油气场所电动机接地常见问题与标准化做法研究

孔令超，李振清，刘 军，李 江，张铁君，李 影

1.中国石油华北油田公司质量安全环保监督中心，河北任丘 062552

2.石油天然气华北工程质量监督站，河北任丘 062552

3.中国石油华北油田分公司，河北任丘 062552

在油气田场站，电动机是生产运行中最常见的核心设备之一，其工作接地和保护接地的可靠性关系到设备设施完整性及人身安全，国家标准强制性条文中也有规定（GB 50170—2018[1]中要求电动机必须有明显可靠的接地，GB 50303—2015[2]中要求电动机的外露可导电部分必须与保护导体可靠连接，且要求电气设备的金属底座、框架及外壳必须接地），但在施工现场及生产过程检查中发现，现场的接地做法规则不一、五花八门，观感质量较差，且存在接地不规范而造成防护功能失效的问题，给生产运行带来较大风险与隐患。为此，探讨电动机接地的可靠与标准化做法，并提出合理的改进和控制措施，以提高油气场所设备运行的可靠性和观感质量，从根源上控制住因电动机接地问题引起触电事故发生，还可减少甚至杜绝在检查中同类问题、低老坏问题屡查屡有现象，最大限度保证人民生命和财产安全，保障油气田企业持续健康发展。

本文涉及的电动机是指油气田场所常用到的低压（380V/220V）、交流、中小型电动机（包括防爆型Ⅱ类电动机），分析探讨的电动机接地系统是指常用到的保护接地、保护接零和重复接地。

1 电动机接地的作用及工作原理

电气设备接地是为保证电气设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施[3]。对于油气田场站来说，不论是新建项目的配电设备设施，还是作业现场的临时用电，当前供配电系统均为TN-S 系统，作为有接地或接零保护装置的电气设备，当其绝缘损坏、外壳带电时，接地电流将同时沿着接地极和人体两条通路流过，由于人体的电阻远远大于接地装置的电阻，且流过每条通路的电流值与其电阻的大小成反比，因此流经人体的电流也就较小（趋近于零），不足以对人体构成伤害[4]。油气田TN-S 供电系统中常见的几种接地方式包括工作接地、保护接地、保护接零、重复接地等（见图1）。

图1 TN-S系统中接地方式示意

保护接地就是将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分用导线与接地体可靠连接起来的一种保护方式[5]。此方式可将产生的漏电流，以及其他情况下产生的静电荷、雷电电流等引入大地，使之对地电压不超过安全范围，从而避免人身触电和可能发生的火灾、爆炸等事故。

保护接零是将电气设备正常情况下不带电的金属部分用金属导体与系统中的中性线（零线N）连接起来，当设备绝缘损坏与壳体接触时，电流就会从相线流向零线，形成单相回路，从而产生较大的短路电流，促使线路上的过流保护装置迅速动作，以切断漏电设备的前级电源，从而保证人身安全的一种保护方式。此外，由中性点引出的零线与地间的电位接近于零，保护接零还可限制设备漏电时的对地电压，保障人体触电时不会遭受过大的电流伤害。电动机不论是保护接地还是保护接零，其作用主要都是为了防止人身遭受伤害、设备造成损坏，预防由于电气设备故障而引起电气火灾，当然在部分区域还有防雷击、平衡电位等作用。

对TN-S 供配电系统来说，重复接地就是在工作接地以外的专用保护线路（PE）上，在一处或多处再次与接地装置相连接。通过系统保护接地线路连接的电气设备，为有效降低因系统保护线路损坏或失效而造成人身触电风险的几率，在不考虑经济的条件下，也可将电气设备金属外壳与附近的接地装置进行再次连接，或在电气设备处就近做一组接地装置进行连接，此处的接地类型也称做重复接地。在中性点直接接地的TN-C 系统中，重复接地是在零干线的一处或多处用金属导线将接地装置与大地再次连接。这种做法的目的是当系统中发生碰壳或接地短路时，可以降低保护线的对地电压；当保护线发生断裂时，能够缩短故障持续时间，降低零线上的压降损耗，减轻故障时的危险性程度。

需要注意的是，虽然保护接零可以实现分流限压的保护作用，但在实际运行中，配电系统偶尔会出现三相负荷平衡或单相接地故障的情况，这时中性线（零线N）会带电，当前级保护装置失效且电流过大时，同样会造成身体伤害，因此应尽可能选择保护接地方式。另外要注意的是，保护接零只适用于中性点直接接地的低压电网。

2 电动机接地常见问题与规范要求

结合国家现行标准规范要求和现场施工的实际情况，对电动机安装现状进行分析，常见问题有以下几方面。

2.1 原材料、设备质量问题及相关要求

原材料、设备存在的主要问题是选用的接地线不符合规范要求、设备本体未设置专用接地连接点。具体有以下几种情况：一是所用的连接导线材质多为镀锌扁钢或其他硬质导体，直接与电动机的本体进行连接；二是接地线的截面积与电动机电源电缆线径不匹配；三是导线两端未使用专用连接端子，或所用的端子规格与其连接体材质不匹配；四是所采购安装的电动机本体上无接地连接点及标识，这也是造成接地连接五花八门、接地不可靠的因素之一。

规范要求，当电动机相线截面积小于25 mm2时，接地线截面积应等同相线的截面积；当电动机相线截面积为25～50 mm2时，接地线截面积应为25 mm2；当电动机相线截面积大于50 mm2时，接地线截面积为相线截面积的50%[6-7]。在GB 50257—2014 中还要求了爆炸危险环境内的电气设备与接地线的连接宜采用多股软绞线[8]。另外，现场电动机电源电缆所用的芯线（相线）材质多为多股铜绞线，因此电动机的接地连接线，应采用同材质的多股铜绞线做连接导体。在GB/T 12350—2022 中要求，对于接地软线，应为绿、黄双色绝缘线，其他导线不得采用此色标[9]。在GB 50168—2018 中要求，电缆线芯连接金具应采用符合标准的接线端子，其内径应与电缆线芯匹配，间隙不应过大，截面宜为线芯截面的1.2～1.5 倍[10]。在多个标准中都要求电动机应具有保护接地装置及接地标志，并要求电动机机座与保护接地装置之间应有永久、可靠和良好的电气连接，即电动机本体应具有接地端子（接地点），且与防护导线连接紧密，并应有符号、图形标志[6,9,11]。

2.2 施工质量问题及相关要求

现场常出现的施工质量问题有以下几个方面。

1）导线两端头直接缠绕在螺杆上后用螺母锁紧，这种绕接紧固方式是一种不可靠的连接方法。螺母往往会因自身发热、老化等因素产生形变或受外力的作用而松动，造成连接处接触不良，使接触电阻增大、保护失效。

2）采用的裸铜端子未进行搪锡而直接与接地引出线（扁钢）及电动机的接地点连接，也就是所用的端子规格与其连接体材质不匹配，在大电流、潮湿、腐蚀等特殊条件下接触面可能会发热、氧化，长期在这种条件下运行会逐渐增大接触电阻，降低导通性能。

3）螺栓连接处未采用弹簧垫圈、锁紧螺母等防松措施，长期振动可能会出现松动或脱落。

4）连接孔为热加工开孔，从而破坏镀锌层，易出现局部锈蚀。

5）连接面不平整、变形、锈蚀、有污物等，使连接面接触不紧密。

6）连接处螺栓规格与接线端子不匹配，螺栓偏大或偏小。

7）接地线接在了电动机的风罩或地脚固定螺栓上，影响导通性能和可靠性。

8）连接线预留太长或太短，太长会影响故障电流的快速释放，太短会使连接的设备、端子等受力变形或因长期处于疲劳状态而导致断裂等。

9）未涂刷相色标识或观感质量较差。

标准中要求：电缆线芯连接金具应采用符合标准的接线端子，压接钳和模具应相符[10]；接地端子或接地触点与接地金属部件之间的连接应具有低电阻[9]；母线与母线、母线与电器接线端子搭接，其搭接面应做处理，在与接地引线扁钢及电动机本体连接处一般为钢材质，钢与钢的搭接面应搪锡或镀锌后连接，铜绞线的铜端子与钢材质的导体搭接时铜端应搪锡[12]；接地接线端子的夹紧装置应可靠锁紧，以防意外松动，不用工具不能将其松开，防松措施可使用菊花垫片、弹簧垫圈等类似结构[9]；母线表面应光洁平整，不应有裂纹、折皱、夹杂物及变形和扭曲现象，各种金属构件的安装螺孔不得采用气焊或电焊割孔[12]。标准给出了常用导线规格及适用的铜接线端子（DT型）及螺栓的尺寸[13]；电动机机座与保护接地装置之间应有永久、可靠和良好的电气连接，当电动机在设备底座上移动时，保护接地导体应仍能可靠连接[11]；母线与设备接线端子连接时，不应使接线端子承受过大的侧向应力[12]。在一些规范中明确了就近接地的要求。钢母线应镀锌，可见面应涂相色，在母线的螺栓连接处及支撑点处、母线与电器的连接处，以及距所有连接处10 mm以内的地方不应涂刷相色[12]。

需要注意的是，对于中型电动机的联合机座，当额定功率超过100 kW、额定电压超过交流1 000 V或直流1 500 V，应在机座上另外安装一个接地端子，即电动机本体和机座都应单独与接地线连接。

2.3 需明确的几点问题

1）不是所有电动机都必须接地，如具有双重绝缘或加强绝缘的电动机、安装在具有附加绝缘或加强绝缘的成套装置中的电动机、额定电压交流50V 及以下或直流120 V 及以下的电动机、采用独立电源供电的电动机和打算用于SELV 电路的电动机，均不需要接地连接[6，9]。

2）三相低压交流电动机的接线类型有多种，常用的有星接和角接方式，在星形接法中又有中性线连接和不连接之分，还有的电动机在其接地盒内设有接地端子。设计上有时也根据实际需要给出相应规格的电缆（三芯、四芯、五芯电缆），但在多数工程中，设计上多为中性线不连接的情况，施工图中常会给出四芯电缆（即3 × *+1 ×*），除三相线外，额外一芯线要连接在电动机接线盒内的接地端子上，因此，在一般情况下是满足实际并符合规范中对电动机的保护要求的，但质量、安全系统人员在现场检查时，常在未落实内部是否有接地的情况下，把外壳未单独做接地作为问题来提出，显然是不够科学的。标准中要求“接地接线端子应置于接线端子附近，如有接线盒时，则应置于接线盒内，但要求在使用过程中不会被卸除”[9]，从中也可以得知，电动机接地线是允许接在电动机接线盒内接地端子上的，且电动机在安装接线质量较好、正常运行的情况下，接线盒内接地线是不会被断开的，是能够保障电动机需要的。当然，在电动机接线盒内已做接地的情况下，再将电动机金属外壳与就近的接地线或接地装置连接，会更可靠，这也是单体设备重复接地的一种形式（见图1 中2#电动机），特别是在电动机距离控制室或配电室比较远的情况下，PE 线电阻相对较大，如果就近做重复接地，当发生接地故障时，可以更好地分流、降低接触电压，从而减小触电事故的概率，但在实际运行中还要考虑到可靠性与经济性的平衡问题。

3 标准化做法与要求

综合各相关标准规范要求，并结合油气田现状，标准化与推荐性做法如下。

3.1 接地引出线的选择与施工工法

1）对于电动机就近由接地体引出地面部分的接地线，应采用截面不少于48 mm2的热镀锌扁钢，且厚度不小于4 m，镀锌层厚度不小于86 μm。可根据电气设备的功率来选择具体规格，对于大中型电动机选择-40×4，小型电动机选择-25×4。扁钢出地面或相对基准面高度应为30～50 mm，但不宜超过机座中心（轴承中心基准面），距混凝土基础或底座水平间距不宜超过200 mm；对应机座上的接地端子或螺栓的位置左右偏差不宜超过±300 mm。

2）对于从电动机周边干线引出的明敷接地线，可采用与上述相同的规格，其连接方式可采用焊接或螺栓连接。焊接时搭接面应为扁钢宽度的2倍，不同尺寸的扁钢连接时，以较小的尺寸为准（做法见图2），且不少于3个棱边焊接，焊接应均匀平整，焊接处表面不应有裂纹、气孔、夹渣、未熔合等缺陷；螺栓连接时应符合矩形母线的搭接要求（见表1），特殊情况应执行GB 50149—2010 中的相关要求；所用的连接螺栓，在室外应使用热镀锌螺栓，在室内干燥无腐蚀场所可选用不锈钢或镀锌螺栓；母线连接处螺孔尺寸应与螺栓相匹配，开孔孔径不应大于螺栓直径1 mm。

表1 不同规格镀锌扁钢螺栓连接时的搭接要求及螺栓规格和紧固力矩

图2 不同规格镀锌扁钢焊接搭接尺寸

3）镀锌扁钢除连接螺栓孔10 mm 范围内，其他可见面应涂刷黄绿相间的条纹标识（相色漆），其间距宜控制在30～100 mm，且条纹宽度应相同，涂刷应均匀。要注意中性线不得与保护线涂刷相同颜色的标识。

3.2 接地引出线与设备的连接方法

1）接地扁钢与电动机接地端子连接时，应采用黄绿双色绝缘多股铜绞线做柔性连接，截面积应与电动机的电缆相匹配（详见本文第2.1 节）；铜导线两端的专用端子应符合相关规范要求。

需要指出的是，当在采用3+1型规格电缆，且1 芯线做接地线，实际芯线绝缘层不为黄绿双色的情况下，应在两端头做黄绿双色标识，可以使用绝缘胶带、热缩或冷缩相色套等。

2）接地扁钢与电动机设备接线端子连接时，接地线应预留适当的余量，安装时不应使其相互间承受过大外力，可将接地线备用长度加工成弧形状，但不可将预留的接地线加工成螺旋线圈形。

3）螺栓连接处应加装平垫圈、弹簧垫圈或锁紧螺母，并应用力矩扳手紧固，紧固力矩见表2，螺栓长度宜露出螺母2～3扣[12]。

3.3 电动机接地装置观感质量及接地电阻要求

1）成排的同类型电动机及其配套装置，其接地线安装位置及尺寸应保持一致，确保整齐美观、连接可靠。

2）在采购电动机时，业务部门应在合同或技术要求中明确对电动机本体接地点的要求。如电动机应该有明显的接地标识，在电动机保护接地端子处应设置“、”等明显的接地标识[6,9,11]。

3）电动机接地的保护接地电阻不应大于4 Ω，接地电阻包含设备和接地线的接触电阻、接地线本身的电阻、接地体本身的电阻、接地体和大地的接触电阻、大地的电阻。在测试时测试点位置应选择在与电动机连接的端子处[14]。

4 结束语

电动机是油气田生产工艺中应用较多也是较为重要的用电设备，其接地保护设施施工质量的好坏直接影响着其使用功能，关系到人身安全和生产平稳。因此，在施工过程中参建各方应加强对工程质量问题的控制，特别是要规范建设各方质量行为，提高施工人员的技术能力及责任心。相关单位在项目实施过程中可参考前述分析成果和标准化推荐做法，以保障现场实体既符合标准规范的要求，又满足使用功能和整体观感质量的需求，同时还可以树立建设单位管理形象和施工企业品牌形象。