【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2022/I 的要求。 定性地說(shuō)，電流通過(guò)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。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：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 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(wú)窮遠(yuǎn)處)。這樣做可以忽略7給主電極帶來(lái)的影響。 接地極的電位上升必須以大地的無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)為基準(zhǔn)(零電位)。這里所說(shuō)的無(wú)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(méi)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ρ=*10?6 ?cm，而一般土壤(無(wú)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。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(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(shuō)來(lái)，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。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。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。 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≤2022/I，即 IR 2022V。由于現(xiàn)在普遍采用微機(jī)保護(hù)，其對(duì)接地電阻值的要求很高，即 R 1ρ，2022V 難以滿足要求，故有的采取鋪設(shè)接地銅排等措施來(lái)降低接地電阻值，國(guó)外有的已要求 IR 650V。 (1)電氣裝置的下列部分均應(yīng)接地81)變壓器、油開(kāi)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(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(cè)量?jī)x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(shí)，在支持物上不會(huì)引起危險(xiǎn)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(qiáng)度的要求，但應(yīng)不小于表 21 規(guī)格。表 21 鋼材安裝要求表地上 地下種類 規(guī)格及單位室內(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（mm 2）厚度（mm）603100410041006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(jì)就是以此為目標(biāo)值。了解接地網(wǎng)電阻構(gòu)成，在設(shè)計(jì)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(gè)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)。9 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(kāi)始向遠(yuǎn)處（20 米）擴(kuò)散電流所經(jīng)過(guò)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(xiàng)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)的接地體的量佳埋設(shè)深度和不等長(zhǎng)接地體技術(shù)，兩面三個(gè)方面來(lái)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(jí)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(jì)，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(zhǎng)度的兩倍左右，此時(shí)電流流入名單一接地體時(shí)，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(shuō)，距離接地體 20 米處為電氣上的“地”，故極間距離為 40 米時(shí)，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(jì)中與理論分析中的矛盾，采取不等長(zhǎng)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(zhǎng)接地體技術(shù)，從理論上到實(shí)踐應(yīng)用中，都較好的解決了多個(gè)單一接地體間的屏蔽作用。 直接計(jì)算法接地電阻的大小等于接地極的點(diǎn)位升高與通過(guò)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(guò)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10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r 0 ，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(wú)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= (22）ｚπ rI2電場(chǎng)強(qiáng)度為： （2ｚπρρ rIJE2?3）以無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電位參考點(diǎn)，則r處的電位為： （2ｚπρｚπρ rIdUr2I???4）則接地極上的電位為： （2002rIπρ?5）式中，當(dāng)r=10 r0 時(shí)，將有R=?？梢?jiàn)離開(kāi)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。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(zhǎng) 度可以和地網(wǎng)等值半徑相比擬時(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 (26) R4ρ?若在圓盤內(nèi)密密麻麻打入無(wú)數(shù)根長(zhǎng)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11%。這個(gè)例子說(shuō)明，眾多的垂直接地極因相互屏蔽沒(méi)有起到應(yīng)有的散流作用，而白白地浪費(fèi)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(shí)，其接地電阻 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1R時(shí)，其接地電阻 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2代，則地網(wǎng)接地電阻的最小值 和最大值c可分別用圓盤電極和圓環(huán)電極的接地電1R阻計(jì)算公式估算，即: (27)????????bhπρ 41 (28)?式中 ，?Ab?2ι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。 =，1R最大值 =。也就是說(shuō)，即使我們把地網(wǎng)內(nèi)全部鋪滿鋼材，接地電阻也僅降2R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?jiàn)，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 ， 相差不大，在估算實(shí)際地網(wǎng)接地電阻時(shí)，可以在 的基礎(chǔ)上加修正12 1R項(xiàng) R的方法略去埋深 h 的影響，簡(jiǎn)化為 (29)LARAbR????????也就是說(shuō)，當(dāng)ρ=100?m 時(shí)，為得到時(shí) 的接地電阻，地網(wǎng)的面積不能小于100100m 212 跨步電位差與跨步電壓跨步電位差：接地短路電流流過(guò)接地裝置時(shí)，地面上水平距離為 的兩點(diǎn)間的電 位差，稱為跨步電位差E kb 。接地網(wǎng)外的地面上水平距離為 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 。人的兩腳接觸該點(diǎn)時(shí)所承kbmE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r c 和r D ，則跨步電壓為 (210)????????cKBI12??由此可得跨步電壓為： (211)bkbRIU0?顯然，當(dāng)接觸電位差或跨步電位差超過(guò)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E jcm 和最大跨步電位差E kbm 出現(xiàn)的位置。由于不同形狀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E jcm和最大跨步電位差E kbm 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E jcm 和最大跨步電位差 Ekbm 一般都在接地極的附近。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，最大接觸電位差E jcm 和最大跨步電位差E kbm 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E jcm 和E kbm 總是小于接地極的地電位 U。133 變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì) 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(yùn)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(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(shù)立主要考慮地面電位梯度分布所帶來(lái)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(jiǎn)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(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(lái)危險(xiǎn)。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(guò)大量的投入接地電阻滿足了要求，也不能完全無(wú)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(guò)分注重低接地電阻的情況下，仍然能夠設(shè)計(jì)出滿足安全要求的地網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，將變電站內(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。要考慮地面電位梯度帶來(lái)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(guò)去 的接地設(shè)計(jì)計(jì)算中，采用僅適合于簡(jiǎn)單接地極布置的近似公式或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)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 年代開(kāi)始，國(guó)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(wèn)題，提供了有效方法。 變電站地網(wǎng)設(shè)計(jì)的總原則14 對(duì)接地電阻的要求變電站地網(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。（1）大接地短路電流系統(tǒng)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