胡新宇

（應(yīng)急管理部四川消防研究所）

0 引言

對(duì)消防產(chǎn)品電氣檢測(cè)實(shí)驗(yàn)而言，人們一般只注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程中檢測(cè)對(duì)象、檢測(cè)方法及與標(biāo)準(zhǔn)的符合性和檢測(cè)結(jié)果，而往往忽略了電源容量不夠、電源質(zhì)量不穩(wěn)定、地線不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。其實(shí)這些是大問(wèn)題，會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果帶來(lái)不利影響。CNAS-CL01《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》（ISO/IEC17025:2017）指出：實(shí)驗(yàn)室設(shè)施和環(huán)境條件應(yīng)適合實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)，不應(yīng)對(duì)結(jié)果有效性產(chǎn)生不利影響，實(shí)驗(yàn)室設(shè)施和環(huán)境條件中包含供電和電磁干擾。CNAS-CL01-A003《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在電氣檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明》中進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)室供電提出了明確要求：實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配備足夠的電源容量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)用電源特性對(duì)檢測(cè)結(jié)果有影響時(shí)，電源特性參數(shù)如電壓額定值、頻率額定值、電壓穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度、總諧波失真等，應(yīng)符合檢測(cè)方法要求或保證檢測(cè)結(jié)果的不確定度在預(yù)計(jì)的范圍內(nèi)。CNAS-CL01-A003《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在電氣檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明》還要求：實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行高電壓測(cè)試時(shí)，應(yīng)按電壓等級(jí)提供有充分的安全保護(hù)的房間，或封閉區(qū)域并保證安全距離。充分的安全保護(hù)措施應(yīng)該包括良好的接地。只有實(shí)驗(yàn)室配備了足夠的電源容量，提供了穩(wěn)定的電源質(zhì)量，并為設(shè)施和設(shè)備安裝了良好可靠的接地，才能盡可能減小不利影響，使檢測(cè)結(jié)果趨于真實(shí)。本文主要討論了實(shí)驗(yàn)室電源容量估算、電源特性核查及接地系統(tǒng)。

1 電源容量估算

實(shí)驗(yàn)室電源容量估算應(yīng)充分考慮所有檢測(cè)設(shè)施設(shè)備的用電需求，也應(yīng)考慮進(jìn)線變壓器的運(yùn)行要經(jīng)濟(jì)可靠。

以下是所在的檢測(cè)中心試驗(yàn)基地進(jìn)線變壓器容量估算過(guò)程：

（1）用電器總負(fù)荷P總負(fù)荷

檢測(cè)中心試驗(yàn)基地用電器統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 檢測(cè)中心試驗(yàn)基地用電器統(tǒng)計(jì)

（2）計(jì)算負(fù)荷值P計(jì)算

P計(jì)算=P總負(fù)荷×用電同時(shí)率。在電力系統(tǒng)中，負(fù)荷的最大值之和總是大于和的最大值，這是由于每個(gè)用戶不大可能同時(shí)在一個(gè)時(shí)刻達(dá)到用電量的最大值，反映這一個(gè)不等關(guān)系的系數(shù)就被稱(chēng)為用電同時(shí)率，也被稱(chēng)為同時(shí)負(fù)荷率?？紤]到檢測(cè)中心試驗(yàn)基地用電器數(shù)量較多，還有檢測(cè)業(yè)務(wù)量的問(wèn)題，檢測(cè)中心試驗(yàn)基地用電同時(shí)率為0.7。

（3）視在功率S視在功率

S視在功率=P計(jì)算/cosφ，cosφ是功率因數(shù)，考慮到檢測(cè)中心試驗(yàn)基地大多為阻性負(fù)載，cosφ=0.8（本文是進(jìn)行變壓器容量估算，所以這么取值，如果要精確計(jì)算，需要把逐臺(tái)套設(shè)備的功率因數(shù)放入計(jì)算）。

（4）進(jìn)線變壓器容量S變壓器

S變壓器=S視在功率/變壓器負(fù)載率，變壓器負(fù)載率是變壓器輸出的視在功率與變壓器額定容量之比。變壓器負(fù)載率過(guò)高會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，電源質(zhì)量不好，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成用電系統(tǒng)崩潰，損壞用電器和變壓器。變壓器負(fù)載率過(guò)低就會(huì)增大初期建設(shè)成本，造成浪費(fèi)。既要考慮變壓器運(yùn)行的可靠性，也要兼顧變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，通常變壓器負(fù)載率為70%時(shí)，能達(dá)到變壓器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠的要求。

參考10kV變壓器容量系列，單位kVA：100、200 、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3200。

檢測(cè)中心試驗(yàn)基地可選1000 kVA或1250 kVA進(jìn)線變壓器。

2 電源特性核查

電源特性核查依據(jù)IECEE OD-5010《實(shí)驗(yàn)室電源特性測(cè)量程序》。IECEE OD-5010《實(shí)驗(yàn)室電源特性測(cè)量程序》是由檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室委員會(huì)（Committee of Testing Laboratories，CTL），參照IEC／ISO 17025《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》的要求提出，以確定測(cè)量實(shí)驗(yàn)室電源特性是否符合IECEE CB體系的要求。穩(wěn)定的電源特性可以讓檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室得到一致的、統(tǒng)一的、可重復(fù)的試驗(yàn)結(jié)果。

（1）電源特性核查對(duì)象及時(shí)機(jī)

IECEE OD-5010僅適用于為被測(cè)設(shè)備供電的實(shí)驗(yàn)室電源，且只適用于實(shí)驗(yàn)室電源的穩(wěn)定性。測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)室電源的測(cè)試連接位置的最大額定電流范圍內(nèi)進(jìn)行的，并在被測(cè)產(chǎn)品的正常操作條件下進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)室電源特性核查應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室電源最初安裝、更改和維修時(shí)進(jìn)行，以確認(rèn)在測(cè)試連接位置有合適的電源質(zhì)量。

（2）電源特性核查儀器

核查所需儀器：電壓表、電流表、頻率計(jì)、總諧波失真分析儀、阻性負(fù)載。

（3）電源特性核查要求

電源特性核查結(jié)果應(yīng)符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。如測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)未明確電源特性要求，電源核查連接位置特性應(yīng)符合表2中的要求。

表2 電源特性核查要求

（4）電源特性核查示意圖及調(diào)節(jié)器

下圖為電源特性核查示意圖，電壓穩(wěn)定性測(cè)試位置應(yīng)選在距電源最遠(yuǎn)處，頻率穩(wěn)定性測(cè)試位置可選在線路中任意位置，總諧波失真（THD）測(cè)試位置應(yīng)選在代表性線路的連接點(diǎn)。因市電不一定滿足穩(wěn)定性要求，故需要在線路中應(yīng)用調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器可以是圖中測(cè)試位置的可移動(dòng)調(diào)節(jié)器，也可以是固定式調(diào)節(jié)器，還可以在交流總電源處安裝調(diào)節(jié)器對(duì)所有分支線路進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖 電源特性核查要求

（5）測(cè)量方法

第一步，在1h內(nèi)測(cè)量測(cè)試位置的開(kāi)路電壓、頻率和總諧波失真（THD），測(cè)出的開(kāi)路電壓應(yīng)符合IEC標(biāo)準(zhǔn)電壓及允許公差要求。第二步，在測(cè)試位置連接可連續(xù)運(yùn)行的額定最大阻性負(fù)載，在1h內(nèi)測(cè)量測(cè)試位置的電壓、頻率和總諧波失真（THD），測(cè)試結(jié)果應(yīng)滿足規(guī)定要求。如電壓發(fā)生了變化，允許通過(guò)調(diào)節(jié)讓電壓回復(fù)到開(kāi)路標(biāo)稱(chēng)電壓，并應(yīng)使測(cè)試位置電壓穩(wěn)定性保持在最大±3%的限值內(nèi)。

（6）電壓穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性和總諧波失真（THD）

測(cè)量過(guò)程記錄下列數(shù)據(jù)：最大開(kāi)路電壓Voc,max；最小開(kāi)路電壓Voc,min；最大負(fù)載電壓Vld,max；最小負(fù)載電壓Vld,min；負(fù)載電流I；標(biāo)稱(chēng)電源電壓Vnom；最大開(kāi)路頻率Foc,max；最小開(kāi)路頻率Foc,min；最大負(fù)載頻率Fld,max；最小負(fù)載頻率Fld,min；最大開(kāi)路諧波失真THDoc；最大負(fù)載諧波失真THDld。

計(jì)算：

3 接地系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室接地系統(tǒng)包括大地電極分系統(tǒng)，雷電保護(hù)分系統(tǒng)，信號(hào)保護(hù)分系統(tǒng)，故障保護(hù)分系統(tǒng)，以及實(shí)驗(yàn)室所在建筑內(nèi)金屬構(gòu)件，各種下埋管道，設(shè)備機(jī)架機(jī)座等不載流元件。它是導(dǎo)體和導(dǎo)電元件的電氣互聯(lián)系統(tǒng)，對(duì)大地形成多路低阻電流通路。

（1）接地系統(tǒng)一般要求

實(shí)驗(yàn)室接地系統(tǒng)的組成參照GJB/Z 25－1991《電子設(shè)備和設(shè)施的接地、搭接和屏蔽設(shè)計(jì)指南》設(shè)施接地系統(tǒng)中規(guī)定設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)室接地要求應(yīng)滿足GJB1210－1991《接地、搭接和屏蔽設(shè)計(jì)的實(shí)施》中的條款規(guī)定。實(shí)驗(yàn)室接地系統(tǒng)分三路獨(dú)立接地，一路為設(shè)備接地系統(tǒng)，另兩路為測(cè)試接地系統(tǒng)，包括模擬接地系統(tǒng)和數(shù)字接地系統(tǒng)，應(yīng)明確區(qū)分各接地系統(tǒng)。設(shè)備接地系統(tǒng)接地電阻≤4Ω，設(shè)備接地電阻達(dá)到此要求后能很好保護(hù)設(shè)備和人員安全。測(cè)試接地系統(tǒng)接地電阻≤1Ω，測(cè)試接地電阻達(dá)到此要求能滿足測(cè)試結(jié)果不受干擾、或干擾在可接受范圍內(nèi)。

（2）接地系統(tǒng)接線要求

設(shè)備接地線和測(cè)試接地線應(yīng)分開(kāi)敷設(shè)，避免相互干擾。測(cè)試接地系統(tǒng)中每個(gè)測(cè)試工位有兩個(gè)接地單元，各接地單元與接地母線之間采用就近多點(diǎn)接地連接。接地母線焊接于母線接線排，各接地支線用螺栓與母線接線排緊密連接，母線與支線間連接電阻≤0.1Ω。測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)地線（弱電地）單獨(dú)接大地，應(yīng)與功率地線（強(qiáng)電地）和機(jī)殼地線相絕緣，絕緣電阻≥200MΩ。實(shí)驗(yàn)室保護(hù)地接地型式參照GB14050－2008《系統(tǒng)的接地型式及安全技術(shù)要求》，采用TN-S系統(tǒng)。對(duì)于由同一個(gè)變壓器供電的多個(gè)設(shè)備來(lái)說(shuō)，將變壓器的中線接地，安全地線就近接到大地分系統(tǒng)上，故障保護(hù)分系統(tǒng)的 地線應(yīng)在中線接地系統(tǒng)的同一位置上接到電源接地系統(tǒng)。絕對(duì)不允許用電源零線作地線代替機(jī)殼地線。

（3）接地裝置（大地電極分系統(tǒng)）

接地裝置分為接地體和接地線。接地體可盡量利用自然接地體，如敷設(shè)在地下的各種金屬管道，但易燃易爆金屬管道以及包有黃麻、瀝青層等絕緣物的金屬管道除外。當(dāng)自然接地體不能滿足接地電阻要求時(shí)，可采用人工接地體。人工接地體可采用下述方法：垂直埋入鋼管、角鋼或圓鋼等。垂直接地體一般均應(yīng)用打入的方法埋入地下。角鋼接地體一般為40mm×40mm×4mm或50mm×50mm×5mm，長(zhǎng)2.5m以上。端部稍尖以便打入土中。管形接地體一般采用直徑50mm、管壁厚度不小于3.5mm、長(zhǎng)度大于2.5m的鋼管，一端打扁或削成尖形。一般應(yīng)當(dāng)有多根打入地中，并相互焊接成網(wǎng)狀才能滿足接地電阻小于4Ω的要求。接地體端部應(yīng)露出地面10～20cm以便連接（焊接）接地線。禁止在地下用裸鋁導(dǎo)體作為接地體，但可用鋼管或粗銅線作接地體。但接地電阻受自然條件影響較大，同樣設(shè)計(jì)的接地系統(tǒng)在不同地區(qū)的接地電阻值是不同的，甚至有很大差別。筆者所在地區(qū)土壤含水豐富，地下水位高，土質(zhì)電阻率低，達(dá)到1Ω或4Ω的要求比較容易。接地線要求是要保證接地線為連續(xù)的導(dǎo)體，采用扁鋼（截面積應(yīng)大于48mm2）焊接，也可采用扁銅線。

（4）接地系統(tǒng)的確認(rèn)

接地系統(tǒng)是設(shè)施設(shè)備經(jīng)由接地線和接地體到大地的低阻電流通路。接地系統(tǒng)建設(shè)初期經(jīng)測(cè)量確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但長(zhǎng)期使用后，接地體受土壤影響可能產(chǎn)生銹蝕，土壤和接地體之間接觸可能發(fā)生變化，接地體和接地線之間、接地線之間搭接有可能發(fā)生銹蝕或脫落，土壤導(dǎo)電率可能發(fā)生變化。上述因素的影響都可能導(dǎo)致接地電阻發(fā)生變化，所以應(yīng)定期對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量確認(rèn)，如確認(rèn)不符合要求，應(yīng)進(jìn)行分析并采取適當(dāng)?shù)拇胧?，使接地電阻達(dá)到規(guī)定要求。

（5）安全接地的注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)室所有的工作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)施設(shè)備的使用說(shuō)明書(shū)和操作規(guī)程，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)明文公布安全注意事項(xiàng)，應(yīng)用圖示的危險(xiǎn)或警告符號(hào)警示所有的高壓源，以使工作人員免受電擊傷害。實(shí)驗(yàn)室設(shè)施設(shè)備的操作人員應(yīng)熟悉設(shè)施設(shè)備的接地系統(tǒng)，確保自身和財(cái)產(chǎn)的安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

足夠的電源容量、穩(wěn)定的電源質(zhì)量及良好可靠的接地系統(tǒng)是電氣檢測(cè)試驗(yàn)的前提，能減小電源質(zhì)量及電磁干擾對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，使檢測(cè)結(jié)果趨于真實(shí)。良好可靠的接地系統(tǒng)還是電氣檢測(cè)試驗(yàn)的安全保障，使實(shí)驗(yàn)室的人員和設(shè)施設(shè)備得到保護(hù)。