任佩佳，邵文平，姜 旭，董柏屹

(中國(guó)寰球工程公司 遼寧分公司，遼寧 撫順 113006 )

石油化工生產(chǎn)裝置低壓系統(tǒng)接線及接地型式

任佩佳，邵文平，姜 旭，董柏屹

(中國(guó)寰球工程公司 遼寧分公司，遼寧 撫順 113006 )

簡(jiǎn)述低壓系統(tǒng)接地的型式，介紹了石油化工生產(chǎn)裝置低壓系統(tǒng)的接線方式，根據(jù)用電負(fù)荷特點(diǎn)及工程實(shí)際繪制了石油化工生產(chǎn)裝置低壓系統(tǒng)接線圖，探討關(guān)于低壓系統(tǒng)三極、四極斷路器選擇的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際分別闡述電動(dòng)機(jī)配電電纜芯數(shù)選擇問(wèn)題及變壓器中性點(diǎn)工作接地線截面的確定。

低壓系統(tǒng)接地；低壓系統(tǒng)接線；配電電纜芯數(shù)；斷路器

石油化工生產(chǎn)裝置的供配電有用電負(fù)荷等級(jí)高、爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的特點(diǎn)。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)石化生產(chǎn)裝置低壓配電系統(tǒng)，接地型式有了較明確的規(guī)定，如：爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：“5.5.1當(dāng)爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境電力系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)時(shí)，1000 V交流/1 500 V直流以下的電源系統(tǒng)的接地應(yīng)符合下列規(guī)定[1]:(1) 爆炸性環(huán)境中的 TN系統(tǒng)應(yīng)采用TN-S型；(2) 危險(xiǎn)區(qū)中的TT型電源系統(tǒng)應(yīng)采用剩余電流動(dòng)作的保護(hù)電器；(3) 爆炸性環(huán)境中的IT型電源系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置絕緣檢查裝置?！盵2]，石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范中規(guī)定[3]：“3.3.7石油化工生產(chǎn)裝置0.38/0.22 kV配電系統(tǒng)的接地形式應(yīng)采用TN-S。” 那么，低壓系統(tǒng)接地型式有哪些？石化生產(chǎn)裝置低壓系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)接線? 本文結(jié)合作者自身工作經(jīng)驗(yàn)及在工程設(shè)計(jì)中的具體做法呈獻(xiàn)讀者，希望能對(duì)同行們有所幫助和啟示。

1 低壓系統(tǒng)接地的型式

低壓系統(tǒng)接地的型式可分為TN、TT、IT等3種。

1.1 TT系統(tǒng)

電源系統(tǒng)直接接地，配電線路的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)PE線接到獨(dú)立的裝置接地極上[4]。詳見圖1[5]。

1.2 IT系統(tǒng)

系統(tǒng)內(nèi)所有帶電導(dǎo)體均應(yīng)與地絕緣，或中性點(diǎn)通過(guò)阻抗接地。電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)PE線單獨(dú)地或集中地接地[6]。詳見圖2。

圖1 全部裝置都采用分開的中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體的TT系統(tǒng)Fig.1 TT system where all devices are grounded with individual neutral conductor and protective conductor

圖2 將所有的外露可導(dǎo)電部分采用PE相連后集中接地的IT系統(tǒng)Fig.2 IT system where all the exposed conductive parts are connected to PE then centralized grounded

1.3 TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)包括單電源系統(tǒng)和多電源系統(tǒng)兩種。

單電源系統(tǒng)：電力系統(tǒng)的電源有一處直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)PE線與此處連接[7]。按N和PE的配置，TN系統(tǒng)可分為下列類型：

1.3.1 TN-S系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)全部采用單獨(dú)的PE，裝置的PE也可另外增設(shè)接地。詳見圖3。

圖3 全系統(tǒng)將N與PE分開的TN-S系統(tǒng)Fig.3 TN - S system where N is separated from PE in all system

1.3.2 TN-C系統(tǒng)

在全系統(tǒng)中，N線和PE線應(yīng)是合起來(lái)的。裝置的PEN也可另外增設(shè)接地。詳見圖4。

圖4 全系統(tǒng)采用將N的功能和PE的功能合并于一根導(dǎo)體的TN-C系統(tǒng)Fig.4 TN-C system where N and PE are merged in one conductor in all system

1.3.3 TN-S-C系統(tǒng)

系統(tǒng)中的一部分，N的功能和PE的功能應(yīng)合并在一根導(dǎo)體中。詳見圖5。

TN-S-C多電源系統(tǒng)：應(yīng)避免工作電流流過(guò)不期望的路徑。并應(yīng)滿足下列要求：

①變壓器的中性點(diǎn)或發(fā)電機(jī)的星形點(diǎn)不應(yīng)在直接對(duì)地連接[8]；

②不得將變壓器的中性點(diǎn)或發(fā)電機(jī)的星形點(diǎn)與用電設(shè)備連接[9]，且其之間相互連接的導(dǎo)體應(yīng)絕緣[10]；

圖5 在裝置非受電點(diǎn)的某處將PEN分離成PE和N的3相4線制的TN-C-S系統(tǒng)Fig.5 TN-C-S system where the PEN is separated into PE and N as three phase and four wires system in unconnected point of the device

③在總配電柜內(nèi)的PE線與電源中性點(diǎn)通過(guò)一點(diǎn)相連[11,12]。

④額外設(shè)置接地作為裝置的PE。詳見圖6。

圖6 對(duì)用電設(shè)備采用單獨(dú)的PE和N的多電源TN-C-S系統(tǒng)Fig.6 TN-C-S system where the device powered by multi-power supply adopt separated PE and N

2 石油化工生產(chǎn)裝置低壓系統(tǒng)接線

2.1 用電負(fù)荷等級(jí)劃分

石油化工生產(chǎn)裝置屬于連續(xù)性生產(chǎn)裝置，物料及產(chǎn)品為易燃易爆介質(zhì)，中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失，且需要較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)正常生產(chǎn)。當(dāng)中斷部分用電負(fù)荷供電時(shí)，可能造成重大設(shè)備損壞、發(fā)生中毒、造成人員傷亡、爆炸和火災(zāi)事故。根據(jù)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)負(fù)荷分級(jí)的規(guī)定，石油化工生產(chǎn)裝置用電負(fù)荷應(yīng)確定為一級(jí)負(fù)荷。

2.2 對(duì)電源和供配電系統(tǒng)要求

應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)其中一電源線路發(fā)生故障時(shí)，另一電源線路不應(yīng)同時(shí)受到損壞。配電變壓器低壓側(cè)為單母線分段接線，正常運(yùn)行時(shí)兩段母線分列運(yùn)行，母聯(lián)斷路器設(shè)備用電源自動(dòng)投入裝置(ATS)； 當(dāng)其中一臺(tái)變壓器 （或一回路線路）故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器（或一回路線路）能為供電范圍內(nèi)的全部負(fù)荷供電。配電接地系統(tǒng)形式：應(yīng)采用TN-S。

2.3 配電變壓器選擇

選用2臺(tái)配電變壓器組成一個(gè)低壓配電系統(tǒng)，一個(gè)生產(chǎn)裝置可有多個(gè)低壓配電系統(tǒng)，變壓器負(fù)載率為40%～50%。為了抑制各類非線性用電設(shè)備所產(chǎn)生的諧波，選用D，yn11 結(jié)線組別的三相配電變壓器。

2.4 低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)接線

接線圖符合TN-S-C多電源系統(tǒng)要求、具體要求如下：

①變壓器的中性點(diǎn)處不接地；

②變壓器低壓側(cè)與中性點(diǎn)通過(guò)封閉母線連接到低壓開關(guān)柜；

③PE線與電源中性點(diǎn)通過(guò)一點(diǎn)相連，此接點(diǎn)是在低壓配電柜內(nèi)[13]。

④PE母線至接地極采用獨(dú)芯電纜連接。

⑤PE母線至生產(chǎn)裝置接地網(wǎng)采用獨(dú)芯電纜連接。

⑥配電至二級(jí)配電所及配電箱電纜采用5芯電纜。

⑦配電至生產(chǎn)裝置電動(dòng)機(jī)電纜采用3芯電纜。

⑧一級(jí)變電所內(nèi)進(jìn)線、母聯(lián)斷路器采用三極。二級(jí)變電所的進(jìn)線斷路器采用三極，斷路器采用四極。

⑨雙電源單母線不分段的二級(jí)配電所進(jìn)線開關(guān)選擇四極互投開關(guān)。

3 關(guān)于低壓系統(tǒng)三極、四極斷路器選擇問(wèn)題

近年來(lái)，石化行業(yè)電氣專業(yè)對(duì)采用三極或四極斷路器有較多的研究和探討，有的項(xiàng)目將低壓進(jìn)線斷路器、母聯(lián)斷路器等均設(shè)計(jì)成四極斷路器，雖然不一定造成技術(shù)錯(cuò)誤，但并不準(zhǔn)確并造成投資浪費(fèi)。

低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[14]“3.1.16 在電路中需防止電流流經(jīng)不期望的路徑時(shí)，可選用具有斷開中性極的開關(guān)電器。” ，該條款在條文說(shuō)明中有進(jìn)一步的解釋并用一個(gè)錯(cuò)誤的圖和一個(gè)正確的圖進(jìn)行了說(shuō)明。由此，應(yīng)用于石油化工裝置低壓配電系統(tǒng)，低壓進(jìn)線、母聯(lián)均采用三極斷路器，二級(jí)配電所的進(jìn)線采用三極斷路器，母聯(lián)采用四極斷路器即可滿足要求，沒(méi)有必要進(jìn)線母聯(lián)全部采用四極斷路器。

配出回路是采用三極或四極斷路器呢？爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范“4.4.2 爆炸性環(huán)境線路的保護(hù)應(yīng)符合下列規(guī)定：在1區(qū)內(nèi)單相網(wǎng)路中的相線及中性線均應(yīng)設(shè)短路保護(hù)，并采取適當(dāng)開關(guān)同時(shí)斷開相線和中性線?！庇纱丝芍?，一些工程將配出回路、防爆照明配電箱中的配出斷路器均選用四極斷路器是不準(zhǔn)確的。實(shí)際上，石油化工生產(chǎn)裝置的防爆區(qū)域基本上為2區(qū)，選用四極斷路器造成一定浪費(fèi)，應(yīng)針對(duì)不同的防爆區(qū)域選擇三極或四極斷路器才是正確的。

4 電動(dòng)機(jī)配電電纜芯數(shù)選擇問(wèn)題

在為石油化工生產(chǎn)裝置電動(dòng)機(jī)配電電纜芯數(shù)的問(wèn)題上是經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的，20世紀(jì)80-90年代為電動(dòng)機(jī)配電是采用三芯電纜的，但沒(méi)有可靠接地依據(jù)。2000年左右，設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定了石油化工生產(chǎn)裝置低壓系統(tǒng)接地形式為 TN-S，一些工程均采用了四芯電纜為電動(dòng)機(jī)配電，由于四芯電纜增加了工程造價(jià)，也沒(méi)有太大的必要，后改為由獨(dú)芯電纜作為PE線從變電所引至生產(chǎn)裝置區(qū)設(shè)置的多個(gè)等電位連接箱，再由等電位連接箱分別引至電動(dòng)機(jī)接地端子的方案。目前，為電動(dòng)機(jī)配電又進(jìn)一步簡(jiǎn)化為采用三芯電纜的方案。那么，采用三芯電纜為電動(dòng)機(jī)配電是否滿足低壓系統(tǒng)接地形式為 TN-S的要求呢？現(xiàn)在采用的三芯電纜為電動(dòng)機(jī)配電的方案與原來(lái)的有什么不同呢？詳見圖7。

在圖7中，變電所與生產(chǎn)裝置較遠(yuǎn)，變電所與裝置區(qū)接地系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，如果采用三芯電纜為電動(dòng)機(jī)配電，那么，該接地為 TT系統(tǒng)；即便變電所與生產(chǎn)裝置通過(guò)接地線是相連的，由于接地線阻抗較大，也沒(méi)有設(shè)置有專用的PE線，該接地仍為 TT系統(tǒng)。因此，采用三芯電纜為電動(dòng)機(jī)配電不采取任何措施，該接地為 TT系統(tǒng)，不能滿足規(guī)范要求的 TN-S。如果采用三芯電纜為電動(dòng)機(jī)配電，變電所與生產(chǎn)裝置接地網(wǎng)采用一根或多根獨(dú)芯電纜相連，該獨(dú)芯電纜作為專用PE線，如圖7所示，該接地即為TN-S系統(tǒng)了，這樣即避免為電動(dòng)機(jī)配電全部四芯電纜造成投資浪費(fèi)，又符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

5 變壓器中性點(diǎn)工作接地線截面的確定

變壓器中性點(diǎn)工作接地線一般采用單芯銅電纜，其截面是按最大單相短路電流作用時(shí)間產(chǎn)生的熱效應(yīng)滿足熱穩(wěn)定條件選擇的。

以1 600 kVA D，yn11 8% 10/0.4 kV變壓器為例，單相接地電流為26.63 kA, 進(jìn)線斷路三相短路保護(hù)兼做單相接地保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限為 0.8 s，采用單芯銅電纜作為變壓器中性點(diǎn)工作接地線，其熱穩(wěn)定允許的最小截面：

由此，選擇1×185 mm2電纜即可滿足要求。一般情況下，根據(jù)變壓器容量，按表1選擇變壓器中性點(diǎn)工作接地線即可滿足要求。

表1 10/0.4 kV變壓器中性點(diǎn)接地電纜規(guī)格選擇表Table 1 Specification of neutral grounding cable used for transformer of 10/0.4 kV

6 結(jié) 論

本文重點(diǎn)介紹了低壓系統(tǒng)接地的型式，對(duì)石油化工生產(chǎn)裝置低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常見問(wèn)題和錯(cuò)誤進(jìn)行了詳細(xì)的剖析和論證，澄清了一些易于混淆的問(wèn)題。并根據(jù)用電負(fù)荷特點(diǎn)、有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及石油化工生產(chǎn)裝置低壓系統(tǒng)接線圖，為規(guī)范石油化工生產(chǎn)裝置低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供重要借鑒。

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Wiring and Grounding Types of Low Voltage System in Petrochemical Plants

REN Pei-jia，SHAO Wen-ping, JIANG Xu, DONG Bai-yi

（China Huanqiu Contracting & Engineering Corporation Liaoning Company, Liaoning Fushun 113006, China）

Grounding types of low-voltage system were described, wiring of low-voltage system in petrochemical plants was introduced, wiring diagram of low-voltage system in petrochemical plants was drew based on electrical load characteristics and engineering practice, choice of level 3 and level 4 circuit breakers in the low voltage system was discussed. Combined with the actual conditons, selection of the motor power cables was also discussed, and the neutral point grounding wire section of transformer was determined.

low voltage system grounding；low voltage system wiring；cables；circuit breaker

TQ 052

A

1671-0460（2016）11-2642-04

2016-09-07

任佩佳（1983- ），女，遼寧撫順人，工程師，碩士，2014年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)控制工程專業(yè)，主要從事電氣自動(dòng)化專業(yè)設(shè)計(jì)。E-m ail：renpeijia@hqcec.com，Tel: 024-57593659。