EAST超导托卡马克接地系统

EAST超导托卡马克接地系统－－－－设计、构建、现状与问题2005年9月15日EAST接地系统主要内容EAST接地系统–接地系统设计–接地系统的构建－－已完成工作–现状与问题–ITER与EAST接地设计的异同接地设计的主要目的与基本内容EAST接地系统接地设计按其功用和目的可分为二种类型：其一为功能型接地，如工作接地；屏蔽接地；信号或逻辑接地（又称为低电平直流参照电位接地）。其二为保护型接地，如保安接地；防雷接地；防静电接地及防腐蚀接地等等。接地系统设计的主要目的与基本内容EAST接地系统系统设计的基础与依据：•应用接地设计的基本原理，•参考建筑、电力、通讯等系统现有有关接地设计的技术规程和技术标准（GB国标，及IEC标准等），•根据接地设计的工程实践及其最新进展，•根据托卡马克装置的结构和运行的特点，以及各分系统的具体要求，•参照国内外同类装置接地设计的经验，•结合本所有关设施的历史与现状，合理地设计一个完整的接地系统，构建一个公共接地平台。以期实现：•装置所有分系统的可靠运行，•保证设备和人身的安全，•在各种可能的故障态下，防止故障的扩大，减轻事故的损害，•同时，减小并防止对弱电系统的电磁干扰和电磁脉冲的危害，实现系统的电磁兼容。EAST接地系统接地设计的目的和要求其一，防止并保护各种可能的（内部或外部的、正常运行或故障态的）过电压和过电流对装置与设备的危害，保证装置的正常运行以及设备和人身的安全。其二，防止并保护各种可能的（自身的或外界的）电磁脉冲和电磁干扰对电子设备和敏感部件的危害，在日趋严重的复杂电磁环境下实现测量、采集、诊断、控制系统的电磁兼容。BDSGP系统EAST接地系统BDSGP系统慨念等电位连接（Bounding）、分流（Dividing）、屏蔽（Shielding）、接地（Grounding）、保护（Protecting）,即所谓BDSGP系统，将接地设计与等电位连接、分流、屏蔽、保护设计统一进行，是国内外建筑、电力、电子、通讯系统多年来雷电防护与电磁兼容的经验总结，亦是实现上述目标的有效措施。EAST接地设计的技术要求EAST接地系统1、使装置的所有带电工作部件运行于一定的许用电压之内，（视部件的工作电压和绝缘耐压水平而定）。2、限制装置的所有非带电部件对地及其相互之间的电压。3、为各种可能的故障态下的各种复杂的故障电流提供一个低阻通道，既要限制故障电流和接地电流的大小，又要防止可能出现的过电压。4、防止任何可能的与装置具有电磁耦合的金属回路，避免与等离子体的耦合而感应的涡流，及其在装置和装置周围产生的杂散磁场的影响；防止在等离子体突然破裂时感应的过电压及其危害。EAST装置周围管线密布，极向场电磁系统为空芯结构，该项危害不能忽视。5、减小并防止测量、控制、诊断及数据采集等弱电系统的外在干扰，及其相互之间的干扰。与隔离、屏蔽、滤波等技术配合使用，统一设计，以实现系统的电磁兼容。6、防止并保护雷击和各种故障时的反击过电压，特别要注意对外界电磁干扰极其敏感的、对雷电等电磁脉冲和过电压耐受能力很低的电子设备的防护EAST接地系统构成EAST接地系统接地装置接地网接地端纽接地母线接地对象防雷装置低压配电实验建筑地网平面图EAST接地系统接地系统结构示意图EAST接地系统接地对象接地支线接地母线分接地端纽接地端子G1G2G3接地网电源大厅BB托卡马克装置大厅G2G1G3引下线B微波大厅G1G2G3接闪器及防雷网接地对象接地支线分接地端纽接地母线接地端子接地网接地对象接地支线分接地端纽接地母线接地端子接地网接地极接地极接地极接地装置与总接地网EAST接地系统（1）以各实验大厅建筑物基础中的钢筋作为自然接地体，以及建筑物周围敷设的补充接地体构成各大厅的接地装置。（2）各实验大厅内应敷设均压网。均压网应以最严重的接地故障态，按跨步电势和接触电势进行校核。均压网与接地装置相连，构成各大厅的分接地网，并在适当位置设立一个，也仅仅设立一个接地端纽。（3）将装置、电源、低温、辅助加热等有关实验大厅的接地网在各自的接地端纽（或地网边缘）处，以连接干线联成一体，构成总接地网（一个统一的共用地网）及总接地端纽。连接干线可使用大截面钢管或钢带，并按故障态下流经的最大电流进行电动稳定性和电热稳定性校核。总接地网接地电阻应不大于0.5欧（并非限定值）。由于实验建筑占地面积较大（约11000平方米），该数值一般不难满足。（4）总接地网下的各金属构件和管道，均作均压连接。（5）鉴于极向场电磁系统为空芯结构，等离子体快速变化时在装置和装置周围产生的杂散磁场的影响不可忽视。装置主机的基础（14m14m）采用无磁钢钢筋，并作绝缘绑扎。以减小其中感生涡流的影响。接地母线EAST接地系统工作接地G1，屏敝接地G2，测量、控制、诊断等弱电接地G3，以及保安接地与等电位连接G4（B）。•各接地母线互相绝缘，各自独立，不得混用，不得形成回路。唯一的例外是，保安接地与等电位连接G4，通过预埋的接地连接带与接地网作多点连接（焊接）。形成一个与地网多点相连的环形等电位连接带（网状）。•除保安接地与等电位连接G4外，各接地母线均引自各实验大厅内分接地网的接地端纽，且只能有此一点与地网相连（一点接地原则）。各接地母线采用绝缘支承，互相绝缘并对墙壁绝缘，各自不构成回路。接地母排上设置若干分接地端纽，以接地支线引向各接地对象－－其布局类似于一树形结构，如图三所示。•在总接地端纽处适当位置（G4之外）设置接地电流监测装置，以监测接地系统（G1,G2,G3)的状态与故障。接地母线与接地支线均应在其根部适当位置设立断接卡，以随时监测检查局部接地回路的存在。接地母线布局简化示意图EAST接地系统接地母线位置示意图EAST接地系统接地对象EAST接地系统EAST装置接地系统的接地对象相应可划分为：（1）工作接地G1装置的所有电气回路仅有一点直接与其相连或通过一定大小的电阻与其连接。例如，装置超导磁体及其AC/DC变流电源（1.00~2.85KV/15KA，12组），采用中性点（或人工中性点）通过一限流电阻与其连接。中性点接地的目的，在于降低磁体和电源的对地绝缘电压。接地电流一般限制在10安培量级，而接地故障电压限制在其设计安全值之内。对于超导磁体及其AC/DC变流电源，该值分别为10KV和5KV。装置所有的结构件，如基础、支承、真空室、内衬、线圈外壳、氮屏等，均通过适当大小的电阻与其连接，如图四所示。接地电阻的大小应按尽量限制故障电流并使其对地电压不超过设计安全值而定。考虑到与装置本体相连的各种传感器和电子设备的绝缘耐压，该电压值不可过高，可取为1KV（？）以下。接地对象EAST接地系统（2）屏蔽接地G2所有电子仪器的屏蔽层，以及所有信号电缆的屏蔽层（发送信号者在其信号发送端均；接收信号者在其信号接收端）与其一点相连，注意不得构成接地回路，屏蔽接地母线为截面不小于25mm2的铜线或铜排。（3）直流电位参照地（或称逻辑地）G3所有测量、控制、诊断、数据采集等弱电系统的直流电位参照地，在接收端与其一点相连。以提供一个相对稳定的参照电位。直流电位参照地亦为截面不小于25mm2的铜线或铜排。接地对象EAST接地系统（4）保安接地与等电位连接G4所有电气设备的金属外壳、装置平台、装置的冷却管道均应与其相连。所有进入建筑物的外来导电物（如水、气、电等金属管道，电力电缆、信号线缆铠装等），在其进入地点，就近连到等电位连接带，或直接连到环形接地体或建筑的钢筋上。低压交流系统的接地型式，采用TN-S系统：中性线与保护线是分开的(三相五线制）。即低压交流系统（AC380V）的中性点，以专用绝缘导线与保安接地与等电位连接G4相连。以保证低压电气装置外壳的对地故障电压不大于50V（交流有效值）。并设保安继电器，使对地故障电流可被立即检测而动作于电源开关跳闸。保安接地与等电位连接，以采用截面不小于50×5mm2的铜排为宜。其与地网相连的接地连接带，可采用50×5mm2镀锌扁钢，每间距4～5米一根，与地网多点连接（焊接）。接地对象连接示意图－－据05年10月决议修订EAST接地系统关于低压配电的接地方式的建议EAST接地系统设置一相对独立的“干净”的低压配电变压器（T1），专门供给系统中的敏感负载（如微机、控制系统、电子仪器等对电源波形、电压等要求较高的负载），与动力用电低压配电变压器分开设置。关于低压配电的接地方式的建议EAST接地系统其接地方式，建议按照有关标准和《HT－7U接地系统的方案设计》中的有关内容实行，采用TN-S系统。控制用的配电变压器T1建议按下图所示接地方式进行：防雷设计EAST接地系统根据全国年平均雷暴日数分布图可知，合肥地区的年平均雷暴日数约30，尚不属于多雷地区（年平均雷暴日数大于40），但也不属于少雷地区（年平均雷暴日数小于15）对于位置分离的实验建筑，以各大厅顶部四周的避雷带为接闪器，以大厅周边砼柱内的钢筋作为引下线（或以各大厅四周均匀分布的每面不少于二根的镀锌钢带为引下线），以大厅的接地装置作为接地体，构成各自的防雷系统。对于位置紧密联成一体的相邻建筑，应按一座建筑物处理，构成一个统一的防雷系统。其相邻墙面原有的引下线应予拆除。建筑物的钢筋在施工过程中作适当连接（多点焊接）使其形成一个稀疏的“法拉第笼”，具有一定的屏蔽作用。实验大厅内部应按各分系统的不同位置以及对电磁兼容的要求，对本系统所处区域的电磁脉冲防护作统一考虑。各分系统不同区域之间的介面处，设置均压连接带，所有进出介面处的金属管线均作等电位连接，并设浪涌保护器。（测量、诊断、控制各有关分系统应予以重视）同时使本系统的电子设备与外墙或避雷引下线不可相距太近（大于1～2米），并要注意加强自身的屏蔽措施与过电压保护，以防雷击时的电磁脉冲及反击过电压的危害。小结－－EAST接地设计的基本原则EAST接地系统•共用地网（统一接地平台）•分类接地母线（G1,G2,G3,G4-B)•树状结构与一点接地（G1,G2,G3）•网状结构与多点接地（G4-B)•EMC与BDSGP•电磁脉冲防护说明EAST接地系统1.本项工作的任务，主要是根据EAST装置的特点与要求，提供一个接地系统的设计方案，建设一个可供各分系统共同使用的接地平台，以保证装置的安全运行与电磁兼容。2.该接地系统（平台）具有一个经各分系统讨论认可的接地设计思想与实施原则。只有按此统一实行，才可能实现其功能与目标；否则，该接地平台将遭到破坏而不复存在。3.各分系统应根据自身的系统设计、性能要求与运行方式，完成本系统的接地设计，并按此接地设计原则自行实施。其中，与接地有关的故障态的分析、计算与保护，不可或缺。4.该接地设计与实施原则，如被认可并批准执行，应由项目办统一管理，监督实行。5.如某分系统需要独立的接地系统，可由项目办批准实行。但该独立接地系统必须与共用接地平台彻底分离，防止任何可能的相互耦合与干扰，并设有相互间的电位均衡与保护措施。（如诊断与控制，高压变电所）6.由于缺乏系统深入的研究与工程经验的限制，该接地设计远非完美无缺。一个理想而完善的接地设计，有待所有方面的高度重视与共同努力。如对上述接地设计有任何意见或建议，请尽快提出。由项目办讨论决策，以便修改完善。亡羊补牢，犹未为晚。迄今已完成的工作EAST接地系统1.接地系统的方案设计2.接地网的工艺要求3.低压配电接地的建议4.配合项目办，征集EAST各分系统关于接地设计的技术要求5.配合项目办，完成土建设计单位（省建筑设计院）有关接地系统的工艺设计与工程图纸的校核6.配合项目办与土建，完成实验大厅新建部分接地网与接地母线的施工7.配合项目办与土建，对实验大厅新建部分接地网与接地母线的施工记录进行了检查，提出意见8.对各分系统提出的有关接地设计的问题，给以咨询建议9.有关资料的整理、存档现状与问题EAST接地系统EAST接地系统已基本建成（～80％），但尚存在诸多问题：1，共用地网的中心部分已经完成，但分离地网尚未全部实行连接，统一共用地网尚未形成2．总接地端纽施工未按图纸进行3．完成实验大厅新建