摘要：陆上石油钻井电动钻机需要使用大量电气设备，这些电气设备要使用一套行之有效的接地系统，以保证发生电气故障时的设备、人身安全。
关键词：陆上石油钻井；电动钻机；接地系统
陆上石油钻井电动钻机需要使用大量电气设备。随着陆上石油钻井技术的进步，电动钻机的使用率越来越高，电气设备的安装量也水涨船高。随之而来的用电安全问题也愈发严峻。接地系统，是保障用电安全、保护操作人员的重要手段。本文主要从保护设备操作人员人身安全的角度上阐述陆上石油钻井电动钻机电气设备的接地系统选择。
1陆上石油钻井电动钻机电气设备的种类
钻井井场使用的电气设备较多，主要电气设备如下：三相异步电动机，功率从0.75kW到1200kW不等；单相交流220V灯具，功率从几W到几百W；单相交流220V电动手工具，功率为几百W到两kW。三相交流600V发电机，功率为1200kW。各种整流器，逆变器，功率为1600kW；需要防止电磁干扰的精密设备；采用网电供电的，还有变压器室。
2陆上石油钻井电动钻机电气设备接地的目的
电动钻机电气设备接地的目的有很多。陆上石油钻井现场可能存在各种易燃易爆物品，如柴油、汽油、油漆、硫化氢气体、稀料、乙炔气体等。除了电气设备本身的选用需要应对防爆要求，使用国家标准许可的、地方企业允许的防爆设备之外，还要对接地进行严格选择，保证发生电气故障时，不会产生引燃易燃易爆物品的危险火花，以确保现场工作环境的安全。有的陆上石油钻井区域，处于雷电多发的地区，这种钻井区域，可能会产生直击雷、感应雷、球形雷等，这些雷电又可能会引起火灾和爆炸、人员触电、设备和设施毁坏等恶劣后果，除了要应对防爆要求之外，还需要通过接地系统及防雷击专用设备，如接闪器、避雷器、引下线等防雷。电气设备短路漏电可能会造成设备本身的损坏，除选用合适的保护电器之外，还需要进行接地，通过接地达到保护电器的工作要求。陆上石油钻井电动钻机电气设备较多，自动化程度虽然较高，但仍有许多设备需要人员操作，当电气设备发生漏电等问题时，操作人员就有触电的风险。电气设备接地的另一个目的是当电气设备发生漏电时，保护电器能迅速切断电源以及泄放电流，降低接触电压，以保证设备操作人员的人身安全。
3电气设备目前接地系统的分类
一般分为TT系统，IT系统，TN系统。TT系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统[1]（图1）。第一个符号T表示电力系统中性点直接接地。第二个符号T表示电气装置外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。TT系统的特点。由于TT系统的接地原理，当某一相线直接连接设备金属外壳时，将产生一电压。该电压几乎不可能被限制在安全范围内。对于一般的过电流保护，实现速断是不可能的。因此，一般情况下不能采用TT系统。如确有困难，不得不采用TT系统，则必须将故障持续时间限制在允许范围内。TT系统的应用范围。TT系统主要用于低压共用用户，即用于未装备配电变压器，从外面引进低压电源的小型用户。IT系统就是保护接地系统[1]。第一个大写字母“I”表示配电网不接地或经高阻抗接地，第二个大写字母“T”表示电气设备金属外壳接地。显然，IT系统是配电网不接地或经高阻抗接地，电气设备金属外壳接地的系统。IT系统的特点。保护接地的作用是当设备金属外壳意外带电时，将其对地电压限制在规定的安全范围以内，消除或减小电击的危险。保护接地还能等化导体间电位，防止导体间产生危险的电位差，保护接地还能消除感应电压的危险。IT系统的应用范围。IT系统适用于各种不接地配电网。包括低压不接地配电网（如井下配电网）和高压不接地配电网，还包括不接地直流配电网。在这些电网中，凡由于绝缘损坏或其他原因而可能带危险电压的正常不带电金属部分，除另有规定外，均应接地。TN系统是三相四线配电网低压中性点直接接地，电气设备金属外壳采取接零措施的系统[1]。字母T和N分别表示配电网中性点直接接地和电气设备金属外壳接零。TN系统又分为三个类型，即TN-S系统、TN-C-S系统和TN-C系统。TN-S系统（图2）。此系统是有专用保护零线（PE线），即保护零线与工作零线完全（N线）完全分开的系统。爆炸危险性较大或安全要求较高的场所应采用TN-S系统。TN-C-S系统（图3）：此系统干线部分保护零线与工作零线前半部共用（构成PEN线），后部分开的系统。TN-C系统（图4）：该系统是干线部分保护零线与工作零线完全共用的系统。TN系统的特点。在这种系统中，当某一相线直接连接设备金属外壳时，即形成单相短路。短路电流促使线路上的短路保护装置迅速动作，在规定时间内将故障设备断开电源，消除电击危险。TN系统的应用范围。TN系统适用于电压0.23/0.4kV低压中性点直接接地的三相四线配电系统。应接保护导体部位与保护接地相同。
4陆上石油钻井电动钻机现有接地系统的优劣及选择
钻井现场现有接地系统大致分为两种。一种为三相四线制配电网低压中性点直接接地，电气设备的金属外壳直接接地的TT系统。另一种为三相四线制配电网低压中性点直接接地，电气设备的金属外壳通过保护接地线接零的TN系统。第一种TT接地系统中，由于接地线长度的限制，需要电气设备就近使用人造接地体直接接地。电动钻机的电气设备，除安装在整体设备上的电气设备，比如钻机底座，泥浆罐等设备，可以直接使用一根接地线，将电气设备连接在所属设备上，实现接地外，其它单独使用的电气设备都需要就近使用接地桩、接地线实施接地，实现对操作人员的保护。由于钻井井场场地较大，电气设备又分散于场地的各个区域，所以，很难实现几个电气设备共用一个人造接地体，以实现减少工作量，提高维护效率的目的。只能哪里有电气设备，哪里就得接地。一般情况下，是使用长度为1.5m的圆柱形接地桩，接地桩下部有车床车出的圆锥，便于砸入地面，上部有焊接或车床车出的加强部分，是为了确保用榔头砸地线桩时，地线桩能有足够的强度。地线桩上部还有焊接的一块耳板，耳板穿孔，便于穿入螺栓固定接地线。使用时，将地线桩通过榔头砸入地面1.2m，地面部分保留30cm。使用至少25mm2的专用铜制接地线，用专用线鼻子压制后，用螺栓将电气设备和接地桩连接。并且需要在接地桩砸下的地方挖坑浇水，确保接地桩处的土壤湿润，以达到降低接地电阻的目的。陆上石油钻井的场地，有的在高山上，有的在沙漠里，有的在农田里，大部分的情况下，土壤电阻率高、部分区域降水少，土壤干燥，需要采用多浇水，使用降阻剂，增加接地桩等方式，降低接地电阻，以达到在电气设备发生漏电时，降低电气设备上的电压，以保护设备操作人员的作用。陆上石油钻井条件恶劣，施工人员素质良莠不齐，不能确保施工品质达到要求，造成此几种方式并不能有效的降低接地电阻，这将导致电气设备发生漏电时，产生危险的电压，这将危害到设备操作人员的人身安全。考虑到此种接地方式的接地效果受人为因素影响较大，且陆上石油钻井施工人员素质鲜有达到要求的，综合考虑，此种方式并不太适用于陆上石油钻井。第二种接地系统，通过三相四线制供电系统，使用一根陆上石油钻井常用的四芯橡套软线，将电能从电源连接到各分配电箱。各分配电箱所负载的电气设备，单相用电设备，使用三芯橡套软线连接。三芯橡套软线中包含三根工作芯线，有一根作为相线使用，一根作为零线使用，一根作为地线使用。三相四线用电设备，使用五芯橡套软线连接。五芯橡套软线中包含五根工作芯线有三根作为相线使用，一根做零线使用，一根做为地线使用。这两种用电设备连接完成后，还需要单独使用一根至少为25mm2的接地线，一端连接在所有电气设备上，另一端连接到电源中性点上。从这样的连接方式上看，该三相四线制内的零线可为工作零线，额外单独使用的至少为25mm2的接地线可视为保护零线，可以认为这是一种TN-S系统。这种系统在实际的使用过程中，当电气设备金属外壳带电时，能通过保护零线与相线形成一个通路，通过各种保护电器的保护，能够迅速的切断电源，以达到保护设备操作人员的目的。但陆上石油钻井井场占地面积较大，且场地情况复杂，各种车辆出入，各种工况，各种工具的使用，以及使用专用线鼻子压制连接地线的方式，易造成单独使用的那根至少为25mm2的地线损伤，折断，压扁，断线，接触不良等情况发生。一旦发生这种情况，势必将造成接地系统的破坏。那么，在电气设备的外壳带电时，保护电器断开电源的可能性大大降低，将不能有效的保护设备操作人员。所以，若要采取TN-S系统，需要更换原本的三相四线制橡套软线，改为至少五芯橡套软线，由于橡套软线本身较接地线机械强度较高，不易被损坏，能够较好的保护好保护零线，从而确保当电气设备漏电时，能通过保护零线形成通路，再通过保护电器断开电源。陆上石油钻井电动钻机投入使用已有二十多年了，由于历史原因，钻井井场多使用三相四线制的四芯橡套软线，或使用两芯的橡套软线，且数量众多，更换较为不易，更换橡套软线成本也很高。从用电安全、橡套软线成本、以及需要的人员工时的角度来讲，现场还可以采用TN-C系统，也就是说，原本的三相四线制中，从电源引入到各级配电箱的四芯橡套软线不用更换，各电气设备继续使用三芯或五芯的橡套软线，再在下游配电箱使用漏电保护装置，以保护电气设备操作人员。这样一来既能够实现较好的保护作用，又能减少更换橡套软线的成本，且改造起来较更换橡套软线容易。
5结语
陆上石油钻井电动钻机接地系统，是保护设备，保护设备操作人员的一个有效措施，应该使用一套行之有效的接地系统。TN接地系统，比较适合现有的电动钻机接地。
作者：何中锋 单位：中国石油集团公司渤海钻探工程公司塔里木钻井分公司
