电力系统接地技术资料

电力系统接地技术设计 目 录 前言…………………………………………………………1 第一部分 接地电阻及接触电势、跨步电势 1、 接地电阻计算的几种方法……………………………2 2、 均匀土壤中的接地电阻………………………………3 3、 分层土壤中的接地电阻………………………………4 4、 接地电阻的测量……………………………………12 5、 接地电阻的要求……………………………………15 6、 接触电势、跨步电势………………………………18 第二部分 接地设计及采用措施 1、 接地装置的设计……………………………………22 2、 控制接地电阻的相应措施…………………………28 前 言 在电力系统中，为了工作和安全的需要，常将电力系统及其电气设备的某些部分与大地相连接，这就是接地。接地的目的就是为了在事故以及雷击的情况下，利用大地做为接地电流回路，从而保证人身与设备的安全。由此可知，接地的形式可分为两种，一种为防雷接地，一种为保护接地：前者是为了避免雷电的伤害，而将避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备配以相应的接地装置，以便于把雷电流导入大地；后者则是为了保护人身安全，将电气设备的外壳接地，当电气设备绝缘损坏而使外壳带电时，流过保护接地的故障电流可使相应的保护装置动作，从而避免了人身和电气设备受到损害。 任何接地电极都存在接地电阻，接地电阻是被测接地体对地电压与接地电流之比，它主要是大地所呈现的电阻，接地电阻的大小除和大地的结构、土壤的电阻率有关外，还和接地体的几何尺寸以及形状有关，当有雷电冲击电流流过时还和流经接地体的冲击电流的幅值以及波形有关。另外，当电流通过接地体时，由于有接地电阻的存在，将使接地体及其周围的土壤发热，而电流在接地电阻上的压降亦将引起接地电极电位的升高，致使设备受这一过电压的作用而损坏；同时，当电流离开接地体在大地中扩散时，在地面上所呈现出的电位梯度会使人体遭受接触电势和跨步电势的作用。为此，我们必须重视接地电阻，并对其加以控制。 本文主要采用边界元法，针对接地电阻进行了计算，并结合接地体所处环境，对几种土壤中的接地电阻及接触电势、跨步电势进行了分析和测量。为更好地控制接地电阻，作者结合工作实际，从接地网形式、土壤条件等几个方面着手，对接地装置的设计和防腐进行了探讨，以解决工作中出现的实际问题。 第一部分 接地电阻及接触电势、跨步电势 1、 接地电阻计算的几种方法 平均电位法：在计算接地电阻时，在假定电流均匀分布的基础上，用导体各点电位的平均值做为导体的电位，即是导体的平均电位，这就是平均电位法，这种方法可以提高计算的精度。 中点电位法：在计算中性点接地电阻时，如果认为流入导体的电流沿导体长度均匀分布，这种电极的电位V可用沿电极长度表面的一点来表示，这种方法计算不太精确，但对于常见的简单形状还可以。 边界元法：电场的数值计算法可归纳为两大类型，即区域型和边界型。属于区域型的有差分法及有限元法，这是一种从拉氏方程出发，把电磁场过续场域内的问题，变为离散系统的问题来求解的方法，属于边界型的有边界元法（静电场中的模拟电荷法就是其中之一）。它是从库仑定律出发，把场域内的边界离散为若干单元来求解的。有限元法虽然已在电磁场的计算中得到广泛应用，但由于它在处理三维复杂性问题时，以及离散区域不能延伸到无穷远处的三维性质的电流问题。与之相反，以库仑定律为基础的边界元法在这方面则时具有无可比拟的优越性，用边界元法计算和接地有关的电流场问题是比较新的准确的方法。 在这里以着重介绍边界元法为主。我们从边界元法的简单原理入手，讨论任意形状线型接地电极，应用边界元法的实质就是计算找出电流分布。通过一系列的假设和计算，我们对结果进行了相应的对称处理，使所需联解的方程数由原来的12个减少到2个。由此，通过实际地网的数据检测可以说明以下几点结论： 1、 用电流均匀分布法进行近似计算时，在单根接地体的情况下，将形成偏大（4-65）%的误差。 2、 平均电流法在进行单根接地体计算时，可以取得与实际情况相近的结果，但在接地体加密时，将造成大的误差。 3、 用边界元法具有以下优点： ⑴ 在单根水平接地体计算中，采用了较准确的用平均电位计算法导出的 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 。 ⑵ 对现行规程中正方形接地体的屏蔽系数小于四辐射形接地体，以及圆形接地的屏蔽系数小于三辐射接地体进行修正。 ⑶ 指出了射线的长度对屏蔽的影响，规定了公式中A值（或B 值）的使用范围。 ⑷ 推举了新的A值及B值，用新的A值及B值，所得的计算结果和程序计算所得结果相比，误差一般不超过2%。 2、 均匀土壤中的接地电阻 ㈠ 圆棒电极 一个处于无限大均匀媒质ρ中的圆棒电极，其长度为l，直径=a，经圆棒流入媒质的电流为I，由于l>>a，则认为流入媒质的电流沿圆棒轴线流散电流密度为δ=I/l。由此，用中点电位法计算所得的电极接地电阻为R=V/I= EMBED Equation.3 。 ㈡ 圆环形电极 一个处于无限大均匀媒质ρ中的圆环，由直径d=2a的圆导体弯成，圆环的直径D=2b，经圆环流入媒质的电流为I。由于圆环的对称性，电流I必然沿圆环的周长均匀流散。当>>a时，可假设电 流集中由圆导体的轴线散出，则沿轴线流散的电流密度为δ=I/（2 b），故处于无限大均匀媒质中的圆环的接地电阻为R= 。 ㈢ 圆盘形电极 当电流由圆盘电极向无限大均匀媒质流散时，流散电流大圆盘表面的分布是极不均匀的，此时为了得到准确的计算公式，即采用等位面和特定曲面相吻合的电场的解法，可推导出处于无限大均匀媒质中圆盘电极的接地电阻R= 。 若求埋深为h的圆盘电极的接地电阻时，从工程实际来看，可取h<0.02b，即当地网用一占地面积相等的等值圆盘取代时，若埋深为0.85m，地网的半径应大于40m；埋深为0.6m，地网的半径应大于30m，这就足以满足工程实际的需要。 即当h=0时，圆盘接地电极的电阻为 ；而当h→∞时，则接地电阻应趋近于无限大均匀媒质时的 。故圆盘接地电极在任意埋深时的接地电阻可用公式 （1+ ）近似计算。 3、 分层土壤中的接地电阻 ㈠ 分层土壤对接地电阻测试影响计算原理 实际测量时，由于电流极不可能拉到无穷远，受电流极的影响，此时理想接地球体在x点所测的电阻测量值R与实际测量值R0存在相对误差ε。 本文分析计算中，地网及电流极均为理想接地球体，取点电流源在距离为a处的电位做为理想球体的电位，实际地网的电位健在与等效直径为地网对角线长度的理想接地球体的电位分布存在一定误差.根据文献中的计算，直线法测量时保持电流极到实际地网的距离为10a以上，不考虑土壤分层时实际地网等效为理想接地体引起的接地电阻值测量误差小于10%，这在工程上是可以接受的，此误差受土壤不均匀程度影响的变化趋势是一致的，可借助成熟的通用软件来加以计算。 ㈡ 考虑垂直地面方向两层土壤状况下接地电阻测试误差分析 1、电压极位置与土壤结构关系 假设有两层土壤分布，上下层电阻率分别为ρ1、ρ2，定义k=（ρ2-ρ1）/（ρ2+ρ1）为土壤不均匀系数，Ho 上层土壤厚度，a为地网等值半径。由图中可以看到，当k=0（即土壤均匀），则电压极和接地极之间的距离为电流极与接地极间距离的0.618倍时，直接将电压极布置在该点测量得到的接地电阻测量值即为接地系统的实际接地电阻值。在两层土壤结构中，当上层土壤厚度与电流极长度可以比拟时，电压极选择就不一定是0.618处了，而是随着k值的变化而变化，当下层土壤电阻率大于上层土壤时，则电压极与被测接地系统的距离在0.618d的基础上相应增大；反之则减小。显然，这时还用0.618法做为布置电压极的原则就会导致测量误差。当k从-0.95至0.95变化时，对应电压极位置在0.52-0.87的位置变化，实际测量寻找零位面时不可能从0.52的位置一直找到0.87的位置。 2、0.618法的测量误差 垂直地面方向两层土壤状况下0.618法测量误差如图3： 计算条件:电流极距离地网为10a,电压极距离地网为6.18a。考虑土壤垂直地面方向分层时，0.618法存在误差，误差随着k值的变化而变化，当下层土壤电阻率大于上层土壤时，则测量结果偏小；当下层土壤电阻率小于上层土壤时，则测量结果偏大。相对误差从-0.37至0.07变化(k从0.95到-0.95变化时)。当上层土壤很薄(h趋近于0)或上层土壤很厚(h趋近于无穷大)以及土壤不分层(k=0)时，直线法测量误差为0。 3、30º夹角法测量误差 垂直地面方向两层土壤状况下30º夹角法测量误差如图4： 计算条件:电流极距离地网为4a,电压极距离地网为4a,电流极与电压极夹角为30º。考虑垂直地面方向土壤分层时，30º夹角法存在误差，误差随着k值的变化而变化，当下层土壤电阻率大于上层土壤时，则测量结果偏小；当下层土壤电阻率小于上层土壤时，则测量结果偏大。相对误差从-0.5至0.2变化(k从0.95到-0.95变化时)。当上层土壤很薄(h趋近于0)或上层土壤很厚(h趋近于无穷大)以及土壤不分层(k=0)时，直线法测量误差为0。 ㈢ 考虑水平方向两层土壤状况下接地电阻测试误差 1、0.618法测量误差与土壤结构关系 考虑水平方向两层土壤状况下0.618法测量误差与土壤结构关系的 计算条件：b为地网中心距离土壤水平分界面距离，其他参数同上，电流极距离地网为10a，电压极距离地网为6.18a。由图中可见，当k=0(均匀土壤)或b很大(地网距离土壤水平分界面很远)时，0.618法测量误差为0；其他情况下，0.618法测量误差随着值的变化而变化，当电流极处于高电阻率土壤时，则测量结果偏大；当电流极处于低电阻率土壤时，则测量结果偏小。相对误差从-0.1至0.9变化(k从0.95到-0.95变化时)。 2、0.618法沿不同方向布线测量时误差分布 当地网中心位于水平方向土壤分界面时, 0.618法沿不同方向布线测量时误差分布计算条件:电流极距离地网为10a,电压极距离地网为6.18a,电流极与电压极夹角为0º,电流线与土壤分界面平等时定义夹角为90。电流线与水平方向土壤分界面垂直时误差最大(在两层土壤电阻率相差40倍时可达3.8倍)，电流线位于土壤分界面时误差为0；测量误差与土壤不均匀系数k值有关，当电流极处于高土壤电阻率时，则测量结果偏大；当电极处于低电阻率土壤时，则测量结果偏小。相对误差从-0.1至3.8变化(k从0.95到-0.95变化时)。 3、30º夹角法沿不同方向布线测量时误差分布 当地网中心位于水平方向土壤分界面时, 30º夹角法沿不同方向布线测量时误差计算条件:30º夹角法测量时电流极距离地网为4a,角度定义同上。由图中可见，30º夹角法存在误差，误差随着k值的变化而变化，当电流极处于高土壤电阻率时，则测量结果偏大（在两层土壤电阻率相差40倍时误差可以达到7.1倍）；当电极处于低电阻率土壤时，则测量结果偏小。相对误差从-0.1至7.1变化(k从0.95到-0.95变化时)。当电流线或电压线垂直于土壤分界面时误差最大.当电流线或电压线位于土壤分界面时误差为0。 ㈣ 电流电压法测量时互感影响计算 大型发变电站地网测试的特点是地网面积很大，测试电流线和电压线很长，很难避免电流线和电压线的长距离平行，此时电流线和电压线之间的互感将影响测量结果。如图8所示，距离为D 的两平等导体放置在地面上，土地电阻率为ρ，则其中一根导体做为电流线以大地回流时，两导体间单位长度互感阻抗为Z≈kf+ 电流线流过电流I时，电压线上的感应电压将影响测量结果。很显然如f=0，则不存在互感影响（Z=0）。值得注意的是互感阻抗Z里面有阻性分量项kf，这是由大地回流的特点决定的。但该分量项比较小，故该阻性分量与感抗分量相比可忽略，与大型地网接地电阻值相比也可忽略。图9为两平行导体单位长度互感感抗与土壤电阻率、导体距离关系。从图中可看出，两平等导体距离减小，单位长度互感感抗增大；土壤电阻率增大，单位长度互感感抗增大。此时如果电流线与电压线平行长度超过1km，测量结果必须考虑互感分量。 根据综上所述，我们可以得出以下结论： a 以接地球体为例，考虑土壤垂直地面方向和水平方向分层时，直线法和30º夹角法存在明显误差。 b 土壤垂直地面方向分层时，直线法和30º夹角法测量存在误差，误差随着土壤不均匀系数的变化而变化。当下层土壤电阻率大于上层土壤电阻率时，则测量结果偏小；当下层土壤电阻率小于上层土壤电阻率时，则测量结果偏大。 c 水平方向土壤分层时，直线法和30º夹角法存在误差，误差随着土壤不均匀系数的变化而变化。当下电流极处于高电阻率土壤时，则测量结果偏大；当电流极处于低电阻率土壤时，则测量结果偏小。 d 当地网位于水平方向土壤分层分界面时，直线法和30º夹角法测量误差比较大，极限情况下误差分别可达3.8和7.1倍。 e 在土壤水平方向分层时，直线法、30º夹角法应尽可能沿土壤分界面布置测量线，此时直线法、30º夹角法测量误差相对较小。 f 大型地网接地电阻测试必须考虑排除电流线和电压线之间互感影响。 4、 接地电阻的测量 我们知道接地电阻是被测接地体对地电压与接地电流之比，因此，为了测量接地电阻，首先要在接地电极注入一定的电流，这就需要设置一个可提供电流回路的电流极，并用电流表测出该电流。而为了用电压表测出接地电极的电位，则需要设置一个能测出无穷远、零位面的电位的电压极，这种测量方法称为电流电压表法。由于电压极不可能真正地设于无穷远处，而电流极的存在又会使地中的电流场发生畸变，从而影响到地面的电位分布，故接地的测量会存在误差，所以合理的设置电流极与电压极是接地电阻测量的关键。 ㈠ 电压级和电流极成直线布置的测量方法 1、远离法。这种方法的实际做法就是把电流极打在离开被除数测接地电极为10a的地点，同时把电压极打在零位面所在地。若土壤不均匀时，要注意零位面不一定在中央，需要通过实测找到零位面所在地，但这种方法很难解决土壤不均匀的影响，因此这是一大弊端。 另外还可把电压极打在接地电极左方足够远处，但其测量的误差有可能要大些，与实际值比有15%的偏差。 可以看出，测量值结果比实际值偏小15%，但较上种途径的优越之处在于，它能有效地消除土壤不均匀的影响，而且可避免电流线对电压的相位干扰。 2、补偿法。只要将电压极打在0.618处,就能测得正确结果,在此方法中,其所测得的接地电阻仍要比实际值小10%,这是由于零位面的移近使接地电极和零位面间的电位差的降低所引起的.若把电压极由50%向右移至61.8%的负电位外,则电压表的计数即使可相应增大,从而补偿了由于零位面的移近而带来的固有误差,因此补偿法通常用在地网尺寸大.用远离法测量时,电压和电流线垞而出现困难时,在均匀土壤中,用补偿法进行接地电阻测量,可得到满意的结果,但在土壤不均匀的条件下,却难以收到理想效果. ㈡ 电压极和电流极按一定夹角布置时接地电阻的测量 ㈢ 消除接地电阻测量时的干扰问题 接地电阻测量中的干扰主要是电压干扰。它包括电力系统的不平衡电流在被测地网上的工频压降，输电线路在与其平衡是流极引线和电流极引线平行铺设时的干扰，还应考虑电流线和电压引线间的互感电势干扰以及无线电高频干扰。后者可在电压表上并联一个0.1μF电容器消除这一干扰.对于其它工频电压的干扰和测量回路自身的互感电势,则应分别采取措施加以消除. 1、消除工频干扰 接地电阻测量中的工频干扰电压可在断开测量电源的情况下测得，由于它和接通电源后所得的电压一般是不同相位的，故不能直接从所测得的电压中减去要消除的工频干扰所引起的测量误差，应采用倒相法. 在这里，为避免一个微小的读数误差而导致其计算结果的误差太大，我们应着手采取以下步骤： a 采用单独的中性点，不接地的变压器供给测量电源。 b 断开用接地网及用零线做回路的单向负荷。 c 临时断开与接地网相连的低压系统的电源中性点。 d 在发变电站尚未投入运行前，进行测量。在制动后进行测量时，应使发、变电站尽可能运行在最小运行方式下，以降低流经中性点的电流。 e 使测量用的电压极和电流极引线远离附近架空输电线路。由于条件限制，工程常用测量电流一般在0-40范围内。 2、消除电压极和电流极引线间的互感电势 为减小电流极引线对电压引线间的互感电势，电流线和电压线之间的距离要大于10米，这个要求可以在远离法接线和补偿法接线中测量得到满足。 在大型发、变电站中，由于占地面积较大，所以一条停运的低压架空线做为测量回路。测量时，利用一根导线做为电压极引线，另一根导线做为电流极引线，从而造成电流线和电压线的长距离平行。另外，互感影响还可以在测量中加以消除。我们常称之为四极法，但使用这种方法应注意辅助电极离地网的距离不能过近。 5、 接地电阻的要求 根据接地目的的不同，所要求的接地电阻的要求也是不同的。 工作接地的接地电阻应保证在电力系统的工作电流或接地故障电流流经接地电极时，接地电极的电位升高不超过规定值。在交流系统中，工作接地电极的接地电阻一般在0.5-10Ω的范围内；直流工作接地电极的接地电阻则在0.2Ω以下；防雷接地的接地电阻主要由于过电压保护的需要决定，其值一般在4-30Ω的范围内。 保护接地的接地电阻，则应从保证故障电流能使相应的保护装置动作或使外壳电位为安全值以下来决定，其值一般在1-10Ω的范围内。 但是，在某些情况下，这三种接地是很难分开的。例如对发、变电站来说，由于电源、各种电器设备和防雷装置都处于同一地网中，它们的接地是不易分开的，所以除独立避雷针外，发、变电站的接地是一种工作接地、防雷接地和保护接地合为一体的接地装置，如线路杆塔接地兼有防雷接地和保护接地的作用，故在讨论对接地电阻的要求时应加以综合考虑。 ㈠ 对发、变电站地网接地电阻的要求 发、变电站地网的接地电网主要根据工作接地的要求来决定，既要保证在接地故障时，经地网入地的故障电流在地网千万的电位升高不致太大，又应保证人员所爱的跨步电势和接触电势不超过安全值。 实验证明：对大接地短路系统（110KV及以上的系统）当IR≤2000V时，人身和设备是很安全的。所以我国现行接地规程规定：大接地短路系统的地网接地电阻可按下式选择，即R≤2000V/I（Ω）式中I为经接地装置流入地中的短路电流周期性分量的起始值勤，该电流应按5-10年发展后的系统最大运行方式确定，并在计算接地网内短路和网处短路后取大者，同时应考虑系统中各接地中性点间的短路电流分配，以及由避雷线分走的接地短路电流，R则应为避雷线和地网断开后的地网接地电阻。 考虑到当经地网入地的接地短路电流I太大时，要求R小于0.5Ω在实际中办不到,故规程规定当I>4000A时可取R≤0.5Ω；对小接地短路电流系统（60V及以下系统）来说，由于接地路障允许存在2小时，所以IR的允许值大为降低。对公用于高压电力设备的接地装置，应满足IR=250V，R≤250/I（Ω）；对于低压电力设备用的接地装置，应满足IR=120V，R≤120/I（Ω），式中I为经地网入地的接地故障电流，该电流也应按5-10年发展后的系统最大运行方式确定。然而，即使在接地故障电流较小时，R也不宜超过10Ω。在高土壤电阻率地区，当接地装置要求做到规定接地电阻值在技术经济上极不合理时，允许将接地电阻值进一步提高。在大接地短路电流系统中提高到R ≤5Ω，在小接地短路电流系统中允许提高到R ≤15Ω。当然在这种情况下，地网电位IR可能很高，地网电位的升高会使跨步电势和接触电势升高，危及人身安全。为此，必须采取相应的措施，以提高人身安全。 ㈡ 对线路杆塔接地电阻的要求 线路杆塔的接地电阻主要根据防雷接地的要求来决定。综合运行经验，考虑到需要和可能，有避雷线的线路杆塔（不迦避雷线）的接地电阻不宜超过下表所列数值： 土壤电阻率（Ωm） 工频接地电阻（Ω） 100及以下 10 100及以上至500 15 500及以上至1000 20 1000及以上至2000 25 2000以上 30或敷设6-8根总长超过500米的放射线，或用两根伸长接地线阻值不规定 在小接地短路电流系统中无避雷线的钢筋混凝土杆和金属杆塔的接地电阻不宜超过30Ω，中性点非直接接地的低压（1KV以下）电力网中的钢筋混凝土杆和金属杆的接地电阻则不宜超过50Ω。为了便于测量，以上给出的都是工频电阻值，在防雷计算时可根据冲击系数进行换算。 ㈢ 对直流接地电极接地电阻的要求 直接接地电极的接地电阻主要由工作电流通过时土壤的发热来决定，在工作电流I在时间t内流经给定土壤电阻率ρ土壤导热系数λ及土壤发热时间常数Tr和土壤允许温升Im后，接地电阻允许升高。 6、 接触电势、跨步电势 由于土壤电阻的存在，电流自接地电极经周围土壤流散后，会在土壤产生压降并形成一定地表电位健在，因此当人在电极附近走动时，人的两脚处于大地表面的不同电位点上，我们常把两脚间跨距取0.8米，国外多用1米，相当于人的跨距离的地面两点间的电位差，称为跨步电势EK，当人站立于电极附近的地面上，用手去接触地导体时，人的手和脚将具有不同的电位，地面上离设备水平距离为0.8米处与外壳离地面1.8米处两点间的电位差，称为接触电势Ej。显然，当二者超过某一安全数值时，就会导致人体触电。 在土壤分层的情况下，EK和Ej的数值及出现位置受下层土壤电阻率影响，由电极附近的地表电流密度J决定；而在上层土壤厚度足够大时，电极附近的电流密度将主要和电极的形状、尺寸以及埋深等因素有关，基本不受下层土壤的影响，故计算二者按均匀土壤处理，在双层时再修正即可。 如把最大跨步电势和相应的电极电位的比值称为接触系数KK，即有KK=EKM/V0=EKM/IR；如把最大接触电势和相应的电极电位的比值称为接触电势系数Kj，即有Kj=EjM/V0=EjM/IR，则接地电极的均压就可用这两个指标衡量。 由此，双层土壤时，接地电极的跨步电势系数K K‘和接触电势系数K j‘可按照流入接地电极的电流不变，则有K K‘=EKM/IR‘=K K（ρ1/ρd）；同样有K j‘=EjM/IR‘=K j（ρ1/ρd），其中ρ1为上层土壤的电阻率，ρd为双层土壤中计算接地电阻所用等值电阻率。 ㈠ 几种简单几何形状接地电极的跨步电势和接触电势的计算 1、垂直接地跨步电势和接触电势 通过推导，我们得出结论： EKM=V0ln（1+T/a）/ ln（2L/a）； KK= ln（1+T/a）/ ln（2L/a）； EjM=V0ln（1+0.8/a）/ ln（2L/a）； Kj= ln（1+T/a）/ ln（2L/a）。 2、圆环形接地电极的跨步电势和接触电势 圆环形接地电极的跨步电势和接触电势可分别推出: EjM=V0ln[（h2+0.82）/hd]/ ln（20.4A/ hd ）； Kj= ln[（h2+0.82）/hd]/ ln（20.4A/ hd ）。 若圆环尺寸较大时（b≥0.8m），则在计算跨步电势时也可把圆环电极当做无穷长直线电极的一部分，电场强度最大值出现在X=±h，其值为 EM=ρIT/2πhL=IR[T/h（ln642/hd）]，其中T为跨步距离。 3、圆盘形接地电极跨步电势和接触电势 4、直线型水平接地电极的跨步电势和接触电势 由此可见，最大跨步电势出现在沿地面的X方向上，考虑端部效应后，直线型接地电极端部的最大跨步电势为：EKM=3ρIT/2πLh。 5、放射形接地电极的跨步电势和接触电势 均匀土壤中多放射电极的跨步电势系数可以根据半径为b的圆环接地电极的跨步电势系数乘以校正系数后得出： EK=Kln{[h2+（h+T/2）2]/ [h2+（h-T/2）2]}/ ln（64b2/hd）。 ㈡ 网状接地电极的接触电势和跨步电势 1、文形地网的最大跨步电势计算公式 为了得到地网跨步电势计算公式，我们先比较计算圆环接地电极和圆盘接地电极的跨步电势以埋深为0.8米,半径为50米圆环和圆盘电极为例,取计算数据进行比较,可以看出,圆环电极和圆盘电极的地面电位相差很大,这是因为圆环在导体接地附近的电场强度很大,所以由导体到地面的压降很大（23%左右），而圆盘导体接地附近的电场比较均匀，所以由导体到地面的压降较小（6%左右），但圆环与圆盘的电极外地面的跨步电势相差很小（二者差值约2%左右），这是因为对圆盘电极来说，电场本来比较均匀，对圆环电极来说此处距离导体较远（相对于导体的直径而言），所以其电场比较均匀。 由于圆环和圆盘电极的最大跨步电势相关不大，我们可从圆环和圆盘的最大跨步电势计算公式出发，用内插法来求地网的最大跨步电势，电势可得出方形网最大跨步电势为EKM=EKIR。 2、矩形地网的最大跨步电势 借助于边界元程序计算矩网的跨步电势，我们知道矩网的最大跨步电势大致出现在地网外沿地网边角平分线（45°线）的第一跨步处。 鉴于这个特点，我们可把接地网的四角做成半径为r=D/（D为均匀带间距）的圆弧，这样能使边角处的跨步电势降低（5-10）%。在发电厂和变电所的进出口处敷设四条与地网相连的帽檐式辅助均压带可以有效地使跨步电势下降（20-40）%，改善地面电位分布。 ㈢ 地网的最大接触电势 地网的最大网孔电势就是最大接触电势。方孔地网的最大接触电势总是出现在地网的边角网孔处，长孱地网的最大限度接触电势则发生在相当于方格网孔边角孔的地方，虽然边角网孔中地面电位的最低点往往偏离网孔中心，沿对角线的方向处移，但通常可把地网的最大接触电势定义为边角网孔中心地面对地网的电位差。 地网边角网孔的接触电势系数Kj，可写为Kj=KnⅹKdⅹKA，式中Kn为地网单方向的平均均压带根数N的影响系数，Kd为水平接地导体直径d的影响系数，KA为地网面积A 的影响系数。在工程常用字的地网埋深的范围内埋变化对接触电势影响很小，所以可以不必考虑。同时，根据模拟试验，可看出：地网接触电势系数随n的增大而减小。在同一n下，接触电势系数随d的减小而增大，A的减小而减小，且长条网孔的接触电势系数要比主格网孔大，因此不宜采用增加均压带的根数的方法来降低最大接触电势，均压带间距在小的接地网中可取3-5米，在大型地网中可取10米。 除边角网孔外，地网中的网孔电势以次边角网孔处为大（次边角网孔是由边角网孔对角线相信的网孔），当边角网孔被除数围墙覆盖面，不存在裸露于地面的接地导体于时就要计算次边角网孔的接触电势Ej，由大量模拟实验，我们知道对方孔地网来说次边角孔的接触电势Ej要下降30%，而长孔地网则下降约20%。 第二部分 接地设计及相应措施 1、 接地装置的设计 接地装置事故是电力网近年来主要事故之一，它严重威胁了电力系统的安全运行。上世纪90年代以来，我国先后发生了多起接地网事故，如1991年广东员村发生的接地装置事故：短路电流烧断了接地网，高电压窜入了二次回路及操作系统，烧坏了电源和保护盘，使保护和开关拒动，事故造成的直接经济损失上百万元。 1994年后全国又相继发生5 起由于接地装置不合格造成的接地装置事故，在这些事故中，均造成大面积停电，给电力系统带来了严重的损失。 ㈠ 接地设计原则 由于变电所各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足电力行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中第511条要求R≤2000/I是非常困难的。现行标准对接地电阻值规定要放宽到5Ω，但是放宽是有附加条件的，这就是需要满足接地标准的相关规定，根据工程的具体条件，在不超过5 Ω的某一个范围内都是合格的。这就为我们接地设计和施工增加了灵活性，不必在变电所的接地工程中花费巨额投资，追求0.5 Ω的接地电阻值。所以，现行标准并没有降低对接地网整体性的要求，而是对接地网的安全性要求更高更全面了，这就是接地设计必须遵循的原则和运行对接地网的考核要求。 ㈡ 岩土条件 1、岩土类型 岩土的类型直接关系接地电阻的数值，设计中最重要的参数之一就是的是岩土的土壤电阻率，但仅仅考虑土壤这个参数是不够的，还要考虑开挖（钻进）难度、破碎还是整体岩石、持水能力等因数。有的岩土电阻率高，但是在整体岩石之间常有较好的土壤间隙层，在这样的环境中，避开整体岩石，在间隙中开挖灌降阻剂效果很好。 2、地形制约 施工环境常常是受到各种情况的制约，按照理想的模式考虑大面积的接地网是不现实的。有专家认为，接地面积一定后，如果接地极长度不超过地网1/20，要想突破局限是不可能的，即使做成整块铜板也没有用的。实践中也应证了这一理论。所以，当地形局限时，我们可以考虑接地网的纵深方向，使用离子接地系统或深井施工 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 。 ㈢ 施工工艺 正确的施工工艺才能达到良好的设计的实施效果，看起来不重要的实施细节常常导致严重的后果。因为接地工程是隐蔽工程，当施工完成后，错误不一定马上可以检测到，即使发现问题补救也是很麻烦的，尤其是防腐细节。 联接。使用接地扁钢时，主接地网的外缘各角应做成半径不小于7m 的闭合圆弧形，水平接地体的埋设深度为0.8m，跨越道路时可为1.0m，。当横向和纵向接地体（包括电缆沟的接地体）相互交叉时，交叉处应焊接在一起，其搭接长度必须为扁钢宽度的2倍。使用接地块时，埋设应尽量选择适合的土层进行，预先开挖80-100cm的土坑（平埋），土坑的底部尽量平整，使埋设的接地块受力均匀。接地块用连接线使连接头与接地网连接，用螺栓连接后热焊接或热融接。 防腐。接地体焊接完成以后应去处焊渣等，再用防腐沥青或防锈漆进行焊接表面的防锈处理，回填需要分层夯实，保证土壤的密实和接地块与土壤的接触紧密，底部回填40-50cm 后，应适量加水，保证土壤的湿润，令接地块充分吸湿。使用降阻剂时，为了防腐，包裹厚度应在30mm以上。 接地体的放置。水平接地体（扁钢）一般采用竖放，接地块一般采用水平放置。 降阻剂的使用。接地用的钢材一般有70mm×70mm×7mm 或50mm×50mm×5mm 角钢；40mm×4mm 或50mm×5mm 的扁钢。对水平扁钢来说，由于地面开挖高低不平，扁钢本身弯曲不直，在施工中许多部位刚刚被降阻剂盖住。这样，钢材实际上处在两个介质的交界处，大大地加快了腐蚀程度，因此地网开挖尺寸也应该加大。角钢对角线长的约为90mm，短的约为68.6mm。若包裹厚度为30mm，我们认为垂直接地极灌降阻剂直径以130—200mm为好，水平沟以150mm×100mm为好。这样做的开挖工程量和降阻剂用量都会增加，但从整体降阻、防腐效果看是合理的。离子接地系统埋深一般为3000-4000mm，当加长时相应加深，有条件的用钻机施工。孔径保证100-250mm（根据接地系统的形式选择）。施工中应保证导电辅料包裹密实，消除空管和气泡。 ㈣ 接地材料的选型 接地材料是接地的工作主体，材料的选择很重要。下面对常用的接地材料的属性做个简单的介绍。广泛使用的接地工程材料有各种金属材料（最常用的如扁钢）、接地体、降阻剂和离子接地系统等。 2、 金属材料如扁钢，也常用铜材替代，主要用于接地环的建设，这是大多接地工程都选用的；接地体有金属接地体（角钢、铜棒和铜板）这类接地体寿命较短，接地电阻上升快，地网改造频繁（有的地区每年都需要改造），维护费用比较高，但是从传统金属接地极（体）中派生出类特殊结构的接地体（带电解质材料），使用效果比较好，一般称为离子或中空）接地系统；另外就是非金属接地体，使用比较方便，几乎没有寿命的约束，各方面比较认可。在以下的讨论中以降阻剂、非金属接地块和离子接地系统为代表进行探讨。降阻剂分为化学将阻剂和物理降阻剂，化学降阻剂自从发现有污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有使用了，现在广泛接受的是物理降阻剂（也称为长效型降阻剂）。物理降阻剂是接地工程广泛接受的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范围广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹在接地环和接地体周围，达到降低接触电阻的作用。并且，降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。现在的较先进降阻剂都有一定的防腐能力，可以加长地网的使用寿命，其防腐原理一般来说有几种：牺牲阳极保护（电化学防护），致密覆盖金属隔绝空气，加入改善界面腐蚀电位的外加剂成分等方法。物理降阻剂有超过二十年的工程运用历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。非金属接地体是在通讯、广电等部门广泛使用的工程材料。基本成分是导电能力优越的非金属材料复合加工成型的，加工方法有浇注成型和机械压模成型的，一般来说浇注成型的产品结构松散、强度低、导电性能差，而且质量不稳定，一些小型厂家少量生产使用这样的办法；机械压模法，是使用设备在几到十几吨的压力下成型的，不仅尺寸精度较高、外观较好，更重要的是材料结构致密、电学性能好、抗大电流冲击能力强，质量也相当稳定，但是生产成本较高，批量生产多采用。选型时，尽量采用后者，特别是接地体有抗大电流或大冲击电流的要求（如电力工作地、防雷接地）时，不宜采用浇注成型的非金属接地体。非金属接地体的特点是稳定性优越，其气候、季节、寿命都是现有接地材料中最好的，是不受腐蚀的接地体，所以，不需要接地网维护，也不需要定期改造，而且，非金属接地体施工需要的接地网面积比传统接地网面积小很多，但是在不同地质条件下也需要的保证足够接地面积才可以达到良好的效果。离子（中空）接地系统是传统的金属接地改进而来，从工作原理到材料选用都有脱胎换骨的变化，形成各种形状的结构。这些接地系统的共同点是结构部分采用防腐性更好的金属，内填充电解物质及其载体组分的内填料，外包裹导点性能良好的不定性导电复合材料，一般称为外填料。接地系统的金属材料已经出现的有不锈钢、铜包钢和纯铜材的。不锈钢的防腐较钢材好，但是在埋地环境中依然会多多少少的锈蚀，以不锈钢为主体的接地系统不宜在腐蚀性严重的环境中使用。表面处理过的铜是很好的抗锈蚀材料，铜包钢是铜-钢复合材料，钢材表面覆盖铜，可以节约大量的贵金属--铜材。采用套管法或电镀法生产，表面铜层的厚度从0.01mm 到0.50mm，厚度越厚防腐效果越好。纯铜材料防腐性能最好，但是要耗用大量的贵金属，在性能要求较高的工程中使用。由于接地系统大多向垂直方向伸展，所以接地面积大多要求很小，可以满足地形严重局限的工程需要。特别是，补偿类型的接地系统有加长的设计，曾使用过加长至24米的接地系统，辅以深井法施工，可以达到非常好的效果。介绍的接地材料各有优势，但是都有自身的局限。我们提倡各取所长，选择适当的材料满足不同的工况。 3、 控制接地电阻的相应措施 ㈠ 利用地质钻孔埋设长接地极 根据接地理论分析，接地网边缘设置长接地极能加强边缘接地体的散流效果，可以起到降低接地电阻和稳定地网电位的作用。工程中如需设置长接地极，接地工程费主要体现在打深井上，利用地质勘察钻孔埋设长接地极，施工费可大大节省。但需注意：地网边缘的地质钻孔才可利用；间距不小于接地极长的2倍；钻孔伸入地下含水层。 ㈡ 水平接地带换土 用换土的方法来降低高土壤电阻率区接地网接地电阻，这是大家公认的有效措施之一。据500 kV变电所占地面积大，要对整个所区实施换土，是不可能的。通常采用局部换土，即对全部水平接地带或部分水平接地带换土。 ㈢ 利用地下水的降阻作用 利用所区地下水和地下含水层来降低接地电阻是非常经济有效的措施。某500kV变电工程，在所区西侧３5kV场地边有一个冒泉水的水坑，回填土前，作了一个大约20m2的小地网，距地面约3m，第一次测小地网的接地电阻约3Ω，第4次测量时已有40多天没有下雨了，测得的接地电阻值降到14Ω；500kV并联电抗器基础施工时，基础开挖形成一个稀泥塘，深度2m多，在下方作了一个20m2小地网，接地电阻达到稳定时的测量值为14Ω；220 kV接地网在铺设了2/3时的接地电阻值约为33Ω。这是利用地下水降低接地电阻的典型例子。 ㈣ 超深井接地 采用超深井(井深超过100m)接地来降低接地电阻，在西南地区已有多个工程。由于施工费用高，效果的可预见性差，应用不普遍。 ㈤ 引外接地 当变电所所区附近有低电阻区（水塘、水田、水洼地等），可以敷设辅助接地网与所内主接地网连接，这种方式叫引外接地。福建某220kV变电所，220kV设备为GIS，整个所区占地面积不大，刚好所区山下有水田，铺设了辅助接地网与所内主网相连，接地电阻未超过0.5Ω，但引外接地需注意：距离不能太远，接地体要深埋，要作好安全保护措施，防止因跨步电位差引起人身触电事故的发生。 ㈥ 扩大接地网面积 在均匀分布的土壤电阻率条件下，接地电阻与接地网面积的平方成反比，接地网面积增大，则接地电阻减小，因此，利用扩大接地网面积来降低接地电阻是可以预见的有效降阻措施。 ㈦ 在接地引下线上涂防腐漆 引下线是接地装置的一部分，电气设备通过它和接网连接。因此引下线在接地装置中起至关重要的作用，在选择引下线时应注意两点：一是引下线的截面应大于接地体的截面，两者比例可为1.4:1。二是由于接地体引下线暴露在空气中或接近地表面，长期受潮气及盐、碱、酸的侵蚀，是接地装置中较易腐蚀的部分。因此，我们不能只是简单地在引下线的外侧涂刷黑漆，而靠近支架的引下线内侧则不进行任何处理，使引下线得不到保护而继续受到侵蚀，故其正确的方法是在焊接前将引下线上的脏物及锈斑清除干净，将漆均匀涂刷在引下线上（至少两遍以上，然后再进行焊接及安装。）涂刷防腐漆后，将在引下线上覆盖一层保护层，它可以很好地隔离水和其他介质的侵袭，保护了引下线不被腐蚀。 ㈧ 热镀锌处理 对接地体采用的钢材进行热镀锌处理这是近几年采用的有效方法之一，运行经验表明，镀锌层本身不容易锈蚀，它对钢材有很好的保护作用；在进行接地网焊接时，应按有关规定留有一定搭接长度。并对焊接处再次进行防腐处理。 ㈨ 降阻剂的使用 在土壤电阻率较高的地区，可考虑使用降阻剂降阻剂在埋入土壤后，紧密地包在接地体四周；且目前使用的几种降阻剂的PH值适中，基本上是中性状态。因此，降阻剂不仅可以起到降低接地电阻的作用，也可以对接地体起一定的保护作用。 ㈩ 用阳极牺牲法保护接地体 将两种不同的金属埋在一起，其结果较活泼的金属受到腐蚀，较不活泼的金属得到保护。根据这个原理，在将要保护的接地体上，敷设上比该接地体活泼的金属做为阳极，使被敷设上的金属受到腐蚀而接地体本身得到保护。根据我国国情，接地体大部分采用钢材。铝就是比铁活泼的元素。利用这一特点，曾在陕西省的一些变电所中做过实验：即在接地体上缠绕（或平行地铺上）废铝线。经过若干年运行后将接地网挖开，铝线表面都发现有程度不同的腐蚀斑点，而接地体却完好无损。采用阳极牺牲法保护接地网的施工方法简单、投资省，便于取材和废物利用，用此法来保护接地装置是我们今后需要进一步研究的课题。 结束语 随着人类社会、经济的发展，电已成为人们生活和工作中不可缺少 的重要部分，供电的安全性和可靠性是供电质量标准中的最基本而又 是最重要的指标。因而接地装置已越来越引起工程技术人员的重视， 电力工程的接地装置不合格，该电力工程就不能通过验收，这已成为 广大电力工作人员的共识。接地装置能否发挥它应起的作用，关键在于设计和施工这两个环节。首先是设计，它是保证接地装置效果的前提条件；其次是施工，施工的工艺和质量是保证接地装置效果的基础，是体现设计目的的手段。在科学技术迅猛发展的今天，在传统的接地装置设计被广泛应用的基础上，新工艺、新技术、新材料的大量涌现，必将使电力系统中的接地装置更加可靠。 班级：090402 姓名：张振扬 学号：080402120 自动化系统工程设计 ——电力系统接地技术设计 班级：090402 姓名：张振扬 学号：080402120 PAGE _1197834489.unknown _1197836261.unknown _1197836443.unknown _1197837091.unknown _1197838955.unknown _1197836318.unknown _1197834875.unknown _1197836242.unknown _1197834405.unknown