EAST超導(dǎo)托卡馬克接地系統(tǒng)-設(shè)計(jì)構(gòu)建現(xiàn)狀與問題28

EAST超導(dǎo)托卡馬克接地系統(tǒng)－－－－設(shè)計(jì)、構(gòu)建、現(xiàn)狀與問題2005年9月15日ASIPPEAST接地系統(tǒng)主要內(nèi)容ASIPPEAST接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)的構(gòu)建－－已完成工作現(xiàn)狀與問題ITER與EAST接地設(shè)計(jì)的異同接地設(shè)計(jì)的主要目的與根本內(nèi)容ASIPPEAST接地系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)按其功用和目的可分為二種類型：其一為功能型接地，如工作接地；屏蔽接地；信號(hào)或邏輯接地〔又稱為低電平直流參照電位接地〕。其二為保護(hù)型接地，如保安接地；防雷接地；防靜電接地及防腐蝕接地等等。接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的與根本內(nèi)容ASIPPEAST接地系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根底與依據(jù)：應(yīng)用接地設(shè)計(jì)的根本原理，參考建筑、電力、通訊等系統(tǒng)現(xiàn)有有關(guān)接地設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔GB國標(biāo)，及IEC標(biāo)準(zhǔn)等〕，根據(jù)接地設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐及其最新進(jìn)展，根據(jù)托卡馬克裝置的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的特點(diǎn)，以及各分系統(tǒng)的具體要求，參照國內(nèi)外同類裝置接地設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本所有關(guān)設(shè)施的歷史與現(xiàn)狀，合理地設(shè)計(jì)一個(gè)完整的接地系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)公共接地平臺(tái)。以期實(shí)現(xiàn)：裝置所有分系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，保證設(shè)備和人身的平安，在各種可能的故障態(tài)下，防止故障的擴(kuò)大，減輕事故的損害，同時(shí)，減小并防止對弱電系統(tǒng)的電磁干擾和電磁脈沖的危害，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電磁兼容。ASIPPEAST接地系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)的目的和要求其一，防止并保護(hù)各種可能的〔內(nèi)部或外部的、正常運(yùn)行或故障態(tài)的〕過電壓和過電流對裝置與設(shè)備的危害，保證裝置的正常運(yùn)行以及設(shè)備和人身的平安。其二，防止并保護(hù)各種可能的〔自身的或外界的〕電磁脈沖和電磁干擾對電子設(shè)備和敏感部件的危害，在日趨嚴(yán)重的復(fù)雜電磁環(huán)境下實(shí)現(xiàn)測量、采集、診斷、控制系統(tǒng)的電磁兼容。BDSGP系統(tǒng)ASIPPEAST接地系統(tǒng)BDSGP系統(tǒng)慨念等電位連接〔Bounding〕、分流〔Dividing〕、屏蔽〔Shielding〕、接地〔Grounding〕、保護(hù)〔Protecting〕,即所謂BDSGP系統(tǒng)，將接地設(shè)計(jì)與等電位連接、分流、屏蔽、保護(hù)設(shè)計(jì)統(tǒng)一進(jìn)行，是國內(nèi)外建筑、電力、電子、通訊系統(tǒng)多年來雷電防護(hù)與電磁兼容的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，亦是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的有效措施。EAST接地設(shè)計(jì)的技術(shù)要求ASIPPEAST接地系統(tǒng)1、使裝置的所有帶電工作部件運(yùn)行于一定的許用電壓之內(nèi)，〔視部件的工作電壓和絕緣耐壓水平而定〕。2、限制裝置的所有非帶電部件對地及其相互之間的電壓。3、為各種可能的故障態(tài)下的各種復(fù)雜的故障電流提供一個(gè)低阻通道，既要限制故障電流和接地電流的大小，又要防止可能出現(xiàn)的過電壓。4、

防止任何可能的與裝置具有電磁耦合的金屬回路，防止與等離子體的耦合而感應(yīng)的渦流，及其在裝置和裝置周圍產(chǎn)生的雜散磁場的影響；防止在等離子體突然破裂時(shí)感應(yīng)的過電壓及其危害。EAST裝置周圍管線密布，極向場電磁系統(tǒng)為空芯結(jié)構(gòu)，該項(xiàng)危害不能無視。5、

減小并防止測量、控制、診斷及數(shù)據(jù)采集等弱電系統(tǒng)的外在干擾，及其相互之間的干擾。與隔離、屏蔽、濾波等技術(shù)配合使用，統(tǒng)一設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電磁兼容。6、

防止并保護(hù)雷擊和各種故障時(shí)的還擊過電壓，特別要注意對外界電磁干擾極其敏感的、對雷電等電磁脈沖和過電壓耐受能力很低的電子設(shè)備的防護(hù)EAST接地系統(tǒng)構(gòu)成ASIPPEAST接地系統(tǒng)接地裝置接地網(wǎng)接地端紐接地母線接地對象防雷裝置低壓配電實(shí)驗(yàn)建筑地網(wǎng)平面圖ASIPPEAST接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖ASIPPEAST接地系統(tǒng)接地裝置與總接地網(wǎng)ASIPPEAST接地系統(tǒng)

〔1〕

以各實(shí)驗(yàn)大廳建筑物根底中的鋼筋作為自然接地體，以及建筑物周圍敷設(shè)的補(bǔ)充接地體構(gòu)成各大廳的接地裝置?！?〕

各實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)應(yīng)敷設(shè)均壓網(wǎng)。均壓網(wǎng)應(yīng)以最嚴(yán)重的接地故障態(tài)，按跨步電勢和接觸電勢進(jìn)行校核。均壓網(wǎng)與接地裝置相連，構(gòu)成各大廳的分接地網(wǎng)，并在適當(dāng)位置設(shè)立一個(gè)，也僅僅設(shè)立一個(gè)接地端紐?！?〕

將裝置、電源、低溫、輔助加熱等有關(guān)實(shí)驗(yàn)大廳的接地網(wǎng)在各自的接地端紐〔或地網(wǎng)邊緣〕處，以連接干線聯(lián)成一體，構(gòu)成總接地網(wǎng)〔一個(gè)統(tǒng)一的共用地網(wǎng)〕及總接地端紐。連接干線可使用大截面鋼管或鋼帶，并按故障態(tài)下流經(jīng)的最大電流進(jìn)行電動(dòng)穩(wěn)定性和電熱穩(wěn)定性校核?？偨拥鼐W(wǎng)接地電阻應(yīng)不大于0.5歐〔并非限定值〕。由于實(shí)驗(yàn)建筑占地面積較大〔約11000平方米〕，該數(shù)值一般不難滿足?！?〕

總接地網(wǎng)下的各金屬構(gòu)件和管道，均作均壓連接。〔5〕鑒于極向場電磁系統(tǒng)為空芯結(jié)構(gòu)，等離子體快速變化時(shí)在裝置和裝置周圍產(chǎn)生的雜散磁場的影響不可無視。裝置主機(jī)的根底〔14m14m〕采用無磁鋼鋼筋，并作絕緣綁扎。以減小其中感生渦流的影響。接地母線ASIPPEAST接地系統(tǒng)工作接地G1，測量、控制、診斷等弱電接地G2，屏敝接地G3，保安接地與等電位連接G4-B。各接地母線互相絕緣，各自獨(dú)立，不得混用，不得形成回路。唯一的例外是，保安接地與等電位連接G4，通過預(yù)埋的接地連接帶與接地網(wǎng)作多點(diǎn)連接〔焊接〕。形成一個(gè)與地網(wǎng)多點(diǎn)相連的環(huán)形等電位連接帶〔網(wǎng)狀〕。除保安接地與等電位連接G4外，各接地母線均引自各實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)分接地網(wǎng)的接地端紐，且只能有此一點(diǎn)與地網(wǎng)相連〔一點(diǎn)接地原那么〕。各接地母線采用絕緣支承，互相絕緣并對墻壁絕緣，各自不構(gòu)成回路。接地母排上設(shè)置假設(shè)干分接地端紐，以接地支線引向各接地對象－－其布局類似于一樹形結(jié)構(gòu)，如圖三所示。在總接地端紐處適當(dāng)位置〔G4之外〕設(shè)置接地電流監(jiān)測裝置，以監(jiān)測接地系統(tǒng)〔G1,G2,G3)的狀態(tài)與故障。接地母線與接地支線均應(yīng)在其根部適當(dāng)位置設(shè)立斷接卡，以隨時(shí)監(jiān)測檢查局部接地回路的存在。接地母線布局簡化示意圖ASIPPEAST接地系統(tǒng)接地母線位置示意圖ASIPPEAST接地系統(tǒng)屏蔽接地G3測量、控制、診斷等弱電接地G2工作接地G1保安接地與等電位連接G4-B

接地對象ASIPPEAST接地系統(tǒng)EAST裝置接地系統(tǒng)的接地對象相應(yīng)可劃分為：〔1〕

工作接地G1裝置的所有電氣回路僅有一點(diǎn)直接與其相連或通過一定大小的電阻與其連接。例如，裝置超導(dǎo)磁體及其AC/DC變流電源〔1.00~2.85KV/15KA，12組〕，采用中性點(diǎn)〔或人工中性點(diǎn)〕通過一限流電阻與其連接。中性點(diǎn)接地的目的，在于降低磁體和電源的對地絕緣電壓。接地電流一般限制在10安培量級，而接地故障電壓限制在其設(shè)計(jì)平安值之內(nèi)。對于超導(dǎo)磁體及其AC/DC變流電源，該值分別為10KV和5KV。裝置所有的結(jié)構(gòu)件，如根底、支承、真空室、內(nèi)襯、線圈外殼、氮屏等，均通過適當(dāng)大小的電阻與其連接，如圖四所示。接地電阻的大小應(yīng)按盡量限制故障電流并使其對地電壓不超過設(shè)計(jì)平安值而定。考慮到與裝置本體相連的各種傳感器和電子設(shè)備的絕緣耐壓，該電壓值不可過高，可取為1KV〔？〕以下。

接地對象ASIPPEAST接地系統(tǒng)〔2〕直流電位參照地〔或稱邏輯地〕G2所有測量、控制、診斷、數(shù)據(jù)采集等弱電系統(tǒng)的直流電位參照地，在接收端與其一點(diǎn)相連。以提供一個(gè)相對穩(wěn)定的參照電位。直流電位參照地亦為截面不小于25mm2的銅線或銅排?！?〕屏蔽接地G3所有電子儀器的屏蔽層，以及所有信號(hào)電纜的屏蔽層〔發(fā)送信號(hào)者在其信號(hào)發(fā)送端均；接收信號(hào)者在其信號(hào)接收端〕與其一點(diǎn)相連，注意不得構(gòu)成接地回路，屏蔽接地母線為截面不小于25mm2的銅線或銅排。

接地對象ASIPPEAST接地系統(tǒng)〔4〕保安接地與等電位連接G4-B所有電氣設(shè)備的金屬外殼、裝置平臺(tái)、裝置的冷卻管道均應(yīng)與其相連。所有進(jìn)入建筑物的外來導(dǎo)電物〔如水、氣、電等金屬管道，電力電纜、信號(hào)線纜鎧裝等〕，在其進(jìn)入地點(diǎn)，就近連到等電位連接帶，或直接連到環(huán)形接地體或建筑的鋼筋上。低壓交流系統(tǒng)的接地型式，采用TN-S系統(tǒng)：中性線與保護(hù)線是分開的(三相五線制〕。即低壓交流系統(tǒng)〔AC380V〕的中性點(diǎn)，以專用絕緣導(dǎo)線與保安接地與等電位連接G4相連。以保證低壓電氣裝置外殼的對地故障電壓不大于50V〔交流有效值〕。并設(shè)保安繼電器，使對地故障電流可被立即檢測而動(dòng)作于電源開關(guān)跳閘。保安接地與等電位連接，以采用截面不小于50×5mm2的銅排為宜。其與地網(wǎng)相連的接地連接帶，可采用50×5mm2鍍鋅扁鋼，每間距4～5米一根，與地網(wǎng)多點(diǎn)連接〔焊接〕。接地對象連接示意圖－－據(jù)05年10月決議修訂ASIPPEAST接地系統(tǒng)關(guān)于低壓配電的接地方式的建議

ASIPPEAST接地系統(tǒng)設(shè)置一相對獨(dú)立的“干凈〞的低壓配電變壓器〔T1〕，專門供給系統(tǒng)中的敏感負(fù)載〔如微機(jī)、控制系統(tǒng)、電子儀器等對電源波形、電壓等要求較高的負(fù)載〕，與動(dòng)力用電低壓配電變壓器分開設(shè)置。

關(guān)于低壓配電的接地方式的建議

ASIPPEAST接地系統(tǒng)其接地方式，建議按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和?HT－7U接地系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)?中的有關(guān)內(nèi)容實(shí)行，采用TN-S系統(tǒng)?？刂朴玫呐潆娮儔浩鱐1建議按以下圖所示接地方式進(jìn)行：防雷設(shè)計(jì)ASIPPEAST接地系統(tǒng)根據(jù)全國年平均雷暴日數(shù)分布圖可知，合肥地區(qū)的年平均雷暴日數(shù)約30，尚不屬于多雷地區(qū)〔年平均雷暴日數(shù)大于40〕，但也不屬于少雷地區(qū)〔年平均雷暴日數(shù)小于15〕對于位置別離的實(shí)驗(yàn)建筑，以各大廳頂部四周的避雷帶為接閃器，以大廳周邊砼柱內(nèi)的鋼筋作為引下線〔或以各大廳四周均勻分布的每面不少于二根的鍍鋅鋼帶為引下線〕，以大廳的接地裝置作為接地體，構(gòu)成各自的防雷系統(tǒng)。對于位置緊密聯(lián)成一體的相鄰建筑，應(yīng)按一座建筑物處理，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的防雷系統(tǒng)。其相鄰墻面原有的引下線應(yīng)予撤除。建筑物的鋼筋在施工過程中作適當(dāng)連接〔多點(diǎn)焊接〕使其形成一個(gè)稀疏的“法拉第籠〞，具有一定的屏蔽作用。實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)部應(yīng)按各分系統(tǒng)的不同位置以及對電磁兼容的要求，對本系統(tǒng)所處區(qū)域的電磁脈沖防護(hù)作統(tǒng)一考慮。各分系統(tǒng)不同區(qū)域之間的介面處，設(shè)置均壓連接帶，所有進(jìn)出介面處的金屬管線均作等電位連接，并設(shè)浪涌保護(hù)器?！矞y量、診斷、控制各有關(guān)分系統(tǒng)應(yīng)予以重視〕同時(shí)使本系統(tǒng)的電子設(shè)備與外墻或避雷引下線不可相距太近〔大于1～2米〕，并要注意加強(qiáng)自身的屏蔽措施與過電壓保護(hù)，以防雷擊時(shí)的電磁脈沖及還擊過電壓的危害。小結(jié)－－EAST接地設(shè)計(jì)的根本原那么ASIPPEAST接地系統(tǒng)共用地網(wǎng)〔統(tǒng)一接地平臺(tái)〕分類接地母線〔G1,G2,G3,G4-B)樹狀結(jié)構(gòu)與一點(diǎn)接地〔G1,G2,G3〕網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與多點(diǎn)接地〔G4-B)EMC與BDSGP電磁脈沖防護(hù)說明ASIPPEAST接地系統(tǒng)本項(xiàng)工作的任務(wù)，主要是根據(jù)EAST裝置的特點(diǎn)與要求，提供一個(gè)接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，建設(shè)一個(gè)可供各分系統(tǒng)共同使用的接地平臺(tái)，以保證裝置的平安運(yùn)行與電磁兼容。該接地系統(tǒng)〔平臺(tái)〕具有一個(gè)經(jīng)各分系統(tǒng)討論認(rèn)可的接地設(shè)計(jì)思想與實(shí)施原那么。只有按此統(tǒng)一實(shí)行，才可能實(shí)現(xiàn)其功能與目標(biāo)；否那么，該接地平臺(tái)將遭到破壞而不復(fù)存在。各分系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)自身的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、性能要求與運(yùn)行方式，完本錢系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì)，并按此接地設(shè)計(jì)原那么自行實(shí)施。其中，與接地有關(guān)的故障態(tài)的分析、計(jì)算與保護(hù)，不可或缺。該接地設(shè)計(jì)與實(shí)施原那么，如被認(rèn)可并批準(zhǔn)執(zhí)行，應(yīng)由工程辦統(tǒng)一管理，監(jiān)督實(shí)行。如某分系統(tǒng)需要獨(dú)立的接地系統(tǒng)，可由工程辦批準(zhǔn)實(shí)行。但該獨(dú)立接地系統(tǒng)必須與共用接地平臺(tái)徹底別離，防止任何可能的相互耦合與干擾，并設(shè)有相互間的電位均衡與保護(hù)措施。〔如診斷與控制，高壓變電所〕由于缺乏系統(tǒng)深入的研究與工程經(jīng)驗(yàn)的限制，該接地設(shè)計(jì)遠(yuǎn)非完美無缺。一個(gè)理想而完善的接地設(shè)計(jì)，有待所有方面的高度重視與共同努力。如對上述接地設(shè)計(jì)有任何意見或建議，請盡快提出。由工程辦討論決策，以便修改完善。亡羊補(bǔ)牢，猶未為晚。迄今已完成的工作

ASIPPEAST接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的工藝要求低壓配電接地的建議配合工程辦，征集EAST各分系統(tǒng)關(guān)于接地設(shè)計(jì)的技術(shù)要求配合工程辦，完成土建設(shè)計(jì)單位〔省建筑設(shè)計(jì)院〕有關(guān)接地系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)與工程圖紙的校核配合工程辦與土建，完成實(shí)驗(yàn)大廳新建局部接地網(wǎng)與接地母線的施工配合工程辦與土建，對實(shí)驗(yàn)大廳新建局部接地網(wǎng)與接地母線的施工記錄進(jìn)行了檢查，提出意見對各分系統(tǒng)提出的有關(guān)接地設(shè)計(jì)的問題，給以咨詢建議有關(guān)資料的整理、存檔現(xiàn)狀與問題ASIPPEAST接地系統(tǒng)EAST接地系統(tǒng)已根本建成〔～80％〕，但尚存在諸多問題：1，共用地網(wǎng)的中心局部已經(jīng)完成，但別離地網(wǎng)尚未全部實(shí)行連接，統(tǒng)一共用地網(wǎng)尚未形成2．總接地端紐施工未按圖紙進(jìn)行3．完成實(shí)驗(yàn)大廳新建局部接地網(wǎng)與接地母線的施工，但其他實(shí)驗(yàn)室接地母線施工尚未完成4．土建關(guān)于接地系統(tǒng)施工記錄與測試參數(shù)不全5．接地系統(tǒng)狀態(tài)檢測裝置的設(shè)計(jì)與構(gòu)建尚無安排6．110KV變電站地網(wǎng)是否與總地網(wǎng)聯(lián)接，10KV高壓電纜鎧裝施工工藝待定7．

系統(tǒng)故障態(tài)分析，地電位分布，接地母線校核尚未進(jìn)行8．

各分系統(tǒng)接地方案未討論協(xié)調(diào)9。局部原