孔令超，李振清，劉 軍，李 江，張鐵君，李 影

1.中國石油華北油田公司質(zhì)量安全環(huán)保監(jiān)督中心，河北任丘 062552

2.石油天然氣華北工程質(zhì)量監(jiān)督站，河北任丘 062552

3.中國石油華北油田分公司，河北任丘 062552

在油氣田場站，電動機是生產(chǎn)運行中最常見的核心設(shè)備之一，其工作接地和保護接地的可靠性關(guān)系到設(shè)備設(shè)施完整性及人身安全，國家標(biāo)準強制性條文中也有規(guī)定（GB 50170—2018[1]中要求電動機必須有明顯可靠的接地，GB 50303—2015[2]中要求電動機的外露可導(dǎo)電部分必須與保護導(dǎo)體可靠連接，且要求電氣設(shè)備的金屬底座、框架及外殼必須接地），但在施工現(xiàn)場及生產(chǎn)過程檢查中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場的接地做法規(guī)則不一、五花八門，觀感質(zhì)量較差，且存在接地不規(guī)范而造成防護功能失效的問題，給生產(chǎn)運行帶來較大風(fēng)險與隱患。為此，探討電動機接地的可靠與標(biāo)準化做法，并提出合理的改進和控制措施，以提高油氣場所設(shè)備運行的可靠性和觀感質(zhì)量，從根源上控制住因電動機接地問題引起觸電事故發(fā)生，還可減少甚至杜絕在檢查中同類問題、低老壞問題屢查屢有現(xiàn)象，最大限度保證人民生命和財產(chǎn)安全，保障油氣田企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

本文涉及的電動機是指油氣田場所常用到的低壓（380V/220V）、交流、中小型電動機（包括防爆型Ⅱ類電動機），分析探討的電動機接地系統(tǒng)是指常用到的保護接地、保護接零和重復(fù)接地。

1 電動機接地的作用及工作原理

電氣設(shè)備接地是為保證電氣設(shè)備正常工作和人身安全而采取的一種用電安全措施[3]。對于油氣田場站來說，不論是新建項目的配電設(shè)備設(shè)施，還是作業(yè)現(xiàn)場的臨時用電，當(dāng)前供配電系統(tǒng)均為TN-S 系統(tǒng)，作為有接地或接零保護裝置的電氣設(shè)備，當(dāng)其絕緣損壞、外殼帶電時，接地電流將同時沿著接地極和人體兩條通路流過，由于人體的電阻遠遠大于接地裝置的電阻，且流過每條通路的電流值與其電阻的大小成反比，因此流經(jīng)人體的電流也就較?。ㄚ吔诹悖?，不足以對人體構(gòu)成傷害[4]。油氣田TN-S 供電系統(tǒng)中常見的幾種接地方式包括工作接地、保護接地、保護接零、重復(fù)接地等（見圖1）。

圖1 TN-S系統(tǒng)中接地方式示意

保護接地就是將正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬部分用導(dǎo)線與接地體可靠連接起來的一種保護方式[5]。此方式可將產(chǎn)生的漏電流，以及其他情況下產(chǎn)生的靜電荷、雷電電流等引入大地，使之對地電壓不超過安全范圍，從而避免人身觸電和可能發(fā)生的火災(zāi)、爆炸等事故。

保護接零是將電氣設(shè)備正常情況下不帶電的金屬部分用金屬導(dǎo)體與系統(tǒng)中的中性線（零線N）連接起來，當(dāng)設(shè)備絕緣損壞與殼體接觸時，電流就會從相線流向零線，形成單相回路，從而產(chǎn)生較大的短路電流，促使線路上的過流保護裝置迅速動作，以切斷漏電設(shè)備的前級電源，從而保證人身安全的一種保護方式。此外，由中性點引出的零線與地間的電位接近于零，保護接零還可限制設(shè)備漏電時的對地電壓，保障人體觸電時不會遭受過大的電流傷害。電動機不論是保護接地還是保護接零，其作用主要都是為了防止人身遭受傷害、設(shè)備造成損壞，預(yù)防由于電氣設(shè)備故障而引起電氣火災(zāi)，當(dāng)然在部分區(qū)域還有防雷擊、平衡電位等作用。

對TN-S 供配電系統(tǒng)來說，重復(fù)接地就是在工作接地以外的專用保護線路（PE）上，在一處或多處再次與接地裝置相連接。通過系統(tǒng)保護接地線路連接的電氣設(shè)備，為有效降低因系統(tǒng)保護線路損壞或失效而造成人身觸電風(fēng)險的幾率，在不考慮經(jīng)濟的條件下，也可將電氣設(shè)備金屬外殼與附近的接地裝置進行再次連接，或在電氣設(shè)備處就近做一組接地裝置進行連接，此處的接地類型也稱做重復(fù)接地。在中性點直接接地的TN-C 系統(tǒng)中，重復(fù)接地是在零干線的一處或多處用金屬導(dǎo)線將接地裝置與大地再次連接。這種做法的目的是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生碰殼或接地短路時，可以降低保護線的對地電壓；當(dāng)保護線發(fā)生斷裂時，能夠縮短故障持續(xù)時間，降低零線上的壓降損耗，減輕故障時的危險性程度。

需要注意的是，雖然保護接零可以實現(xiàn)分流限壓的保護作用，但在實際運行中，配電系統(tǒng)偶爾會出現(xiàn)三相負荷平衡或單相接地故障的情況，這時中性線（零線N）會帶電，當(dāng)前級保護裝置失效且電流過大時，同樣會造成身體傷害，因此應(yīng)盡可能選擇保護接地方式。另外要注意的是，保護接零只適用于中性點直接接地的低壓電網(wǎng)。

2 電動機接地常見問題與規(guī)范要求

結(jié)合國家現(xiàn)行標(biāo)準規(guī)范要求和現(xiàn)場施工的實際情況，對電動機安裝現(xiàn)狀進行分析，常見問題有以下幾方面。

2.1 原材料、設(shè)備質(zhì)量問題及相關(guān)要求

原材料、設(shè)備存在的主要問題是選用的接地線不符合規(guī)范要求、設(shè)備本體未設(shè)置專用接地連接點。具體有以下幾種情況：一是所用的連接導(dǎo)線材質(zhì)多為鍍鋅扁鋼或其他硬質(zhì)導(dǎo)體，直接與電動機的本體進行連接；二是接地線的截面積與電動機電源電纜線徑不匹配；三是導(dǎo)線兩端未使用專用連接端子，或所用的端子規(guī)格與其連接體材質(zhì)不匹配；四是所采購安裝的電動機本體上無接地連接點及標(biāo)識，這也是造成接地連接五花八門、接地不可靠的因素之一。

規(guī)范要求，當(dāng)電動機相線截面積小于25 mm2時，接地線截面積應(yīng)等同相線的截面積；當(dāng)電動機相線截面積為25～50 mm2時，接地線截面積應(yīng)為25 mm2；當(dāng)電動機相線截面積大于50 mm2時，接地線截面積為相線截面積的50%[6-7]。在GB 50257—2014 中還要求了爆炸危險環(huán)境內(nèi)的電氣設(shè)備與接地線的連接宜采用多股軟絞線[8]。另外，現(xiàn)場電動機電源電纜所用的芯線（相線）材質(zhì)多為多股銅絞線，因此電動機的接地連接線，應(yīng)采用同材質(zhì)的多股銅絞線做連接導(dǎo)體。在GB/T 12350—2022 中要求，對于接地軟線，應(yīng)為綠、黃雙色絕緣線，其他導(dǎo)線不得采用此色標(biāo)[9]。在GB 50168—2018 中要求，電纜線芯連接金具應(yīng)采用符合標(biāo)準的接線端子，其內(nèi)徑應(yīng)與電纜線芯匹配，間隙不應(yīng)過大，截面宜為線芯截面的1.2～1.5 倍[10]。在多個標(biāo)準中都要求電動機應(yīng)具有保護接地裝置及接地標(biāo)志，并要求電動機機座與保護接地裝置之間應(yīng)有永久、可靠和良好的電氣連接，即電動機本體應(yīng)具有接地端子（接地點），且與防護導(dǎo)線連接緊密，并應(yīng)有符號、圖形標(biāo)志[6,9,11]。

2.2 施工質(zhì)量問題及相關(guān)要求

現(xiàn)場常出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題有以下幾個方面。

1）導(dǎo)線兩端頭直接纏繞在螺桿上后用螺母鎖緊，這種繞接緊固方式是一種不可靠的連接方法。螺母往往會因自身發(fā)熱、老化等因素產(chǎn)生形變或受外力的作用而松動，造成連接處接觸不良，使接觸電阻增大、保護失效。

2）采用的裸銅端子未進行搪錫而直接與接地引出線（扁鋼）及電動機的接地點連接，也就是所用的端子規(guī)格與其連接體材質(zhì)不匹配，在大電流、潮濕、腐蝕等特殊條件下接觸面可能會發(fā)熱、氧化，長期在這種條件下運行會逐漸增大接觸電阻，降低導(dǎo)通性能。

3）螺栓連接處未采用彈簧墊圈、鎖緊螺母等防松措施，長期振動可能會出現(xiàn)松動或脫落。

4）連接孔為熱加工開孔，從而破壞鍍鋅層，易出現(xiàn)局部銹蝕。

5）連接面不平整、變形、銹蝕、有污物等，使連接面接觸不緊密。

6）連接處螺栓規(guī)格與接線端子不匹配，螺栓偏大或偏小。

7）接地線接在了電動機的風(fēng)罩或地腳固定螺栓上，影響導(dǎo)通性能和可靠性。

8）連接線預(yù)留太長或太短，太長會影響故障電流的快速釋放，太短會使連接的設(shè)備、端子等受力變形或因長期處于疲勞狀態(tài)而導(dǎo)致斷裂等。

9）未涂刷相色標(biāo)識或觀感質(zhì)量較差。

標(biāo)準中要求：電纜線芯連接金具應(yīng)采用符合標(biāo)準的接線端子，壓接鉗和模具應(yīng)相符[10]；接地端子或接地觸點與接地金屬部件之間的連接應(yīng)具有低電阻[9]；母線與母線、母線與電器接線端子搭接，其搭接面應(yīng)做處理，在與接地引線扁鋼及電動機本體連接處一般為鋼材質(zhì)，鋼與鋼的搭接面應(yīng)搪錫或鍍鋅后連接，銅絞線的銅端子與鋼材質(zhì)的導(dǎo)體搭接時銅端應(yīng)搪錫[12]；接地接線端子的夾緊裝置應(yīng)可靠鎖緊，以防意外松動，不用工具不能將其松開，防松措施可使用菊花墊片、彈簧墊圈等類似結(jié)構(gòu)[9]；母線表面應(yīng)光潔平整，不應(yīng)有裂紋、折皺、夾雜物及變形和扭曲現(xiàn)象，各種金屬構(gòu)件的安裝螺孔不得采用氣焊或電焊割孔[12]。標(biāo)準給出了常用導(dǎo)線規(guī)格及適用的銅接線端子（DT型）及螺栓的尺寸[13]；電動機機座與保護接地裝置之間應(yīng)有永久、可靠和良好的電氣連接，當(dāng)電動機在設(shè)備底座上移動時，保護接地導(dǎo)體應(yīng)仍能可靠連接[11]；母線與設(shè)備接線端子連接時，不應(yīng)使接線端子承受過大的側(cè)向應(yīng)力[12]。在一些規(guī)范中明確了就近接地的要求。鋼母線應(yīng)鍍鋅，可見面應(yīng)涂相色，在母線的螺栓連接處及支撐點處、母線與電器的連接處，以及距所有連接處10 mm以內(nèi)的地方不應(yīng)涂刷相色[12]。

需要注意的是，對于中型電動機的聯(lián)合機座，當(dāng)額定功率超過100 kW、額定電壓超過交流1 000 V或直流1 500 V，應(yīng)在機座上另外安裝一個接地端子，即電動機本體和機座都應(yīng)單獨與接地線連接。

2.3 需明確的幾點問題

1）不是所有電動機都必須接地，如具有雙重絕緣或加強絕緣的電動機、安裝在具有附加絕緣或加強絕緣的成套裝置中的電動機、額定電壓交流50V 及以下或直流120 V 及以下的電動機、采用獨立電源供電的電動機和打算用于SELV 電路的電動機，均不需要接地連接[6，9]。

2）三相低壓交流電動機的接線類型有多種，常用的有星接和角接方式，在星形接法中又有中性線連接和不連接之分，還有的電動機在其接地盒內(nèi)設(shè)有接地端子。設(shè)計上有時也根據(jù)實際需要給出相應(yīng)規(guī)格的電纜（三芯、四芯、五芯電纜），但在多數(shù)工程中，設(shè)計上多為中性線不連接的情況，施工圖中常會給出四芯電纜（即3 × *+1 ×*），除三相線外，額外一芯線要連接在電動機接線盒內(nèi)的接地端子上，因此，在一般情況下是滿足實際并符合規(guī)范中對電動機的保護要求的，但質(zhì)量、安全系統(tǒng)人員在現(xiàn)場檢查時，常在未落實內(nèi)部是否有接地的情況下，把外殼未單獨做接地作為問題來提出，顯然是不夠科學(xué)的。標(biāo)準中要求“接地接線端子應(yīng)置于接線端子附近，如有接線盒時，則應(yīng)置于接線盒內(nèi)，但要求在使用過程中不會被卸除”[9]，從中也可以得知，電動機接地線是允許接在電動機接線盒內(nèi)接地端子上的，且電動機在安裝接線質(zhì)量較好、正常運行的情況下，接線盒內(nèi)接地線是不會被斷開的，是能夠保障電動機需要的。當(dāng)然，在電動機接線盒內(nèi)已做接地的情況下，再將電動機金屬外殼與就近的接地線或接地裝置連接，會更可靠，這也是單體設(shè)備重復(fù)接地的一種形式（見圖1 中2#電動機），特別是在電動機距離控制室或配電室比較遠的情況下，PE 線電阻相對較大，如果就近做重復(fù)接地，當(dāng)發(fā)生接地故障時，可以更好地分流、降低接觸電壓，從而減小觸電事故的概率，但在實際運行中還要考慮到可靠性與經(jīng)濟性的平衡問題。

3 標(biāo)準化做法與要求

綜合各相關(guān)標(biāo)準規(guī)范要求，并結(jié)合油氣田現(xiàn)狀，標(biāo)準化與推薦性做法如下。

3.1 接地引出線的選擇與施工工法

1）對于電動機就近由接地體引出地面部分的接地線，應(yīng)采用截面不少于48 mm2的熱鍍鋅扁鋼，且厚度不小于4 m，鍍鋅層厚度不小于86 μm?？筛鶕?jù)電氣設(shè)備的功率來選擇具體規(guī)格，對于大中型電動機選擇-40×4，小型電動機選擇-25×4。扁鋼出地面或相對基準面高度應(yīng)為30～50 mm，但不宜超過機座中心（軸承中心基準面），距混凝土基礎(chǔ)或底座水平間距不宜超過200 mm；對應(yīng)機座上的接地端子或螺栓的位置左右偏差不宜超過±300 mm。

2）對于從電動機周邊干線引出的明敷接地線，可采用與上述相同的規(guī)格，其連接方式可采用焊接或螺栓連接。焊接時搭接面應(yīng)為扁鋼寬度的2倍，不同尺寸的扁鋼連接時，以較小的尺寸為準（做法見圖2），且不少于3個棱邊焊接，焊接應(yīng)均勻平整，焊接處表面不應(yīng)有裂紋、氣孔、夾渣、未熔合等缺陷；螺栓連接時應(yīng)符合矩形母線的搭接要求（見表1），特殊情況應(yīng)執(zhí)行GB 50149—2010 中的相關(guān)要求；所用的連接螺栓，在室外應(yīng)使用熱鍍鋅螺栓，在室內(nèi)干燥無腐蝕場所可選用不銹鋼或鍍鋅螺栓；母線連接處螺孔尺寸應(yīng)與螺栓相匹配，開孔孔徑不應(yīng)大于螺栓直徑1 mm。

表1 不同規(guī)格鍍鋅扁鋼螺栓連接時的搭接要求及螺栓規(guī)格和緊固力矩

圖2 不同規(guī)格鍍鋅扁鋼焊接搭接尺寸

3）鍍鋅扁鋼除連接螺栓孔10 mm 范圍內(nèi)，其他可見面應(yīng)涂刷黃綠相間的條紋標(biāo)識（相色漆），其間距宜控制在30～100 mm，且條紋寬度應(yīng)相同，涂刷應(yīng)均勻。要注意中性線不得與保護線涂刷相同顏色的標(biāo)識。

3.2 接地引出線與設(shè)備的連接方法

1）接地扁鋼與電動機接地端子連接時，應(yīng)采用黃綠雙色絕緣多股銅絞線做柔性連接，截面積應(yīng)與電動機的電纜相匹配（詳見本文第2.1 節(jié)）；銅導(dǎo)線兩端的專用端子應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。

需要指出的是，當(dāng)在采用3+1型規(guī)格電纜，且1 芯線做接地線，實際芯線絕緣層不為黃綠雙色的情況下，應(yīng)在兩端頭做黃綠雙色標(biāo)識，可以使用絕緣膠帶、熱縮或冷縮相色套等。

2）接地扁鋼與電動機設(shè)備接線端子連接時，接地線應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)挠嗔?，安裝時不應(yīng)使其相互間承受過大外力，可將接地線備用長度加工成弧形狀，但不可將預(yù)留的接地線加工成螺旋線圈形。

3）螺栓連接處應(yīng)加裝平墊圈、彈簧墊圈或鎖緊螺母，并應(yīng)用力矩扳手緊固，緊固力矩見表2，螺栓長度宜露出螺母2～3扣[12]。

3.3 電動機接地裝置觀感質(zhì)量及接地電阻要求

1）成排的同類型電動機及其配套裝置，其接地線安裝位置及尺寸應(yīng)保持一致，確保整齊美觀、連接可靠。

2）在采購電動機時，業(yè)務(wù)部門應(yīng)在合同或技術(shù)要求中明確對電動機本體接地點的要求。如電動機應(yīng)該有明顯的接地標(biāo)識，在電動機保護接地端子處應(yīng)設(shè)置“、”等明顯的接地標(biāo)識[6,9,11]。

3）電動機接地的保護接地電阻不應(yīng)大于4 Ω，接地電阻包含設(shè)備和接地線的接觸電阻、接地線本身的電阻、接地體本身的電阻、接地體和大地的接觸電阻、大地的電阻。在測試時測試點位置應(yīng)選擇在與電動機連接的端子處[14]。

4 結(jié)束語

電動機是油氣田生產(chǎn)工藝中應(yīng)用較多也是較為重要的用電設(shè)備，其接地保護設(shè)施施工質(zhì)量的好壞直接影響著其使用功能，關(guān)系到人身安全和生產(chǎn)平穩(wěn)。因此，在施工過程中參建各方應(yīng)加強對工程質(zhì)量問題的控制，特別是要規(guī)范建設(shè)各方質(zhì)量行為，提高施工人員的技術(shù)能力及責(zé)任心。相關(guān)單位在項目實施過程中可參考前述分析成果和標(biāo)準化推薦做法，以保障現(xiàn)場實體既符合標(biāo)準規(guī)范的要求，又滿足使用功能和整體觀感質(zhì)量的需求，同時還可以樹立建設(shè)單位管理形象和施工企業(yè)品牌形象。