桑立輝

(神華準格爾能源有限責(zé)任公司 選煤廠，內(nèi)蒙古 準格爾旗 010300)

神華準能公司選煤廠一系統(tǒng)采用跳汰洗選工藝，設(shè)計洗選能力1 200萬t/a，核心設(shè)備為4臺德國KHD公司生產(chǎn)的BATAC型塊煤跳汰機。配套設(shè)備有：72臺振動給料機、8臺原煤分級篩、4臺雙齒輥破碎機、3臺刮板機、4臺精煤斗提機、4臺中煤斗提機、4臺矸石斗提機、4臺精煤脫水篩、4臺中煤脫水篩、6臺鼓風(fēng)機、3臺離心機、2臺空壓機、33臺膠帶輸送機以及其他輔助生產(chǎn)設(shè)備，配套電機約520臺。

跳汰洗選電氣系統(tǒng)接地采用TN-C型式，接地的目的是為了保證電氣設(shè)備漏電后能夠在規(guī)定的時間內(nèi)使斷路器跳閘和限制接觸電壓，以保證設(shè)備安全運行及人身安全，在接地保護完好的情況下，設(shè)備漏電不應(yīng)造成財產(chǎn)損失和人身傷害。

1 系統(tǒng)接地的型式

1.1 TN系統(tǒng)

電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過保護中性導(dǎo)體或保護導(dǎo)體連接到此接地點。

根據(jù)中性導(dǎo)體和保護導(dǎo)體的組合情況，TN系統(tǒng)的型式有以下三種：

(1) TN-C系統(tǒng):整個系統(tǒng)的中性導(dǎo)體和保護導(dǎo)體是合一的(圖1)。

圖1 TN-C系統(tǒng)示意

(2) TN-S系統(tǒng)：整個系統(tǒng)的中性導(dǎo)體和保護導(dǎo)體是分開的(圖2)。

圖2 TN-S系統(tǒng)示意

(3) TN-C-S系統(tǒng)：系統(tǒng)中一部分線路的中性導(dǎo)體和保護導(dǎo)體是合一的(圖3)。

圖3 TN-C-S系統(tǒng)示意

1.2 TT系統(tǒng)

電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點(圖4)。

圖4 TT系統(tǒng)示意

1.3 IT系統(tǒng)

電源端的帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地(圖5)。

圖5 IT系統(tǒng)示意

2 各型系統(tǒng)接地的特點

2.1 TN-C系統(tǒng)

TN-C系統(tǒng)內(nèi)PE線和中性線合二為一成為PEN線，PEN線同時具有PE線及中性線的作用，節(jié)省材料，經(jīng)濟性強，我國選煤廠過去曾大量使用TN-C系統(tǒng)。但從電氣安全角度來說，TN-C系統(tǒng)存在下列問題。

(1)如電氣系統(tǒng)為單相回路，當PEN線斷線或接觸不好時，電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部位對地電壓與相電壓相同[2]。對于三相回路，當PEN線斷線或接觸不好時，則中斷處前方的PEN線電壓幾乎為零，而中斷處后方的PEN線電壓等于負荷側(cè)三相電壓的相量和，特殊情況時，中斷處后方的電壓等于相電壓。發(fā)生觸電事故時，會造成嚴重后果。因此TN-C系統(tǒng)的PEN線必須在多處做接地以防止觸電事故。

(2)不能安裝剩余電流動作保護器，即RCD，因PEN線穿過剩余電流動作保護器的零序電流互感器，接地故障電流同時通過相線和PEN線，故障電流在互感器線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場相互抵消導(dǎo)致RCD拒動，所以TN-C系統(tǒng)內(nèi)不能安裝RCD作為防電擊保護。

(3)在TN-C系統(tǒng)中PEN線同時起到PE線的作用，所以PEN線在任何地方都不能中斷，因此在TN-C系統(tǒng)不能安裝四極開關(guān)對電氣維修人員進行保護。

(4)中性線電流通過PEN線導(dǎo)致PEN線產(chǎn)生電壓降，致使所接電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部位帶電，可能會對敏感信息設(shè)備產(chǎn)生干擾，在危險爆炸場所中也可能產(chǎn)生火花，引起爆炸。因此在使用敏感信息設(shè)備和防爆場所中不得使用PEN線和TN-C系統(tǒng)。

鑒于以上原因，除某些特殊情況外，已經(jīng)很少采用TN-C系統(tǒng)。

2.2 TN-S系統(tǒng)

在TN-S系統(tǒng)中，PE線和中線各自獨立，除非人為錯誤將中性線和PE線接反或跨接，正常情況下，PE線不通過電流，只有在產(chǎn)生接地故障時通過接地電流，因此電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部位正常情況下不帶電，即使通過接地電流時，其電位幾乎與地電位相同，十分安全，不會對敏感信息設(shè)備產(chǎn)生干擾，也不會產(chǎn)生火花，但TN-S系統(tǒng)需額外安裝一根導(dǎo)線。

2.3 TN-C-S系統(tǒng)

在建筑內(nèi)采用TN-C-S系統(tǒng)，使用PEN線的部分是TN-C系統(tǒng)，同樣會產(chǎn)生與單獨的TN-C系統(tǒng)一樣的問題。需要注意的是，如果采用TN-C-S系統(tǒng)，在PE線和中性線分開的電源處PEN線必須先接入PE母排，然后把中性線母排通過導(dǎo)線接到PE母排上。因為如果導(dǎo)線斷開或連接不良，中性線斷路，電氣設(shè)備故障可及時發(fā)現(xiàn)并進行維修。如PEN線先接中性線母排，如果導(dǎo)線斷開或連接不良，這時整個系統(tǒng)中的電氣設(shè)備都會失去PE線的保護，而中性線仍然導(dǎo)通，設(shè)備依然可以正常工作，安全隱患難以發(fā)現(xiàn)，對于電氣設(shè)備和人員都是不利的。

TN-C-S系統(tǒng)中PE線在任何情況下都不得接入剩余電流動作保護器，因為電氣設(shè)備漏電會導(dǎo)致上級剩余電流動作保護器動作造成大范圍停電。PE線除了在總電源母排處必須和N線相接以外，在其他各處PE線均不得再與中性線相連。

2.4 TT系統(tǒng)

在TT系統(tǒng)中，當電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時，由于有接地保護，極大地降低了觸電的危險性。但是，TT系統(tǒng)中系統(tǒng)接地和電氣設(shè)備的保護接地是不連通的，因此發(fā)生接地故障時，故障回路的阻抗較大，故障電流較小，低壓斷路器不一定能跳閘。當漏電電流比較小時，即使有熔斷器也不一定熔斷。因此還需要裝設(shè)RCD來快速切斷電源。TT系統(tǒng)也有自己的優(yōu)勢，TT系統(tǒng)內(nèi)各個電氣設(shè)備各有自己的接地極和PE線，因此TT系統(tǒng)供電范圍的內(nèi)接地故障電壓不會通過PE線蔓延，導(dǎo)致一處發(fā)生接地故障，多處發(fā)生電氣事故的問題，因此TT系統(tǒng)適用于無等電位連接的戶外場所[2]。

2.5 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時，因為故障電流沒有返回電源的通路，其故障電流非常小，電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分對地電壓很低，不至引發(fā)電氣事故，也不會切斷電源而使供電中斷，但與TT系統(tǒng)類似，因故障電流太小設(shè)備保護裝置不一定動作。同時IT系統(tǒng)故障防護和維護管理較為復(fù)雜，并且在低壓電網(wǎng)遭受雷擊時，會因雷電電流難以泄露產(chǎn)生過電壓，造成低壓電網(wǎng)絕緣擊穿。IT系統(tǒng)適用于對供電不間斷和防電擊要求很高的場所。

3 改造原因及改造選型

3.1 改造原因

(1)選煤廠跳汰洗選系統(tǒng)采用TN-C系統(tǒng)，TN-C系統(tǒng)雖然經(jīng)濟性更好，但是存在很多安全隱患，在PEN線斷線或接觸不良時，設(shè)備外殼將有很高的對地電壓，非常危險。同時容易對信息技術(shù)設(shè)備產(chǎn)生干擾，也可能在爆炸危險場所內(nèi)產(chǎn)生火花引發(fā)爆炸。

(2)為提高選煤廠電氣設(shè)備安全保護水平，選煤廠計劃為部分電機及供電線路(未安裝綜合保護器的部分)加裝綜合保護裝置，并配備漏電保護功能?，F(xiàn)有接地系統(tǒng)已不適合電氣保護的要求。

3.2 改造選型

(1)TT系統(tǒng)及IT系統(tǒng)均需為每臺電氣設(shè)備單獨接地，需要很大的經(jīng)濟和人力投入；TT系統(tǒng)在設(shè)有變壓器的廠房內(nèi)設(shè)置在電位上互不影響的系統(tǒng)接地和保護接地是比較麻煩的，即使將變壓器中性線的系統(tǒng)接地用絕緣導(dǎo)體引出另做單獨的接地極，但其與保護接地PE線連通的戶外地下金屬管道間的距離非常難滿足要求。如上所述，TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)都有各自的局限性不適合選煤廠。

(2)國標《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》(GB 13955-2005)中明確規(guī)定：在TN-C-S系統(tǒng)中，必須將TN-C系統(tǒng)改造為TN-C-S、TN-S系統(tǒng)或局部TT系統(tǒng)后，才可安裝使用剩余電流保護裝置[3]。剩余電流保護裝置只允許使用在中性線與PE線分開部分。選擇TN-C-S系統(tǒng)將會制約很多設(shè)備保護的升級改造。

(3)2014年國標《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》(GB 50058-2014)明確規(guī)定爆炸環(huán)境中的TN系統(tǒng)應(yīng)采用TN-S型[4]。

(4)TN-S系統(tǒng)中PE線和中性線分開，PE線不帶電位，不會對敏感信息設(shè)備產(chǎn)生干擾，不會在爆炸危險場所產(chǎn)生火花引發(fā)爆炸；發(fā)生接地故障時，設(shè)備外露可導(dǎo)電部分電位幾乎與地電位相同，不會發(fā)生觸電危險，同時，故障電流非常大，能夠使設(shè)備保護裝置及時動作切斷電源。

鑒于以上原因，將原來的TN-C接地型式改造為TN-S接地型式。

4 改造方案

變壓器低壓側(cè)電源線進入配電室后分為PE線和中性線，在配電室中新增一根母排作為中性線母排，原PEN母排作為PE線母排。通過更換電纜(四芯電纜更換為五芯電纜)或沿原有電纜敷設(shè)單股電纜為電氣設(shè)備接地。并將配電室接地母排通過鍍鋅扁鋼延伸至廠房內(nèi)，在廠房內(nèi)構(gòu)建接地網(wǎng)，電氣設(shè)備的金屬外殼等需要接地的電氣裝置各自使用接地線與接地網(wǎng)相連，作為雙重接地，以保證設(shè)備及人員安全。需要注意的是：PE線上不得安裝熔斷器和開關(guān)，嚴禁斷線；嚴禁將多臺電氣設(shè)備的接地線串聯(lián)接地；對于選煤廠來說，膠帶輸送機機架可作為電氣設(shè)備接地的接地干線，機架各部分之間必須連成可靠的電氣通路，機架之間應(yīng)用截面積不小于100 mm2的鋼材焊接[5]；為統(tǒng)一接地系統(tǒng)標準，電氣設(shè)備(除照明設(shè)備外)接地干線統(tǒng)一選擇40×4的鍍鋅扁鋼，照明設(shè)備的接地干線選擇25×4的鍍鋅扁鋼。

5 結(jié) 語

將系統(tǒng)接地改為TN-S型式，有效的解決了TN-C型式一旦PEN線斷線將會導(dǎo)致設(shè)備外殼產(chǎn)生高電壓的安全隱患；避免了TN-C型式PEN線對敏感信息設(shè)備的干擾，解決了PEN線在爆炸危險場所產(chǎn)生火花引發(fā)爆炸的安全隱患；TN-S型式可以安裝剩余電流動作保護器對設(shè)備進行保護，提高了設(shè)備的安全性。同時為選煤廠電氣設(shè)備保護的升級改造提供了堅實的保障。