电气自动化中的电气接地及电气保护技术

2020-10-25黄新星

工程技术研究 2020年18期

黄新星

（四川川投田湾河开发有限责任公司，四川成都 610000）

1 电气接地的作用

1.1 避免电击

在电气系统的运行过程中，雷击会对系统的稳定性产生直接的影响，且雷击对电气系统的危害性很大。在当前的建筑工程项目中，由于建筑多为高层建筑，各类建筑工程的建设密度逐步增大、高度逐步增加，在此情况下雷击将是电气系统面临的主要威胁。此外，电气系统中包含了各种电气设备，这些设备中存在导电体，如果出现雷击情况，将会造成设备的损坏。而电气接地是一种保护技术，不仅能够维持电气设备的稳定运行，还能够提高电气系统的可靠性，使得电气系统在运行过程中，即使受到雷击威胁，也依旧能够保持在最佳的运行状态。电气接地使得电气系统中吸引的电流能够经由专有的接地电路传输到地表，形成更为安全的回路系统，避免雷击对电气系统产生影响。

1.2 保证系统正常运转

在电气系统的运行过程中，电气接地实现了对电气设备、系统的保护，通过系统中相关传输装置与地面的连接处理，有效提升了电气系统运行的安全性。因此，从根本上看，电气接地维持了电气系统的可靠运转，使得电气系统能够满足生产生活的基本需求。

2 电气接地系统的主要类型

2.1 tn-s系统

近年来，随着电气事业的快速发展，电气自动化中的电气接地技术逐步进步。电气系统中大多采用的是tn-s系统，这种电气接地系统的应用实现了接零保护，有效发挥了接地保护作用。在实际的应用中，PE线与三相四线的有序相加，能够使电气系统的接地保护达到基本的要求。在应用tn-s系统实现接地保护时，其优势主要体现在即使电气自动化系统中相关设备存在外壳漏电威胁，tn-s系统也可以实现漏电电路向短路电流的转化。这种电流转化虽然会造成单相接地短路故障，但是漏电设备基本上不会对人体、系统产生较大的威胁，保障了系统的安全、可靠运行[1]。这种情况下，变电所与电气设备的接地装置接触电势、跨步电势需符合以下公式：

式中：Ej为接触电势，V；Ek为跨步电势，V；ρb为地表面土壤电阻率，Ω·m[2]。

这种电气接地使用时，如果面临的是相对恶劣的环境，需适当降低接触电势与跨步电势，比如在矿山、井下环境中。通常情况下，如果在电气自动化系统使用时，有关的电子设备没有明确的接地保护要求，就可以应用tn-s系统来实现接地保护。

2.2 tn-c-s系统

电子自动化系统中，电气接地保护还包含了tn-c-s系统。由于存在组成方式的差异性，使得在实际的应用中，可以有tn-c系统与tn-s系统两种类型。相较而言，tn-s系统比较特殊，当该系统的中性线与接地线经由接地处理以后，该系统就不需要再与其他的电气设备相连接。此种情况下，tn-s系统中的中线性基本上不带电，有效保障了系统运行的安全性与稳定性。在电气自动化系统的运行与使用过程中，需对特殊电气设备的接地引线加以科学应用，引出接地体以后来根据其具体情况，进行接地电阻的选择，使得电气设备的基准位相对正确[3]。随着未来电气行业自动化、智能化发展步伐的加快，tn-c-s系统将具有更为广阔的应用空间。

3 接地系统应用实例分析

我国的电气接地技术规范中，仅仅指出了均匀土壤条件下接地网的接地电阻计算规则，但是从现实的情况来看，均匀土壤的要求很难达到。以我国广大地区的土壤条件为例，土壤构成都具有复杂性。因此，在设计电气接地系统时，设计人员需要充分分析接地层的土壤结构构成情况。当前，很多电气接地系统在设计时，在土壤接地特性的分析上都是将其作为双层土壤结构来进行分析的。在实际的电气设备安装与使用时，接地系统的设计主要是为了形成雷电感应、故障电流向大地传输的专有通道，保障电气设备的可靠运行。如果在电气系统的运行过程中受到了雷电威胁，电气接地就能够最大程度上实现对雷电流的处理，保护电气设备、系统的可靠运行。在电气接地系统安装与使用中，相关的文件中有着明确的规定，有关人员只有严格按照规定来实施，才能够保障接地连接的正确性。此外，接地保护时材料选择也是重要的环节，不同的土壤条件下需使用不同的导体材料，以应对土壤电阻率的变化。

4 电气自动化系统中的电气接地与保护技术

4.1 直接接地

近年来，随着技术的进步，电气自动化的发展步伐加快，一些智能化技术与设备的应用使得智能化将成为电气行业发展的主要趋势。在一些电气系统中，通信设备与自动化设备的同时存在使得电气系统需要具有较高的接地保护设计。在整个电气自动化系统的运行与使用过程中，相关人员尤其要加强对自动化电子设备运行状态的监测，保障这些设备能够具有较高的可靠性。电气自动化系统中的接地保护设计时，设计人员需结合不同的能量需求，对电子设备中的相关数据实施精准分析与转换。必要情况下可以适当放大模拟信号与逻辑信号，将微电流与微电位作为基础平台，根据所掌握的各种数据信息与信号等，来为输入输出信息、逻辑动作的控制提供可靠的依据。在一些电气系统的接地保护设计上，也可以通过直接接地来实现接地保护，尽量将大截面绝缘状态的铜芯作为接地引线，并在接地连接过程中，将电子设备的两端分别实现直接接地与电位连接处理，使电子设备的电源、基准电位能够维持在相对稳定的状态下[4]。

4.2 工作接地

在电气自动化系统中，工作接地同样是一种重要的接地保护技术。在具体的应用中，此种接地方式主要是要在电气系统设计、安装过程中将变压器中线作为直接的接地对象。在此种接地方式下，接线端子是保障工作接地成功率的重要因素，在实际的工作接地设计时，需在配电过程中将接线端子存储于柜中，使工作接地更为可靠与安全。在这种情况下，接线端子不可与PE线连接，否则，极易出现接地故障。如果是高压电气系统，中线点接地能够维持接地电压更为安全、稳定的状态，且在这种接地设计时零序电压偏移情况更容易控制，能够实现整个电气系统中的电压平衡调节[5]。

4.3 防雷接地

智能化设备在电气系统中的应用使得要维持电气系统的可靠运行，就必须做好防雷接地设计。由于设备的特殊性，必须使电气系统具有较高的抗干扰、防雷击能力。比如电子监控设备、报警系统等，都需要进行防雷接地设计。当前，在电气自动化技术的快速发展过程中，要发挥智能化设备的优势，相关设计人员需结合电气系统的具体情况，做好防雷接地设计，安装防雷接地系统，使电气自动化系统的防雷接地设计能够符合系统安全性的要求。在防雷设计安装时，可以利用针带组合来对接闪器实施必要的处理，将屋面金属设备与网格连接，最大程度上降低雷电威胁。在电气系统的外部防雷处理上，需对建筑物外墙面、楼层钢筋等各种金属设备实施接地处理。以某建筑工程为例，其防雷接地流程如图1所示。

图1 防雷接地流程

4.4 屏蔽与防静电

在电气系统的接地保护上，接地设备起着重要的抗干扰作用，尤其是电磁与静电作用将会直接影响电气自动化系统的可靠运行，而接地设备的应用有效降低了这种干扰。电气自动化系统中，需保障接地设备外壳与PE线连接的正确性，通过PE线与屏蔽管线两端位置的确定，在这些位置对屏蔽接地线加以连接处理。在相对干燥与洁净的室内空间内，移动摩擦是造成静电现象的直接原因，在电气自动化系统中，相关的电气设备需具有极强的抗静电能力，通过接地设备的可靠连接来实现。

4.5 安全保护

电气自动化系统的安全保护，主要是通过电气设备中不含电金属配件的连接作用来实现导电体与地体的连接的。当前，随着人们生活质量的提升，在电气自动化系统的应用中，人们对安全保护接地提出了更高的要求，在强弱电设备、不带电设备中，安全接地保护的实现能够有效减少设备运行的安全隐患。因此，相关设计人员需结合系统的实际情况，做好相应的安全保护接地设计，实现安全管理与控制。安全接地保护中，接地电阻大小决定着压降值的大小，在设计过程中，利用接地电阻的控制能够将压降值维持在相对安全的范围内，保障电气自动化系统功能的实现。