监测设备来判断接地状态。

如图4所示，同时用一台接地状态监测仪监测两个回路的接地电阻值，接地状态构建环路的环路电阻值为R1，接地电阻环路的环路电阻值为R2，接地电阻监测仪对两个环路的测量电阻值为R3，构建环路断开即接地状态环路断开时，接地电阻监测仪对两个环路的测量电阻值为R4。在构建环路电阻值为1Ω ，0.8Ω，0.6Ω时，监测仪器测量的环路电阻以及通断变化值见表1。

从表1我们可以知道，当接地状态环路断开，即电源SPD接地断开时，监测仪器的测量值R4实际为接地电阻的环路电阻值R2，根据中山市的土壤特性，以及在线监测仪对各加油（气）站的实际监测结果，正常情况下接地电阻的环路电阻值一般为1-10Ω，当接地电阻超过10Ω时则可以判定接地电阻值偏大。由于构建环路电阻值可以预先设定，所以此方法可以推算出接地电阻的具体值。由表1仪器测量值可以知道，当构建环路在0.6-1Ω的时候，监测的电阻值R3都小于1Ω，此时一旦构建环路断开后，监测电阻值R4突变为1Ω以上，通断变化率均超过50%。在通过表二可以得出，当接地电阻环路断开时，监测仪器的测量值R4实际为接地电阻的环路电阻值R1，由于构建环路电阻为0.6-1Ω，通断变化率则均小于等于50%，所以我们就可以根据通断变化率的大小来判断出接地状态的通断情况。但此方法需注意两点，第一是当辅助构建环路的线路断开而接地主线路没有断开，需根据通断变化率大小来区分接地状态断开的误报警，第二是应做好辅助构建环路的保护，构建环路的电阻正常不能超过1Ω，构建环路的电阻越低，突变的数值越大，可以准确的判断接地状态的通断。

5  小结

针对易燃易爆场所电源SPD接地状态的监测，目前采用的监测方法还不够成熟，不管是电流通路法，还是环路电阻法都存在对接地状态监测的不足的地方，本文通过对两种方法的具体分析，指出了两个监测方法存在的不合理处，然后通过共同利用接地电阻监测仪对两个环路的综合阻值进行测量，通过数据分析，以及接地状态通断数据的对比，给出了电源SPD的接地状态的一种新的监测方法，并给出了此监测方法的注意点，希望安防人员在对电源SPD接地状态进行在线监测时，充分考虑监测场所的环境特点，制定合适的接地状态监测方法，在确保电气设备运行安全的同时，做到安全可靠，经济合理。

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作者简介：罗志勇（1983-），男，广东兴宁人，本科，高级工程师，检测员，从事防雷设施检测工作。