電源SPD在線接地狀態(tài)監(jiān)測路徑與方法的研究

羅志勇 于明洋 許暉

摘要：本文通過對易燃易爆加油（氣）站場所安裝的電源SPD在線監(jiān)測系統(tǒng)的接地狀態(tài)的現(xiàn)行監(jiān)測情況進行分析說明，首先介紹了利用電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)的監(jiān)測方法，指出了其中的不足和優(yōu)缺點，然后介紹了利用環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)的監(jiān)測方法，同樣指出了此方法的不足和優(yōu)缺點，最后結合接地電阻監(jiān)測的儀器，構建一種新的監(jiān)測思路，對同一儀器同時監(jiān)測兩個環(huán)路的監(jiān)測數(shù)據(jù)值進行分析，以監(jiān)測數(shù)值的突變和數(shù)據(jù)的變化率來判斷接地狀態(tài)的通斷性，解決了易燃易爆場所電源SPD接地狀態(tài)的監(jiān)測準確性與價格昂貴的問題，確保易燃易爆場所電源SPD的監(jiān)測安全問題，做到安全可靠，經(jīng)濟合理。

Abstract： This paper analyzes the current monitoring situation of the grounding state of the SPD online monitoring system installed in the inflammable and explosive fueling （gas） station. Firstly， the monitoring method of monitoring the grounding state by current path method is introduced. The shortcomings， advantages and disadvantages are pointed out. Then the monitoring method of using the loop resistance method to monitor the grounding state is introduced， and the shortcomings， advantages and disadvantages of this method are also pointed out， and finally combined with the grounding resistance monitoring instrument，? a new monitoring idea is constructed to analyze the monitoring data values of two loops simultaneously by the same instrument， monitor the change of the value and the rate of change of the data to judge the continuity of the grounding state， and solve the inflammable and explosive places. The monitoring accuracy and price of the SPD grounding state of the power supply ensure the safety of the SPD of the inflammable and explosive place， and it is safe， reliable and economical.

關鍵詞：電源SPD;電流通路;環(huán)路電阻;接地狀態(tài);監(jiān)測方法

Key words： power supply SPD;current path;loop resistance;grounding state;monitoring method

中圖分類號：TM862? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）17-0195-04

0? 引言

目前，易燃易爆和?；穯挝唬▓鏊┈F(xiàn)采用的監(jiān)測管理手段相對落后，維護的智能化管理程度低，沒有一個系統(tǒng)性的監(jiān)測和報警系統(tǒng)，易燃易爆和?；穯挝唬▓鏊┑脑O備狀態(tài)無法做到實時監(jiān)測，無法實時確保設備的正常運行并及時對異常情況進行處理。接地狀態(tài)以及接地系統(tǒng)作為保障電源SPD保護設備安全的重要體系，如何利用合理的方法監(jiān)測這一系統(tǒng)變得非常重要，本論文針對上述情況，結合系統(tǒng)監(jiān)測的情況，對現(xiàn)行采用的電流通路法以及環(huán)路電阻法進行具體的分析說明，分別給出了兩個方法的不足之處，存在安全隱患或者投入產(chǎn)出不合理的地方，最后通過易燃易爆和?；穯挝唬▓鏊╇娫碨PD在線監(jiān)測的其他監(jiān)測設備，結合監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，力求得出一個合理的電源SPD接地狀態(tài)的監(jiān)測方法。

1? 現(xiàn)行電源SPD接地狀態(tài)監(jiān)測情況

中山市針對加油（氣）站電源SPD安裝的在線監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)全部安裝完成，第一期共對62個加油站124個電源SPD進行在線監(jiān)測，第二期共對76個加油站159個電源SPD進行在線監(jiān)測，目前中山市氣象公共安全技術支持中心對于中山市易燃易爆?；穲鏊鵖PD接地狀態(tài)的在線監(jiān)測，主要是從SPD直接引出的接地端到接地裝置的連接路徑上如何安裝監(jiān)測設備進行考慮，采用的監(jiān)測方法為構建環(huán)路法進行測量，接地狀態(tài)正常則在在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺上顯示正常，接地狀態(tài)出現(xiàn)故障，則在在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺上顯示異常并亮燈告警，從在線監(jiān)測系統(tǒng)正常運行開始，接地狀態(tài)監(jiān)測的異常率為零，即全部為正常狀態(tài)，監(jiān)測到接地電阻異常次數(shù)有十次以上，但該站點在接地電阻異常時，接地狀態(tài)并未顯示異常，此狀況突出目前接地狀態(tài)監(jiān)測的不足，具體監(jiān)測方法將在下文指出。

2? 電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)

電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)監(jiān)測，測量方法為在電路中構建與SPD接地點的回路，對回路施加電流，通過回路的通斷來判斷接地的狀態(tài)。由圖1所示由監(jiān)測設備的二個接線端子PE、SPD-PE端引出連接線，連接到被監(jiān)測接地線的兩端，監(jiān)測設備PE端引出的連接線分別連接到1、3、5處，SPD-PE端引出連接線分別連接到2、4、6處，圖1方式一是電源SPD的接地線從電源SPD的接地端引出接地線直接連接到預留的接地裝置或者總等電位接地端子板上，與監(jiān)測設備引出的線路構成“12”回路，此方式通過電流通路法可以準確的測量出接地線“17”的接地狀態(tài)。方式二是電源SPD的接地線從電源SPD的接地端引出接地線連接到樓層等電位接地端子板或機房局部等電位接地端子板再連接到接地裝置或者總等電位接地端子板上，與監(jiān)測設備引出的線路構成“34”回路，由于此方式“48”這一接地連接線，當“48”連接線斷開時，監(jiān)測設備并不能監(jiān)測出來，存在安全隱患。方式三是電源SPD的接地線從電源SPD的接地端引出接地線連接到保護地線PE線上。由于PE線在線徑達到規(guī)范要求值時，才可以直接作為接地線使用，PE線連接分叉點較多，當主接地線路斷開時，存在任何一條路徑線路有接地點，監(jiān)測設備同樣不能監(jiān)測出來，存在安全隱患。

電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)的優(yōu)點在于監(jiān)測設備簡單，價格較低，但電流通路法的電流輸出特性，決定了電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)的不足，任何一條回路接通，反饋給監(jiān)測設備的信號都是回路正常，電源SPD主接地線路斷開，一旦存在其他回路接通的情況，接地狀態(tài)監(jiān)測設備將無法進行識別，存在電源SPD接地失效的安全隱患。

3? 環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)

環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)，主要是通過對接地線的環(huán)路電阻進行測量，以測試電阻值的大小來判斷接地狀態(tài)的通斷情況。如圖2所示，可以采用方式一或方式二的方法進行監(jiān)測。方式一采用的是接地狀態(tài)監(jiān)測的位置從SPD的接地端直接引人接地匯流排的接地線上進行監(jiān)測，方式二采用的接地狀態(tài)監(jiān)測的位置從SPD的接地端輔助連接到接地匯流排的連接線上進行。方式一與方式二的區(qū)別主要在于兩個監(jiān)測通道泄放的電流不一樣，強雷電流在泄放的時候可能會直接損壞監(jiān)測設備。

正常第二類易燃易爆危化品場所典型的雷電流幅值150kA，對于第一級SPD的各相線分流可能高達37.5kA，那么就要求設備必須要能承受37.5kA的電流泄放所感應的雷電波損害。對于從SPD直接引出的接地端到接地裝置的連接線路，J1與J2的線路屬于并聯(lián)關系，并聯(lián)電路的電壓相同而電流不同，對于監(jiān)測設備自身的防雷能力，主要考慮的是電流影響。如圖3所示，如果方式一的監(jiān)測線路電阻為1Ω，方式二的監(jiān)測線路電阻為10Ω，那么當I1電流為55kA的情況下，方式一的監(jiān)測設備將會承受50kA的電磁感應損害，而方式二的監(jiān)測設備僅會承受5kA的電磁感應損害。方式一要承受的電流比方式二高出10倍;同樣在I1電流為55kA的情況下，如果方式一的電阻下降到0.5Ω，方式二在10Ω的電阻上再并接上一個99.5Ω的電阻，方式二的總電阻為109.5Ω，那么方式一監(jiān)測設備流過的電流為54.75kA，而方式二的監(jiān)測設備流過的電流僅為0.25kA，監(jiān)測設備承受的感應電流損害將大大降低。所以采用方式二安裝監(jiān)測設備時，可以根據(jù)監(jiān)測設備的監(jiān)測參數(shù)與自身的防浪涌能力，通過調(diào)節(jié)線路電阻的大小來實現(xiàn)接地狀態(tài)監(jiān)測。

環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)的優(yōu)點在于可以根據(jù)現(xiàn)場選擇合適的監(jiān)測環(huán)路，可以構建其他監(jiān)測環(huán)路，也可以通過變更環(huán)路電阻值來降低監(jiān)測設備自身的防雷安全風險，環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)的缺點是環(huán)路電阻值監(jiān)測儀價格較高。

4? 結合接地電阻監(jiān)測儀測量接地狀態(tài)的監(jiān)測方法

電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)，當存在連接到等電位接地端子板的任一回路接通的情況時，電流通路法的電流輸出后，反饋給監(jiān)測設備的狀態(tài)都為正常，當主接地線路斷開時存在無法監(jiān)測出來的安全隱患。環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)，可以任意構建監(jiān)測環(huán)路，變更環(huán)路電阻等來保證監(jiān)測的準確性以及自身監(jiān)測設備的安全性，但環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)必須另外加設一臺環(huán)路電阻監(jiān)測儀，存在監(jiān)測成本過高的缺點。所以在利用環(huán)路電阻監(jiān)測儀監(jiān)測接地電阻時，可以利用同一監(jiān)測設備來判斷接地狀態(tài)。

如圖4所示，同時用一臺接地狀態(tài)監(jiān)測儀監(jiān)測兩個回路的接地電阻值，接地狀態(tài)構建環(huán)路的環(huán)路電阻值為R1，接地電阻環(huán)路的環(huán)路電阻值為R2，接地電阻監(jiān)測儀對兩個環(huán)路的測量電阻值為R3，構建環(huán)路斷開即接地狀態(tài)環(huán)路斷開時，接地電阻監(jiān)測儀對兩個環(huán)路的測量電阻值為R4。在構建環(huán)路電阻值為1Ω ，0.8Ω，0.6Ω時，監(jiān)測儀器測量的環(huán)路電阻以及通斷變化值見表1。

從表1我們可以知道，當接地狀態(tài)環(huán)路斷開，即電源SPD接地斷開時，監(jiān)測儀器的測量值R4實際為接地電阻的環(huán)路電阻值R2，根據(jù)中山市的土壤特性，以及在線監(jiān)測儀對各加油（氣）站的實際監(jiān)測結果，正常情況下接地電阻的環(huán)路電阻值一般為1-10Ω，當接地電阻超過10Ω時則可以判定接地電阻值偏大。由于構建環(huán)路電阻值可以預先設定，所以此方法可以推算出接地電阻的具體值。由表1儀器測量值可以知道，當構建環(huán)路在0.6-1Ω的時候，監(jiān)測的電阻值R3都小于1Ω，此時一旦構建環(huán)路斷開后，監(jiān)測電阻值R4突變?yōu)?Ω以上，通斷變化率均超過50%。在通過表二可以得出，當接地電阻環(huán)路斷開時，監(jiān)測儀器的測量值R4實際為接地電阻的環(huán)路電阻值R1，由于構建環(huán)路電阻為0.6-1Ω，通斷變化率則均小于等于50%，所以我們就可以根據(jù)通斷變化率的大小來判斷出接地狀態(tài)的通斷情況。但此方法需注意兩點，第一是當輔助構建環(huán)路的線路斷開而接地主線路沒有斷開，需根據(jù)通斷變化率大小來區(qū)分接地狀態(tài)斷開的誤報警，第二是應做好輔助構建環(huán)路的保護，構建環(huán)路的電阻正常不能超過1Ω，構建環(huán)路的電阻越低，突變的數(shù)值越大，可以準確的判斷接地狀態(tài)的通斷。

5? 小結

針對易燃易爆場所電源SPD接地狀態(tài)的監(jiān)測，目前采用的監(jiān)測方法還不夠成熟，不管是電流通路法，還是環(huán)路電阻法都存在對接地狀態(tài)監(jiān)測的不足的地方，本文通過對兩種方法的具體分析，指出了兩個監(jiān)測方法存在的不合理處，然后通過共同利用接地電阻監(jiān)測儀對兩個環(huán)路的綜合阻值進行測量，通過數(shù)據(jù)分析，以及接地狀態(tài)通斷數(shù)據(jù)的對比，給出了電源SPD的接地狀態(tài)的一種新的監(jiān)測方法，并給出了此監(jiān)測方法的注意點，希望安防人員在對電源SPD接地狀態(tài)進行在線監(jiān)測時，充分考慮監(jiān)測場所的環(huán)境特點，制定合適的接地狀態(tài)監(jiān)測方法，在確保電氣設備運行安全的同時，做到安全可靠，經(jīng)濟合理。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB50343-2012建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB50057（2010版）建筑物防雷設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[3]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T21431-2008建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4]GB/T21714.4-2008/IEC62305-4：2006.雷電防護第4部分：建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)[S].北京：中國標準出版社，2008.

[5]梁偉漢，李建勇，陳邵東，等.觸發(fā)閃電對電涌保護器防護效果的研究[J].廣東氣象，2014，36（S1）：95-96.

[6]楊偉民，李陽斌，潘葉鏡.基于電流時間積分電路的SPD保護斷路系統(tǒng)研究[J].廣東氣象，2014，36（S1）：6-8.

[7]楊弢，呂海勇.對建筑物電氣系統(tǒng)電涌保護器設計的探討[J].廣東氣象，2014，36（S1）：75-77.

[8]徐啟騰，鄧宇翔，楊彥.凱文接線法在SPD安裝中的應用[J]. 廣東氣象，2009，31（增刊Ⅱ）：23-24.

[9]姜中民，劉磊.關于電源SPD后備保護裝置安裝問題的分析[J].現(xiàn)代建筑電氣，2011（5）：59-61.

[10]李欣，劉寶全.電源SPD后備保護裝置裝置失效模式分析[J].建筑電氣，2013（5）：12-15.

[12]羅志勇.中山市重點場所電源SPD在線安全監(jiān)測系統(tǒng)[D].成都：電子科技大學大學，2017：29-32.

作者簡介：羅志勇（1983-），男，廣東興寧人，本科，高級工程師，檢測員，從事防雷設施檢測工作。