石油化工生产装置低压系统接线及接地型式

任佩佳，邵文平，姜 旭，董柏屹

(中国寰球工程公司 辽宁分公司，辽宁 抚顺 113006 )

石油化工生产装置低压系统接线及接地型式

任佩佳，邵文平，姜 旭，董柏屹

(中国寰球工程公司 辽宁分公司，辽宁 抚顺 113006 )

简述低压系统接地的型式，介绍了石油化工生产装置低压系统的接线方式，根据用电负荷特点及工程实际绘制了石油化工生产装置低压系统接线图，探讨关于低压系统三极、四极断路器选择的问题，结合实际分别阐述电动机配电电缆芯数选择问题及变压器中性点工作接地线截面的确定。

低压系统接地；低压系统接线；配电电缆芯数；断路器

石油化工生产装置的供配电有用电负荷等级高、爆炸危险环境的特点。在国家标准及行业标准的有关设计规范中，对石化生产装置低压配电系统，接地型式有了较明确的规定，如：爆炸危险环境电力装置设计规范中规定：“5.5.1当爆炸性危险环境电力系统接地设计时，1000 V交流/1 500 V直流以下的电源系统的接地应符合下列规定[1]:(1) 爆炸性环境中的 TN系统应采用TN-S型；(2) 危险区中的TT型电源系统应采用剩余电流动作的保护电器；(3) 爆炸性环境中的IT型电源系统应设置绝缘检查装置。”[2]，石油化工企业生产装置电力设计技术规范中规定[3]：“3.3.7石油化工生产装置0.38/0.22 kV配电系统的接地形式应采用TN-S。” 那么，低压系统接地型式有哪些？石化生产装置低压系统如何设计接线? 本文结合作者自身工作经验及在工程设计中的具体做法呈献读者，希望能对同行们有所帮助和启示。

1 低压系统接地的型式

低压系统接地的型式可分为TN、TT、IT等3种。

1.1 TT系统

电源系统直接接地，配电线路的外露可导电部分通过PE线接到独立的装置接地极上[4]。详见图1[5]。

1.2 IT系统

系统内所有带电导体均应与地绝缘，或中性点通过阻抗接地。电气装置的外露可导电部分通过PE线单独地或集中地接地[6]。详见图2。

图1 全部装置都采用分开的中性导体和保护导体的TT系统Fig.1 TT system where all devices are grounded with individual neutral conductor and protective conductor

图2 将所有的外露可导电部分采用PE相连后集中接地的IT系统Fig.2 IT system where all the exposed conductive parts are connected to PE then centralized grounded

1.3 TN系统

TN系统包括单电源系统和多电源系统两种。

单电源系统：电力系统的电源有一处直接接地，电气装置的外露可导电部分通过PE线与此处连接[7]。按N和PE的配置，TN系统可分为下列类型：

1.3.1 TN-S系统

整个系统应全部采用单独的PE，装置的PE也可另外增设接地。详见图3。

图3 全系统将N与PE分开的TN-S系统Fig.3 TN - S system where N is separated from PE in all system

1.3.2 TN-C系统

在全系统中，N线和PE线应是合起来的。装置的PEN也可另外增设接地。详见图4。

图4 全系统采用将N的功能和PE的功能合并于一根导体的TN-C系统Fig.4 TN-C system where N and PE are merged in one conductor in all system

1.3.3 TN-S-C系统

系统中的一部分，N的功能和PE的功能应合并在一根导体中。详见图5。

TN-S-C多电源系统：应避免工作电流流过不期望的路径。并应满足下列要求：

①变压器的中性点或发电机的星形点不应在直接对地连接[8]；

②不得将变压器的中性点或发电机的星形点与用电设备连接[9]，且其之间相互连接的导体应绝缘[10]；

图5 在装置非受电点的某处将PEN分离成PE和N的3相4线制的TN-C-S系统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在总配电柜内的PE线与电源中性点通过一点相连[11,12]。

④额外设置接地作为装置的PE。详见图6。

图6 对用电设备采用单独的PE和N的多电源TN-C-S系统Fig.6 TN-C-S system where the device powered by multi-power supply adopt separated PE and N

2 石油化工生产装置低压系统接线

2.1 用电负荷等级划分

石油化工生产装置属于连续性生产装置，物料及产品为易燃易爆介质，中断供电将在经济上造成较大损失，且需要较长时间才能恢复正常生产。当中断部分用电负荷供电时，可能造成重大设备损坏、发生中毒、造成人员伤亡、爆炸和火灾事故。根据供配电系统设计规范中对负荷分级的规定，石油化工生产装置用电负荷应确定为一级负荷。

2.2 对电源和供配电系统要求

应由双重电源供电，当其中一电源线路发生故障时，另一电源线路不应同时受到损坏。配电变压器低压侧为单母线分段接线，正常运行时两段母线分列运行，母联断路器设备用电源自动投入装置(ATS)； 当其中一台变压器 （或一回路线路）故障时，另一台变压器（或一回路线路）能为供电范围内的全部负荷供电。配电接地系统形式：应采用TN-S。

2.3 配电变压器选择

选用2台配电变压器组成一个低压配电系统，一个生产装置可有多个低压配电系统，变压器负载率为40%～50%。为了抑制各类非线性用电设备所产生的谐波，选用D，yn11 结线组别的三相配电变压器。

2.4 低压系统设计接线

接线图符合TN-S-C多电源系统要求、具体要求如下：

①变压器的中性点处不接地；

②变压器低压侧与中性点通过封闭母线连接到低压开关柜；

③PE线与电源中性点通过一点相连，此接点是在低压配电柜内[13]。

④PE母线至接地极采用独芯电缆连接。

⑤PE母线至生产装置接地网采用独芯电缆连接。

⑥配电至二级配电所及配电箱电缆采用5芯电缆。

⑦配电至生产装置电动机电缆采用3芯电缆。

⑧一级变电所内进线、母联断路器采用三极。二级变电所的进线断路器采用三极，断路器采用四极。

⑨双电源单母线不分段的二级配电所进线开关选择四极互投开关。

3 关于低压系统三极、四极断路器选择问题

近年来，石化行业电气专业对采用三极或四极断路器有较多的研究和探讨，有的项目将低压进线断路器、母联断路器等均设计成四极断路器，虽然不一定造成技术错误，但并不准确并造成投资浪费。

低压配电设计规范[14]“3.1.16 在电路中需防止电流流经不期望的路径时，可选用具有断开中性极的开关电器。” ，该条款在条文说明中有进一步的解释并用一个错误的图和一个正确的图进行了说明。由此，应用于石油化工装置低压配电系统，低压进线、母联均采用三极断路器，二级配电所的进线采用三极断路器，母联采用四极断路器即可满足要求，没有必要进线母联全部采用四极断路器。

配出回路是采用三极或四极断路器呢？爆炸危险环境电力装置设计规范“4.4.2 爆炸性环境线路的保护应符合下列规定：在1区内单相网路中的相线及中性线均应设短路保护，并采取适当开关同时断开相线和中性线。”由此可知，一些工程将配出回路、防爆照明配电箱中的配出断路器均选用四极断路器是不准确的。实际上，石油化工生产装置的防爆区域基本上为2区，选用四极断路器造成一定浪费，应针对不同的防爆区域选择三极或四极断路器才是正确的。

4 电动机配电电缆芯数选择问题

在为石油化工生产装置电动机配电电缆芯数的问题上是经过多次反复的，20世纪80-90年代为电动机配电是采用三芯电缆的，但没有可靠接地依据。2000年左右，设计规范明确规定了石油化工生产装置低压系统接地形式为 TN-S，一些工程均采用了四芯电缆为电动机配电，由于四芯电缆增加了工程造价，也没有太大的必要，后改为由独芯电缆作为PE线从变电所引至生产装置区设置的多个等电位连接箱，再由等电位连接箱分别引至电动机接地端子的方案。目前，为电动机配电又进一步简化为采用三芯电缆的方案。那么，采用三芯电缆为电动机配电是否满足低压系统接地形式为 TN-S的要求呢？现在采用的三芯电缆为电动机配电的方案与原来的有什么不同呢？详见图7。

在图7中，变电所与生产装置较远，变电所与装置区接地系统是相互独立的，如果采用三芯电缆为电动机配电，那么，该接地为 TT系统；即便变电所与生产装置通过接地线是相连的，由于接地线阻抗较大，也没有设置有专用的PE线，该接地仍为 TT系统。因此，采用三芯电缆为电动机配电不采取任何措施，该接地为 TT系统，不能满足规范要求的 TN-S。如果采用三芯电缆为电动机配电，变电所与生产装置接地网采用一根或多根独芯电缆相连，该独芯电缆作为专用PE线，如图7所示，该接地即为TN-S系统了，这样即避免为电动机配电全部四芯电缆造成投资浪费，又符合设计规范要求。

5 变压器中性点工作接地线截面的确定

变压器中性点工作接地线一般采用单芯铜电缆，其截面是按最大单相短路电流作用时间产生的热效应满足热稳定条件选择的。

以1 600 kVA D，yn11 8% 10/0.4 kV变压器为例，单相接地电流为26.63 kA, 进线断路三相短路保护兼做单相接地保护，动作时限为 0.8 s，采用单芯铜电缆作为变压器中性点工作接地线，其热稳定允许的最小截面：

由此，选择1×185 mm2电缆即可满足要求。一般情况下，根据变压器容量，按表1选择变压器中性点工作接地线即可满足要求。

表1 10/0.4 kV变压器中性点接地电缆规格选择表Table 1 Specification of neutral grounding cable used for transformer of 10/0.4 kV

6 结 论

本文重点介绍了低压系统接地的型式，对石油化工生产装置低压系统设计中常见问题和错误进行了详细的剖析和论证，澄清了一些易于混淆的问题。并根据用电负荷特点、有关设计规范及石油化工生产装置低压系统接线图，为规范石油化工生产装置低压配电系统的设计提供重要借鉴。

［1］ GB 50058-2014. 爆炸危险环境电力装置设计规范[S]. 北京：中国计划出版社, 2014: 27.

［2］ 郭亚娟. 爆炸危险性气体环境内的电气设计[J]. 广东化工, 2015, 42(15): 164-196.

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［7］ 陶云飞. TN接地系统杂散电流的分析[J]. 智能建筑电气技术, 2015, 9(6): 66-69.

［8］ 陶云飞. 工业厂房接地系统做法分析[J]. 智能建筑电气技术, 2014, 8(2): 3-7.

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［10］ 钱澄清, 张先玉. 论建筑电气设计规范异同[J]. 智能建筑电气技术, 2015, 9(2): 3-9.

［11］ 刘志勇. 如何规避剧场变配电系统接地中的杂散电流[J]. 科技传播, 2016, 2: 36-39.

［12］ 刘志勇. 如何规避剧场变配电系统接地中的杂散电流[J]. 演艺科技, 2016, 2: 36-39.

［13］ 郭东, 陈昊琳. 民用建筑多电源TN系统“一点接地”应用探讨[J]. 建筑电气, 2014, 9(4): 13-17.

［14］ GB 50054-2011. 低压配电设计规范[S]. 北京：中国计划出版社, 2011: 8.

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，辽宁抚顺人，工程师，硕士，2014年毕业于辽宁石油化工大学控制工程专业，主要从事电气自动化专业设计。E-m ail：renpeijia@hqcec.com，Tel: 024-57593659。