1、EAST超導(dǎo)托卡馬克接地系統(tǒng) 設(shè)計、構(gòu)建、現(xiàn)狀與問題 2005年9月15日,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),主要內(nèi)容,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),接地系統(tǒng)設(shè)計 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)計的異同,接地設(shè)計的主要目的與基本內(nèi)容,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),接地設(shè)計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；信號或邏輯接地（又稱為低電平直流參照電位接地）。 其二為保護型接地，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)計的主要目的與基本內(nèi)容,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)與依據(jù)： 應(yīng)用接地設(shè)計的

2、基本原理， 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)計的工程實踐及其最新進展， 根據(jù)托卡馬克裝置的結(jié)構(gòu)和運行的特點，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)計的經(jīng)驗， 結(jié)合本所有關(guān)設(shè)施的歷史與現(xiàn)狀， 合理地設(shè)計一個完整的接地系統(tǒng)，構(gòu)建一個公共接地平臺。 以期實現(xiàn)： 裝置所有分系統(tǒng)的可靠運行， 保證設(shè)備和人身的安全， 在各種可能的故障態(tài)下，防止故障的擴大，減輕事故的損害， 同時，減小并防止對弱電系統(tǒng)的電磁干擾和電磁脈沖的危害，實現(xiàn)系統(tǒng)的電磁兼容。,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),接地設(shè)計的目的和要求,其一，防止并保護各種可

3、能的（內(nèi)部或外部的、正常運行或故障態(tài)的）過電壓和過電流對裝置與設(shè)備的危害，保證裝置的正常運行以及設(shè)備和人身的安全。 其二，防止并保護各種可能的（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)境下實現(xiàn)測量、采集、診斷、控制系統(tǒng)的電磁兼容。,BDSGP系統(tǒng),ASIPP,EAST 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（Protecting）,即所謂BDSGP系統(tǒng)， 將接地設(shè)計與等電位連接、分流、屏蔽、保護設(shè)計統(tǒng)一進行，是國內(nèi)外建筑、電力、電子、通訊系統(tǒng)

4、多年來雷電防護與電磁兼容的經(jīng)驗總結(jié)，亦是實現(xiàn)上述目標(biāo)的有效措施。,EAST 接地設(shè)計的技術(shù)要求,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),1、使裝置的所有帶電工作部件運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，避免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感應(yīng)的過電壓及其危害。EAST裝置周圍管線密布，

5、極向場電磁系統(tǒng)為空芯結(jié)構(gòu)，該項危害不能忽視。 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，以實現(xiàn)系統(tǒng)的電磁兼容。 6、 防止并保護雷擊和各種故障時的反擊過電壓，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,EAST接地系統(tǒng)構(gòu)成,ASIPP,EAST 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,實驗建筑地網(wǎng)平面圖,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),接地裝置與總接地網(wǎng),ASIPP,EAST

6、 接地系統(tǒng),（1）以各實驗大廳建筑物基礎(chǔ)中的鋼筋作為自然接地體，以及建筑物周圍敷設(shè)的補充接地體構(gòu)成各大廳的接地裝置。 （2） 各實驗大廳內(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，也僅僅設(shè)立一個接地端紐。 （3） 將裝置、電源、低溫、輔助加熱等有關(guān)實驗大廳的接地網(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)的最大電流進行電動穩(wěn)定性和電熱穩(wěn)定性校核。 總接地網(wǎng)接地電阻應(yīng)不大于0.5歐（并非限定值

7、）。由于實驗建筑占地面積較大（約11000平方米），該數(shù)值一般不難滿足。 （4） 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在裝置和裝置周圍產(chǎn)生的雜散磁場的影響不可忽視。裝置主機的基礎(chǔ)（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,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),工作接地G1， 屏敝接地G2， 測量、控制、診斷等弱電接地G3， 以及保安接地與等電位連接G4 （B）。 各接地母線互相絕緣，各自獨立，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)作多點連接（焊

8、接）。形成一個與地網(wǎng)多點相連的環(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驗大廳內(nèi)分接地網(wǎng)的接地端紐，且只能有此一點與地網(wǎng)相連（一點接地原則）。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)置若干分接地端紐，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,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),接地母線位置示意圖

9、,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),接地對象,ASIPP,EAST 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（1.002.85KV/15KA，12組），采用中性點（或人工中性點）通過一限流電阻與其連接。中性點接地的目的，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)計安全值之內(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，如基礎(chǔ)、支承、真空室、內(nèi)襯、線圈外殼、氮屏等，

10、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)計安全值而定?？紤]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,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),（2） 屏蔽接地 G2 所有電子儀器的屏蔽層，以及所有信號電纜的屏蔽層（發(fā)送信號者在其信號發(fā)送端均；接收信號者在其信號接收端）與其一點相連，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。 （3） 直流電位參照地（或稱邏輯地） G3 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，在接收端與其一點相連。以提供一個相

11、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。,接地對象,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),（4） 保安接地與等電位連接 G4 所有電氣設(shè)備的金屬外殼、裝置平臺、裝置的冷卻管道均應(yīng)與其相連。所有進入建筑物的外來導(dǎo)電物（如水、氣、電等金屬管道，電力電纜、信號線纜鎧裝等），在其進入地點，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)： 中性線與保護線是分開的(三相五線制）。即低壓交流系統(tǒng)（AC 380V）的中性點，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）。

12、并設(shè)保安繼電器，使對地故障電流可被立即檢測而動作于電源開關(guān)跳閘。 保安接地與等電位連接，以采用截面不小于505mm2的銅排為宜。其與地網(wǎng)相連的接地連接帶，可采用505mm2鍍鋅扁鋼，每間距45米一根，與地網(wǎng)多點連接（焊接）。,接地對象連接示意圖據(jù)05年10月決議修訂,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),關(guān)于低壓配電的接地方式的建議,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),設(shè)置一相對獨立的“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、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,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),

13、其接地方式，建議按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和HT7U接地系統(tǒng)的方案設(shè)計中的有關(guān)內(nèi)容實行，采用TN-S系統(tǒng)?？刂朴玫呐潆娮儔浩鱐1 建議按下圖所示接地方式進行：,防雷設(shè)計,ASIPP,EAST 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） 對于位置分離的實驗建筑，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

14、一個統(tǒng)一的防雷系統(tǒng)。其相鄰墻面原有的引下線應(yīng)予拆除。建筑物的鋼筋在施工過程中作適當(dāng)連接（多點焊接）使其形成一個稀疏的“法拉第籠”，具有一定的屏蔽作用。 實驗大廳內(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，所有進出介面處的金屬管線均作等電位連接，并設(shè)浪涌保護器。（測量、診斷、控制各有關(guān)分系統(tǒng)應(yīng)予以重視） 同時使本系統(tǒng)的電子設(shè)備與外墻或避雷引下線不可相距太近（大于12米），并要注意加強自身的屏蔽措施與過電壓保護，以防雷擊時的電磁脈沖及反擊過電壓的危害。,小結(jié)EAST 接地設(shè)計的基本原則,ASIPP,EAST

15、 接地系統(tǒng),共用地網(wǎng)（統(tǒng)一接地平臺） 分類接地母線（G1, G2, G3, G4-B ) 樹狀結(jié)構(gòu)與一點接地（G1, G2, G3） 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與多點接地（G4-B ) EMC 與BDSGP 電磁脈沖防護,說明,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),本項工作的任務(wù)，主要是根據(jù)EAST裝置的特點與要求，提供一個接地系統(tǒng)的設(shè)計方案，建設(shè)一個可供各分系統(tǒng)共同使用的接地平臺，以保證裝置的安全運行與電磁兼容。 該接地系統(tǒng)（平臺）具有一個經(jīng)各分系統(tǒng)討論認(rèn)可的接地設(shè)計思想與實施原則。只有按此統(tǒng)一實行，才可能實現(xiàn)其功能與目標(biāo)；否則，該接地平臺將遭到破壞而不復(fù)存在。 各分系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)自身的系統(tǒng)設(shè)計、性能要求與運行方式，完

16、成本系統(tǒng)的接地設(shè)計，并按此接地設(shè)計原則自行實施。其中，與接地有關(guān)的故障態(tài)的分析、計算與保護，不可或缺。 該接地設(shè)計與實施原則，如被認(rèn)可并批準(zhǔn)執(zhí)行，應(yīng)由項目辦統(tǒng)一管理，監(jiān)督實行。 如某分系統(tǒng)需要獨立的接地系統(tǒng)，可由項目辦批準(zhǔn)實行。但該獨立接地系統(tǒng)必須與共用接地平臺徹底分離，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)驗的限制，該接地設(shè)計遠(yuǎn)非完美無缺。一個理想而完善的接地設(shè)計，有待所有方面的高度重視與共同努力。如對上述接地設(shè)計有任何意見或建議，請盡快提出。由項目辦討論決策，以便修改完善。亡羊補牢，猶未為晚。,迄今已完成

17、的工作,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),接地系統(tǒng)的方案設(shè)計 接地網(wǎng)的工藝要求 低壓配電接地的建議 配合項目辦，征集EAST各分系統(tǒng)關(guān)于接地設(shè)計的技術(shù)要求 配合項目辦，完成土建設(shè)計單位（省建筑設(shè)計院）有關(guān)接地系統(tǒng)的工藝設(shè)計與工程圖紙的校核 配合項目辦與土建，完成實驗大廳新建部分接地網(wǎng)與接地母線的施工 配合項目辦與土建，對實驗大廳新建部分接地網(wǎng)與接地母線的施工記錄進行了檢查，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,ASIPP,EAST 接地系統(tǒng),EAST接地系統(tǒng)已基本建成（80），但尚存在諸多問題： 1，共用地網(wǎng)的中心部分已經(jīng)完成，但分離地網(wǎng)尚未全部實行連接，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行 3完成實驗大廳新建部分接地網(wǎng)與接地母線的施工，但其他實驗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)計與構(gòu)建尚無安排 6110KV變電站地網(wǎng)是否