摘要：為了保證CNG加氣站的安全運行，本文就加氣站中的安全防護措施中的重要環(huán)節(jié)——安全接地，即防電擊接地、防雷接地和防靜電接地技術進行了詳盡的論述。在借鑒其它危險環(huán)境條件下的安全接地技術的基礎上，結(jié)合作者多年來的實踐經(jīng)驗，提出了一些有價值的見解，以及在對加氣站設備實施安全接地時值得注意的事項，可供從事CNG加氣站的工程建設和運營的工作人員參考。

　　關鍵詞：CNG加氣站安全接地

　　一、概述

　　眾所周知，CNG加氣站屬于爆炸危險場所。加氣站中所采用的大量電氣元器件不但要選用防爆產(chǎn)品，而且還應采取一系列的防爆措施，其中，電氣設備的安全接地則是極其重要的一項。加氣站既有動力裝置、自動控制系統(tǒng)，還有遠程通訊系統(tǒng)，因此加氣站的安全接地，既要防電擊保證人身和設備的安全，也要抗干擾保證自動控制和通訊系統(tǒng)的正常工作。主要應包含三方面的內(nèi)容，防電擊接地、防雷接地和防靜電接地。

　　二、防電擊保護接地

　　CNG加氣站里含有許多大容量的電力設備，如供電變壓器、高低壓配電柜、電機啟動器、壓縮機防爆電機、帶電加熱器的可再生脫水干燥器以及售氣機等。在這樣一個爆炸危險場所，可靠的防電擊保護接地就顯得非常重要。既包括人身安全，也包括設備的運行安全。因為這些設備，基本都屬于1類設備，即設備的防觸電保護不僅靠基本絕緣，還需將能觸及的可導電部分與設施固定布線中的保護（接地）線相連接。這樣，一旦基本絕緣失效，由于能觸及的可導電部分已與接地線連接，因而操作人員的安全就有了保證。

　　1.防電擊保護的重要環(huán)節(jié)是安全接地

　　CNG加氣站無論在正常運行時，還是在故障情況下，其中的電氣設備和電氣裝置的易觸及的可導電部分（如外殼、底座、線管等）均應是無危險的。因此，為防止危險的電擊，應當使危險的帶電部分不會被有意或無意觸及，或者將帶電部分的電壓值或接觸電流值限制到?jīng)]有危險的程度。為達此目的，除了正常的絕緣和外殼等直接接觸防護措施外，兩種主要的間接接觸防護措施，即自動切斷供電的防護和等電位連接（主等電位聯(lián)接及附加等電位聯(lián)接），其關鍵環(huán)節(jié)還是可靠的安全接地。

　　2.防電擊保護接地的基本類型

　　⑴配電系統(tǒng)的接地型式

　　配電系統(tǒng)的接地型式主要有TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)三種。

　　①TN系統(tǒng)，即保護導體和中性導體分離接地系統(tǒng)。該接地系統(tǒng)的電源系統(tǒng)有一點（如保護導體、中性點或一相線）直接接地，設備外露可導電部分通過保護導體于該點連接。按照保護導體（PE導體）和中性導體（N導體）的組合情況，TN系統(tǒng)又可分為TN－S系統(tǒng)、TN－C－S系統(tǒng)和TN－C系統(tǒng)三種。在CNG加氣站常用的是中性點接地的TN－S系統(tǒng)。其中的設備可以是帶有中性導體，也可是不帶中性導體的。如下圖所示：

　　由于保護中性導體（PEN導體）的絕緣很難在全線盡善盡美，在三相負載不平衡而帶電時，有可能同大地之間產(chǎn)生電弧或火花，所以TN—C系統(tǒng)不能用在CNG加氣站。

　　②TT系統(tǒng)，即電源系統(tǒng)接地，保護導體就近接地系統(tǒng)。該接地系統(tǒng)的電源系統(tǒng)有一個直接接地點（如中性點或一相線），電氣裝置的外露可導電部分接至在電氣上與電源系統(tǒng)接地點無關的獨立的接地極上。這種接地系統(tǒng)也常用在CNG加氣站上

　　。

　　③IT系統(tǒng)，該接地系統(tǒng)的電源系統(tǒng)，可接地點不接地或通過阻抗（電阻器或阻抗器）接地，電氣裝置的外露可導電部分單獨直接接地。由于IT系統(tǒng)允許在單一故障條件下持續(xù)運行，而故障條件下變?yōu)閹щ姷牟糠峙c大地之間可能產(chǎn)生的電弧和火花是電氣火災和爆炸的危險隱患，因此這種接地方式不宜用在CNG加氣站上。

　　⑵自動切斷供電的防護接地

　　自動切斷供電的基本方法，是在保護裝置中為故障電流設置一個包括裝置中的保護導體和設備的保護聯(lián)接在內(nèi)的返回路；配置一個可以在故障情況下按規(guī)定時間切斷供電的保護電器。其接地要求具體講：

　　①TN系統(tǒng)的接地

　　外露可導電部分都必須通過保護導體與電力系統(tǒng)的接地點連接。為了降低接地電阻值，保證在故障情況下的保護導體上的電位盡可能的接近地電位，如果存在其它有效接地體，應當將保護導體與其連接，同時應增加附加接地點并應均勻分布。

　　②TT系統(tǒng)的接地

　　在TT系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)的可接地點（通常為中性點）直接接地；外露可導電部分通過保護導體單個地、成組地或集中地接到獨立于電力系統(tǒng)接地極的一個或多個接地極上。系統(tǒng)中同時可觸及的外露可導電部分必須接到同一個接地極上，目的是降低故障條件下的同時可觸及的外露可導電部分之間的接觸電壓值。

　　⑶主等電位聯(lián)結(jié)和附加等電位聯(lián)結(jié)

　　主等電位聯(lián)結(jié)和附加等電位聯(lián)結(jié)，是引入我國的一項電擊防護新技術，主要用于自動切斷供電的防護措施。

　　①主等電位聯(lián)結(jié)

　　主等電位聯(lián)結(jié)就是用保護導體（或稱主等電位聯(lián)結(jié)導體）將系統(tǒng)中的主保護導體、主接地導體及電氣裝置以外的外部可導電部分（如主金屬水管、主金屬構架、基礎內(nèi)的鋼筋等）全部在電氣上連接在一起，形成一個等電位區(qū)域。

　　主等電位聯(lián)結(jié)的主要作用是使處于等電位聯(lián)結(jié)影響區(qū)域內(nèi)的預期接觸電壓明顯降低。當實行傳統(tǒng)的自動切斷供電的防護措施，又難以滿足對保護電器總切斷時間所提要求時，往往采用外露可導電部分多點均勻接地的措施，這樣可以減小預期電壓值，從而降低對保護電器總切斷時間的要求。然而重復接地使預期接觸電壓降低的效果遠不如主等電位聯(lián)結(jié)。計算說明，實行了主等電位聯(lián)結(jié)后，其預期接觸電壓值僅有重復接地，和既無重復接地又無主等電位聯(lián)結(jié)時的0.093和0.067倍，預期接觸電壓下降的效果十分顯著。

　　②附加等電位聯(lián)結(jié)

　　附加等電位聯(lián)結(jié)，是TN、TT、IT系統(tǒng)電擊防護措施的補充。如前所述，上述系統(tǒng)各有其保護條件，如果系統(tǒng)的保護條件不易滿足，可以采用附加等電位聯(lián)結(jié)，以達到降低同時可觸及的外露可導電部分之間，或外露可導電部分與外部可導電部分之間可能出現(xiàn)的較高的電位差。這是一種局部等電位聯(lián)結(jié)。主要做法就是用保護導體（或稱附加等電位聯(lián)結(jié)導體）將同時可觸及的外露可導電部分，例如設備的框架、外罩、外露電纜鎧裝層等，如果可能，還包括鋼筋混凝土中的主鋼筋在內(nèi)的外部可導電部分在電氣上聯(lián)結(jié)在一起。

　　3.接地配置和保護導體

　　⑴接地配置的安全要求和功能要求

　　從自動切斷供電的電擊防護措施上講，不管電氣裝置和系統(tǒng)采用何種形式的接地系統(tǒng)，都要求電氣裝置內(nèi)的外露可導電部分通過保護導體與大地實行有效的電氣連接，以便在故障條件下形成故障電流回路，為保護電器提供用于自動切斷的直接或間接的動作電流。

　　為了實現(xiàn)外露可導電部分的安全接地，例如防電擊保護，要按照安全要求對它的接地配置有所規(guī)定；為了滿足設備或系統(tǒng)的功能要求，例如工作接地等，則應從抗干擾等方面對接地配置提出技術要求。

　　⑵安全接地和功能接地既可合一也可分開

　　傳統(tǒng)的分開接地方式，是為了避免通過接地環(huán)節(jié)引入相互干擾，但由于不同目的的接地系統(tǒng)的增加，使分散接地所帶來的不安全因素日益嚴重，接地導體之間潛在的耦合影響又難以避免，反而引起相互干擾。因此采用安全保護和功能接地配置合一的方式，逐漸被各專業(yè)裝置和設備所采用。

　　⑶接地導體

　　接地導體是一種較特殊的PE導體。它的一端與接地極相連接，另一端與總接地端子或母線排相連。接地導體與接地極之間的連結(jié)應牢固完好，防止遭受機械損傷和腐蝕，接地體應進行防腐處理，保證良好的電氣連續(xù)性；為防止電化學腐蝕，接地導體不得使用鋁材，不同金屬材料互連時亦應采用防電弧腐蝕措施。

　　⑷接地極

　　接地極是與大地緊密接觸并與之形成電氣連結(jié)的一個或一組可導電部件。電氣裝置對地連接的效果如何主要取決于接地極的結(jié)構設計和安裝。接地極可以采用如下型式：棒或管、帶或線、板或網(wǎng)、埋入基礎中的導電體、鋼筋混凝土中的鋼筋以及其它合適的地下金屬構件。

　　設計和埋設接地極時的其它注意事項：

　　①接地極埋設深度和結(jié)構型式應當考慮到不致因土壤的干燥、結(jié)冰等環(huán)境變化致使接地極電阻值超過規(guī)定。如果條件許可，接地極必須埋設在土壤的永久潮濕層。

　　②應根據(jù)預計通過接地極的電流大小和持續(xù)時間，土壤的類型、溫度、含水量等因素，采取措施以防止接地極附近區(qū)域土壤的干燥。

　　③接地極安裝處的電阻率應在安裝前測定，在以后的運行中還應定期測量。

　　④當土壤電阻率較高、接地極功效不易實現(xiàn)時，可采用普通食鹽和硫酸鎂等化學物質(zhì)進行處理，使土壤電阻率降低15%至90%。

　　⑸接地電阻

　　不管從保護目的還是功能目的出發(fā)，電氣裝置的對地連接的接地電阻應當是越小越好。然而從經(jīng)濟上講這種要求是不合理的。對地連接的接地電阻值可以認為主要取決于接地極的散流電阻。在接地環(huán)境條件已確定的條件下，為了降低接地極的散流電阻，必須增大接地極與土壤的接觸面積，即盡可能的增大接地極的結(jié)構尺寸，這在經(jīng)濟上是不合理的，在技術上也是不必要的。因此應當根據(jù)電氣裝置的具體特點，對接地電阻值提出合理的最低限制。

　　GBJ65—83《工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范》對接地電阻值提出了具體要求。它規(guī)定：

　　并列運行的變壓器等電力設備總?cè)萘坎怀�過100KVA時，接地電阻值不宜超過10Ω。

　　對低壓電力設備接地裝置的接地電阻，不宜超過4Ω。

　　低壓線路零線（中性線）每一重復接地裝置的接地電阻不應大于10Ω。

　　在電力設備接地裝置的接地電阻允許達到10Ω的電力網(wǎng)中，每一重復接地裝置的接地電阻不超過30Ω，但重復接地不應少于3處。

　　參考以上情況，CNG加氣站的防電擊保護接地的接地電阻也不宜超過10Ω。

　　4.加氣站防電擊保護接地的具體要求

　　通常屬于爆炸危險場所2區(qū)的CNG加氣站，其防電擊保護接地裝置，除了要符合以上所述的一般規(guī)定外，還需滿足以下具體要求。（為了方便交流，以下術語盡可能采用工程中常用的一些俗稱）。

　　⑴電氣設備的接地連接

　　電氣設備的金屬外殼應與接地系統(tǒng)可靠連接，電氣設備的內(nèi)接地端子，應該與專門的接地線連接。如果設備安裝在接地的金屬構架上，或者導管配線的金屬管接地良好，可以作為外接地。有些文獻特別指出，“不能利用輸送可燃性氣體或液體的管道作為接地線。”但在CNG加氣站上，所有設備都是用天然氣管道聯(lián)結(jié)起來的，為了保持等電位，接地網(wǎng)和接地干線就必須和地下天然氣管道相連接。

　　若接地線與相線敷設在同一保護管內(nèi)時，應具有與相線相等的絕緣。此時的金屬管線，電纜的金屬包皮等，只能作為輔助接地線。

　　站內(nèi)的照明燈具，可利用有可靠電氣連接的金屬管線系統(tǒng)作為接地線，但不得利用輸送天然氣的管道。

　　接地干線應在危險區(qū)域不同的方向不少于兩處與接地體連接。

　　⑵接零保護應符合下列規(guī)定

　　①架空線路終端、總配電柜及區(qū)域配電箱與電源變壓器的距離超過50m以上時，其保護零線（PE保護線）應作重復接地，接地點阻值不大于10Ω。

　　②進入加氣站的電源線應該是零線（N中性線）和地線（PE保護線）分開設置，即3相5線制。如果是3相4線制時，則應在安全區(qū)域轉(zhuǎn)化為3相5線制。

　　③零線和相線的材質(zhì)應相同，零線的最小截面積應符合有關規(guī)定。

　　④電氣設備的地線或零線應并聯(lián)接地，嚴禁串聯(lián)接地或者地接零。零線上嚴禁裝設開關或者融斷器。

　　⑤地線或零線應采用焊接、壓接、螺栓連接或其它可靠的方法連接。嚴禁纏繞或鉤掛。

　　⑶其它場合可以不接地的電氣部分

　　有關電力設備接地設計技術規(guī)程規(guī)定不需要接地的下列部分，在加氣站這個爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)仍應進行接地。

　　①在不良導電地面處，交流額定電壓為380V及以下的電氣設備，如變壓器、低壓配電柜、電機啟動器等正常不帶電的金屬外殼；

　　②在干燥環(huán)境，交流額定電壓為127V及以下的電氣設備，如控制變壓器（有時電壓為120V）、售氣機等正常不帶電的金屬外殼；

　　③安裝在已接地的金屬結(jié)構上的電氣設備，如橇裝式壓縮機站。

　　⑸電氣元器件的可靠接地

　　根據(jù)國外的經(jīng)驗，壓縮機站的防爆控制箱內(nèi)的一些關鍵元器件的接地，不得接在金屬外殼上，而必須用導線直接接在接地干線上，即所謂的“可靠接地”。

　　三、防雷接地

　　CNG加氣站一般情況下屬于爆炸危險場所2區(qū)，所以也應屬于第二類防雷建筑物，其防雷措施主要有以下方面。

　　⒈防直擊雷

　　⑴宜采用裝在加氣站建筑物上的避雷網(wǎng)（帶）或避雷針或由混合組成的接閃器，網(wǎng)格應不大于10×10m或12×8m.。

　　⑵對排放天然氣的放散管、呼吸閥、排風管等管道,其管口外面的以下空間應處于接閃器的保護范圍內(nèi)：有管帽時，管帽以上的垂直高度2.5m；無管帽時，為管口上方半徑5m的半球體。接閃器與雷閃的接觸點應設在上述空間之外。

　　⑶引下線不應少于2根并應沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應大于18m.

　　⑷每根引下線的沖擊接地電阻不應大于10Ω。防直擊雷接地宜和防雷電感應、電氣設備接地共用一接地裝置，并宜于埋地金屬管道相連。

　　⑸當加氣站周圍有一些高大建筑物，相比之下加氣站的位置又比較低時，也可不設置防直擊雷裝置。

　　⒉防雷電感應

　　⑴加氣站內(nèi)的設備、管道、構架等主要金屬物，已就近接至防直擊雷接地裝置或電氣設備的保護接地裝置上時，可不另設防雷電感應接地裝置。

　　⑵平行敷設的管道，構架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于100mm時，應每隔不大于30m用金屬線跨接；交叉凈距小於100mm時，其交叉處亦應跨接。但長金屬物連接處可不跨接。

　　⑶屋內(nèi)防雷電感應的接地線與接地裝置干線連接，不應少于兩處。

　　⑷防雷電感應的接地裝置，其工頻接地電阻不應大于10Ω，并應和設備接地裝置公用。

　　⒊防止雷電波侵入

　　⑴當?shù)蛪壕�路全長采用埋地電纜或敷設在架空金屬線槽內(nèi)的電纜引入時，在入戶端應將電纜的金屬外皮、金屬線槽接地，上述金屬物尚應與防雷接地裝置相連。

　　⑵架空和直接埋地的金屬管道，在進出建筑物處，應就近與防雷接地裝置相連。

　　四、防靜電接地

　　⒈防止靜電危害的一般措施

　　CNG加氣站中的防靜電措施，應通過設計、工藝、設備和電器等專業(yè)一起，綜合考慮。主要注意以下方面：

　　⑴生產(chǎn)過程中盡量少產(chǎn)生靜電荷，如加氣站的地面采用不會產(chǎn)生火花的水泥面。

　　⑵泄漏和導走靜電荷，如設置防靜電接地。

　　⑶屏蔽帶靜電的物體，如部分電器和所有電纜全部采用金屬護套或鋼管。

　　⑷使物體內(nèi)外表面光滑和無棱角，如壓縮天然氣流動的鋼管內(nèi)部和接頭部位要保持光滑，變徑部分無凸臺。

　　⒉加氣站靜電接地的范圍

　　在爆炸危險場所內(nèi)，應采取工業(yè)靜電接地措施的主要是指，可能產(chǎn)生靜電危害的物體，或因其帶靜電會妨礙生產(chǎn)操作，影響產(chǎn)品質(zhì)量或使人體受到靜電電擊的設施，以及可能因靜電使設備元器件損壞的情況。

　　依據(jù)這個原則，加氣站的下列設備都應采取防靜電措施：

　　⑴售氣機附近的汽車加氣點應設置靜電接地拴；

　　⑵儲氣罐、儲氣瓶組應設置靜電接地；

　　⑶售氣機和加氣槍應設置靜電接地（加氣槍應通過可導電的加氣軟管和售氣機相連接）；

　　⑷橇裝式壓縮機機站里的回收罐、壓縮機、電機、控制系統(tǒng)以及外部金屬保護罩應設置接地裝置；

　　⑸脫水干燥器和脫硫塔等設備中的壓力容器、電機、風機和冷卻器等都應接地。

　　⑹在天然氣管道的始端、終端、分支處應分別接地。

　　⑺所有電纜要通過金屬護套或穿線鋼管接地。

　　⒊設備和管網(wǎng)系統(tǒng)的靜電接地

　　⑴固定設備

　　如上所述，加氣站中的固定設備，其金屬體應與靜電接地干線相連接。接地連接端頭可設置在設備的側(cè)面上或設置在與設備連成整體的金屬支座的側(cè)面或端部位置。

　　浮動式金屬罐（如高大的脫硫塔）頂無防雷接地時，應將罐頂用繞性連接線與罐體連接，連接點不少于2處。

　　一般情況下，一個設備上只能有一個接地點，以免多個接地點之間產(chǎn)生有害的電位差。

　　⑵管網(wǎng)系統(tǒng)

　　站區(qū)中各個相對獨立的建（構）筑物，如凈化區(qū)（脫硫和脫水）、壓縮機房、儲氣瓶庫、配電控制室以及加氣島內(nèi)的管道，可通過與工藝設備金屬外殼的連接（法蘭連接）進行靜電接地。管網(wǎng)內(nèi)的泵、空壓機、過濾器、緩沖器、回收罐等處應設接地連接點。

　　管網(wǎng)在進出不同爆炸危險區(qū)場所的邊界、管道分岔處；無分支管道，每隔80~100m的位置，應與接地干線或與專設接地體相連。

　　燃氣管道的法蘭接頭、膠管兩端（裝卸接頭、加氣槍等與金屬管道）間應采用端面不小于6mm2的絞銅線跨接。

　　⑶靜電接地電阻

　　加氣站內(nèi)的防靜電接地設計，按國家現(xiàn)行標準《化工企業(yè)靜電接地設計規(guī)范》（HGJ28）執(zhí)行，靜電接地體的接地電阻值一般不應大于10Ω；有些進口橇裝式壓縮機站的靜電接地電阻值要求更高，必須等于或小于1Ω。

　　接地網(wǎng)建成后正式使用前必須測量其接地電阻值，是否符合設計要求，否則應及時采取補救措施。測量時應注意其測量輔助電極埋設在3—5倍地網(wǎng)等效直徑的地方。否則，測量不準確。投產(chǎn)后可再次測出其相對值，以便作為日常維護的比較標準。正常工作中若出現(xiàn)接地電阻值增大的情況時，多是由于土壤電阻率的變化所致，可采用澆水或者加入普通食鹽的辦法進行處理，即可湊效。

　　4.靜電接地的連接工藝要求

　　①接地連接系統(tǒng)的各個固定連接處，應采用焊接或螺栓緊固連接，埋地部分應采用焊接。

　　②在設備、管道的接地端頭與接地支線之間，一般可用螺栓緊固連接，不宜采用焊接固定；對有振動、位移的物體，連接處應加繞性連接線過渡。

　　③對移動設備及工具等，應采用電池夾頭、鱷式夾鉗、專用連接夾頭或蝶形螺帽等連接器具與接地支線（干線）相連接，不應采用接地線與被接地體相纏繞等方法進行連接。

　　五、聯(lián)合接地方式

　　從上述的介紹可以看出，過去為避免接地引入干擾影響，一般均采用分開接地，但隨著技術的發(fā)展，接地系統(tǒng)增多，分開接地方式所帶來的不安全因素日趨嚴重，地線之間潛在的藕合影響又難以避免，反而引起干擾，聯(lián)合接地方式使整個接地系統(tǒng)形成一個籠式均壓體（等電位聯(lián)結(jié)體），具有等電位連接的電擊防護作用，能夠可靠的保證設備安全運行。所以現(xiàn)在的接地方式已從過去的分開接地方式，轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎帽Ｗo接地和功能接地公用一組接地體的聯(lián)合接地方式。

　　下面是一個比較典型的CNG加氣站的接地系統(tǒng)示意圖。

　　1.該聯(lián)合接地網(wǎng)并未考慮防雷擊接地，因為該加氣站位置較低，周圍的高大建筑上安有防雷直擊裝置。

　　2.站區(qū)接地系統(tǒng)如圖所示，共設接地極26根，接地系統(tǒng)布置呈環(huán)狀。為了滿足壓縮機站防靜電接地電阻值的要求，只能取三種接地方式中要求最低的值，所以聯(lián)合接地網(wǎng)的工頻接地電阻值必須不大于1Ω。

　　3.接地系統(tǒng)的鍍鋅角鋼接地極和鍍鋅扁鋼接地線均為埋地暗敷，僅有各個連接點伸出地面；鍍鋅扁鋼接地線的規(guī)格為—40×4；鍍鋅角鋼接地極的規(guī)格為∟50×50×5，L=2.5米。接地連接點伸出地面0.3米。

　　4.為了連接可靠，接地連接點采取搪錫措施處理，搪錫之前先在連接體上鉆兩個孔，然后將需要搪錫的連接面（四個面）刨光后立即搪錫以防止刨光面氧化。

　　5加氣棚上方的不銹鋼網(wǎng)架需用四根接地線沿支撐立柱表面引下，與接地系統(tǒng)相連接地，引下線為25×4的鍍鋅扁鋼。

　　6.壓縮機站上方的金屬屋架及屋面需用25×4的鍍鋅扁鋼將其跨結(jié)成一個整體并引下接地，其引下線在靠配電控制室一側(cè)端頭的屋架南北兩個端點上，共兩根。.

　　通過多座加氣站的運行實踐證明，聯(lián)合接地方式簡單高效、安全可靠，很值得在CNG加氣站的工程建設中進一步推廣應用。

　　參考文獻：

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