鉆機電氣接地問題探討

曲 健

(勝利黃河鉆井總公司，山東 東營 257064)

1 安全接地的重要意義

安全接地是保證井隊職工人身安全和設備安全運轉(zhuǎn)的生命線，是消除井場安全隱患的有效手段，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:預防觸電、抑制電磁干擾、消除靜電、預防雷電和保障電力系統(tǒng)正常運行。一個良好的接地體系能為安全生產(chǎn)帶來很多好處，能達到許多意想不到的效果。

2 電力保護接地

2.1 一對一保護接地法的理論分析

井場施工用電設備大多露天工作，條件惡劣，其中大負荷動力設備較多。在線路老化、振動，環(huán)境潮濕等各種原因下容易發(fā)生漏電情況，所以我們必須做好電力保護接地工作，低壓系統(tǒng)接地可采用TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。目前我們鉆井井場低壓系統(tǒng)接地通常采用TN系統(tǒng)，即系統(tǒng)有一點直接接地，裝置的外露導線部分用保護線與該點連接。按照中性線與保護線的組合情況在用電設備外殼漏電的情況下通過外殼接地措施，可將設備外殼對低電位牽制在安全范圍以內(nèi)，有較好的保護作用。但在實際的井隊施工過程中，經(jīng)常是零線并沒有和設備外殼連接，而是直接把外殼直接接地，這樣實際就變成了TT系統(tǒng)。

電力保護接地根據(jù)串聯(lián)分壓原理，在設備外殼漏電后通過保護接地地線使之與大地電位接近，從而使大部分電壓落在大地電阻和導線電阻上，如果人站在地面觸及用電設備外殼，由于接地點距人的落腳點距離很近地阻較小，外殼與接地點之間有接地線連接，所以分擔的電壓很小不致形成危害生命的電壓。

圖1

圖1中A為外殼漏電設備，B為保護接地點，C為工作人員雙腳所處位置，設備漏電后由于地電阻的存在使A點電壓升高至接近電源電壓，B點與A點電壓相同，此時外殼漏電設備由A點至B點向遠處的零電位地泄電(當單相接地時，離接地點20m及以外視為零電位)，電位也逐步減小。由此可見，工作人員觸及外殼漏電設備后所承受的電壓主要取決于B、C間的電位差，由電阻串聯(lián)分壓原理可知B、C間電壓值(在地阻一定時)與它們之間的距離成正比。通常情況下，用電設備就近接地距離較短電壓很小，因而能取得良好保護效果。

在我們鉆井施工現(xiàn)場，大部分用電設備大多數(shù)是安裝在大型底座、循環(huán)罐面，鉆井平臺上的，根據(jù)圖1的接地保護原理分析，照搬使用顯然是不合邏輯的。下面舉例分析說明:

圖2是位于循環(huán)罐的某電器設備，雖然循環(huán)罐與用電設備一般是鐵質(zhì)螺栓固定連接，但通常這種連接視為不可靠導體連接，我們采取的接地方法是，用電設備A單獨接地在B處，循環(huán)罐罐體單獨接地于D處。在B、D接地良好的情況下，假設設備A因絕緣損壞使外殼帶電，A、B兩處電壓將升高至接近電源電壓，工作人員接觸用電設備外殼后，在循環(huán)罐的站位C處電位與罐體接地點D處相同，因而工作人員觸及用電設備A時所承擔的電壓，即為B、D兩點的電位之差，由于在不同的接地點之間產(chǎn)生了危險電壓而發(fā)生觸電事故，所以從上圖情況來看，如果接地方法不當，即使采取了保護接地措施也不能避免觸電事故發(fā)生。

圖2

井場電器設備已三相動力為居多，而且大多集中于循環(huán)罐、儲備罐、鉆井平臺上。我們通常是將各個配電箱、電動機外殼及罐體本身單獨接地，工作人員觸及設備外殼時的站位并不在地面，而在設備的載體上，這一點是我們應該注意的。所以我們在實施電力保護接地時，保護原則應該是減小用電設備外殼與工作站位載體之間的電阻，在發(fā)生漏電時使設備外殼與站位載體間電位相等，這樣才能有效避免觸電事故發(fā)生。

上述保護接地方法不當?shù)那闆r是在鉆井施工現(xiàn)場普遍存在的問題，但是并沒有被多數(shù)人所重視，甚至有人認為只有做到每個用電設備都有單獨的接地極才是標準的，至于在什么地方入地并不重視。從接地保護機理原理分析圖2的接地錯誤原因，主要是電器設備及相關(guān)載體之間沒有做到等電位接地造成的。

2.2 一對一保護接地施工中存在的困難

從目前井隊的施工環(huán)境來看，采用一對一接地法，所有用電設備加之配電防暴控制箱整個井場大約要用近二百根地線，按要求每根地線打入地面以下兩米多深，接地工作難度很大，對于淺井井隊影響搬家施工進度。另外按照國家的GB14050-2008規(guī)定TT系統(tǒng)要和漏電保護器配合才能達到有效地保護水平。在實際接地工作中，應該從施工環(huán)境、經(jīng)費、持久效益方面綜合考慮。使接地工程既起到有效保護效果同時從各方面取得綜合效益。

2.3 接地電阻值難以保證且影響到安全防爆

接地電阻與接地環(huán)境土壤電阻率有直接的關(guān)系，土壤電阻率受其所含的水分，酸堿度影響較大，從目前井隊普遍使用的鐵質(zhì)地線來看，在山地高電阻率地區(qū)難以達到接地電阻不大于4歐姆的標準。接地電阻阻值需要土壤酸堿度大、潮濕環(huán)境下保證，但這種環(huán)境下鐵質(zhì)接地極很快銹蝕，難以獲得良好接地保護。此外接地極數(shù)量過多，給日常維護帶來不便，易引起地線接線柱與下引線的接觸不良，在設備發(fā)生漏電向大地泄電過程中產(chǎn)生電火花，影響到井場的安全防爆。

2.4 鉆井施工采用一對一接地方法的缺點

綜上所述、結(jié)合井隊實況可總結(jié)為:第一、采用一對一電力保護接地法對于我們井隊施工中不一定能起到有效的保護;第二、采用一對一電力保護接地法增加了我們井隊施工的勞動量，使用大量的鋼筋和導線;第三、有可能產(chǎn)生電火花，不利于井場安全防爆;第四、雷雨天氣，易發(fā)生地電位反擊，危及人身及設備安全。

2.5 在鉆井施工中實施聯(lián)合接地的技術(shù)方案

針對現(xiàn)狀結(jié)合目前國內(nèi)外主要的接地防護技術(shù)，筆者認為實施聯(lián)合接地方案比較適合井隊施工特點，在節(jié)約人力物力的同時，并能夠有效避免以上不足，這一方案的總體思路為，減少接地極數(shù)量，加強接地質(zhì)量，形成統(tǒng)一系統(tǒng)，兩種保護兼顧的聯(lián)合方案。

第一、在井場用電設備密集區(qū)域，如循環(huán)罐、儲備罐鉆臺等，在合適位置設接地母線，母線應有足夠截面積，所有需接地設備均就近連接至母線，搬家安裝母線及連接線不必拆卸。

第二、取消分散的接地樁，采用專業(yè)接地樁，相距大于20米的安全距離下合理分布接地極并與接地母線可靠連接，這樣可將原來200根左右的接地極減少至20根左右。

第三、加強系統(tǒng)內(nèi)的等電位連接，在主等電位連接困難的地方實施局部等電位連接。在各接地母線及井架間做等電位連接，形成大的統(tǒng)一的接地系統(tǒng)，以便獲得較小的接地電阻，有利于雷電流的疏導。

第四、在有條件的井隊或合適的機會盡可能推廣漏電保護裝置的使用，這是用來防止人身觸電和漏電引起事故的一種接地保護裝置，當電路或用電設備漏電電流大于裝置的整定值，發(fā)生觸電危險時，它能迅速動作，切斷事故電源，避免事故的擴大，保障了人身、設備的安全。

第五、接地體分為主接地體和輔助接地體。方井中的導管或表層套管可以作為井場接地網(wǎng)的主接地體，其深入大地數(shù)百米，大面積與地層深處低電阻率土壤良好接觸，接地電阻值最低可達到0.1歐姆，接地效果極佳。接地端子直接焊在導管或表層套管上。井場其它埋入地下的接地體作為輔助接地體。

3 防雷接地

3.1 防雷接地作用

接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應雷或其他形式的雷，避雷工作的最終都是把雷電流送入大地。設計、施工好高標準的接地系統(tǒng)是防雷工作的重中之重。接地電阻越小散流越快，雷擊的高電位保留時間越短，危險性越小，其跨步電壓、接觸電壓產(chǎn)生的機遇也就越小。實踐證明，良好的接地電阻值，合理的接地裝置結(jié)構(gòu)是做好防雷工作的基礎。

3.2 井隊防雷工作環(huán)節(jié)

由于井隊施工環(huán)境大都在野外，山區(qū)、空曠地面，均屬易發(fā)生雷擊區(qū)域，做好防雷工作對保障人身、生命、財產(chǎn)安全有著重要意義。此外隨著井隊電控設備的廣泛應用，控制柜內(nèi)采用了大量半導體元件、CMOS集成電路，這些都對雷電產(chǎn)生的瞬間高壓電涌非常敏感，因而我們也對防雷工作必須加以重視。通常電控房需要在600V及400V低壓配電網(wǎng)絡中加裝一級保護電涌防護器、二級保護電涌防護器，不管是電控設備防雷防護、三相動力設備防雷防護還是生活區(qū)防雷防護，所有的避雷工作最終都是把雷電流送入大地，所以說有個合理的接地裝置是必要的。部分人認為井架就是個良好的防雷裝置，應該說這一說法并不完全正確。一個完整的防雷系統(tǒng)包括兩個方面:直接雷擊的防護和感應雷擊的防護。

3.2.1 直接雷擊的防護

直擊雷防護裝置由接閃部分、引下線和接地裝置組成。當雷云放電接近地面時，它使地面電場發(fā)生畸變。在避雷針頂部，形成局部電場強度畸變，以影響雷電先導放電的發(fā)展方向，引導雷電向避雷針放電，再通過接地引下線，接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物免受雷擊。當井場上空有雷云聚集時，井架頂部充當了接閃器，雷電流由井架的鋼鐵結(jié)構(gòu)導入大地。直擊雷避雷器并不是堵雷或消雷，而是引雷，把雷電流引向自身，保護下面的物體免受直擊雷損毀，這自然增加了雷電流的導入和發(fā)生感應雷的幾率。

下面我們來分析一例在井隊上發(fā)生的雷擊事故，某生產(chǎn)井在完鉆電測期間，由于雷擊事故導致一臺貴重進口電測車報廢，車內(nèi)大部分儀器雷擊損壞，直接經(jīng)濟損失幾千萬元。事后分析原因如下:

當雷云在井架上空雷擊放電后，強大的雷電流將沿對地電阻最小的線路向大地泄電，因為電測車非常昂貴，工作人員特意將車內(nèi)接地母線作了良好的接地極，在雷云向大地泄流過程中，此井架沒有做好防雷接地，雷電流就沿井架——金屬電測電纜——車內(nèi)儀器接地母線——接地極向大地泄電。于是瞬時強大的雷電壓脈沖將車內(nèi)儀器幾乎全部擊穿損壞。在鉆進過程中，我們的井架通過鉆具應該有著良好的接地，但是在開鉆前、空井時、完鉆后這些工況下，如果井架沒有良好的接地裝置，發(fā)生雷擊事故造成人身設備傷害的幾率反而會增加，因為井架本身就是個引雷器，所以井架的防雷接地是必要的但是且容易被人忽視。

3.2.2 感應雷防護

下面再來分析一下感應雷的防護。雷云放電時，在附近導體上產(chǎn)生的靜電感應和電磁感應等現(xiàn)象稱之為感應雷擊。雷電在雷云之間或雷云對地的放電時，并在附近電力線、設備間連接線和電磁感應并侵入設備，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設備遭到損害。感應雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。直擊雷只發(fā)生在雷云對地閃擊時才會對地面造成災害，而感應雷則不論雷云對地閃擊或者雷云對雷云之間閃擊，都可能發(fā)生并造成災害。此外直擊雷一次只能襲擊一個小范圍的目標，而一次雷閃擊都可以在較大的范圍內(nèi)多個小局部同時產(chǎn)生感應雷過電壓現(xiàn)象并且這種感應高壓可以通過電力線、信號線等傳輸?shù)胶苓h，致使雷害范圍擴大。由于雷電電流有極大峰值和陡度，在它周圍出現(xiàn)瞬變電磁場，處在這瞬變電磁場中的導體會感應出較大的電動勢，而此瞬變電磁場，都會在空間一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁作用，并對電子設備發(fā)生作用。因瞬變時間極短或感應的電壓很高，以致產(chǎn)生電火花影響到設備及人身安全。

4 總結(jié)

鉆機井場的電器接地比較復雜，我們要理清思路，因地制宜，找到一種結(jié)合接地通用標準和井場工作實際的簡單易行而又行之有效的接地辦法，盡可能的利用井場上有的自然接地體。