電氣自動化中的電氣接地及電氣保護技術

黃新星

（四川川投田灣河開發有限責任公司，四川 成都 610000）

1 電氣接地的作用

1.1 避免電擊

在電氣系統的運行過程中，雷擊會對系統的穩定性產生直接的影響，且雷擊對電氣系統的危害性很大。在當前的建筑工程項目中，由于建筑多為高層建筑，各類建筑工程的建設密度逐步增大、高度逐步增加，在此情況下雷擊將是電氣系統面臨的主要威脅。此外，電氣系統中包含了各種電氣設備，這些設備中存在導電體，如果出現雷擊情況，將會造成設備的損壞。而電氣接地是一種保護技術，不僅能夠維持電氣設備的穩定運行，還能夠提高電氣系統的可靠性，使得電氣系統在運行過程中，即使受到雷擊威脅，也依舊能夠保持在最佳的運行狀態。電氣接地使得電氣系統中吸引的電流能夠經由專有的接地電路傳輸到地表，形成更為安全的回路系統，避免雷擊對電氣系統產生影響。

1.2 保證系統正常運轉

在電氣系統的運行過程中，電氣接地實現了對電氣設備、系統的保護，通過系統中相關傳輸裝置與地面的連接處理，有效提升了電氣系統運行的安全性。因此，從根本上看，電氣接地維持了電氣系統的可靠運轉，使得電氣系統能夠滿足生產生活的基本需求。

2 電氣接地系統的主要類型

2.1 tn-s系統

近年來，隨著電氣事業的快速發展，電氣自動化中的電氣接地技術逐步進步。電氣系統中大多采用的是tn-s系統，這種電氣接地系統的應用實現了接零保護，有效發揮了接地保護作用。在實際的應用中，PE線與三相四線的有序相加，能夠使電氣系統的接地保護達到基本的要求。在應用tn-s系統實現接地保護時，其優勢主要體現在即使電氣自動化系統中相關設備存在外殼漏電威脅，tn-s系統也可以實現漏電電路向短路電流的轉化。這種電流轉化雖然會造成單相接地短路故障，但是漏電設備基本上不會對人體、系統產生較大的威脅，保障了系統的安全、可靠運行[1]。這種情況下，變電所與電氣設備的接地裝置接觸電勢、跨步電勢需符合以下公式：

式中：Ej為接觸電勢，V；Ek為跨步電勢，V；ρb為地表面土壤電阻率，Ω·m[2]。

這種電氣接地使用時，如果面臨的是相對惡劣的環境，需適當降低接觸電勢與跨步電勢，比如在礦山、井下環境中。通常情況下，如果在電氣自動化系統使用時，有關的電子設備沒有明確的接地保護要求，就可以應用tn-s系統來實現接地保護。

2.2 tn-c-s系統

電子自動化系統中，電氣接地保護還包含了tn-c-s系統。由于存在組成方式的差異性，使得在實際的應用中，可以有tn-c系統與tn-s系統兩種類型。相較而言，tn-s系統比較特殊，當該系統的中性線與接地線經由接地處理以后，該系統就不需要再與其他的電氣設備相連接。此種情況下，tn-s系統中的中線性基本上不帶電，有效保障了系統運行的安全性與穩定性。在電氣自動化系統的運行與使用過程中，需對特殊電氣設備的接地引線加以科學應用，引出接地體以后來根據其具體情況，進行接地電阻的選擇，使得電氣設備的基準位相對正確[3]。隨著未來電氣行業自動化、智能化發展步伐的加快，tn-c-s系統將具有更為廣闊的應用空間。

3 接地系統應用實例分析

我國的電氣接地技術規范中，僅僅指出了均勻土壤條件下接地網的接地電阻計算規則，但是從現實的情況來看，均勻土壤的要求很難達到。以我國廣大地區的土壤條件為例，土壤構成都具有復雜性。因此，在設計電氣接地系統時，設計人員需要充分分析接地層的土壤結構構成情況。當前，很多電氣接地系統在設計時，在土壤接地特性的分析上都是將其作為雙層土壤結構來進行分析的。在實際的電氣設備安裝與使用時，接地系統的設計主要是為了形成雷電感應、故障電流向大地傳輸的專有通道，保障電氣設備的可靠運行。如果在電氣系統的運行過程中受到了雷電威脅，電氣接地就能夠最大程度上實現對雷電流的處理，保護電氣設備、系統的可靠運行。在電氣接地系統安裝與使用中，相關的文件中有著明確的規定，有關人員只有嚴格按照規定來實施，才能夠保障接地連接的正確性。此外，接地保護時材料選擇也是重要的環節，不同的土壤條件下需使用不同的導體材料，以應對土壤電阻率的變化。

4 電氣自動化系統中的電氣接地與保護技術

4.1 直接接地

近年來，隨著技術的進步，電氣自動化的發展步伐加快，一些智能化技術與設備的應用使得智能化將成為電氣行業發展的主要趨勢。在一些電氣系統中，通信設備與自動化設備的同時存在使得電氣系統需要具有較高的接地保護設計。在整個電氣自動化系統的運行與使用過程中，相關人員尤其要加強對自動化電子設備運行狀態的監測，保障這些設備能夠具有較高的可靠性。電氣自動化系統中的接地保護設計時，設計人員需結合不同的能量需求，對電子設備中的相關數據實施精準分析與轉換。必要情況下可以適當放大模擬信號與邏輯信號，將微電流與微電位作為基礎平臺，根據所掌握的各種數據信息與信號等，來為輸入輸出信息、邏輯動作的控制提供可靠的依據。在一些電氣系統的接地保護設計上，也可以通過直接接地來實現接地保護，盡量將大截面絕緣狀態的銅芯作為接地引線，并在接地連接過程中，將電子設備的兩端分別實現直接接地與電位連接處理，使電子設備的電源、基準電位能夠維持在相對穩定的狀態下[4]。

4.2 工作接地

在電氣自動化系統中，工作接地同樣是一種重要的接地保護技術。在具體的應用中，此種接地方式主要是要在電氣系統設計、安裝過程中將變壓器中線作為直接的接地對象。在此種接地方式下，接線端子是保障工作接地成功率的重要因素，在實際的工作接地設計時，需在配電過程中將接線端子存儲于柜中，使工作接地更為可靠與安全。在這種情況下，接線端子不可與PE線連接，否則，極易出現接地故障。如果是高壓電氣系統，中線點接地能夠維持接地電壓更為安全、穩定的狀態，且在這種接地設計時零序電壓偏移情況更容易控制，能夠實現整個電氣系統中的電壓平衡調節[5]。

4.3 防雷接地

智能化設備在電氣系統中的應用使得要維持電氣系統的可靠運行，就必須做好防雷接地設計。由于設備的特殊性，必須使電氣系統具有較高的抗干擾、防雷擊能力。比如電子監控設備、報警系統等，都需要進行防雷接地設計。當前，在電氣自動化技術的快速發展過程中，要發揮智能化設備的優勢，相關設計人員需結合電氣系統的具體情況，做好防雷接地設計，安裝防雷接地系統，使電氣自動化系統的防雷接地設計能夠符合系統安全性的要求。在防雷設計安裝時，可以利用針帶組合來對接閃器實施必要的處理，將屋面金屬設備與網格連接，最大程度上降低雷電威脅。在電氣系統的外部防雷處理上，需對建筑物外墻面、樓層鋼筋等各種金屬設備實施接地處理。以某建筑工程為例，其防雷接地流程如圖1所示。

圖1 防雷接地流程

4.4 屏蔽與防靜電

在電氣系統的接地保護上，接地設備起著重要的抗干擾作用，尤其是電磁與靜電作用將會直接影響電氣自動化系統的可靠運行，而接地設備的應用有效降低了這種干擾。電氣自動化系統中，需保障接地設備外殼與PE線連接的正確性，通過PE線與屏蔽管線兩端位置的確定，在這些位置對屏蔽接地線加以連接處理。在相對干燥與潔凈的室內空間內，移動摩擦是造成靜電現象的直接原因，在電氣自動化系統中，相關的電氣設備需具有極強的抗靜電能力，通過接地設備的可靠連接來實現。

4.5 安全保護

電氣自動化系統的安全保護，主要是通過電氣設備中不含電金屬配件的連接作用來實現導電體與地體的連接的。當前，隨著人們生活質量的提升，在電氣自動化系統的應用中，人們對安全保護接地提出了更高的要求，在強弱電設備、不帶電設備中，安全接地保護的實現能夠有效減少設備運行的安全隱患。因此，相關設計人員需結合系統的實際情況，做好相應的安全保護接地設計，實現安全管理與控制。安全接地保護中，接地電阻大小決定著壓降值的大小，在設計過程中，利用接地電阻的控制能夠將壓降值維持在相對安全的范圍內，保障電氣自動化系統功能的實現。

5 結束語

近年來，我國電氣行業逐步朝著自動化、智能化的方向邁進，電氣自動化系統逐步在生產生活領域得到了廣泛的應用。為保障電氣自動化系統的可靠運行，相關人員需做好電氣接地保護設計，最大程度上實現雷電威脅控制，發揮電氣自動化系統的功能與性能優勢。