浅谈防爆电气设备接地的重要性.pdf

安全管理收稿日期2023-05-20作者简介赵耀(1999),男,2021 年毕业于东华大学机械工程学院,工业设计专业,主要从事防爆电机设计工作。浅谈防爆电气设备接地的重要性赵耀1,陈攀2,柳天杰2(1.南阳防爆(苏州)特种装备有限公司,江苏苏州 215000;2.南阳中天防爆电气有限公司,河南南阳 473200)关键词防爆电气设备;保护接地;防爆技术;供配电系统摘要分析了防爆电气设备接地问题的危害,并就防爆电气设备接地的重要性进行探究。中图分类号 U264.7+4 文献标识码 A 文章编号1004-9118(2023)03-0041-04DOI:10.14023/ki.dqfb.2023.03.012Discussion on the Importance of Earthing for Ex Electrical EquipmentZhao Yao 1,Chen Pan2,Liu Tian jie2(1.Nanyang Explosion-proof(Suzhou)Special Equipment Co.,Ltd.,Suzhou Jiangsu 215000;2.Nanyang Zhongtian Explosion proof Electrical Co.,Ltd.,Nanyang Henan 473200)Key words:Ex electrical equipment;protective earthing;Type of Protection;power supply and distribution systemAbstract:It analyzes the risks and importance of earthing for Ex electrical equipment.0引言爆炸性危险场所发生火灾、爆炸事故概率高,事故危害性强,使得人们对爆炸性危险场所安全性问题的重视程度越来越高。防爆电气设备接地是保障设备使用安全的前提和基础,接地问题容易引发触电事故,并且容易造成爆炸性危险场所中危险物质被点燃和发生爆炸的情况,不仅会造成巨大损失,而且会威胁人的生命安全。应充分认识到防爆电气设备接地的重要性,切实保障防爆电气设备的可靠性,确保防爆电气设备使用安全。1供配电系统概述IT、TN 以及 TT 是供配电系统的主要保护方式,这 3 种保护方式的应用最为广泛,是保障供配电系统安全的重要手段。不同保护方式有着不同的特点,以 IT 系统为例,该系统是指配电变压器的中性点通过高阻抗进行接地,或对大地绝缘,用电设备的金属外壳直接接地的供电系统。TN 系统型式多样,包括 TN-C-S 型式、TN-S 型式以及TN-C 型式,TN-C-S 型式在安全性方面更具优势。TT 系统是指变压器中性点直接接地与设备金属外壳直接接地的供电系统,在设备金属外壳未有效外接地的情况下,电压便会施加在人体上,增加了触电风险与触电危害。而在设备金属外壳有效外接地的情况下单相短路电流会触发电路中漏电保护装置动作,及时切断设备电源,可以保证人体电阻大于设备接地电阻,相应的电流中只有少部分会流入人体,大部分电流都会流入大地。由于流入人体的电流变少,对人体造成的危害也14安全管理浅谈防爆电气设备接地的重要性会随之大大降低1。2防爆电气设备可靠接地问题可靠接地是保障防爆电气设备使用安全的前提和基础,因此所有投入使用的防爆电气设备外壳都需要做到可靠接地,同时还要保证防爆电气设备壳内接地连至配电室,借助双重接地的方式来提升防爆电气设备接地的可靠性,提升防爆电气设备的安全系数。通过防爆电气设备可靠接地,能够使防爆电气设备外壳与大地之间的电位差缩小,甚至无限趋近于 0,实现二者等电位。人体电阻通常为 2 000,接地电阻则不大于 4,远远小于人体电阻,在这种情况下,当人体触及带电体时,便会只有少部分电流会流入人体,大部分电流都会流入大地,可以更好地保障人员的安全。以油库为例,油库属于爆炸性危险场所,因此针对油库中防爆电气设备的接地设计至关重要,不仅关乎着设备自身使用安全,而且是影响油库整体安全性的关键。在以往的电气事故中,因电气设备接地引发的事故占 30%左右,特别是在土壤电阻率高以及雷电频繁地区发生接地事故概率更高,不仅造成了大量的财产损失,而且严重威胁人们的生命安全2-3。在电气设备使用过程中,随着使用时间的延长,容易出现设备绝缘老化或者损坏等问题,使得带电体会对设备放电,造成电气设备外壳带电。一旦人与设备外壳发生接触,便会引发触电事故,威胁相关人员的生命安全。另外,设备漏电还容易产生火花,点燃爆炸危险性场所的危险物质,引发火灾或爆炸,造成严重损失与人员伤亡。除了设备漏电危害之外,雷电危害也不容忽视。瞬时放电、电流变化剧烈等是雷电的主要特征,雷电流最大值能够达到 300 千安,并且其放电时间仅为0.000150.0001 秒,放电时间特别快,一旦遭受雷击,便会产生剧烈的电磁反应、热反应以及机械反应,不仅容易引发火灾造成严重损失,而且还会造成人员伤亡,危害巨大。3防爆电气设备接地注意事项3.1合理选择接地装置接地装置包括接地体以及接地线,其中前者又可以分为自然接地体与人工接地体。自然接地体主要包括建筑物的金属结构、埋设在地下的金属管道以及金属井管等。其中埋设地下的金属管道不包括输送易燃易爆液体或气体的管道,建筑的金属结构是指与大地有可靠连接的建筑金属结构。人工接地体是指以人工的方式将导电性强、抗腐蚀效果好的扁钢或者圆钢等金属物设置在地下,使其作为接地体。相较于人工接地体,应用自然接地体不仅施工更加便捷,而且有助于降低成本,并且可以更好地缩小电位差,对防爆电气设备的保护效果更佳5-6。3.2接地线的设置接地线的设置应重点考虑接地线的截面积,如设置在供配电变压器低压侧中性点的接地线,应保证其截面积不小于 35 mm2。另外,无论是 IT系统、TN 系统还是 TT 系统,其保护性接地芯线导体截面积均有着明确要求,详见表 1。除了接地线截面积之外,防爆电气设备接地还要重点考虑接地线的材质,需要确保接地线材质与主电路材质一致。表 1IT 系统、TN 系统以及 TT 系统接地线最小截面积序号主电路导体的截面积S0/mm2保护性接地芯线导体截面积 S0/mm21S0不大于 16S02S0大于 16 且小于等于 35163S0大于 350.5S03.4便携式与移动式设备的接地在爆炸性危险场所应用的便携式与移动式设备均需要按照与固定设备相同的要求与方式接地,以便保障设备的安全性,规避触电、爆炸等安全事故。4降低接地电阻的方法4.1土壤替代法土壤替代法是指应用电阻系数低的黑土、黏土等替换接地体周围的原土,通过这种方式来降低接地电阻。土壤替代法在岩石层区域的应用效果十分显著,但在石子间隙较大区域的应用效果则会大打折扣。石子间隙较大的区域长时间受自身沉降以及雨水冲刷等因素的影响,会导致替换土越来越稀薄,其降低接地电阻的作用和效果也会随之不断降低。另外,土壤替换法还存在施工时间长以及施工强度大的弊端,因此在降低山地24电气防爆 2023 年 6 月第 3 期油库接地电阻过程中的适用性不强。4.2加食盐法加食盐法是指将食盐加入电气设备接地点附近,以此来降低接地电阻。在加入食盐的同时还需要同时加入焦灰以及炭末等材料,这种方式因所用材料成本低且无污染,因此应用比较广泛。具体来讲,应在各接地点附近挖直径为 50 cm 100 cm 的深坑,然后将食盐分层铺在坑内,每层厚度控制在 1 cm 左右,并且将每层食盐浸水,通过这种方式可以降低 50%左右的接地电阻。相较于土壤替代法,加食盐法由于同时加入了木炭,因此可以借助木炭抗腐蚀能力强的特点长时间保持降低接地电阻的作用。但是该方法也存在一定的不足,如容易对接地体造成腐蚀,并且在土壤含盐量较大的情况下作用不明显。另外,加食盐法应用过程中,随着盐分的流失,其作用也会逐渐降低,需要定期重新加盐。4.3外引接地法外引接地法是指借助敷设接地排的方式将需要降低电阻的区域与其他接地电阻率较低的接地网区域连接起来,以此来降低本区域的接地电阻。应用外引接地法,需要远离人群,不能靠近路边等人员活动频繁的位置,以免造成触电事故。施工中如果涉及需要跨越马路,则需要合理把控埋深,埋深应大于 80 cm。外引接地法能有效降低本区域的接地电阻,但在设计过程中应充分考虑外因距离以及雷电冲击电流等因素。在外引得当的情况下,外引接地法可以降低 70%左右的接地电阻,其效果十分显著。4.4降阻剂法降阻剂法也是降低接地电阻的有效方法之一,合理应用降阻剂法,不仅能够降低土壤电阻率,而且有助于消除接触电阻。该方法应用过程中首先要将接地体周围的土壤清除干净,然后挖 1.5 m 左右的深坑,然后分层添加降阻剂,每层厚度控制在 40 cm 左右,加入清水搅拌形成凝胶体,最后再细土回填并夯实。由土壤、水以及降阻剂形成的凝胶体具有较强的可塑性,在夯实过程中可以使其与周围岩石紧密接触,扩大接触面积,进而降低接地电阻。降阻剂法之所以应用广泛,主要在于应用的降阻剂不会对环境造成污染,而且其稳定性较强,不会随时间的推移而流失,能够长时间发挥降低接地电阻的作用。合理应用降阻剂法可以降低 60%左右的接地电阻。4.5炭质纤维法炭质纤维法是指在水泥中加入炭质纤维,并将加入了炭质纤维作为接地极。炭质纤维法在防雷接地装置中的应用比较广泛,可以降低 30%左右的接地电阻。为进一步提升炭质纤维法的作用和应用效果,可以将针状接地极设置在接地极水泥土中,这种方式能够在一定程度上提升降低电阻值的作用。4.6钻孔深埋法钻孔深埋法在国际上的应用十分广泛,尤其是在接地极位于建筑下端或者防雷设备设施附近位置小的情况对钻孔深埋法的应用最为广泛。这是因为以上位置具有空间狭小以及人口流动性大的特点,不适合采用炭质纤维法、降阻剂法、土壤替换法、加食盐法以及外引接地法,因此需要借助钻孔深埋法来降低接地电阻。在钻孔深埋法应用过程中,首先要借助钻孔机打孔,然后在孔内插入直径为 2 cm7 cm 左右的钢管,然后向钢管内注入泥浆,按照同样的方式打孔并注浆,然后将其并联起来。通过这种方式,可以更好地保障接地电阻的稳定性,并且由于埋设较深,可以有效降低安全威胁。由此可见钻孔深埋法的应用优势十分显著,合理应用钻孔深埋法能够降低 60%左右的接地电阻。该方法不仅应用广泛,而且已经成为降低接地电阻的主流方法之一。以上几种方法均能起到降低接地电阻的作用,但结合山地油库的特点,相较于其他方法,外引接地法的适用性最强,效果最理想。另外钻孔深埋法以及降阻剂法的应用也比较广泛,应用效果也比较显著。5结束语防爆电气设备接地的可靠性直接关乎着爆炸性危险场所的安全,保证接地可靠性是防爆电气设备安全运行的前提,是使防爆电气设备在爆炸性危险场所稳定工作的基础。应充分认识到防爆电气设备接地的重要性,并结合实际需求合理选择接地方式与降低接地电阻方法,提升防爆电气设备接地的可靠性,切实保障防爆电气设备运行安全,降低火灾、爆炸、触电等安全事故的发生概率。34安全管理浅谈防爆电气设备接地的重要性参考文献1霍鹏飞.浅谈防爆电气设备接地的重要性J.电气防爆,2022(06):27-29.2庄小豫,吕春蓉,郭志佳,等.海洋平台本安防爆设备参数 选 择 及 配 按 要 求 J.防 爆 电 机,2023,58(02):67-69,84.3杜凯.海上石油平台防爆电气设备安全问题研究J.中国石油和化工标准与质量,2023,43(02):30-32.4王涌.探究防爆电气设备在石化行业应用中存在的问题及 建 议 J.中 国 石 油 和 化 工 标 准 与 质 量,2023,43(01):118-120.5刘思莉,张宇,刘军.地下储气库生产站场防爆电气设备使 用 与 管 理 J.石 油 化 工 安 全 环 保 技 术,2022,38(06):42-44,7.6程微,肖晓凌,李宗伟,等.空气潜水系统电气设备防爆措施研究J.设备管理与维修,2022(14):6-7.7高恒志,刘柏清,曾伟杰,等.机场供油工程常见防爆电气设备隐患典型案例探析J.化工管理,2022(07):164-168.电气防爆杂志投稿须知1.电气防爆杂志的主要内容为防爆电气产品的设计与制造、防爆电气的使用与维护、防爆检验、防爆产品的质量与安全、防爆产品介绍、行业动态等,所投稿件内容需与此相关。2.字数请控制在 3 0006 000 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