畢業(yè)論文-發(fā)變電站接地安全設(shè)計(jì)

1、<p>　　發(fā)變電站接地安全設(shè)計(jì)</p><p><b>　　作    者：</b></p><p><b>　　專    業(yè)：</b></p><p><b>　　班    級(jí)：</b></p&

2、gt;<p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p>　　2013年4月20日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b>&l

3、t;/p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p><p>　　1.3 本文所做工作</p><p>　　第2章 接地的基本原理</p><p><b>　　2.1 接地的概念</b><

4、/p><p><b>　　2.2 接地的作用</b></p><p>　　2.3 電氣接地的分類</p><p><b>　　2.4 土壤電阻率</b></p><p><b>　　2.5 接地電阻</b></p><p>　　2.6 跨步電位差和跨步電壓&

5、lt;/p><p>　　第3章 發(fā)變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　3.2 發(fā)變電站地網(wǎng)設(shè)計(jì)的總原則</p><p>　　3.3 地網(wǎng)的設(shè)計(jì)步驟和方法</p><p>　　第4章 降低接地電阻的方法</p><p>　　4.

6、1 擴(kuò)大地網(wǎng)面積</p><p>　　4.2 增加接地網(wǎng)的埋設(shè)深度</p><p>　　4.3 用自然體接地</p><p><b>　　4.4 引外接地</b></p><p>　　4.5 使用接地降阻劑</p><p>　　第5章 接地參數(shù)測(cè)試</p><p>　　5.

7、1 土壤電阻率測(cè)試</p><p>　　5.2 接地電阻測(cè)試</p><p>　　5.3 影響接地參數(shù)測(cè)試的因素</p><p>　　5.4 接觸電壓和跨步電壓測(cè)試</p><p>　　5.5 沖擊接地參數(shù)測(cè)試</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>&l

8、t;b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　發(fā)變電站接地安全設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：變電站的接地網(wǎng)是確保變電站工作接地、保護(hù)接地和防雷保護(hù)接地的必要設(shè)施，也是 保障人身和設(shè)備安全、保證變電站可靠運(yùn)行的重要手段。在我國的電力發(fā)展史上，曾多次 出現(xiàn)因接地網(wǎng)設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的停電事

9、故和安全隱患，因此，接地網(wǎng)的安全應(yīng)引起電力部門 的高度重視。特別是近年來我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展推動(dòng)了電力負(fù)荷需求節(jié)節(jié)攀高，為了滿足 負(fù)荷日益增長的需要，變電站正朝大容量、特高壓、緊湊型方向發(fā)展。接地短路電流越來 越大，同時(shí)國家政策要求新建工程要少占或不占良田好土，建在高土壤電阻率地區(qū)的變電 站越來越多，這些因素給變電站接地設(shè)計(jì)和施工造成了困難。為確保變電站投運(yùn)后接地網(wǎng) 的安全， 就必須把好接地網(wǎng)設(shè)計(jì)這一關(guān)，從源頭上減少和排除接地網(wǎng)出現(xiàn)故障的

10、隱患。</p><p>　　隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)中對(duì)變電站接地網(wǎng)的要求日益嚴(yán)格，接地系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)也日益復(fù)雜。變電站地網(wǎng)除了對(duì)接地阻抗有要求外，還對(duì)地網(wǎng)結(jié)構(gòu)、使用壽命、 跨步電位差、接觸電位差等提出了較高的要求。因此，一個(gè)科學(xué)、完善、系統(tǒng)的變電站接 地設(shè)計(jì)應(yīng)突破只做降阻設(shè)計(jì)的思路，綜合考慮各方面的要求，形成完整的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞：變電站、地網(wǎng)設(shè)計(jì)、接地阻

11、抗、測(cè)量</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　接地技術(shù)作為一門新興的邊緣學(xué)科，主要是建立在電學(xué)理論基礎(chǔ)之上的。這門學(xué)科的興起及其發(fā)展與電學(xué)比較，晚了近90 年。</p><p>　　1981年，美國學(xué)者G夏里克

12、(Sharik)指出：“接地技術(shù)不能列為一門精密的科學(xué)，在 很大程度上它是一種理論科學(xué)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人心得的綜合技術(shù)。”</p><p>　　日本學(xué)者高橋建彥指出：“與其說接地是理論，倒不如說是一種現(xiàn)場(chǎng)必須反復(fù)進(jìn)行實(shí) 踐的技術(shù)。這是因?yàn)榇蟮氐碾姎馓匦杂性S多不確定的因素，不能用一句話簡單地下結(jié)論，并且在很多場(chǎng)合不能紙上談兵，只能通過理論計(jì)算就得出結(jié)論。接地是越想深究其問題就越是深?yuàn)W的技術(shù)，不是能輕易解決的一門學(xué)問。

13、”</p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p><p>　　電力系統(tǒng)的接地問題是一個(gè)看似簡單、而實(shí)際上卻又非常復(fù)雜又至關(guān)重要的問題，它 直接關(guān)系到人身和設(shè)備的安全。特別是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，接地短路電流越來越大，各種微機(jī)監(jiān)控設(shè)備的普遍應(yīng)用，對(duì)接地的要求越來越高。</p><p>　　在電力系統(tǒng)中為了工作和安全

14、的需要，常需將電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備的某些部分與地 中的接地裝置相連接，這就是接地。接地網(wǎng)不僅為變電站內(nèi)各種電氣設(shè)備提供一個(gè)公共的參考地，而且在系統(tǒng)故障時(shí)可將故障電流迅速排泄，降低變電站的地電位升高，以保證人身和設(shè)備安全。調(diào)查表明，我國曾發(fā)生多起因接地系統(tǒng)接地電阻未達(dá)到要求所導(dǎo)致的事故或事故的擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每發(fā)生一次事故的直接經(jīng)濟(jì)損失都在幾百到數(shù)千萬元，并且間接所造成的社會(huì)影響也非常之大。</p><p>　　1.

15、3 本文所做工作</p><p>　　1998 年1月我國開始實(shí)施的中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的接地》(以下簡稱《行標(biāo)》)是目前國內(nèi)接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則?！缎袠?biāo)》中給出了接地阻抗、接觸</p><p>　　電壓和跨步電壓等接地參數(shù)的解析計(jì)算公式，這些解析計(jì)算公式是基于國內(nèi)科研工作者近十多年的研究成果。</p><p>　　本課題主要對(duì)接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)

16、行研究。在吸取國外有益的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我國 地貌實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。給出的建議對(duì)電力設(shè)計(jì)人員具有一定的參考價(jià)值。</p><p>　　第2章 接地的基本原理</p><p><b>　　2.1 接地的概念</b></p><p>　　所謂接地，就是把電氣系統(tǒng)、電路或設(shè)備的某一部分通過接地裝置同大地緊密連接在一起。其目的在于確定與之相連接的導(dǎo)體電位并

17、使之大致維持在大地電位。接地是一種有 目的的永久性或臨時(shí)性的導(dǎo)體連接，通過這種連接而使電路或設(shè)備成為接地的。</p><p>　　電氣連接處與地相接觸的導(dǎo)體稱為接地體。若接地體為垂直埋設(shè)在地中的金屬導(dǎo)體則 稱為垂直接地體；若接地體為水平埋設(shè)在地中的金屬導(dǎo)體則稱為水平接地體；若接地體為一組水平埋設(shè)的金屬導(dǎo)體網(wǎng)格則稱為水平接地網(wǎng)。若接地體為水平接地網(wǎng)和垂直接地體共同構(gòu)成則稱為復(fù)合接地網(wǎng)。電氣回路或電氣設(shè)備與接地體之間

18、的電氣連線稱為接地引線。接地引線、接地體統(tǒng)稱為接地裝置或接地系統(tǒng)。</p><p>　　接地功能是能過接地裝置或接地系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。電力系統(tǒng)的接地裝置可分為兩類，一 類為輸電線路桿塔或微波塔的比較簡單的接地裝置，如水平接地體、垂直接地體、環(huán)形接 地體等；另一類為發(fā)變電站的接地網(wǎng)。表征接地裝置電氣性能的參數(shù)為接地電阻，關(guān)于 接地電阻的內(nèi)容將在后面的章節(jié)介紹。到目前為止，接地仍然是應(yīng)用最廣泛的并且無法用其他方法替代的電

19、氣安全措施之一。</p><p><b>　　2.2 接地的作用</b></p><p>　　接地的作用主要是防止人身遭受電擊、設(shè)備和線路遭受破壞、預(yù)防火災(zāi)和防止雷擊、防止靜電損害和保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。防止人身遭受電擊將電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)不帶電的金屬導(dǎo)體部分與接地極之間做良好的金屬連接，以保護(hù)人體的安全，防止人身遭受電擊。</p><p>

20、　　當(dāng)電氣設(shè)備某處的絕緣體損壞后外殼就會(huì)帶電，由于電源中性點(diǎn)接地，即使設(shè)備不接 地，因線路與大地之間存在電容，此時(shí)人體接觸到設(shè)備外殼時(shí)也會(huì)有電流流經(jīng)人體；或者 線路上某處絕緣不好，如果人體觸及此絕緣損壞的電氣外殼時(shí)，電流就會(huì)經(jīng)人體而成通路， 從而使人體遭受電擊傷害。</p><p>　　有接地裝置的電氣設(shè)備，當(dāng)絕緣損壞、外殼帶電時(shí)，接地電流將同時(shí)沿著接地極和人 體兩條通路流過，此時(shí)，人體與接地極是并聯(lián)的關(guān)系，流過

21、每一條通路的店里只將與其電 阻的大小成反比，接地極電阻越小，流經(jīng)人體的電流也就越小。通常人體的電阻比接地極 電阻大數(shù)百倍，所以流經(jīng)人體的電流就比流經(jīng)接地極的電流小數(shù)百倍。當(dāng)接地電阻極小時(shí)， 流經(jīng)人體的電流幾乎等于零，相當(dāng)于接地極將人體短路，因此，人體就能避免觸電的危險(xiǎn)。</p><p>　　所以，不論施工還是運(yùn)行，在一年中的所有季節(jié)，均應(yīng)保證接地電阻不大于設(shè)計(jì)或規(guī)范中所規(guī)定的接地電阻值，以免發(fā)生電擊傷害。<

22、/p><p>　　保障電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行：電力系統(tǒng)接地一般為中性點(diǎn)接地，中性點(diǎn)的接地電阻很小，因此中性點(diǎn)與地之間的電位差接近于零。當(dāng)相線碰殼或接地時(shí)，其他兩相對(duì)地電壓，在中性點(diǎn)絕緣的系統(tǒng)中將升高</p><p>　　為相電壓的 3 倍，而在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)中則接近于相電壓，因此中性點(diǎn)接地將有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，防止系統(tǒng)震蕩，且系統(tǒng)中的電氣設(shè)備和線路只需按相電壓來考慮其絕緣 水平，可降低電氣設(shè)備的

23、制造成本和線路的建設(shè)費(fèi)用。中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)，還可以保證繼電保護(hù)的可靠動(dòng)作。通信系統(tǒng)一般采用正極接地，可防止雜音竄入和保證通信設(shè)備的正常運(yùn)行。電力線路需要穩(wěn)定的參考點(diǎn)才能正常運(yùn)行，因此也需要進(jìn)行接地。</p><p>　　防止雷擊和靜電的危害：雷擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，物料在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中因摩擦而引起的靜電， 都有可能造成電擊或是火災(zāi)的危險(xiǎn)。直接遭受雷擊的危害，比之于感應(yīng)雷就更大了，而且發(fā)生的機(jī)會(huì)更多，所以

24、，為了防止直擊雷，必須裝設(shè)防雷裝置。所有防雷裝置和防止靜電危害的措施中，最主要的方法就是設(shè)置接地裝置。</p><p>　　2.3 電氣接地的分類</p><p>　　常用的接地方式按其作用或功能來分可分為以下幾種。</p><p>　　(1)工作接地。也叫系統(tǒng)接地，為了滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的需要，在電力系統(tǒng)中的適 當(dāng)?shù)攸c(diǎn)進(jìn)行，保證電力設(shè)備在正?；蚴鹿是闆r下能可靠工

25、作而設(shè)的接地，稱為工作接地。 如發(fā)電機(jī)和變壓器中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)消弧線圈接地；在直流系統(tǒng)中還包括相線接地。</p><p>　　(2)保護(hù)接地。也叫安全接地，為防止電氣設(shè)備絕緣損壞而使人身遭受觸電危險(xiǎn)，將與 電氣設(shè)備絕緣的金屬外殼或構(gòu)架與接地極做良好的連接，稱為保護(hù)接地。接低壓保護(hù)線(PE 線)或接地保護(hù)中性線(PEN 線)，也稱為保護(hù)接地。停電檢修時(shí)所采取的臨時(shí)接地，也屬于 保護(hù)接地。</p>&

26、lt;p>　　(3)防雷接地。將雷電流導(dǎo)入大地，防止雷電傷人和財(cái)產(chǎn)受到損失而采取的接地，稱為 防雷接地。如避雷針、避雷線和避雷器等向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。防雷接地裝置只 是在雷電沖擊作用下才會(huì)有電流流過，經(jīng)防雷接地裝置向地中散流的雷電流幅值可達(dá)幾十 甚至幾百千安，但持續(xù)的時(shí)間很短，一般只有數(shù)十微秒。</p><p>　　(4)屏蔽接地。將設(shè)備的金屬外殼或金屬網(wǎng)接地，以保護(hù)金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設(shè)備不受

27、外部的電磁干擾；或者使金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設(shè)備不對(duì)外部電子設(shè)備引起干擾。這種接地稱為屏蔽接地。法拉第籠就是最好的屏蔽設(shè)備。</p><p>　　(5)防靜電接地。將靜電荷引入大地，防止由于靜電積累對(duì)易燃、易爆，如易燃油、天 然氣儲(chǔ)罐和管道等設(shè)備以及人體受到損傷的接地，稱為防靜電接地。而油罐汽車后面拖地 的鐵鏈子也屬于防靜電接地。</p><p>　　(6)邏輯接地。電子設(shè)備為了獲得穩(wěn)定

28、的參考電位，將電子設(shè)備中的適當(dāng)金屬部件，如 金屬底座等作為零參考電位，把需要獲得零電位的電子器件接于該金屬部件上，如金屬底座等，這種接地稱為邏輯接地。該基準(zhǔn)電位不一定與大地相連接，所以它不一定是大地的零電位。</p><p>　　(7)信號(hào)接地。為保證信號(hào)具有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位而設(shè)置的接地，稱為信號(hào)接地。</p><p>　　(8)防電腐蝕接地。在地下埋設(shè)金屬體作為犧牲陽極以達(dá)到保護(hù)與之連接的

29、金屬體，如 輸油金屬管道等，稱為防電腐蝕接地。犧牲陽極保護(hù)陰極的稱為陰極保護(hù)。</p><p><b>　　2.4 土壤電阻率</b></p><p>　　人們?yōu)榱诉M(jìn)行正確合理的接地設(shè)計(jì)，需要了解電流在地中流動(dòng)的分布規(guī)律，而地中電 流的分布規(guī)律除了和電流的頻率有關(guān)外，還決定于大地的電學(xué)性質(zhì)。表征大地電學(xué)性質(zhì)的 主要參數(shù)是大地的電阻率、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。</p&g

30、t;<p>　　據(jù)分析，在一般情況下，研究直流或工頻接地時(shí)，可以把大地看成導(dǎo)體；而研究沖擊接地時(shí)，在低電阻率地區(qū)，只需考慮傳導(dǎo)電流的作用，只有在高電阻率地區(qū)，才需要考慮 位移電流的影響。電阻率是物質(zhì)的基本屬性，它非常明確地表征物質(zhì)的導(dǎo)電性能。物質(zhì)的電阻率是該物質(zhì)單位立方體的電阻，用 表示，單位為歐姆·米，記為?·m。</p><p>　　將被測(cè)物質(zhì)做成橫截面為S,長度為L的幾何

31、體，夾在兩電極之間，并通以電流，分別用電流表、電壓表測(cè)出回路中的電流I和電極兩端的電壓 U，則電極間物質(zhì)的電阻為</p><p>　　物質(zhì)的電阻率與幾何形狀無關(guān)，而電阻則由其幾何形狀的大小決定。物質(zhì)的電導(dǎo)率為 電阻率的倒數(shù)，用表示，單位為西門子/米，記為 s/m。</p><p><b>　　2.5 接地電阻</b></p><p>　　定性地

32、說，電流通過接地極向周圍大地?zé)o窮遠(yuǎn)出散流時(shí)大地土壤所呈現(xiàn)的總電阻，稱 為接地電阻。</p><p>　　接地電阻的定量定義是：假設(shè)在某個(gè)電極上流入接地電流 I，而接地極的電位比周圍大地?zé)o窮遠(yuǎn)處高出U 時(shí)，則接地極電位U 對(duì)接地電流 I 的比值 U/I 稱為接地電阻。這個(gè)定 義必須附加下述兩個(gè)條件：</p><p>　　要使接地電流流向接地極，必須作出閉合回路，當(dāng)然必須向大地打人另一個(gè)接地

33、極，然后將電源接入兩個(gè)電極之間即可產(chǎn)生接地電流。這另外一個(gè)電極叫做輔助電極，要設(shè)置在離主接地極足夠遠(yuǎn)的地方(理論上在無窮遠(yuǎn)處)。這樣做可以忽略給主電極帶來的影響。 </p><p>　　接地極的電位上升必須以大地的無窮遠(yuǎn)點(diǎn)為基準(zhǔn)(零電位)。這里所說的無限遠(yuǎn)點(diǎn)是 指即使有接地電流，電位也不變動(dòng)的地點(diǎn)，即意味著與通電前的狀態(tài)沒有變化的地點(diǎn)。將這個(gè)地點(diǎn)作為電位的基準(zhǔn)點(diǎn)(零電位)，因此，可以從電位上升值及其接地電流求出真

34、正的接地電阻。 </p><p>　　關(guān)于金屬接地極自身的電阻：一般金屬，例如純銅的電阻率為ρ=1.7*10?6 ?·cm，而一般土壤(無巖石)的平均電阻率為ρ=1*104 ?·cm，它是純銅電阻率的 57 億倍。由于金屬接地極自身的有效電阻極小，所以計(jì)算接地極接地電阻時(shí)常常忽略金屬接地極自身的電阻。</p><p>　　關(guān)于接地極與土壤的接觸電阻：金屬接地極的表面通常

35、都是很光滑的，而土壤是由微 小的固體顆粒組成的。兩種物體接觸實(shí)際是“點(diǎn)”接觸，而不是“線”或“面”接觸，所 以在接觸界面處有接觸電阻。一般說來，對(duì)同一類型土壤，打入的垂直接地極(角鋼等)比 埋入式的水平接地極的接觸電阻更小。但即使是水平埋設(shè)的接地極，由于埋設(shè)后要對(duì)回填 土層層夯實(shí)，再加上水平導(dǎo)體上面通常有 0. 6~0. 8m 土體的壓力，所以也會(huì)逐漸接觸良好。 就算有一些微小空隙，經(jīng)雨水后，其空隙也會(huì)因土壤膨脹而接觸良好，或被地下水填

36、滿小 空隙，形成良好接觸，所以在接地極的接地電阻計(jì)算中也忽略接觸電阻。</p><p>　　關(guān)于接地極周圍土壤的電阻：電流在電極周圍土壤散流時(shí)所引起的土體電阻是很大 的，土壤電阻率越高，阻力越大。這是接地電阻的主要部分。</p><p>　　由此可知，在接地技術(shù)中所定義的接地極的接地電阻，一般都忽略接地極的有效電阻 和接觸電阻，實(shí)際上就只考慮接地極周圍大地土壤的電阻。</p>

37、<p>　　2.5.1 直接計(jì)算法</p><p>　　接地電阻的大小等于接地極的點(diǎn)位升高與通過接地極流入地中的電流的比值，它與土 壤特性以及接地極的幾何尺寸等因素有關(guān)。接地極的接地電阻可以通過電流場(chǎng)的求解得 到，電氣設(shè)備大多在工頻電源下進(jìn)行，由求解恒定電流場(chǎng)計(jì)算得到的接地電阻，在工頻下 仍然適用。下面以半球形接地極為例進(jìn)行討論。</p><p>　　設(shè)金屬半球的半徑為r0 ，

38、經(jīng)它向地中流散的電流為 I，假定大地是電阻率為ρ(?·m)的均勻半無限大介質(zhì)。</p><p>　　在距球心 O 的距離為r ( r r0 )處的電流密度為：</p><p>　　式中，當(dāng)r=10r0 時(shí)，將有R=0.9R?？梢婋x開接地極距離為接地極尺寸 10 倍以內(nèi)的土壤電阻R’占接地極接地電阻的 90%，所以該部分土壤的特性對(duì)接地極接地電阻具有很大的影響。</p&g

39、t;<p>　　由恒定電流場(chǎng)和靜電場(chǎng)的相似性，可以很方便地利用靜電場(chǎng)中已知的電容公式來寫出 接地電阻的計(jì)算公式：</p><p>　　式中ε和ρ分別為土壤的介電系數(shù)和電阻率，C 為接地極對(duì)無窮遠(yuǎn)處的電容。由上式可以看出接地極的接地電阻和其電容成反比，在ε和ρ一定的情況下，接地極的電容與其幾何尺寸成正比，因此，接地極尺寸越大，電容也越大，則接地電阻越小。在接地工程中， 接地網(wǎng)的尺寸一經(jīng)確定，其接地電阻

40、就基本確定，在接地網(wǎng)內(nèi)增加導(dǎo)體對(duì)減小接地電阻的 作用不大，這就是由于內(nèi)部導(dǎo)體被四周的導(dǎo)體所屏蔽，電流絕大部分都是由地網(wǎng)邊緣導(dǎo)體流出的緣故。</p><p>　　一個(gè)由多根水平導(dǎo)體組成的接地網(wǎng)可以近似地當(dāng)作一塊孤立的金屬平板，它的電容主 要由面積大小決定。如果在平板上裝有較短的垂直接地體，不足以改變決定電容大小的幾 何尺寸，電容增加不多，接地電阻減小亦不多。經(jīng)大量的研究和分析，只有垂直接地極長 度可以和地網(wǎng)等值半徑

41、相比擬時(shí)，接地電阻才有明顯的減小，例如在均勻土壤中，半徑為 r 的金屬圓盤在地表面時(shí)的接地電阻為</p><p>　　若在圓盤內(nèi)密密麻麻打入無數(shù)根長短不同的垂直接地極，使之構(gòu)成為半徑為 r 的半球 形接地極，其接地電阻如式，在比較圓盤和半球接地極的接地電阻計(jì)算式可以發(fā)現(xiàn)，在同 樣的土壤中，相同半徑的圓盤和半球形接地電阻相比，半球形接地極只比圓盤接地極減小了36.3%。這個(gè)例子說明，眾多的垂直接地極因相互屏蔽沒有起

42、到應(yīng)有的散流作用，而白白地浪費(fèi)掉了。</p><p>　　2.5.2 發(fā)變電站地網(wǎng)的接地電阻</p><p>　　為了均衡發(fā)變電站地面的電位分布，降低接觸電位差和跨步電壓以及便于設(shè)備和構(gòu)架 的就近接地，發(fā)變電站的接地極必須做成由水平導(dǎo)體組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即地網(wǎng)。地網(wǎng)深埋h 一般在 0.6-0.8m，面積一般為發(fā)變電站的占地面積。</p><p>　　設(shè)發(fā)變電站的占地面

43、積為 A，當(dāng)該面積埋一塊面積為 A 的金屬板時(shí)，其接地電阻R1 可達(dá)最小值；若該面積的金屬板更換成與金屬板外輪廓相同的水平接地導(dǎo)體時(shí)，其接地電阻R2 將達(dá)最大值。如果把發(fā)變電站的占地面積用一等值的面積近似取代，則地網(wǎng)接地電阻的最小值R1 和最大值R2 可分別用圓盤電極和圓環(huán)電極的接地電阻計(jì)算公式估算，即:</p><p>　　到實(shí)際地網(wǎng)不是金屬板而引入的修正項(xiàng)。它比前一項(xiàng)要小得多。R1 =0.435?，最大值R2

44、 =0.734?。也就是說，即使我們把地網(wǎng)內(nèi)全部鋪滿鋼材，接地電阻也僅降低了 41%。這是由于內(nèi)部導(dǎo)體被四周的輪廓所屏蔽，電流絕大部分由四周的輪廓流出 的緣故?？梢?，在地網(wǎng)內(nèi)鋪設(shè)很多鋼材，對(duì)降低接地電阻的效果是不大的。由于R1 ，R2 相差不大，在估算實(shí)際地網(wǎng)接地電阻時(shí)，可以在R1 的基礎(chǔ)上加修正項(xiàng) R的方法略去埋深 h 的影響，把式(2-11)簡化為</p><p>　　也就是說，當(dāng) =100?·m

45、 時(shí)，為得到時(shí) 0.5? 的接地電阻，地網(wǎng)的面積不能小于</p><p><b>　　100×100m2</b></p><p>　　2.6.2 跨步電位差與跨步電壓</p><p>　　跨步電位差：接地短路電流流過接地裝置時(shí)，地面上水平距離為 0.8m 的兩點(diǎn)間的電 位差，稱為跨步電位差Ekb 。接地網(wǎng)外的地面上水平距離為 0.8m

46、 處對(duì)接地網(wǎng)邊緣接地極的電位差，稱為最大跨步電位差Ekbm 。人的兩腳接觸該點(diǎn)時(shí)所承受的電壓叫做跨步電壓U kb 。</p><p>　　若人的兩腳離半球中心的距離分別為rc 和rD ，則跨步電壓為</p><p>　　顯然，當(dāng)接觸電位差或跨步電位差超過某一安全數(shù)值時(shí)就會(huì)使人遭受觸電事故。在接地安全計(jì)算中，最重視的是最大接觸電位差Ejcm 和最大跨步電位差Ekbm 出現(xiàn)的位置。由于不同形狀

47、和不同埋深的接地極會(huì)有不同形狀的地面分布曲線，因此。最大接觸電位差Ejcm和最大跨步電位差Ekbm 出現(xiàn)的位置與接地極的形式、尺寸以及埋深等因素有關(guān)，但可以肯定的是離接地極越近，其接觸電位差和電勢(shì)就越大。因此，最大接觸電位差Ejcm 和最大跨步電位差Ekbm 一般都在接地極的附近。</p><p>　　對(duì)于給定的接地極，其直流接地電阻或工頻接地電阻 R 總是一個(gè)給定的值(當(dāng)土壤電 阻率給定時(shí))，因此，最大接觸電位

48、差Ejcm 和最大跨步電位差Ekbm 的大小將隨流入接地極的電流 I 或接地極的地電位 U=IR 變化而變化。但Ejcm 和Ekbm 總是小于接地極的地電位 U。</p><p>　　第3章 發(fā)變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　發(fā)變電站接地的主要目的是為了保障系統(tǒng)能夠安全可靠運(yùn)行，以及保障人

49、身和設(shè)備的 安全，隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)和不斷提高和系統(tǒng)容量的不斷增大，接地故障電流和發(fā)變電 站接地網(wǎng)的面積也不斷增大，要確保為身和設(shè)備安全，維護(hù)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要改 變僅強(qiáng)調(diào)降低接地電阻的傳統(tǒng)觀念，樹立主要考慮地面電位梯度分布所帶來的危害這一新 概念。實(shí)際上，整個(gè)接地網(wǎng)的接地電阻與人體或設(shè)備不同部位可能遭到的最高電壓之間 不存在簡單的關(guān)系，它們主要與接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)尺寸、土壤特性和流經(jīng)接地網(wǎng)的電流相關(guān)。在 土壤電阻率較低且接地網(wǎng)面積很大

50、的情況下，雖然接地電阻可能達(dá)到較低的數(shù)值，但是若 接地裝置設(shè)計(jì)不合理，在發(fā)生接地故障時(shí)，地面上仍可能出現(xiàn)很高的電位梯度，會(huì)給運(yùn)行 人員帶來危險(xiǎn)。</p><p>　　在高土壤電阻率地區(qū)且地網(wǎng)面積受到限制的情況下，要使接地電阻滿足規(guī)程要求是十 分困難的，即使通過大量的投入接地電阻滿足了要求，也不能完全無危險(xiǎn)，甚至處于技術(shù) 經(jīng)濟(jì)均不合理的境地。但是，只要合理設(shè)計(jì)，在不過分注重低接地電阻的情況下，仍然能 夠設(shè)計(jì)出滿足安

51、全要求的地網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)說，將發(fā)變電站內(nèi)外的接觸電位差、跨步電位差和轉(zhuǎn) 移電位差限制在安全值以內(nèi)，仍是確保人身和設(shè)備安全的根本所在。</p><p>　　要考慮地面電位梯度帶來的危險(xiǎn)就不可避免地需要計(jì)算地表面的電位分布。但在過去 的接地設(shè)計(jì)計(jì)算中，采用僅適合于簡單接地極布置的近似公式或經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算地面任意 一點(diǎn)的電位，是難以實(shí)現(xiàn)的，特別是對(duì)手復(fù)雜形狀的地網(wǎng)，就更是如此。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 的發(fā)展，從 20 世紀(jì) 70 年

52、代開始，國內(nèi)外不少專家學(xué)者，將計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬方法引入到 接地計(jì)算中，為解決地面電位分布的計(jì)算問題，提供了有效方法。</p><p>　　3.2 發(fā)變電站地網(wǎng)設(shè)計(jì)的總原則</p><p>　　表征發(fā)變電站地網(wǎng)的主要電氣參數(shù)有：接地電阻、接觸電位差、跨步電位差、接地電 位升和轉(zhuǎn)移電位差。在進(jìn)行發(fā)變電站接地設(shè)計(jì)時(shí)，必須認(rèn)真貫徹執(zhí)行國家的有關(guān)方針和法 規(guī)，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)電氣設(shè)備的類型和系統(tǒng)的

53、運(yùn)行方式、接地的性質(zhì)以及地質(zhì)構(gòu)造等 特點(diǎn)，因地制宜，力求做到技術(shù)先進(jìn)合理，經(jīng)濟(jì)節(jié)約。進(jìn)行接地設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下問題</p><p>　　3.2.1 對(duì)接地電阻的要求</p><p>　　發(fā)變電站地網(wǎng)的接地電阻主要是根據(jù)工作接地的要求決定，即要保證在接地故障時(shí)， 流經(jīng)地網(wǎng)的入地故障電流 I 在地網(wǎng)上產(chǎn)生的接地電位升不會(huì)對(duì)人身和設(shè)備安全造成威脅。</p><p>　　1

54、. 大接地短路電流系統(tǒng)</p><p>　　運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，大接地短路電流系統(tǒng)，包括 110kV 及以上有效接地系統(tǒng)和 63kV 低電阻接地系統(tǒng)，當(dāng)接地電位升IR 2000V 時(shí)，人身和設(shè)備是安全的，所以我國現(xiàn)行接地 規(guī)程規(guī)，對(duì)于有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中地網(wǎng)的接地電阻 R 由下式確定，即</p><p>　　式中：I 為經(jīng)地網(wǎng)向地中流散的入地故障電流，該值應(yīng)采用考慮系統(tǒng) 5~10 年發(fā)展

55、規(guī)劃 的最大運(yùn)行方式下，短路發(fā)生在站內(nèi)或站外時(shí)的最大單相短路周期分量，并根據(jù)實(shí)際接線 中的分流系數(shù)來確定，取最大值。</p><p>　　當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)的接地電阻不滿足(2-1)式的要求時(shí)，可通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較增大接地電阻，但不得大于 5?，且應(yīng)當(dāng)采取措施防止轉(zhuǎn)移電位；考慮短路電流非周期分量的影響，接地電位 升不應(yīng)引起所內(nèi) 3~10kV 閥式避雷器動(dòng)作；并須驗(yàn)算接觸和跨步電位差。</p><p>　

56、　2. 小接地短路電流系統(tǒng)</p><p>　　對(duì)于小接地短路電流系統(tǒng)，包括 366kV 不接地、經(jīng)消弧線圈接地和高電阻接地系統(tǒng)來說，由于單相接地故障允許存在 2h，所以接地電位升 IR 的允許值大為降低，對(duì)于高壓 與發(fā)變電站電力生產(chǎn)低壓電氣裝置共用的接地裝置，應(yīng)滿足</p><p><b>　　但不應(yīng)大于 4?。</b></p><p>　

57、　高壓電氣裝置的接地裝置，應(yīng)滿足</p><p>　　即使入地故障電流較小，R 也不宜超過 10?。</p><p>　　3. 高土壤電阻率地區(qū)</p><p>　　在高土壤電阻率地區(qū)，要把接地裝置的接地電阻做到上述要求的值，在技術(shù)上難以實(shí) 現(xiàn)或經(jīng)濟(jì)上極不合理，允許將接地電阻值適當(dāng)提高。在大接地短路電流系統(tǒng)中允許提高到 R 5 ；而在小接地短路電流系統(tǒng)中允許提高到

58、R 30 。但是，在這種情況下，應(yīng)采 取均壓、隔離等措施，將接觸電位差、跨步電位差限制在保證人身和設(shè)備安全所允許的范 圍內(nèi)，并抑制轉(zhuǎn)移電位差所帶來的危害。</p><p>　　3.2.2 接觸電位差和跨步電位差允許值</p><p>　　如第 l 章中所介紹的那樣，人體能承受的接觸電壓和跨步電壓與人體電阻、通過人體 的電流值及持續(xù)時(shí)間、電流流經(jīng)人體的途徑、地表電阻率等因素有關(guān)。</p

59、><p>　　根據(jù)中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T621-1997，在大接地短路電流系統(tǒng)發(fā)生單相 接地或同點(diǎn)兩相接地時(shí)，發(fā)電廠，變電所電氣設(shè)備接地的接觸電壓和跨步電壓不應(yīng)超過下列數(shù)值：</p><p>　　式中： f 為人腳所站地表面的土壤電阻率，??m；t 為接地短路持續(xù)時(shí)間，s。</p><p>　　而在小接地短路電流系統(tǒng)中，由于單相接地故障允許的持續(xù)時(shí)間在 2

60、h 以內(nèi)，因此， 接觸電位差和跨步電位差的允許值為</p><p>　　不難看出，提高接觸電位差和跨步電位差允許值最有效的辦法就是增大地表的土壤電阻率，如采用碎石或?yàn)r青混凝土地面等辦法。</p><p>　　3.3 地網(wǎng)的設(shè)計(jì)步驟和方法</p><p>　　發(fā)變電站地網(wǎng)的接地參數(shù)(地網(wǎng)竣工后的實(shí)測(cè)值)是否符合接地規(guī)程的要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)是否合理，取決于地網(wǎng)設(shè)計(jì)方法

61、的正確性。只要按正確的步驟和方法來設(shè)計(jì)地網(wǎng)，是 能夠獲得接地參數(shù)滿足規(guī)程要求、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理的地網(wǎng)的。這一節(jié)中，將討論地網(wǎng)設(shè)計(jì)的步驟和方法。</p><p>　　3.3.1 調(diào)查土壤特性</p><p>　　土壤電阻率是決定地網(wǎng)參數(shù)的重要參數(shù)。根據(jù)土坡類型及土壤中所含水分的性質(zhì)和含 水量的多少，土壤電阻率的變化范圍很大，由于實(shí)際的大地結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同一土壤在不 同地點(diǎn)用利電阻率會(huì)有所不同

62、，所以土壤電阻率的確定必須進(jìn)行實(shí)測(cè)。在發(fā)變電站站址選 定后，物探法進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查時(shí)，要收集站區(qū)內(nèi)土壤在水平方向和垂直方向的變化情況， 同時(shí)，利用電探法測(cè)出站區(qū)(包括站區(qū)周圍)的土壤電阻率的分布情況，并重視站區(qū)土壤電阻率隨季節(jié)的變化情況，然后，經(jīng)過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理，以便獲得設(shè)計(jì)時(shí)所需要的土 壤電阻率。除此以外，還應(yīng)該調(diào)查站區(qū)土壤對(duì)普通鋼、鍍鋅鋼等金屬材料的腐蝕情況，測(cè) 出對(duì)金屬材料的腐蝕速度，為地網(wǎng)設(shè)計(jì)選擇正確的金屬材料和截面提供依

63、據(jù)。有關(guān)土壤電 阻率的實(shí)測(cè)方法和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析處理將在第 5 章中詳細(xì)介紹。</p><p>　　3.3.2 入地故障電流的計(jì)算</p><p>　　入地故障電流是指系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)經(jīng)地網(wǎng)向地中流散并引起地網(wǎng)電位升高的那 部分電流。在輸電線路有避雷線和系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地的情況下，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)， 短路點(diǎn)的全部短路電流中，一部分電流由與地網(wǎng)連接的避雷線為回路流通，另一部分電流 經(jīng)地網(wǎng)流

64、回系統(tǒng)的中性點(diǎn)，而剩下的那部分電流才經(jīng)地網(wǎng)向地中流散，因此，入地故障電 流并不等于故障點(diǎn)的全部短路電流。入地故障電流經(jīng)地網(wǎng)流散時(shí)，它不僅影響著接地電位 升、接觸電位差、跨步電位差以及轉(zhuǎn)移電位差、局部電位差的大小，而且還影響著接地引 線、均壓導(dǎo)體截面的選擇，因此，在接地設(shè)計(jì)中，無論是從安全的角度考慮，還是從經(jīng)濟(jì)的角度考慮都要求準(zhǔn)確地計(jì)算入地故障電流。</p><p><b>　　短路故障發(fā)生在站內(nèi)<

65、/b></p><p>　　在故障點(diǎn)的全部短路電流I?max 中，由發(fā)變電站提供的那部分電流I?n 可以經(jīng)地 網(wǎng)直接流回電源的中性點(diǎn)，不會(huì)在地網(wǎng)的接地電阻上形成壓降，而由于避雷線的存在，由系統(tǒng)提供的短路電流I?s( I?max ? I?n )中的一部分會(huì)經(jīng)“避雷線—桿塔”接地系統(tǒng)返回系 統(tǒng)，也不會(huì)在地網(wǎng)的接地電阻上形成壓降。</p><p>　　若避雷線分流系數(shù)為Ke1 ，則經(jīng)避雷線

66、分走的電流I?B 1 為：</p><p>　　2、斷路故障發(fā)生在站外</p><p>　　圖 3.2 為短路發(fā)生在接地網(wǎng)外的情況。經(jīng)大地自地網(wǎng)返回的短路電流將由電站本 身提供。同樣，由于避雷線的存在，I?n 分量中將有一部分經(jīng)避雷線直接返回電源中性點(diǎn)， 則經(jīng)地網(wǎng)返回的電流：</p><p>　　但是由于短路電流的流通路徑及其電流的分布受到短路故障的類型和位置、系統(tǒng)

67、的結(jié) 構(gòu)與參數(shù)、變電站和桿塔接地電阻、相線和架空地線參數(shù)、系統(tǒng)將來(5~10 年)的發(fā)展等因素的影響。因此，要精確地計(jì)算Kf 1 與Kf 2 是十分困難的。在接地設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，先分別計(jì)算 Ke1 、Ke2 ，然后取較大者作為計(jì)算用入地短路電流。</p><p>　　3.3.3 地網(wǎng)導(dǎo)體材料及截面的選擇</p><p>　　在接地工程中，地網(wǎng)材料及截面的選擇合理與否，直接影響到地網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指

68、標(biāo)。 特別是在系統(tǒng)容量和電壓等級(jí)不斷提高、入地故障電流和地網(wǎng)尺寸越來越大的情況下，合 理地選擇導(dǎo)體材料和截面顯得更加重要。下面分別討論選擇導(dǎo)體材料和截面時(shí)應(yīng)考慮的因 素及選擇原則。</p><p><b>　　1、導(dǎo)體材料的選擇</b></p><p>　　選擇導(dǎo)體材料時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性、在土壤中的腐蝕速度、導(dǎo)電性、材料價(jià)格 及來源等。目前世界上普遍采用的接地材

69、料是銅和鋼兩種，國外大多采用銅做接地材料， 而根據(jù)國情，我國絕大多數(shù)接地材料選用的是鋼。下面簡要分析和討論這兩種材料的性能。</p><p><b>　　(1) 熱穩(wěn)定性</b></p><p>　　在大接地短路電流系統(tǒng)中，入地故障電流一般在幾千安到幾十千安的范圍內(nèi)，這樣強(qiáng) 大的電流經(jīng)地網(wǎng)向地中流散時(shí)，將在導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的熱量，入地故障電流持續(xù)時(shí)間取決 于系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)

70、作時(shí)間和斷路器的分閘時(shí)間，一般只有零點(diǎn)幾秒，在這樣短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體 產(chǎn)生的熱量來不及向周圍土壤中擴(kuò)散，幾乎全部熱量都用來使導(dǎo)體溫度升高。當(dāng)溫度超過 一定值以及經(jīng)土壤自然冷卻后，導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)劇烈下降，特別是在導(dǎo)體之間的連接處， 如果再遇短路電流電動(dòng)力作用，導(dǎo)體就會(huì)遭到破壞。當(dāng)短路電流很大，導(dǎo)體溫度升到很高， 達(dá)到金屬材料的熔點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)體將會(huì)熔化。這兩種原因都可能使接地引線和地網(wǎng)導(dǎo)體斷裂解 體，地網(wǎng)失去作用，而使系統(tǒng)故障擴(kuò)大，造成巨大的經(jīng)濟(jì)

71、損失。每一種導(dǎo)體材料都具有一 短時(shí)最高允許溫度，如果導(dǎo)體溫度超過它，就意味著其性能下降。同樣每種導(dǎo)體材料都有 它自己的熔點(diǎn)。允許最高溫度及熔點(diǎn)越高，其熱穩(wěn)定性能越好。銅的短時(shí)最高允許溫度為 300℃，熔點(diǎn)為 1 083℃；鋼的短時(shí)最高允許溫度為 400℃，熔點(diǎn)為 1 550℃。因此，鋼的 熱穩(wěn)定性比銅要好些。</p><p>　　(2) 土壤對(duì)金屬導(dǎo)體的腐蝕性</p><p>　　埋在土壤

72、中的金屬將受到土壤的腐蝕。它屬于電化學(xué)腐蝕的范疇。土壤中的水溶解有 鹽和其他電解質(zhì)而形成電解質(zhì)溶液，但土壤的腐蝕性比電解質(zhì)溶液的腐蝕性更為復(fù)雜、嚴(yán) 重。由于土壤的腐蝕作用，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)體直徑將不斷減小，會(huì)造成地網(wǎng)導(dǎo)體的熱 穩(wěn)定性和導(dǎo)電性下降，嚴(yán)重時(shí)可能造成導(dǎo)體斷裂使地網(wǎng)解體而引發(fā)事故，因此，在選擇導(dǎo) 體材料時(shí)應(yīng)考慮選用耐腐蝕的材料。</p><p>　　土壤對(duì)導(dǎo)體的腐蝕程度可以用腐蝕速度來表示。導(dǎo)體的平均腐

73、蝕速度可以用導(dǎo)體單位 時(shí)間內(nèi)單位面積上所失去的重量來表示，如 g/cm2·a；也可以用單位時(shí)間內(nèi)金屬表面的腐 蝕深度來表示，如 mm/a。通常用腐蝕深度來表示更為確切。據(jù)有關(guān)資料表明，未鍍鋅鋼 在土壤中腐蝕速度約為銅的 4~5 倍，而鍍鋅鋼在土壤中的腐蝕速度僅為銅的 1~2 倍，可見 銅的耐腐蝕性最強(qiáng)，鍍鋅鋼比不鍍鋅鋼強(qiáng)。但應(yīng)當(dāng)注意，金屬在土壤中的腐蝕要受到許多 因素的影響(諸如土壤的孔隙度、土壤電阻率、水分中溶解的鹽類、酸堿

74、性和細(xì)菌等)，因 此在不同的土壤環(huán)境中，金屬導(dǎo)體的腐蝕情況有很大的差別，建議在進(jìn)行土壤電阻率測(cè)量 的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)測(cè)量站區(qū)內(nèi)土壤對(duì)銅或鋼的腐蝕速度，為導(dǎo)體材料和截面的選擇提供可靠 的數(shù)據(jù)。通常采用的測(cè)量土壤對(duì)金屬導(dǎo)體的腐蝕速度的方法有失重法和電化學(xué)法。</p><p>　　(3) 導(dǎo)體的導(dǎo)電性

75、 </p><p>　　在大型地網(wǎng)中，當(dāng)強(qiáng)大的入地故障電流經(jīng)地網(wǎng)流散時(shí)，因?qū)w電阻的存在，會(huì)造成地網(wǎng)導(dǎo)體上各部分的電位不相等。地網(wǎng)尺寸越大，土壤電阻率越低，導(dǎo)體導(dǎo)電性越差，各部 分

76、的電位差也越大，例如，面積為 50×50cm2，均壓導(dǎo)體間距為 12.5cm 的等間距布置的正 方形地網(wǎng)，在電阻率為 30?·m 的自來水中，當(dāng)自地網(wǎng)的一角注人電流時(shí)，其對(duì)角的電位 降低值為：5.3%(鋼為接地材料)、4.3%(銅為接地材料)。在其他條件不變的情況下，水的 電阻率降為 1.8?·m 時(shí)，鋼為接地材料的地網(wǎng)電位降低值增加到 35.6%。如果以地網(wǎng)各金 屬導(dǎo)體電位相差 10%計(jì)算，取電流入地點(diǎn)電

77、位(即地網(wǎng)電位升)為 4000V，則與地網(wǎng)不同點(diǎn) 相連的各設(shè)備外殼之間可能出現(xiàn)的最大電位差將達(dá) 400V，設(shè)計(jì)中必須考慮對(duì)這種局部電 位差的控制，否則將會(huì)引發(fā)事故。</p><p>　　(4) 材料的成本和來源</p><p>　　銅的價(jià)格約為鋼的幾倍到十幾倍，且銅的礦藏量比鐵少得多，當(dāng)然選用鋼比銅好。銅 和鋼地網(wǎng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，鋼的熱穩(wěn)定比銅更好，且經(jīng)濟(jì)。銅的導(dǎo)電性和耐腐蝕性比鋼強(qiáng)，鍍鋅鋼的

78、耐腐蝕性又比不鍍鋅鋼好，若采用一些防腐措施(如陰極保護(hù))還能進(jìn)一步提高耐腐 蝕性。此外，一般電氣設(shè)備的外殼都是鋼鐵的，地網(wǎng)附近還可能有其他金屬管道，若地網(wǎng) 導(dǎo)體選用銅，將會(huì)和與之相近的(或相連的)其他金屬材料構(gòu)成原電池，反而加速了對(duì)鋼鐵 構(gòu)件的腐蝕。而采用鍍鋅鋼就不會(huì)或很少出現(xiàn)這種情況，因此根據(jù)我國國情建議選擇鍍鋅 鋼作為接地材料是比較適宜的。</p><p><b>　　2、導(dǎo)體截面的選擇</b

79、></p><p>　　導(dǎo)休截面的選擇一般可根據(jù)熱穩(wěn)定性要求來確定導(dǎo)體的最小截面，然后再根據(jù)對(duì)地網(wǎng) 運(yùn)行壽命的要求以及實(shí)測(cè)得到的土鑲對(duì)地網(wǎng)導(dǎo)體的腐蝕速度計(jì)算得到導(dǎo)體截面積，然后將 兩者進(jìn)行比較，取大者，再考慮一定的裕度，最后確定應(yīng)該選擇的導(dǎo)體截面積?？紤]裕度 的理由是，因?yàn)閷?dǎo)體在土壤中的腐蝕并不是均勻腐蝕。一般來說，導(dǎo)體截面越大越不均勻， 但是在相同的土壤環(huán)境中表征散流特性的接地電阻主要取決于地網(wǎng)的面積，導(dǎo)

80、體半徑對(duì)它 影響很小，可以不考慮議一條件。</p><p>　　(1) 由熱穩(wěn)定性確定導(dǎo)體截面</p><p>　　假定導(dǎo)體短時(shí)發(fā)出的熱量全部用來使導(dǎo)體溫度升高，為了使導(dǎo)體滿足熱穩(wěn)定要求，即 導(dǎo)體溫度不超過其允許溫度，則</p><p>　　由于電流大，導(dǎo)體溫升快，所以導(dǎo)體電阻 R 和比熱容 c 都是隨溫度變化的函數(shù)，即</p><p>　　

81、ρ0 、C0 分別是 0℃時(shí)導(dǎo)體的電阻率(?·cm)和比熱容(w·s/g·℃)，L 為導(dǎo)體長度(cm)，S為導(dǎo)體截面積(cm2)，、分別為導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)和比熱容溫度系數(shù)，為導(dǎo)體溫度(℃)。地網(wǎng)導(dǎo)體一般為均勻?qū)w，其質(zhì)量為導(dǎo)體質(zhì)量密度(g/cm3)。將式(3-10)和式(3-11)帶入式(3-9)，經(jīng)化簡整理得</p><p>　　很方便地算出滿足熱穩(wěn)定要求的導(dǎo)體最小截面積。對(duì)于一

82、定的材料，k 為定值，如鋼導(dǎo)體 k=70，銅導(dǎo)體 k=210，鋁導(dǎo)體 k=120。</p><p>　　(2) 由土壤對(duì)導(dǎo)體的腐蝕速度來確定截面</p><p>　　根據(jù)實(shí)測(cè)得到的土壤對(duì)導(dǎo)體的年腐蝕速度(mm/a)以及預(yù)期的地網(wǎng)運(yùn)行壽命，就能很容易地得出導(dǎo)體的最小截面，然后考慮一定的裕度系數(shù)就能得到按腐蝕速度確定的導(dǎo)體截面積。</p><p>　　3.3.4 選擇地

83、網(wǎng)的布置方式</p><p>　　發(fā)電廠、變電站接地裝置大多數(shù)都是以水平接地極為主，外緣閉合，內(nèi)部敷設(shè)若干均 壓導(dǎo)體的接地網(wǎng)。在過去的設(shè)計(jì)中，均壓導(dǎo)體一般按 3m、5m、7m、10m 等間距布置。由于端部效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，各均壓導(dǎo)體流散電流很不均勻，地網(wǎng)中部導(dǎo)體流散的電流較小， 而在邊角處導(dǎo)體的流散電流急劇增加，這就使地網(wǎng)內(nèi)部的地表面電位分布很不均勻，造成 地網(wǎng)邊角處的接觸電位差和中心處的接觸電位差相差根大，且這種

84、不均勻隨地網(wǎng)面積的增 大和網(wǎng)孔數(shù)的增多而越來越嚴(yán)重。為了保證發(fā)電廠、變電站人身和沒備安全，又不過多地 耗費(fèi)銅材，設(shè)計(jì)是以比邊角網(wǎng)孔低 20%~30%的次邊角網(wǎng)孔電勢(shì)不超過允許接觸電位差為 原則。但這樣做并沒有根除因地面電位分布不均勻而引起事故的危險(xiǎn)，還需要在地網(wǎng)邊角 處采取輔助安全措施，面中部導(dǎo)體得不到合理利用。這樣，大型地網(wǎng)均壓導(dǎo)體如果仍按傳 統(tǒng)的等間距布置，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上都是不夠合理的。為了改變這種情況，最好的方法是采用 不等間距布置

85、均壓導(dǎo)體，有關(guān)用不等間距布置均壓導(dǎo)體的合理性及其布里的規(guī)律請(qǐng)參看其他文獻(xiàn)。</p><p>　　經(jīng)分析研究表明，在大中型地網(wǎng)周邊埋設(shè) 2~3m 或遠(yuǎn)小于地網(wǎng)等值半徑的垂直接地體 對(duì)降低整個(gè)接地裝置的接地電阻的效果不大。所以，除在避雷針(線)和避雷器附近埋設(shè)集 中的垂直接地體以流散雷電流以外，在地網(wǎng)的周邊一般不敷設(shè)垂直接地體。但是，如果在 埋設(shè)地網(wǎng)的地方土壤上層的電阻率遠(yuǎn)比下層的電阻率高，或者地網(wǎng)處于容易干燥或冰凍

86、的 土壤地區(qū)的情況下，可以在地網(wǎng)周邊埋設(shè)若干垂直接地體，并與水平接地網(wǎng)相連。這樣既 可以進(jìn)一步減小接地電阻，也可以維持地網(wǎng)的性能，使之不隨氣候的變化而發(fā)生顯著變化。 垂直接地體的長度在 10~50m 的范圍內(nèi)，它們之間的距離以大于相鄰兩垂直接地體的總長度為宜，此外，還應(yīng)重視各種自然接地體(如水電廠的鋼筋混凝土基等)的利用。</p><p>　　接地網(wǎng)導(dǎo)體的總長，可按下式估算：</p><p&g

87、t;　　在式中，第二項(xiàng)括號(hào)內(nèi)的因子相乘次數(shù)比包括交叉連接線在內(nèi)的主接線地網(wǎng)內(nèi)平行導(dǎo)體的根數(shù)少 2；Ki 為不均勻修正系數(shù)沒考慮接地網(wǎng)不同部分接地電流的不均勻性，尼曼建議Ki 值為 1.2~1.3，對(duì)土壤電阻率不均勻的情況，Ki 可取得更大一些；ρ為人體雙腳下的土壤電阻率(?·m)；t 為點(diǎn)擊最大持續(xù)時(shí)間(s)。</p><p>　　知道接地網(wǎng)導(dǎo)體總長，地網(wǎng)的長和寬以及選擇好導(dǎo)體間的間距就容易對(duì)地網(wǎng)進(jìn)行布

88、 置。</p><p>　　第4章 降低接地電阻的方法 </p><p>　　4.1 擴(kuò)大地網(wǎng)面積 </p><p>　　眾所周知，接地裝置的接地電阻主要由接地體的幾何尺寸和土壤電阻率確定，要在大 范圍內(nèi)靠降低土壤電阻率的方法來降低接地電阻，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上都是不合理的，所以增大接地體的尺寸是行之有效的方法。</p><p>　　眾所

89、周知，接地裝置的接地電阻主要由接地體的幾何尺寸和土壤電阻率確定，要在大 范圍內(nèi)靠降低土壤電阻率的方法來降低接地電阻，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上都是不合理的，所以增大接地體的尺寸是行之有效的方法。</p><p>　　根據(jù)靜電場(chǎng)基本理論，可以直接推導(dǎo)出接地體接地電阻的計(jì)算公式(2-9)，即</p><p>　　我們可以看出，接地電阻的大小與接地體對(duì)無窮遠(yuǎn)處的電容成反比，增大接地體的面積，可以增

90、大接地體的電容，降低接地電阻。</p><p>　　我們?cè)谇懊嬷v述中，得接地網(wǎng)接地電阻的公式</p><p>　　式中 L 為接地極的總長度(包括水平與垂直的)，m；A 為接地網(wǎng)的面積，m2。</p><p>　　從上式可以看出，發(fā)變電站接地網(wǎng)的接地電阻與接地網(wǎng)面積的平方根成反比，接地網(wǎng) 面積越大，其接地電阻也就越低。無疑增大發(fā)變電站接地網(wǎng)的面積是降低其接地電阻的一

91、種行之有交的方法。</p><p>　　但是，僅用增大地網(wǎng)面積來降低接地電阻，對(duì)一些簡單接地體和輸電線路桿塔接地裝 置效果較好，對(duì)于發(fā)電廠、變電站的接地網(wǎng)，雖然增大地網(wǎng)尺寸能夠使接地電阻值減小， 但在高土壤電阻率地區(qū)或者發(fā)電廠、變電站場(chǎng)地非常昂貴的地區(qū)，會(huì)增加變電站建設(shè)的不少投資，甚至受場(chǎng)地的限制根本無法實(shí)現(xiàn)，因此，在使用這種方法時(shí)，必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。</p><p>　　4.2 增加

92、接地網(wǎng)的埋設(shè)深度</p><p>　　接地體的埋設(shè)深度對(duì)于水平接地體(包括地網(wǎng))是指接地體到地表面的距離，而對(duì)于垂 直接地體來說是指垂直接地上端到地表面的距離。從本質(zhì)上講，增加接地體的埋深，使接 地體離地面的距離增加，從面增大了接地體在土壤中的散流面積、起到減小接地電阻的作用。對(duì)于發(fā)變電站接地網(wǎng)一般都是矩形或方形布置。</p><p>　　如果地下較深處的土壤或水的電阻率較低時(shí)，可采用深埋

93、接地極的方法來降低接地電 阻。對(duì)含砂土壤采用此法效果尤為明顯。據(jù)有關(guān)資料記載，在3m深處的土壤電阻率為100%，4m深處為75%，5m深處為60%，6.5m深處為50%，9m深處為20%。</p><p>　　這種方法的特點(diǎn)是，可以不用考慮土壤凍結(jié)和干枯所增加的電阻率，但施工困難，要挖的土方量大，造價(jià)也相對(duì)較高，在巖石地區(qū)更難實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4.3 用自然體接地</p&g

94、t;<p>　　自然接地體包括建筑物鋼筋混凝土基礎(chǔ)的鋼骨架、水電站進(jìn)水口攔污柵、閘門、引水管等。對(duì)于這樣一些自然接地體，由于它們本身具有較低的接地電阻，因此在設(shè)計(jì)發(fā)變電 站地網(wǎng)時(shí)，應(yīng)充分地考慮利用這些自然接地體與主網(wǎng)相連，以達(dá)到降低地網(wǎng)接地電阻的目的，特別是在水電站，利用自然接地體，其降阻效果就更為明顯，并且不需要增加多少投資。所以，充分地利用自然接地體來降低接地電阻，不僅在技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，而且有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。<

95、;/p><p><b>　　4.4 引外接地</b></p><p>　　引外接地是指將發(fā)變電站主接地網(wǎng)與其區(qū)域以外某一低土壤電阻率區(qū)域敷設(shè)的輔助 接地網(wǎng)相連的方法，以達(dá)到降低整個(gè)接地系統(tǒng)接地電阻的目的。應(yīng)當(dāng)注意，在變電站和遠(yuǎn) 處接地設(shè)備之間存在顯著的電位差，特別是在雷電等高頻沖擊作用時(shí)電位差將更大。應(yīng)確保主接地網(wǎng)與引外接地有多根接地導(dǎo)體連接。</p>&l

96、t;p>　　如果接地裝置附近有導(dǎo)電良好的湖泊時(shí)，可考慮用此法。但要注意在設(shè)計(jì)、施工時(shí)， 必須考慮到連接接地極干線(銅或鋼)自身電阻所帶來的影響，因此，引外式接地極長度不宜超過 100m。</p><p>　　4.5 使用接地降阻劑</p><p>　　在高土壤電阻率地區(qū)，如沙漠、山區(qū)、巖石層等，即使采用以上介紹的各種方法，有時(shí)也很難將接地裝置的接地電阻降到所要求的值。在這種情況下叮以

97、通過使用接地降阻劑，并適當(dāng)配合上面的方法，便可達(dá)到降阻的目的。</p><p>　　在接地體周圍的土壤中加入離子生成物，即化學(xué)降阻劑，以改善土壤的導(dǎo)電性能，從而降低接地裝置的接地電阻。最早的方法是在接地體周圍埋入木炭、食鹽、硫銨等電解質(zhì)或者用丙烯酸按、硅酸鹽、石墨和水的混合物作為接地降阻劑灌入土壤中以提高土壤的導(dǎo) 電性能。但是這些降阻劑的有效成分大都是溶于水的，容易因雨水或地下水的沖刷而流失， 因此，有效期較短，

98、一般僅能維持兩年左右，并且有些物質(zhì)對(duì)接地體有腐蝕作用，會(huì)縮短 接地裝置的壽命。從 20 世紀(jì) 60 年代中期開始，日本研制并使用一些新型接地降阻劑，這類降阻劑主要是由電解質(zhì)(如食鹽、氯化按、硫銨等)與水溶性常溫硬化樹脂(如尿醛樹脂、 酚醛樹脂等)混合組成。將這種混合液注入電極周圍的土壤中。經(jīng)過一定時(shí)間，就形成具有導(dǎo)電性能的含水硬化樹脂，提高土壤的導(dǎo)電性，并能經(jīng)受雨水或地下水的沖刷，因此稱為長效降阻劑。</p><p&

99、gt;　　我國為解決高土壤電阻率地區(qū)的降阻間題，也從 20 世紀(jì)犯年代開始研究化學(xué)降阻劑， 取得了一定的成效，目前已有很多廠家生產(chǎn)出了性能良好的化學(xué)長效降阻劑。</p><p>　　第5章 接地參數(shù)測(cè)試</p><p>　　在電力工程中，選定了變電所或發(fā)電廠的廠址后，為了正確合理的設(shè)計(jì)接地裝置，需 要知道發(fā)變電站所在地的土壤電阻率，土壤電阻率只有通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲得。根據(jù)測(cè)定的土 壤電阻率設(shè)計(jì)

100、地網(wǎng)，在施工完成投入運(yùn)行之前，要測(cè)量接地電阻、接觸電壓和跨步電壓是 否在規(guī)定范圍內(nèi)，或者在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，在滿足要求后才能投入運(yùn)行。地網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間 后，還要測(cè)試它是否滿足安全要求。因此，接地參數(shù)的測(cè)試是變電所、發(fā)電廠地網(wǎng)設(shè)計(jì)、 運(yùn)行必不可少的工作。下面分別介紹土壤電阻率、接地電阻、土壤表面電位分布的測(cè)試原 理和方法。</p><p>　　5.1 土壤電阻率測(cè)試</p><p>　　圖 5.

101、1 Winner 四電極法原理圖</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電阻率的方法是以穩(wěn)定電流場(chǎng)理論為基礎(chǔ)的。前面已講到物質(zhì)的電阻率是指 單位立方體該物質(zhì)兩相對(duì)面之間的電阻。由于土壤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及含水量不同等原因，土壤電阻率可以在很大范圍內(nèi)變化，不可能用取樣的方法獲得大地電阻率。通常采用的方法有三電極法和四電極法。四電極法比三電極法更準(zhǔn)確些，現(xiàn)在一般采用四電極法，四電極法又叫 Winner 法。下面介紹由四電極法確定電

102、阻率的基本原理。</p><p>　　如圖 4.1 所示，將C1 、C2 、P1 、P2 四根電極在一條直線上按等間距 a 打入地下，為了使打入的電極不影響地中電流分布，電極打入地下的深度 h 應(yīng)滿足 h a/20。</p><p>　　外側(cè)兩電極C1 、C2 為電流極，與交流或直流電源 e 串聯(lián)，用電流表 A 測(cè)量入地電流，內(nèi)側(cè)兩電極P1 、P2 為電壓極，與電壓表 V 相連，由于C1

103、、C2 流入和流出的電流均為 I，根</p><p>　　據(jù)前面講的電源電極附近電位的計(jì)算方法，可計(jì)算出P1 和P2 點(diǎn)的電位為：</p><p>　　則P1 和P2 兩電極之間的電位差，即電壓表的讀數(shù)為：</p><p>　　5.2 接地電阻測(cè)試</p><p>　　根據(jù)前面介紹的接地電阻的定義，接地電阻是接地短路電流經(jīng)接地裝置向無窮遠(yuǎn)處自

104、由流散時(shí)，接地裝置的電位V0 (以無限遠(yuǎn)處為參考)與經(jīng)接地裝置流入地中的電流 I 的比值。</p><p>　　如圖 4.2，電流極與接地網(wǎng)邊緣之間的距離為d13 ，一般取接地網(wǎng)最大對(duì)角線長度 D 的 4~5倍，以使其間的點(diǎn)位分布出現(xiàn)一平緩區(qū)域。但在接地電阻測(cè)量時(shí)，不可能將電流輔助電極 C 和電壓輔助電極 P 放在無窮遠(yuǎn)處。而且，電流不是向四周的土壤自由流散，而是受輔助電流極 C 位置的影響，這時(shí)地下電場(chǎng)的分布

105、將會(huì)發(fā)生畸變，給測(cè)量帶來誤差。但在進(jìn)行接地電阻測(cè)量時(shí)，無論輔助電流極 C 放在何處，都應(yīng)測(cè)到接地裝置的實(shí)際接地電阻值。下面從理論上分析把電壓極布置在什么樣的位置上才能消除測(cè)量誤差，從而得到真實(shí)的接地電阻。</p><p>　　要使測(cè)量結(jié)果符合實(shí)際值，即測(cè)量誤差必須是 0，即 R =0。要使 R =0，有兩種可能， </p><p>　　一種情況是d12 、d13 、d23 都足夠大，則它們

106、的倒數(shù)為零，但這種方法測(cè)量引線太長，實(shí)測(cè) 不方便，一般不采取。</p><p>　　另一種情況，令 R =0，即有：</p><p>　　5.3 影響接地參數(shù)測(cè)試的因素</p><p>　　1．地電阻率不均勻時(shí)</p><p>　　前面的理論分析是在 均勻情況下進(jìn)行的，若土壤電阻率 不均勻時(shí)，將給接地電阻的測(cè)量帶來誤差。在土壤具有一個(gè)或兩個(gè)剖

107、面結(jié)構(gòu)時(shí)，采用 0.618 法的測(cè)量誤差隨剖面兩側(cè)電阻率變化而變化，變化越大測(cè)量誤差越大。特別在被測(cè)接地網(wǎng)和電壓極之間，或電壓極與電流極之間，如果存在一條有高電阻率地層(如沖溝，下涸河床等)，采用 0.618 法誤差極大，測(cè)量時(shí)應(yīng)當(dāng)注意。</p><p>　　2．大地集膚效應(yīng)的影響</p><p>　　交流電流通過接地網(wǎng)向大地流散時(shí)，由于地的電阻率相當(dāng)大，在接地網(wǎng)附近因感應(yīng)電 勢(shì)而引起的電