【文章內(nèi)容簡介】 R=U/I，再由 R=ρL/S計算出物質(zhì)的電阻率為： ρ=RS/L=(U/I)(S/L) （ 21） 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。 ρ的取值 土壤電阻率 ρ是決定接地網(wǎng)的關(guān)鍵參數(shù)，選擇變電所所址時，要考慮所在地的土質(zhì)情況，接地網(wǎng)處的土壤分層情況，不能僅取表層土壤的電阻率 ρ，若土壤電阻太大，接地網(wǎng)的接地電阻值滿足不了 R≤2020/I 的要求。 定性地說，電流通過接地極向周圍大地?zé)o窮遠(yuǎn)出散流時大地土壤所呈現(xiàn)的總電阻，稱為接地電阻。 接地電阻的定量定義是：假設(shè)在某個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，則接地極電位 U對接地電流 I 的比值 U/I 稱為接地電阻。這個定 義必須附加下述兩個條件： 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接地 極，然后將電源接入兩個電極之間即可產(chǎn)生接地電流。這另外一個電極叫做輔助電極，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。 接地極的電位上升必須以大地的無窮遠(yuǎn)點為基準(zhǔn) (零電位 )。這里所說的無限遠(yuǎn)點是 指即使有接地電流，電位也不變動的地點，即意味著與通電前的狀態(tài)沒有變化的地點。將這個地點作為電位的基準(zhǔn)點 (零電位 )，因此，可以從電位上升 值及其接 7 地電流求出真正的接地電阻。 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?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，所以計算接地極接地電阻時常常忽略金屬接地極自身的電阻。 關(guān)于接地極與土壤的接觸電阻：金屬接地極的表面通常都是很光滑的，而土壤是由微 小的固體顆粒組成的。兩種物體接觸實際是 “點 ”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)后要對回填土層層夯實，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，其空隙也會因土壤膨脹而接觸良好，或被地下水填滿小空隙，形成良好接觸，所以在接地極的接地電阻計算中也忽略接觸電阻。 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。 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，實際上就只考慮接地極周圍大地土壤的電阻。 接地電阻值的要求 根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T 621197 規(guī)定，接地裝置的接地電阻值應(yīng)滿足 R≤2020/I，即 IR 2020V。由于現(xiàn)在普遍采用微機(jī)保護(hù)，其對接地電阻值的要求很高，即 R 1ρ，2020V難以滿足要求，故有的采取鋪設(shè)接地銅排等措施來降低接地電阻值，國外有的已要求 IR 650V。 (1)電氣裝置的下列部分均應(yīng)接 地 1)變壓器、油開關(guān)、 35PT、 35CT、所用變、刀構(gòu)架等金屬 底座和外殼。 2)控制保護(hù)用二次線等及外殼等可靠接地。 3)控制設(shè)備的金屬外殼。 4)避雷針 8 (2)電氣裝置的下列部分可不接地 1)安裝在配電屏、控制盤和配電裝置上的電氣測量儀表、繼電器和其它低壓電器等的外殼以及發(fā)生絕緣損壞時，在支持物上不會引起危險電壓的絕緣子的金屬底座等。 2)安裝在已接地金屬構(gòu)架上的設(shè)備，如穿墻套管等。 (3)接地裝置宜采用鋼材，接地裝置的導(dǎo)體截面應(yīng)符合熱穩(wěn)定和機(jī)械強度的要求，但應(yīng)不小于 表 21 規(guī)格。 表 21 鋼材安裝要求表 種類 規(guī)格及單位 地上 地下 室內(nèi) 室外 交流電 流回路 直流電流回路 園鋼 直徑（ mm） 6 8 10 12 扁鋼 載面（ mm2） 厚度（ mm） 60 3 100 4 100 4 100 6 角鋼厚度（ mm） 鋼管管壁厚度（ mm） 2 4 6 規(guī)范中嚴(yán)格規(guī)定電力系統(tǒng)各種接地裝置的電阻值，接地網(wǎng)的設(shè)計就是以此為目標(biāo)值。了解接地網(wǎng)電阻構(gòu)成，在設(shè)計中可以在主要影響接地網(wǎng)電阻的環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的措施，以降低接地網(wǎng)的電阻值。接地網(wǎng)的電阻由以下幾個部分構(gòu)成： 1)接地引線電阻，是指由接地體至設(shè)備接地母 線間引線本身的電阻，其阻值與引線的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)。 2)接地體本身的電阻，其電阻也與接地體的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)。 3)接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值懷土壤的性質(zhì)、顆粒、含水量及土壤與接地體的接觸面積及接觸緊密程度有關(guān)。 4)從接地體開始向遠(yuǎn)處（ 20 米）擴(kuò)散電流所經(jīng)過的路徑土壤電阻，即散流電阻。決定散流電阻的主要因素是土壤的含水量。接地電阻雖由四部分構(gòu)成，但前兩項所占接地電阻值的比例甚微，起決定作用的是接觸電阻及散流電阻。故從接地網(wǎng)的接地體 9 的量佳埋設(shè)深度和不等長接地體技術(shù)，兩面 三個方面來論述降低接觸電阻和散流電阻 的措施。 5)垂直接地體的量佳埋置深度，是指能使用權(quán)散流電阻盡可能達(dá)到的埋置深度。決定垂直接地體的量佳深度，應(yīng)考慮到三維地網(wǎng)的因素，所謂三維地網(wǎng)，是指垂直接地體的埋置深度與接地網(wǎng)的等值半徑處于同一數(shù)量級的接地網(wǎng)（即埋置深度與等值半徑之比大于 1/10）。在可能的范圍內(nèi)埋置深度應(yīng)盡可能取最大值，但并不是埋置深度L越深越佳。 6)接地體的通常設(shè)計，是用多根垂直接地體打入地中，并以水平接地體并聯(lián)組成接地體組，由于名單一接地體埋置的間距僅等于單一接地體長度的兩倍左右，此時電流流入 名單一接地體時，將受到相互的限制而妨礙電流的流散，即等于增加名單一接地體的電阻，這種影響電流流散的現(xiàn)象，稱為屏蔽作用，如圖一所示：由于屏蔽作用，接地體的流散電阻，并不等于名單一接地體流散電阻的并聯(lián)值。 從理論上說，距離接地體 20 米處為電氣上的 “地 ”，故極間距離為 40 米時，可以認(rèn)為其利用系數(shù) η為 L。在接地網(wǎng)的接地體的布置上，是很難做到兩單一接地體之間距離為 40 米，為解決在設(shè)計中與理論分析中的矛盾，采取不等長接地體的體系結(jié)構(gòu)，即各垂直接地體的埋置深度各不相等，便可達(dá)到良好的效果。不等長接地體技術(shù)，從理論上到實踐 應(yīng)用中，都較好的解決了多個單一接地體間的屏蔽作用。 直接計算法 接地電阻的大小等于接地極的點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，由求解恒定電流場計算得到的接地電阻，在工頻下 仍然適用。下面以半球形接地極為例進(jìn)行討論。 設(shè)金屬半球的半徑為 r0 ，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)。 在距球心 O 的距離為 r ( r r0 )處 的電流密度為： J= ｚπrI2 (22） 10 電場強度為： ｚπρρ rIJE 2?? （ 23） 以無窮遠(yuǎn)處為零電位參考點，則 r處的電位為： ｚπρｚπρ rIdrU rr 2r2 I ?? ?? （ 24） 則接地極上的電位為： 00 2 rIU πρ? （ 25） 式中，當(dāng) r=10r0 時，將有 R=。可見離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接地極接地電阻具有很大的影響。 一個由多根水平導(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 半徑相比擬時，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的接地電阻為 rR 4ρ? (26) 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 %。這個例子說明，眾多的垂直接地極因相互屏蔽沒有起到應(yīng)有的散流作用，而白白地浪費掉了。 變電站地網(wǎng)的接地電阻 為了均衡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，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 ，面積一般為變電站的占地面積。 設(shè)變電站的占地面積為 A，當(dāng)該面積埋一塊面積為 A 的金屬板時，其接地電 11 阻 1R 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，其接地電阻 2R 將達(dá)最大值。如果把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 1R 和最大值 c可分別用圓盤電極和圓環(huán)電極的接地電阻計算公式估算，即 : ?????? ?? bhbR πρ 4141 (27) ?????? ?? hdnlR ιιπρ (28) 式中?Ab?， A?2?ι 到實際地網(wǎng)不是金屬板而引入的修正項。它比前一項要小得多。 1R =，最大值 2R =。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，對降低接地電阻的效果是不大的。由于1R ， 2R 相差不大，在估算實際地網(wǎng)接地電阻時，可以在 1R 的基礎(chǔ)上加修正項 R 的方法略去埋深 h 的影響，簡化為 LARARbR ????? ???????? (29) 也就是說，當(dāng) ρ=100?m 時，為得到時 的接地電阻，地網(wǎng)的面積不能小于 100100m2 跨步電位差與跨步電壓 跨步電位差：接地短路電流流過接地裝置時，地面上水平距離為 的兩點間的電 位差，稱為跨步電位差 Ekb 。接地網(wǎng)外的地面上水平距離為 處對接地網(wǎng)邊緣接地極的電位差，稱為最大跨步電位差 kbmE 。人的兩腳接觸該點時所承受的電壓叫做跨步電壓 kbU 。 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 ???????? ?? DcKB rrIU 112?? (210) 12 由此可得跨步電壓為： bkb RIU 20 ?? (211) 顯然，當(dāng)接觸電位差或跨步電位差超過某一安全數(shù)值時就會使人遭受觸電事故。在接地安全計算中，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。由于不同形狀和不同埋深的接地極會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。 對于給定的接地極，其直流接地電阻或工頻 接地電阻 R 總是一個給定的值 (當(dāng)土壤電阻率給定時 )，因此，最大接觸電位差 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。 13 3 變電站接地網(wǎng)設(shè)計 概述 變電站接地的主要目的是為了保障系統(tǒng)能夠安全可靠運行，以及保障人身和設(shè)備的 安全，隨著電力系統(tǒng)電壓等級和不斷提高和系統(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)的可靠運行，需要改 變 僅強調(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。實際上，整個接地網(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)計不合理，在發(fā)生接地故障