摘要：随着地铁建设的快速发展，盾构机的使用越来越多。由于盾构机供电系统、电气控制系统和计算机控制系统结构是复杂的，和建筑环境的盾构机结构紧凑、黑暗、潮湿、保护的电气设备必须设置各种安全保护装置和安全保护装置是万无一失，保证电气设备和施工人员的健康和生命安全。
关键词：盾构机用电设备；接地和漏电；保护系统
一、低压配电系统的接地
1、TN-S系统
供配电系统中TN-S系统的接地线PE线不与工作零线N公用，供配电系统为三相五线制。工作零线N与屏蔽机电设备的工作零线相连。在系统正常运行时，接地的PE线连接到不带电的金属外壳上。在系统正常运行过程中，即使在工作零线上产生不平衡电流，也不会产生特殊保护线上的电流。PE线对地无电压的原因是电气设备金属外壳的接地保护采用PE专用保护线。因此，TN-S系统具有最高的安全性能。由于地线PE必须接好，漏电开关不能有地线PE，所以系统输入比较大。TN-S系统的接线示意图如图1所示。
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图1TN-S系统接线原理
2、TN-C系统
TN-C系统的工作零线N与接地线PE线在供配电系统中公用，由1根称为PEN线的导体同时承担两者的功能。PEN线不但连接到电路的中性点，而且还与电气设备的导电体连接。当电气设备正常工作时，PEN线与不带电的金属外壳连接，称为三相四线制。
在电气设备负载基本均衡的条件下，当工作零线上有不平衡电流通过，或对地有电压，或者三相负载存在不平衡的情况，不适用于TN-C系统；与保护线连接的电气设备金属外壳若存在一定电压、在TN-C系统干线上使用漏电短路器的情况下，必须拆除工作零线，否则可导致漏电开关无法合闸。但是在电源的相线接地情况下，若设备的外壳电位升高，中线上的危险电位就会蔓延，因此在任何情况下工作零线不能断线，TN-C系统的安全性能最差，但是系统的投入较小。TN-C系统的接线方式如图2所示。
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图2TN-C系统接线原理
二、盾构机接地保护系统
1、接地保护方法
为了保证盾构机的电气安全，所有盾构机带点和不带电荷的导体都要接地，构成盾构机接地保护系统。屏蔽式机电接地保护系统由两部分组成：第一，工作接地，又称系统接地，即电力变压器低压端中性点直接接地，其功能是提供稳定的电源；另一部分是保护地面，即不带电的金属导体与地面相连，起到安全保护的作用，防止人身事故的发生。盾构机属于大型用电设备，且施工环境潮湿，根据国家建设部的相关要求，有操作人员通过的部位必须采用TN-S保护系统，使盾构机整个电气系统中N线和PE线相互独立且绝缘。在施工过程中，即使工作零线断裂，也只是影响到断裂点以下的单相施工用电气设备，不会对施工人员的安全产生危险。除此以外，在分开工作零线和接地保护零线的情况下，安装多级电流保护装置十分必要，这样盾构机电气系统具备了多重保护效果。在盾构机电气设备具体安装接地装置时，其每组接地体都需要至少2根热镀锌角钢、钢管或光面圆钢，再使用40×4mm扁钢焊接在一起，将接地极通过接地线连接变压器的中性点。在具体施工中，接地装置的接地电阻也应该与不同的施工条件相符合。接地电阻一般分为2种，即接地体对地电阻和接地线电阻。盾构机的接地系统一般使用联合接地方式，即整个接地系统使用一同接地极。根据相关设计要求，接地电阻应小于1Ω，安装时，还需要根据施工环境计算出具体的接地电阻大小。在满足国家的施工相关规定外，更要安全规范的进行操作。
2、控制系统的接地保护
2.1计算机的接地保护
计算机系统是盾构机电气系统不可或缺的部分。计算机系统中各个仪器设备需要进行大量的计算和处理，而数据的准确性直接影响盾构机的掘进施工。为了使计算机系统各个仪表盘能够安全稳定的运行，需要数字接地保护系统和模拟接地保护系统双重保护，并且还需要防电磁干扰屏蔽接地。
2.2释放静电接地
为了防止或减少静电产生的危害，防止盾构机在施工过程中静电放电时使电气设备及电路产生故障，盾构机须设置静电接地。盾构机的静电接地采用40×4mm扁钢，这样能够有效的防止产生静电，或者采用直径10mm圆钢将管道与接地极焊接。
3、等电位接地
由于盾构机在隧道中的环境相对潮湿，并且盾构机的电气系统的用电设备非常多，一旦发生意外事故，会对施工人员的健康产生威胁，所以盾构机必须做等电位接地。在盾构机电气设备中，一般使用40×4mm扁钢连接用电设备和金属构件进行接地保护。
三、盾构机的漏电保护系统
1、漏电保护作用
盾构机电气设备仅设置安全可靠的接地系统还不够，还需设置高稳定性的漏电保护系统，其目的是为了防止漏电或跳闸等意外事故的发生。虽然盾构机的接地系统十分稳定安全，但是盾构机在施工过程中有可能出现意外漏电情况，一旦出现非正常情况的漏电，可能会损害施工人员的生命健康及盾构机的电气设备。因此必须设置漏电保护设备，以对漏电电流进行实时监控。一旦漏电电流较大，施工人员能够及时处理，还可保护盾构机电气设备的安全。国家相关部门已经制定了对盾构机施工的漏电保护标准规范，规定在施工条件下必须安装二级漏电保护装置。
2、保护电流
盾构机长期处于较为潮湿的作业环境，开关箱及其他配电系统的保护壳必须采用防溅型漏电保护设备，根据有关规定，其额定漏电电流应小于15mA，并且额定漏电动作时间应小于0.1s。此外，在盾构机的总配电箱必须设置总漏电保护器，额定漏电动作电流应该是设备总漏电电流的2倍左右，设置合理的漏电电流，才能保证盾构机施工安全。
3、辅助系统漏电保护
照明系统、控制系统的用电设备也应根据相关技术规范，设置相应的漏电保护装置。一旦出现漏电故障，能够让施工人员快速找到故障部位。漏电保护系统同时也必须安装实时监控电流报警系统，当漏电电流超过某数值时，进行系统报警，从而快速提请相关人员注意安全。
漏电保护器是整个电气系统的保障系统，在施工过程中，施工人员不能存在侥幸心理，认为安装了漏电保护系统就可以降低盾构机的接地要求，且漏电保护装置也要安装接地保护装置。
四、盾构机的防雷保护
盾构机在隧道环境施工，施工周期较长，一般在一年以上。如果施工所在地属于雷暴多发地区，或者夏季多雷雨天气的地区，应在施工现场建立相应的防雷接地系统。施工工地应设置避雷针和防雷接地。防雷半径必须覆盖整个盾构机及施工现场，且防雷接地极应设置在远离施工人员的区域，这样能够有效的防止雷击。防雷接地电阻应小于10Ω，防雷接地极与供配电需要净距离大于3m以上，这样才能有效防止接引雷电时造成雷电反击。
结束语
当然，安全保护系统是一个综合的可靠性问题，盾构机在施工过程中遇到的渗漏、脱扣和其他突发事件，除了以上几个方面的分析，但也可能与电气和电子元件的质量，后来电气系统维护、施工环境和其他因素。根据以上方面的综合、仔细分析和检查，确保施工人员在施工过程中的安全，确保施工进度的完成。
参考文献：
[1]孙修峰.盾构的维修保养与配件管理探讨[J].四川水泥，2018（04）：199.
[2]连文江.浅谈盾构机推进系统故障以及维修措施[J].工程建设与设计，2017（18）：173-174.
论文作者:贺世豪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：盾构论文; 系统论文; 电流论文; 设备论文; 机电论文; 防雷论文; 工作论文; 《基层建设》2019年第30期论文;