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发电厂、变电所的接地装置


发电厂、变电 所的接地装置

第一节 发电厂、变电所接地的意义
发电厂、变电所的接地好坏直接关系到设备和人身的安

全,因而愈来愈受到人们的重视,因为发电厂、变电所的接地 网不但要满足工频短路电流的要求,还要满足雷电冲击电流的 要求。以前由于接地网的缺陷,曾发生了不少事故,事故的原 因既有地网接地电阻方面的问题,又有地网均压方面

的问题。 随着电网的发展,特别是发电厂、变电所内微机保护、综合自 动化装置的大量应用,这样弱电元件对接地网的要求更高,地 电位的干扰对监控和自动化装置的影响不得不引起人们重视。 为了保证发电厂、变电所的接地网必须着重解决以下问题。
(1)接地网的接地电阻问题,因为它直接关系到工频接地 短路和雷电流入地时地电位的升高。

(2)地网均压问题,特别是接地网的局部容易向电缆沟 内的电缆产生反击造成控制保护设备的损坏引发恶性事故。

(3)设备接地问题,特别严重的是有的防雷设备,如避 雷线、避雷器的接地不好,会产生很高的残压和反击过电压, 如信阳县110kV变电所在1992年做地网连通试验时发现, 110kV电压互感器、避雷器间隙与地网不通,110kV系统与 地网不通,结果在那几年,年年雷雨时都打坏设备。
(4)接地线的热稳定,如果接地线的热稳定达不到要求, 在接地短路电流流过时,就会把接地线烧断,造成设备外壳 带电,还容易发生高压向保护和控制线反击。如平桥电厂, 在1987年7月就发生过一次事故,其原因是由于35kV断路器 内短路,而接地线又被烧断开路,造成了高压向保护电缆反 击,使继电保护瘫痪,事故扩大。

(5)接地网的腐蚀问题,由于接地装置在地下运行,故运 行条件恶劣,特别是在一些潮湿和有害气体存在的地方,或土 壤呈酸性的地方最容易发生腐蚀。腐蚀接地网的电气参数会发 生变化,甚至会造成电气设备的接地与地网之间,地网各部分 之间形成电气上的开路,因而应受到特别的重视。

第二节 发电厂、变电所接地的一般要求
一、发电厂、变电所的接地电阻
1、有效接地系统和低电阻接地系统
有效接地系统和低电阻接地系统中发电厂、变电所电气 装置保护接地的接地电阻应符合下列要求。 一般情况下,接地装置的接地电阻应符合下式要求
R ? 2000 I

(2-1)

式中 R——考虑到季节变化的最大接地电阻,Ω; I ——流经接地装置的入地短路电流。A。

式中(2-1)中计算用流经接地装置的入地短路电流,采用 在接地网内、外短路时,经接地装置流入地中的最大短路电流 对称分量最大值, 该电流应按5-10年发展后的系统最大运行方 式确定,并应考虑系统中各接地中性点间的短路电流分配,以 及避雷线中分走的接地短路电流。 发电厂或变电所内外发生接地短路时,流经接地装置的电 流可分别按下式计算 (2-2) I ? ( I max ? I N )(1 ? Ke1 )
I ? I N (1 ? Ke 2 )

式中 I——入地短路电流,A Imax——发生接地短路时的最大接地短路电流,A IN——发生最大接地短路电流时,流经发电厂、变电 所接地中性点的最大接地短路电流,A Ke1、Ke1——分别为发电厂、变电所内或外短路时, 避雷线的工频分流系数。 计算用入地短路电流取两式中较大的I值。

(2)当接地网的接地电阻由于受条件限制,比如土壤电阻 率较高,又没法扩大地网,地下又没有可以利用的地层时,可 以通过技术经济比较,适当增大接地电阻,但不得大于5Ω,其 人工接地网及有关电气装置应符合以下要求: 1)为防止转移电位引起的危害,对可能将接地网的高电位 引向厂、所外或将低电位引向厂、所内的设施,应采取隔离措 施。例如:对外的通信设备加隔离变压器;向厂、所外供电的 低压线路采用架空线,其电源中性点不在厂、所内接地,改在 厂、所外适当的地方接地;通向厂、所外的管道采用绝缘段、 铁路轨道分别在两处加绝缘雨尾板等等。 2)考虑短路电流非周期分量的影响,当接地网地位升高时, 发电厂、变电所内的3-10kV阀式避雷器不应动作或动作后应承 受被赋予的能量。 3)设计接地网时,应验算接触电压和跨步电压。

2、不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统
不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中,发电厂、 变电所电气装置保护接地的接地电阻应符合下列要求。

(1)高压与发电厂、变电所电力生产用低压电气装置共 用的接地装置应符合下式要求 120 (2-3) R? I 但不应大于4Ω。
(2)高压电气装置的接地装置,应符合下式要求 250 R? (2-4) I 式中 R——考虑到季节变化的最大接地电阻,Ω I——计算用的接地故障电流,A。

(3)消弧线圈接地系统中,计算用的接地故障电流应采用 下列数值: ① 对于装有消弧线圈的发电厂、变电所电气装置的接地装 置,计算电流等于接在同一接地装置中同一系统各消弧线圈额 定电流总和的1.25倍; ② 对与不装消弧线圈的发电厂、变电所电气装置的接地装 置计算电流,等于系统中断开最大一台消弧线圈或系统中最长 线路被切除时的最大可能残余的电流值。 (4)在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大于30Ω,且应符 合跨步电压和接触电压的要求。 3、发电厂、变电所电气装置雷电保护接地的接地电阻 (1)独立避雷针(含悬挂独立避雷线的架构)的接地电 阻。在土壤电阻率不大于500Ω.m的地区不应大于10Ω,允许采 用较高的电阻值,但空气中和地中距离必须 符合下列要求:

1)避雷针与配电装置带电部分、发电厂和变电所电气设 备接地部分、架构接地部分之间的空气中距离,应符合下式要 求 Sa ? 0.2Ri ? 0.1h (2-5)
式中
Sa ——空气中距离,m Ri ——避雷针的冲击接地电阻,Ω

h ——避雷针校验点的高度,m。 2)独立避雷针的接地装置与发电厂或变电所接地网间的 地中距,应符合式(2-6)的要求 Se ? 0.3Ri (2-6) 式中 Se ——地中距离。 如不能满足式(2-6)时,避雷针的接地装置也可与主 接地网连接,但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及 以下设备与主接地网的地下连接点之间,沿接地体的长度 不得小于15m。

(2)变压器门型构架上的避雷针、线的接地电阻,除水力 发电厂外,在变压器门型架构上和在离变压器主接地线小于 15m的配电装置的架构上,当土壤电阻率大于350Ω.m时,不 允许装设避雷针、避雷线;如不大于350Ω.m,则应根据方案 比较经济效益,并经过计算后采用相应的防止反击措施,并 至少遵守下列规定,方可在变压器门型构架上装设避雷针、 避雷线。 1)装在变压器门型架构上的避雷针应与地网连接,并沿 不同方向引出3-4根放射型水平接地体。在每根水平接地体上 离避雷针架构3-5m处装设一根垂直接地体。 2) 直接在3-35kV变压器的所有绕组线上或在离变压器 电气距离不大于5m的条件下装设阀式避雷器。 高压侧电压为35kV的变电所,在变压器门型架构上装设 避雷针时,变电所接地电阻不应超过4Ω(不包括架构基础的 接地电阻)。

4、其他要求

(1)发电厂和变电所酥油爆炸危险,且爆炸后有可能波及 发电厂和变电所内主设备或严重影响发供电的建(构)筑物, 防雷电感应的接地电阻不应大于30Ω。 (2)发电厂的易燃油和天然气设施防静电接地的接地电阻 不应大于30Ω。

二、发电厂、变电所的接地网均压要求
确定发电厂、变电所接地装置的型式和布置时,考虑保护 接地的要求,应降低接触电位差和跨步电位差,并应符合下列 要求: (1)在110kV及以上有效接地系统和6-35kV低电阻接地系 统,发生单相接地或异点两相接地时,发电厂、变电所接地装 置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值
174 ? 0.17?f Ut ? t
US ? 174 ? 0.7?f t

(2-7) (2-8)

式中 Ut ——接触电位差,V Us ——跨步电位差,V t ——人脚战立处地表面的土壤电阻率,Ω.m ?f ——接地短路(故障)电流持续时间,s。0 (2)3-66kV不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统, 发生单相接地故障后,当不迅速切除故障时,发电厂、变电 所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值

Us ? 50 ? 0.2?f

(2-9)

Ut ? 50 ? 0.05?f

(2-10)

(3)在条件特别恶劣的场所,例如水田中,接触电位差和

跨步电位差的允许值宜适当降低。

三、发电厂、变电所接地装置的热稳定
(1)在有效接地系统中,发电厂、变电所电气设备接地线 的截面,应按接地短路电流进行热稳定效验。钢接地线的短 时温度不应超过400oC,铜接地线不应超过450oC,铝接地线 不应超过300oC。 (2)效验不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中电 气设备接地线的热稳定时,敷设在地上的接地线长时间温度 不应大于150oC,敷设在地下的接地线长时间温度不应大于 100oC。 当按70oC的允许载流量曲线选定接地线的截面时,对于 敷设在地上的接地线,流过接地线的计算电流应采用单相接 地故障电流的60%;对于敷设在地下的接地线,流过接地线的 计算电流应采用单相接地故障电流的75%。 (3)与架空送、配电线路相连的6-66kV高压电气设备接 地线,还应按两相异地短路效验热稳定,接地线的短时温度 同(1)。

四、发电厂、变电所接地装置的防腐要求
(1)计及腐蚀影响后,接地装置的设计使用年限,应与地 面工程设计使用年限相当。 (2)接地装置的防腐蚀设计,宜按当地的腐蚀数据进行。 (3)在腐蚀严重地区,敷设在电缆沟中的接地线和敷设在 屋内或地面上的接地线,宜采用热镀锌;对埋入地下的接地体 宜采用适当的防腐措施,如在接地体四周施加高效膨润土降阻 防腐剂,或者采用阴极保护等措施。接地线与接地极或接地极 之间的焊接点,应涂防腐材料。

五、发电厂、变电所地网的形式要求
发电厂、变电所电气装置的接地装置,除了利用自然接 地极外,敷设以水平接地体为主的人工接地网。 人工接地网的外缘应闭合,外缘各角应做成圆弧形,圆弧 的半径不宜小于均压带间距的一半。接地网内应敷设水平均压 带。接地网的埋设深度不宜小于0.6m,有条件的埋设在1m以下。 北方冻土区应埋设在冻土层以下。

接地网可采用长孔网或方孔网,但方孔网的均压,特别是 在冲击电流作用下的均压效果要好得多。 接地网的均压带可采用等距或不等距布置。 35kV以上变电所接地网边缘经常有人出入的走道外,应铺 设砾石、沥青路面或在地下装设两条与地网相连的均压带。

六、发电厂、变电所设备接地要求
(1)发电厂、变电所电气装置中下列部位应专门敷设接地 线接地: 1) 发电机座或外壳、出线柜、中性点柜的金属底座和外壳、 封闭母线的外壳; 2) 110kV及以上的钢筋混凝土构件支座上电气设备的金属 外壳; 3) 箱式变电所的金属箱体; 4) 直接接地的变压器中性点; 5) 变压器、发电机、高压并联抗器中性点所接消弧线圈、

接地电抗器、电阻器或变压器等的接地端子。 6) GIS的接地端子; 7) 避雷器,避雷针、线等的接地端子。 (2)发电厂、变电所GIS的接地线及其连接应符合以下要求: 1)三相共箱式或分相式的GIS,其基座上的每一接地母线 应采用分设其两端的接地线与发电厂或变电所的接地网连接。 接地线并应和GIS室内环形接地母线连接。接地母线较长时, 其中部宜另加接地线,并连接至接地网。接地线与GIS接地母 线采用螺栓连接式,并应采取防腐蚀措施。 2)当GIS露天布置或装设在室内与土壤直接接触的地面上 时。其接地开关、金属氧化物避雷器的专用接地端子与GIS接 地母线的连接处,宜装设接地装置。 3)GIS室内应敷设环形接地母线,室内各种设备需接地的 部位应以最短路径与环形接地母线连接。GIS布置于室内楼板 上时,其基座下的钢筋混凝土地板中的钢筋应焊接成网,并和 环形接地母线相连接。

(3)发电厂、变电所配电装置构架上的避雷针(含悬挂 避雷线的架构)的集中接地装置,应与主接地网连接,由连 接点至变压器接地点沿接地极的长度不应小于15m。
(4)与发电厂主厂房、主控楼,变电所电气装置地网之 间的连接方式,应采取加强分流,装设集中接地装置。设备 的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点,避雷针接地 引下线尽量远离电气设备等,并宜在靠近避雷针的发电机出 口处装设一组旋转电机阀式避雷器。 主控室、配电室和35kV及以下变电所的屋顶上,如装设 直击雷保护装置时,若为金属屋顶或屋顶上有金属结构,则 将金属部分接地;若屋顶为钢筋混凝土结构,则将其焊接成 网状接地;若结构为非导电的屋顶时,则采用避雷带保护, 该避雷带的网格为8-10m,每隔10-20m设引下线接地。

上述接地引下线与主接地网连接,应在连接处加装集中 接地装置。

(5)发电厂易燃油、可燃油、天然气和氢气等贮罐、装卸 油台、铁路轨道、管道、鹤管套筒及油槽车等防静电接地的接 地位置、接地线、接地极布置方式等,应符合下列要求: 1)铁路轨道、管道及金属桥台,应在其始端、末端,分 支处以及每隔50m处设防静电接地,鹤管应在两端接地。 2)厂区内的铁路轨道应在两处用绝缘装置与外部轨道隔 离。两处绝缘装置间的距离应大于一列火车的长度。 3)净距小于100mm的平行或交叉管道,应每隔20m用金 属线跨接。 4)不能保护良好电气接触的阀门、法兰、弯头等管道连 接处也应跨接。跨接线可采用直径不小于8mm的圆钢。 5)油槽车应设防静电接地卡。 6)易燃油和天然气浮动贮罐顶,应用可绕的跨接线与罐 体相连,且不应少于两处。跨接线可用截面不小于25mm2钢绞 线或软铜线。 7)浮动式电气测量的铠装电缆应埋入地中,长度不宜小 于50m。

8)金属罐体钢板的接缝、罐顶与罐体之间以及所有管、阀 与罐体之间,应保证可靠的电气连接。

第三节 发电厂、变电所网格式接地网的 接地电阻计算
发电厂、变电所的接地网一般为网格式地网,论形式可分 为长孔地网和方孔接地网,如地网面积相同,方孔地网要比长 孔地网所用的钢材要多些,但方孔地网由于其均压特性、冲击 特性都优于长孔地网。同时,方孔地网也更有利于地面设备的 接地。 若发电厂、变电所的接地网所占面积A,则当该面积内全 部铺满钢材,即地网成为一面积为A的金属板时,其接地电阻 可达最小值。反之,把水平接地体减少到只剩一个勾划出地网 轮廓的外框上时,接地电阻将达到最大值。如果把发、变电所 的地网所占面积用一等值的圆面积近似取代,则地网接地电阻 的最小值R1和最大值R2可分别用圆盘电极和圆环电极的接地电 阻计算公式进行估算,即

R1 ?

? 4h ? b (1 ? )或R1 ? (1 ? ) 4b ?b 8b b ? 2.6h

(2-11)
(2-12)

? 64b 2 ? l2 R 2 ? 2 ln 或R 2 ? (ln ? 0.48) 4? b hd 2?l hd

其中 b ?

?

A

, l ? 2 ?A

式中 h ——埋深,m; b ——圆盘、环的等效半径,m; d ——接地导体等效直径,m; A 取A=100×100(m2),d=0.02m,h=0.8m,b= ? =56.42m, 代入式(2-11)或式(2-12),可得地网接地电阻的最小值 R1=0.435Ω,最大值R2=0.734Ω。也就是说,即使我们把地网内 0.734 ? 0.435 ? 41 % ,这是 全部铺满钢材,接地电阻不过下降 因为内部的钢材被四周的轮廓所屏蔽,电流绝大部分都是由四 周的轮廓所散出的缘故。可见,在地网内铺设很多钢材,对降 低接地电阻的效果是不大的。
0.734

由于和相差不太大,所以在估算实际的网状接地极的接 地电阻时,可以用在的基础上加修正项的方法。略去埋深h的 影响,把式(2-11)简化为 ? ?? ? Rs ? ? ? 0.44 (2-13) 4b 4 A A

这样,实际网状接地电极的接地电阻可按下式估算

? ? ? (2 -14) R ? 0.44 ? ?R ? 0.44 ? A A L 式中 L——接地体(包括水平与垂直的)总长度,m
? 0.44 —— 面积为A的金属板的接地电阻 ? A ——考虑到实际地网不是金属板而引入的修正项,它 L

比前一项要小很多。

式(2-14)也可进一步简化为

? R ? 0.5 A

(2-15)

也就是说,当ρ=100Ω.m时,为得到0.5Ω的接地电阻,接 地网的面积不能小于100×100(m2)

二、用内插法计算接地网的接地电阻
1、圆环或圆盘的接地电阻 由于发电厂、变点所的地网占地面积一般都比较大,垂直 接地体对地网接地电阻所起的作用不大,又由于实际地网的 结构介于圆盘和圆环之间,且圆盘和圆环的接地电阻相差又 不太大,所以圆形地网的接地电阻可以用圆盘和圆环的接地 电阻为基础,用内插法求出。 参照式(2-11)所给出的圆盘的接地电阻计算公式和式 (2-12)所给出的圆环的接地电阻计算公式,把圆形地网的接 地电阻计算公式内插为下面的形式

? ?? ? 1 R ? K1 ?1 ? 4.6h 8 A? 1? ? A ?

? ? ? ? 4?A ? ln ? 0.48 ? K 2 ? ?? ? 2?L ? hd ? ? ? ?

(2-16)

式中 A——圆形地网的占地面积 L——水平接地体的总长度 K1 和 K 2 ——待定系数,可根据圆环和圆盘的接 地电阻定出。 注意到,当 L ? ? 时,R应等于圆盘的接地电阻,即 ? ? ? ? ? ? ?? ? 1 ?? ? 1 K1 ?1 ? ?? ?1 ? ? 8 A ? 1 ? 4.6h ? 8 A ? 1 ? 4.6h ? ? ? ? ? A ? A ? ? ? 因此,待定系数,必定为1。

当 L ? 2?b ? 2 ?A 时,R应等于圆环的接地电阻,即
??
8 A (1 ? 1 ? 4?A )? (ln ? 0.48 ? K 2 ) 4.6h hd 4? ?A

A ? 4?A ? (ln ? 0.48) hd 4? ?A 因此有 K2 ? ?

?2
2

(1 ? 1?

1 1 ) ? ?5 ? (1 ? ) 4.6h 4.6h

(2-17)

A A 把K 1和K 2 代入式( ? 17 2 ),即可得圆形地网的 接地电阻计算公式为

? 4?A R ? 0.22 (1 ? B ) ? (ln ? 0.452 ? 5 B ) 2?L hd A

?

其中 B ?
1?

1 4.6h A

(2-18)

2、方形和矩形地网的接地电阻 (1)方形地网。考虑到保持周长不变将圆环改变为方框后, ? 占地面积将由原来的A缩小为 A ,把式(2-18)第二项中的A用 ? 4 A 4 取代,再在第一项中考虑圆盘变为方板的修正后,可得方形 地网的接地电阻公式为

? ? A R ? 0.213 (1 ? B) ? (ln ? 5B) (2-19) 2?L 9hd A ? A ?R ? (ln ? 5B) (2-20) 2?L 9hd 即方形地网的接地电阻等于方板接地电阻的接地电阻 加上一个修正项? R ,据此,矩形地网的接地电阻也可写成矩形板
接地极的接地电阻和某一电阻增量之和。

(2)矩形板长宽比 a ? 8 的地网。根据不同的长宽比时矩 b a 形板接地极的计算结果,当矩形板的长宽比为 ? 8 时,矩形 b 电极的接地电阻计算公式可以方板电极的计算公式为基础,拟 为 a ? (2-21) R ? (0.22 ? 0.007 ) (1 ? B) b A 用式(2-21)取代式(2-19)右侧的第一项,保留方形地网中
? R 的函数形式,用矩形地网的面积ab取代A,即可得矩形(包 括方形)地网的接地电阻计算公式为
a ? ? ab R ? (0.22 ? 0.007 ) (1 ? B) ? (ln ? 5B) b ab 2?L 9hd

(2-22)

式中 B ?
1?

1 4.6h ab

式(2-22)可用来计算 ? 8 的任何矩形地网的接地电阻, b 其误差一般小于±2%。
(3)任意矩形地网。 在保持矩形地网的外框周长

a

L1=2(a+b)不变的情况下,改变a与b的比值,使a=b时,地网 的接地电阻将等于方形地网的接地电阻;当 a / b ? ? 时,地网 的接地电阻将趋近于一个长度为L= L1/2的单根水平接地体的阻 值 R 。因此矩形地网的接地电阻可在方形地网时的 f 和单根 R z 水平接地极时的 R z 间取值,并写成下面的形式
R ? R z ? (R z ? R f )( 2 ab ? ) L1

(2-23)

考虑到由地网衍生出的单根水平接地体是由矩形的两边长所 成,其直径可近似地取为原有接地体的两倍,这样将有
L12 ? Rz ? (ln ? 0.6) ?L1 8hd

(2-24)

又考虑到方形地网的接地电阻将随所敷设的网状均压带数 的增加而减小,当接地体的总长度 L ? ? 时,方形地网的接地 电阻 R f 将等于方板电极的接地电阻R;当接地体的总长度L为 其外框的长度L1,即L= L1时,方形地网的接地电阻 R f 将等于 方框电极的接地电阻R2 。因此方形地网的接地电阻可在方形 电极时的 R ? 和方框电极时的和方框电极时的R2 间取插值,并 写成下面的形式
R f ? (R 2 ? R ? )( L1 a ) ? R? L

(2-25)

式中R ? 可近似求出为
R? ? ?? 4h (1 ? ) 4 A ?A

(2-26)

R2则可用式(1-1)求得为

L12 ? (2-27) R2 ? (ln ? 1) 2?L1 hd a?b A? 取 ,即按周长相等的条件进行矩形和方形地网的 2 换算,式(2-25)、式(2-26)和式(2-27)可改写为下面的形 式,即 L (2-28) R f ? (R 2 ? R ? )( 1 ) a ? R ? L

R?

?? 16h ? (1 ? ) L1 ?L1

(2-29)

L12 ? R2 ? (ln ? 1) 2?L1 hd

(2-30)

式(2-28)和式(2-23)中的α和β可根据计算机程序计算 的结果拟合,它们分别为

L 0.15 ? ?( ) L1
L 0.17 ? ?( ) 100 ab

(2-31) (2-32)

这样即可算出任意a/b值下的矩形地网接地电阻,其误差 在±2%范围内。

三、垂直接地体对地网接地电阻的影响
为了搞清垂直接地体对降低地网的总接地电阻的作用,可 比较一下圆盘接地体的接地电阻和带垂直电极的圆盘接地体的 接地电阻,作为圆盘下打垂直电极的极限情况。我们来计算一 个厚度为a的圆盘(相当于在圆盘下一根挨一根密密麻麻地敷 设长度为a的垂直电极)的接地电阻,注意到垂直电极的长度 一般不超过2.5m,要比地网的等值半径小得多。

因此,这一厚度为a的圆盘可以近似为半个扁球体,其短半 径为a,长半径为b。在由拉麦方法所得出的椭球体的电容计算 公式中,令θ=0,b=c,即可求出扁球体的电容为
C? 4?? b 2 ? a 2 sin
?1

b2 ? a 2 b

(2-33)

由此可得半个扁球体的接地电阻为

R4 ?

? 2? b ? a
2 2

sin ?1

b2 ? a 2 b

(2-34)

比较式(2-13)和式(2-34)可知,打许多密密麻麻的垂 直接地体对降低接地电阻所起的作用不过为
R3 ? R4 2b b2 ? a2 ? 1? sin ?1 R3 b ? b2 ? a2

(2-35)

表2-1中给出了按式(2-35)计算所得的,不同面积地网中 垂直接地极对降低地网接地电阻所起的作用,其中地网为方形 由9根×9根、40mm×40mm扁钢水平排列组成,垂直接地体为 均匀分布的81根2.5m长的接地体,表中同时列出了模拟试验的 结果。模拟试验结果和计算结果非常接近,可见在大中型地网 中,垂直接地体对降低接地网工频接地电阻的作用很小,约为 2%-8%。
这就是说,如果在大中型地网内密密麻麻地打许多垂直接 地极,由于其互相的屏蔽作用并不能起到有效的降阻作用,因 而垂直接地极只是装设在主变压器、避雷针、避雷器下面,为 了加强冲击电流的扩散而装设的集中接地体。用于降阻的只是 在接地网的外缘,并且垂直 接地极互相间的间距应大于垂直

接地体长度的2倍。

表2-1 在大中型地网中打2.5m长的垂直接地体对降低接地电阻的作用 地网所占面积 A(m2) 10000 7225 6480 2500 2500

模拟试验结果
理论计算结果

_
2.8%

_
3%

3.2%
4%

5.7%
5.2%

8%
8.4%

另外,垫土层所回填的双层土壤,为了贯穿下层土壤, 可用垂直极进行贯穿。为了降阻,也可打较深的竖井,用较 长的垂直极,把平面地网变为立体接地体进行降阻。

第四节

发电厂、变电所地面电位分布

由于土壤电阻的存在,电流自接地电极往周围土壤流散时, 会在土壤中产生压降并形成一定的地表电位分布。因此,当人在 接地极附近走动时,人的两脚将处于大地表面的不同电位点上。 两脚间的跨距T,我国取0.8m,国外多用1m,相当于人的跨距的 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 地面上用手去接触电气设备外壳时,人的是手和脚将具有不同的 电位,地面上离设备水平距离为0.8m处与设备外壳离地面高1.8m 处两点间的电位差 ,称为接触电势Ej。显然,当跨步电势或接触 电势超过一定值时,就会导致人体的触电事故。另外,当接地短 路电流经地网的某一点入地时,还会造成地网的局部电位升高。 如果附近有弱电设施或控制、保护等弱电线路存在,这高电位会 向弱电设备产生反对弱电设施构成危害产生事故,这样的事故已 不鲜见。因此,对于发电厂、变电所的接地网地面的电位分布应 进行认真的研究,从而采取必要的措施,来限制跨步电势、接触 电势和局部电位升高。

一、发电厂、变电所经接地装置的入地短路电流及 电位计算
1、流经接地装置的电流 接地网地面的跨步电势Ek,设备的接触电势Ej 和地网的 局部电位升高,无不与流经接地网的接地短路电流有关,因 此,我们首先要对接地短路电流进行计算。 厂或所内、外产生接地短路时,流经接地装置的电流可 别按下式计算

I ? (Imax ? IN )(1 ? Ke1 )
I ? I N (1 ? Ke2 )

(2-36)
(2-37)

I——入地短路电流,A; I max ——接地短路时的最大接地短路电流,A; I N——发生最大接地短路电流时,流经发电厂、 变电所接地中性点的最大接地短路电流,A; K K e1、 e2 ——分别为厂、所内外短路时避雷线的工 频分流系数。 计算用入地短路电流取上两式中较大的I值。 2、避雷线的工频分流系数计算 (1)接地网内短路时,工频分流系数可用下式计算
? ? mo

式中

K e1 ?

Z Z
?

? (1 ? Z mo )e ? ? ?

(2-38)

bo

Z

bo

初步估计时,e1 =0.5。 K (2) 接地网外短路时,工频分流系数为 ?

K e2 ?

Z Z
?
?

mo

(2-39)

bo

K 初步估计时, e2=0.1。 上两式中
? ?

e
?

??

? 1?
?

b 4?b

(1 ?

b 4?b
?

)

(2-40)

Z bo b? 3R g
?

Z

mo

Lav ? (0.15 ? j 0.189ln ) D1?2 1000

Dg

(2-41)

式中 L av ——线路平均档距,m;

抗,Ω;

Z ——架空输电线路导线与地线间平均档距的零序互感
mo

R——接地网的工频接地电阻,Ω; ? g

D1?2——避雷线对导线的几何平均距离,m; ?

Z bo——避雷线平均档距的零序阻抗,Ω。
其中

1.94 ?10?3 Dg ? f ?10?11 ?av

(2-42)

式中 f ——频率,取50Hz;

?av——线路所经地段的土壤电阻率平均值,Ω.m。
对双避雷线时 D1?2 ? 6 D1?A D1?BD1?CD2?A D2?BD2?C

单避雷线时

D1?2 ? 3 D1?A D1?BD1?C

上两式中 D1?AD1?BD1?C ——1号避雷线对导线A、B、C相的距离, m;

D2?A D2?BD2?——2号避雷线对导线A、B、C相的距离, C
m。

Z bo 表达为
?

?

Z bo

Dg ? 3r ? ? ? 0.15 ? j 0.189ln ? p Rb ?

? Lav ? ? 1000 ?

(2-43)

式中 P—— 避雷线根数;

r —— 避雷线电阻,Ω/km,见表2-2;

R ——等价避雷线的几何平均半径,m。 b
双避雷线时 R b ? rm Dm , 单避雷线时 R b = rm 。

上两式中 D m ——避雷线间的距离,m。 其中 rm ? 0.95r0,用于钢芯铝线;r0 为避雷线半径,m,其值见表 2-2。
表2-2 钢绞线和钢芯铝线的电阻和内感抗
钢绞线 GJ 截面/半径 (mm2/mm) 电阻(Ω/km) 内感抗(Ω/km) 截面/半径 (mm2/mm) 电阻(Ω/km)
?6.9x

35/3.9 4.6 2.4 120/7.6 0.27

50/4.6 3.5 1.5 150/8.5 0.21

70/5.75 2.2 1.2 185/9.5 0.17

钢芯铝线 LGJ

用于钢绞线 rm ? r0 ?10 ne (m) xne为单位长度钢绞线的内感抗,Ω/km,见表2-2。

3、计算工频分流系数的要点 (1)计算工频分流系数时,应先了解避雷线有无绝缘装置。 对于绝缘装置的避雷线,才考虑避雷线的分流。 (2)计算接地网内短路避雷线的工频分流系数时,需已知 接地网的接地电阻,其方法如下: 1)预先估计一个可能达到的接地电阻Rg ,由式(2-36) 和式(2-37)算出I,而I和Rg的乘积应满足IRg≤2000V。 2)如果估计到I>4000A,则取Rg=0.5Ω。 3)在高电阻地区,如不能满足Rg≤0.5Ω,或Rg≤2000/I时, 可按现场情况取一个接地电阻Rg,但不得超过5Ω,由式(2-36) 和式(2-37)可算出I。除验算接触电势和跨步电势外,还应验 算工频反击过电压。 有多回与系统连接的架空输电线路时,计算用的工频分流 系数Ke2应取其中分流系数最小者。

【例2-1】如图2-1所示,已知一回110kV线路的参数:导线型号 LGJ—185,避雷型号GJ—50,平均档距Lav=300m,接地短 路点单相接地短路电流Ik=4663A,流经电厂变压器接地中 性点的单相接地短路电流 IN=1383A。 解:(1)计算 1) 计算 Z mo , Z bo , e ? ? ,若ρ=500Ω.m,则
? ?

50 ? 10?11 500 由图2 ? 1可得
?

Dg ?

1.94 ? 10?3

? 1940(m)

D1? 2 ? 6.15 ? 3.6 ? 7.1 ? 5.4(m) Z mo 1940 300 j 82 032 ' ? (0.15 ? j 0.189ln )? 0.337e 5.4 1000

图2-1 110kV线路,直线杆示意图(m)

2)计算Z bo 。避雷线根数p=1;避雷线电阻由表22查得r0=4.6×10-3Ω/m,避雷线内感抗 =1.5Ω/km,则等 价避雷线的几何平均半径为 x ne

?

R b ? 4.6 ?10?3 ?10?6.9?1.5 ? 2.055 ?10?13 (m) 3 ? 3.5 1940 300 Z?( ? 0.15 ? j0.189 ? ln )? ?13 1 2.055 ?10 1000
?

? 3.82e

j33014'( ? )

3)计算 e ??,设全厂接地电阻为Rg=1.32Ω,故得

Zbo 3.82e ' j33014 b? ? ? 0.965e ' 3R g 3 ?1.32 所以e ? 0.399
?? ? j140 6'

?

?

j33014

(2)接地短路发生在接地网内时,工频分流系数Ke1及 入地短路电流I值的计算。 由式(2-38)得 0 j 32 082 ' ? 0.337e j 82 82 ' ? 0 0.337e ?1 ? ? ? 0.399e j14 K e1 ? ? j 33014 ' j 32 014 ' ? ? 3.82e 3.82e ? ?

? 0.419e

? j 7 0 45 '

? 0.415

由式(2-36)得 I=(4662-1383)×(1-0.415)=1919(A) (3)接地短路发生在接地网时, e2 、I值的计算。 K 由式(2-39)得

K e2 ?

0.337e 3.82e

j32082'

j33014'

? 0.0882e

? j49018'

? 0.0577

由式(2-37)得

I=1383(1-0.0862)=1263(A)

(4)接地装置的电位 发生接地故障时,接地装置的电位按下式计算 Eg=IRg (2-44) 式中 I——计算用入地短路电流,A Rg——接地装置(包括人工接地网极其连接的 所有 其他自然接地体)的接地电阻,Ω。

二、跨步电势和接触电势及其计算

接地短路电流经接地装置流向大地时,由于不同形状和 不同埋深的电极会有不同形状的地表电位分布,因此最大跨 步电势Ekm和最大接触电势Ejm出现的位置将和电极的形式、尺 寸以及埋深有关,但一般均在电极附近。 土壤分层的情况下,Ekm和Ejm的数值及出现的位置也会受 下层土壤电阻率的影响,但根据电流场的基本公式E=jρ可推知, 跨步电势和接触电势主要是由电极附近的地表电流密度j决定 的。

而上层土壤厚度足够大时,电极附近的电流密度将主要由电 极的形状、尺寸和埋深决定,基本不受下层土壤的影响。计 算表明,当流入电极的电流不变时,只要上层土壤的厚度10 倍于人的跨步距离,则下层土壤所引起的跨步电势和接触电 势的变化一般不会超过10%。因此,在计算跨步电势和接触 电势时,可只考虑上层土壤的作用,按均匀土壤处理,在双 层土壤时再略加修正即可。 对给定的电极,接地电阻R具有一定的数值,此时Ekm和 Ejm将随着流入接地电极的电流I,或电极的电位U=IR而变化, 但它在电极电位中所占的百分比将是一个常量。如果把最大 跨步电势和相应的电极电位的比值称为跨步电势系数Kk, 即

E km E km Kk ? ? U IR

(2-45)

把最大接触电势Ejm和相应的电极电位的比值,称为接触电势 系数Kj,即 E jm E jm Kj ? ? (2-46) U0 IR 则接地网的均压性就可以用这两个指标来衡量。

双层土壤时接地电极的垮步电势系数 和接触电势系数 , Kk Kj 可按照流入接地电极的电流不变,同一接地电极的最大跨步 电势和最大接触电势不变的原则写出。如果双层土壤中电极 的接地电阻为R’, 则有
E km E km R ?1 ? K 'k ? ? ? ? Kk ? IR ' IR R ' ?d ? ? (2-47) E jm E jm R ?1 K 'j ? ? ? ? Kj ? ? IR ' IR R ' ?d ?

式中 ?1 ——上层土壤的电阻率;

?d ——双层土壤中计算接地电阻所用的等值电阻率。

显然不同形状和不同埋设方式的接地装置,将具有不 同的跨步电势系数和接触电势系数。 (1)均压带等距布置时接地网地表面的最大接触电位 差、跨步电位差的计算。 1)最大接触电位差可按下式计算

Umax ? Kt max Ug
式中 U max ——最大接触电位差,V;

(2-48)

K t max——最大接触电位差系数; Ug ——接地装置的电位,V。

当接地极的埋设深度h=0.6-0.8m时,t max 可按下式计算 K

Ut max ? Kd K1Kn Ks

(2-49)

式中, d 、 1、 n 和 K s 为系数,对30×30(m2)的接 K K K 地网,可按式(2-50)计算

K d ? 0.841 ? 0.225lg d

? ? K1 ? 1.0(方孔接地网) ? ? K1 ? 1.1 4 L 2 / L1 (长孔接地网) ? ? K n ? 0.076 ? 0.776 / n ? ? K s ? 0.234 ? 0.414 lg S ?

(2-50)

式中 n——均压带根数 d——均压带等效直径,m L2 , L1 ——接地的长度和宽度 。 2) 接地网外的地表面最大跨步电位差可按下式计算

Usmax ? Ksmax Ug

(2-51)

式中 U s max ——最大跨步电位差; K s max ——最大跨步电位差系数; Ug ——接地装置的电位,V。

正方形接地网的最大跨步电位差系数可按下式计算
K s max ? h 2 ? (h ? T / 2) 2 ? 20.4s ? ?(1.5 ? a 2 ) ln 2 / ln (2-52) 2? h ? (h ? T / 2) ? dh ?

n ? 2 1.14 A ? a 2 ? 0.35( ) ( ) n 30 ? ? 0.1 n

式中 A——接地网面积 ,m2; 而 T=0.8m,即跨步距离。 对于矩形接地网,n值由下式计算

L0 1/ 2 L n ? 2( )( ) L0 4 A
式中 L0——接地网的外缘边线总长度,m L ——水平接地极的总长度,m。

(2-53)

(2)均压带非等间距布置时正方形或矩形接地网地表 面的最大接触电位差和最大跨步电位差的计算 。 1)接地网地表面最大接触电位差仍采用式(2-48)计算, K t max 但 变为 Kt max ? Ktd Kth Ktl K't max Ktn Kts (2-54) 式中各系数依次为最大接触电位差的等效直径系数、 埋深系数、形状系数、网孔数系数和根数影响系数,且
K tl ? 0.401? 0.5226 d K th ? 0.257 ? 0.0955 h K tl ? 0.168 ? 0.002( L2 / L1 )(L2 ? L1 )
3 K 't max ? 2.837 ? 240.021 h

K tn ? 0.021? 0.217 n1 / n2 ? 0.132(n1 / n2 )(n1 ? n2 ) K ts ? 0.054 ? 0.4108 A

式中 A——-接地网面积,m2;

n——沿长方向布置的均压带根数; 1 n2 ——沿宽方向布置的均压带根数;
h ——水平均压带的埋设深度; d——均压带等效直径,m; ——接地网的长度和宽度。 L2 , L1 2)接地的最大跨步电位差仍用式(2-51)计算,但 K s max 变为

Ksmax ? Ksd Ksh KslK 'smax KsnKss

(2-55)

式中各系数依次为对最大跨步电位差的等效直径、埋 深、形状、网孔数和根数的影响系数

K sd ? 0.574 ? 0.64 3 d K sh ? 383.864e ?2.789
2

h

K sl ? 0.741 ? 0.011(L 2 / L1 )(L 2 ? L1 ) K 's max ? 0.056 ? 1.072 / m K sn ? 0.849 ? 0.234 n n 2 / n1 (n 2 ? n1 ) K ss ? 0.07 ? 1.08 A

式中 m--接地网孔数,其中m=( n1 -1)( n 2-1) 当人站在网孔中心附近地面电位的最低点,用手去接触接 地的金属导体时,人的手和脚间将有最大的电位差,这一电位 差叫做网孔电势。地网的最大网孔电势也就是最大接触电势。 方孔地网的最大接触电势总是出现在地网的边角网孔处;长孔 地网的最大接触电势则发生在相当与方格边角孔的地方。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 向外移。然而为方便起见,可把地网的最大接触电势定义为边 角网孔(或相当于边角网孔)中心地面对地网的电位差。

在式(2-49)中,Kn为地网单方向的平行均压带根数n的影响 系数,Kd 为水平接地体导线直径d的影响系数,Ks为地网面积A 的影响系数。在工程中常用的地网埋深0.6-0.8m的范围内,埋深 的变化对接触电势的影响很小,地网的接触电势系数将随n的增 大而减小。在同一n下,接触电势系数则随d的减小而增大,随面 积A的减小而减小,且长孔地网的接触电势系数比方孔地网为大。 如果地网的均压带根数n(纵、横两个方向之和)相等,当n 小于16根时,长孔的Kn 比方孔的Kn 小,当n大于16根时,长孔的 Kn 比方孔的Kn 大,这是因为当n较大时,在由纵方向平行均压带 组成的长孔地网中,沿着纵方向的电位差很小,接触电势的主要 分量是横方向的电位差。在这种情况下再增加纵方向的平行均压 带效果已不大,如果能加上横向的平行均压带以减少横方向的电 位差就可使Kn值下降。由此可见,当总的均压带根数小于等于16 根时宜用长孔地网,大于16根时宜用方孔地网。 随着均压带总根数的增大,Kn的下降将愈来愈慢,因此不宜 采用增加均压带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3-5m,在大型地网中可取10m。

第五节

跨步电压和接触电压

应该指出,上节所讲的跨步电势Ek是上无人时地面某点和 接地导体间的电位差,并不是当有人在地面行走或站立时人的 两脚间或手和脚间所受的电压,这是因为人的两脚与土壤间有 接触电阻存在的缘故。为了计算人的脚与土壤间的接触电阻, 可把人的脚用一半径r=0.08m的圆盘近似取代,参看图2-2,利 用均匀土壤中圆盘的接地电阻计算公式,即可写出当人在地面 行走时每只脚和土壤间的接触电阻R0为

? ? 2r R0 ? ? ? (1 ? ) 4r 2?T 4r ?T

?

(2-56)

图2-2 均匀土壤中人脚与土壤间接触电阻的计算

由于跨步距离T=0.8-1m,远比r大,所以接触电阻R0也可近似 为

? R0 ? ? 3? 4r

(2-57)

图2-3为人体所承受的跨步电压的计算,图2-4为人体承受 接触电压的计算。
由图2-3可知,当人在地面行走时,人的两只脚和土壤间 的接触电压R0以及人体的电阻Rb是串联的,此时人体两脚间受 的实际电压,即跨步电压Uk将为

Rb Rb Uk ? Ek ? Ek R b ? 2R 0 R b ? 6?

(2-58)

又由图2-4可知,当人站立于地面而用手去接触接地的金属 导体时,人的两只脚和土壤间的接触电阻是并联的,因此人的 手和脚间所受的实际电压,即接触电压Uj为

图2-3 人体所承受的跨步电压计算

图2-4 人体所承受的接触电压计算

Rb Rb Uj ? Ej ? Ej R b ? 0.5R 0 R b ? 1.5?

(2-59)

如果取ρ=100Ω.m,人体电阻 R b =1500Ω,则按式(2-58) 和式(2-59)可分别计算出作用于人体的跨步电压和接触电压 为 1500 Uk ? E k ? 0.714E k 1500 ? 600 1500 Uj ? ? 0.909E j 1500 ? 150

即作用于人体的跨步电压只有跨步电势的71.4%,而接触 电压降低不多,为接触电势的90.9%。 显然,加大地表土壤电阻率可以增大人脚和土壤间的接触 电阻,从而使跨步电压和接触电压得到降低。最常用的加大 地表土壤电阻率的措施是在地表铺一层厚度为3-10 cm的砾石 或用沥青混凝土路面。

因为砾石或沥青混凝土即使在下雨天仍能保持5000Ω.m的 电阻率。铺设砾石或沥青混凝土后,人脚和地面间的接触电 阻R0应按双层的模型重新计算。如果简单地把式(2-57)中的 ρ换成地表电阻率来计算,会使结果偏大很多。

图2-5 铺设砾石或沥青混凝土人脚步和地表的接触电阻计算

取砾石或混凝土的厚度为Hs,地表电阻率为 ?s ,利用 图2-5,不难写出导体的自电阻系数为
?s ?s R11 ? ? 4r ? Kn ? 2nH n ?1 s
?

(2-60)

导体1和导体2间的互电阻系数为
?s ?s ? 其中 R12 ? ? 2?T ?

?
n ?1

?

Kn T ? (2nHs )
2 2

(2-61)

? ? ?s K? ? ? ?s

式中 r ——人脚的半径,一般取r=0.08m; H——砾石或沥青、混凝土的厚度,m s ?s——地表电阻率,Ω.m n——导体的根数,在这里n=2。

由此可见人体每只脚和地表间的接触电阻为
? ? 2r ? ? ? Kn Kn ? R 0 ? R11 ? R 22 ? (1 ? ) ? ? ? ? 2 4r ?T ? n ?1 ? 2nHS T ? (2nHs )2 ? ? ?

(2-62)

? 取Hs =10㎝, s =5000Ω.m ,ρ=100Ω.m ,则有K=-0.96,此 时由式(2-62)求出每只脚的接触电阻将为
? 5000 2 ? 0.08 5000 ? ? (?0.96)n (?0.96)n R0 ? (1 ? )? ? ? ? 2n ? 0.1 ? 2 2 4 ? 0.08 ?? 0.8 ? n ?1 ? (0.8) ? (2n ? 0.1) ? ? ? ? 10252(?)

而作用于人体的跨步电压和接触电压将为
1500 E k ? 0.068E k 1500 ? 2 ? 10252 1500 Uj ? E j ? 0.226E j 1500 ? 10252 / 2 Uk ?

可见,用铺设砾石和沥青混凝土的方法来降低跨步电压和 接触电压是极为有效的。

第六节

发电厂、变电所接地网的设计

发电厂、变电所接地网的设计按以下步骤进行。

一、资料收集
(1)厂、所的规模,即发电厂、变电所的规模大小,如发 电厂的装机台数、容量、电压等级。变压所的主变压器台数、 容量、电压等级,进出线路回数,发电厂、变电所占地面积大 小等。 (2)发电厂、变电所所处位置的地形、地势、土质情况、 土壤酸碱度等。 (3)如为新建厂、所,应首先测量不同深层土壤的土壤电 阻率,如采用4极法测量,可把极间距离用a=5、10、15、20m 进行测量。如为山坡地形,还要在不同的方位、不同的方向进 行测量,从而找出沿横向、纵向和不同深层的土壤电阻率。 (4)厂、所的最终建设规模、分几期建成以及当地电网的 4-10年规划。

(5)气象资料收集,主要是降雨情况、长年土壤干湿变化 情况、雷电活动情况、雷暴日、落雷密度和雷电强度等。
(6)进出线情况,有几回进出线,有无避雷线及线路所经 过的区域等。 (7)环境资料,主要是了解当地钢铁的腐蚀情况。

二、计算设计
1、计算应达到的接地电阻
首先应根据发电厂、变电所的规模、电压等级、系统接地 方式和电网5-10年发展后系统的接地短路电流值,利用式(2-1) 来计算应达到的接地电阻值。 2、计算工频接地电阻 根据发电厂、变电所的规模,占地大小,一次设备和厂房 的布置情况来设计接地网的形状和均压带的布置方式,并根据 自然接地体和人工接地网的大小,来计算工频接地电阻值。

3、确定地网形式
如属于发电厂和大中型地网应采用方孔地网;如属于35kV及以 下小规模变电所的接地网可采用长孔地网,水平均压带的间距, 可采用3-12m,可等间距布置,也可不等间距布置,还要看一次设 备的分布情况,以有利于设备接地为好。 4、接地网的布置 (1)发电厂、变电所的接地装置应充分利用以下自然接地体: 1)埋设在地下的金属管道(易燃和有爆炸介质的管道除外); 2)金属井管; 3)与大地有可靠连接的建筑物及构架物的金属结构和钢筋混 凝土基础; 4)水工建筑物及类似建筑物的金属结构和钢筋混凝土基础; 5)穿线的钢管,电缆的金属外皮; 6)非绝缘的架空地线。

(2)在利用了自然接地体后,应设置人工地网。
(3)对发电厂和变电所,不论采用何种形式的人工接地体, 如井式接地、深钻式接地、引外接地等,都应敷设以水平接地 体为主的人工接地网。对面积较大的接地网,降低接地电阻的 主要靠大面积水平接地体。它即有均压、减小接触电势和跨步 电势的作用,又有散流的作用。

一般情况下,发电厂、变电所接地网中的垂直接地体对人 工频散流作用不大。防雷接地装置可采用垂直接地体作为避雷 针、避雷线和避雷器附近加强集中接地和散泄雷电流之用。 人工接地网的外缘应闭合,外缘各角应做成圆弧形,圆弧 的半径不宜小于均压带间距的一半,接地网内应敷设水平均压 带。接地网的埋深一般采用0.6-1.0m。在冻土地区应敷设在冻 土层以下。

(4)接地网的边缘经常有人出入的走道处,应铺设砾石、 沥青路面或“帽檐式”均压带。 但在经常有人出入的地方,结合交通道路的施工,采用高 电阻率的路面结构层作为安全措施,要比埋设帽檐式辅助均压 带方便。具体采用那种方式应因地制宜。

敷设“帽檐式”均压带,可显著降低跨步电压和接触电压。 关于均压带的布置方式和尺寸示意图及举例见图2-6和表2-3。

图2-6 “帽檐式”均压带的间距和埋深示意图

表2-3 “帽檐式”均压带的间距和埋 深 2 3 埋深h1(m) 1 间距b1(m) 1 间距b2(m) 2 4.5 6 埋深h2(m) 1.5

1

1.5

1.5

2

(5)配电变压器的接地装置宜敷设成闭合环形,以防止因 接地网流过中性线的不平衡电流在雨后地面积水或泥泞时,接 地装置附近的跨步电压引起行人和牲畜触电事故。 5、接地体的选择 (1)人工接地体的规格。水平敷设的接地体可用圆钢、扁 钢,垂直接地体,可用钢管、角钢等,接地体和接地引下线的 截面应符合热稳定要求,且不小于表1-9所列规格。 敷设在大气和腐蚀性场所的接地体和接地引下线,应根据 腐蚀的性质经过技术经济比较后采取合适的措施。 在设计中建议作如下处理:

1)一般情况下应按当地的运行经验和腐蚀数据进行处理; 2)如无腐蚀数据,可根据土壤密疏情况、土壤酸碱度进 行处理。 在pH值小于6.5,且土壤比较松散的地方 ,扁钢取0.10.2mm/a,圆钢取0.3-0.4mm/a。 在pH值大于6.5,且土壤比较松散的地方 ,扁钢取0.10.05mm/a,圆钢取0.3-0.07mm/a。 3)接地装置的使用寿命应和地面设备相一致,一般取2530a,所以对接地体的热稳定校核,一定要考虑经过寿命周期 的腐蚀后,能满足热稳定的需要,关于热稳定的校核,可参照 式(1-13)进行。 (2)接地体的材料: 1)接地体的材料一般采用钢质的,但移动式电力设备的 接地线、三相四线制的照明电缆接地芯线以及采用钢接地有困 难时除外。

2)由于裸铝导体易腐蚀,所以在地下不得采用裸铝导体 作为接地体或接地线。 3)不得使用蛇皮管、保温管的金属网或外皮以及低压照 明网络的导线铝皮作接地线。 6、接地井的设置 接地井的主要作用是一部分接地装置与其他部分的接地装 置需分开单独测量时使用。为了便于分别测量接地电阻,有条 件时可在下列接地点设接地井: (1)对接地电阻有要求的单独集中接地装置; (2)屋外配电装置的扩建端; (3)若干对降低接地电阻起主要作用的自然接地体与总接 地网的连接处。 此外,为降低发电厂、变电所的接地电阻,其接地装置应 尽量与线路的非绝缘架空地线相连,但应有便于分开的连接点, 以便测量接地电阻。可在避雷线上加绝缘件,并在避雷线

与金属构架之间装设弓子线,以便测量可以把弓子打开。 7、接地装置的敷设 (1)为了减少相邻接地体的屏蔽作用,垂直接地体的间距 不宜小于其长度的两倍,水平接地体的间距不宜小于5m。 (2)接地体与建筑物的距离不宜小于1.5m。 (3)围绕屋外配电装置、屋外配电装置、主控制楼、主厂 房及其他需要装设地网的建筑物,敷设环形接地网。这些接地 网之间的相互连接不应小于两根干线。对于大接地短路电流系 统的发电厂和变电所,各主要分接地网之间宜多根连接。 为了确保接地的可靠性,接地干线至少应在两点与接地网相连接。 (4)建筑物的墙壁敷设水平接地线时,离地面宜保持250300mm的距离。接地线与建筑物墙壁间应有10-15mm的间隙。 (5)接地线应防止发生机械损伤和化学腐蚀。与公路、铁 路或化学管道等交叉的地方,以及其他有可能发生机械损伤的 地方,对接地线应采取保护措施。

8、设备的接地与地网的连接 (1)对发电机、主变压器、GIS开关设备、补偿电容器等 主要设备要进行双接地,并与地网的不同两点相连接。 (2)对避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备的接地处要 设置3-5根水平射线,设置3-5根垂直接地极以加强集中接地。 (3)对厂房、主控室、高压配电室、主变压器四周要设 置环形水平接地带。 (4)对上下层布置的变电所、上层构架上的设备要每隔 10-15m用明接地引线接地。 (5)对室内分层布置的楼上设备的接地要每隔5-10m用专 门设置的接地引线接入地网,室内还应设置环形接地母线。 (6)电力设备每个接地部分应以单独的接地线与接地干 线相连。 (7)设备的接地都要以单独的接地线接入埋在地中的地 网,不能只接到电缆沟的接地带。

9、关于发电厂 、变电所的扩建
如果发电厂、变电所需扩建,那么相应的接地装置也应随 之扩建,并要认真检查和核算。

(1)原地网的接地电阻是否满足要求,如不能满足扩建后 的要求,需在扩建时解决。
(2)经过使用期间的腐蚀,原地网的接地体截面是否满足 短路电流热稳定的要求,如不能满足在扩建时,对原有接地线 和接地体也要重新解决。 (3)扩建的地网要与原地网多点可靠连接。 (4)扩建部分的地网对均压、接地电阻、接地体的热稳定 等都要重新认真计算和设计。

第七节 发电厂、变电所接地装置的施工
一旦发电厂、变电所的接地装置设计完毕后,就可进入施工 阶段。

一、自然接地体的利用
对于发电厂来说在厂房的基础施工时,可同时考虑厂房环形 水平均压带的施工,并每隔5-8m与厂房钢筋混凝土基础内的钢筋 进行可靠的焊接。对变电所的主控楼和高压配电室也是如此。 对于因推平山坡而建的变电所,往往是一边挖土向另一边垫 土,为防止因垫土层而造成的大地长时间不能有效亲和而影响接 地装置的工频接地电阻,可选在垫土区先铺设水平地网然后通过 接地线连接到上层地网,即组成双层地网。 对水电厂的水下地网,可在大坝蓄水前进行预先铺设,对各 种钢筋混凝土基础,以及其他可能利用的自然接地体,最好是在 这些构筑物施工时就考虑接地利用问题。如预先设置水平均压环 形接地带,预留与人工地网的连接点,钢筋混凝土基础内的钢筋 可靠连接等。

二、人工接地网的施工
发电厂、变电所的人工接地网,因牵涉到地面设备的施 工,再则由于发电厂、变电所都比较平整,水平接地体不再受 地形的限制。所以应严格的按设计要求和图纸施工。施工可按 以下步骤进行: (1)按图开挖水平接地体的沟槽,水平接地沟的开挖深度 应达到0.8-1.2m。对于沟槽的宽度要便于水平接地体的施工, 有降阻防腐剂的,要按降阻剂的要求进行。 (2)在水平接地沟槽内铺设水平接地体,圆钢或扁钢的 截面要严格按设计要求。 (3)在设计确定的位置打入垂直接地体,垂直接地体一般 为角钢或钢管,如垂直接地体四周设计的有降阻剂,可用钻井 法或农村打轧水井的方法,先打直径为10-15cm的竖井,然后 在井中放入垂直接地极,再加入降阻防腐剂。

(4)接地体(线)的连接应采用焊接,焊接必须牢固无虚 焊、假焊,接至电气设备上的接地线,应用镀锌螺栓连接;有 色金属接地线不能焊接时,可用螺栓连接。螺栓连接处的接触 面应按《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》的规定 处理。接地体(线)的焊接应采用搭接焊,其搭接长度必须符 合下类规定: 1)扁钢为其宽度的2倍(且至少3个棱边焊接)。 2)圆钢为其直径的6倍。 3)圆钢与扁钢连接时,其长度为圆钢直径的6倍。 4)扁钢与钢管、扁钢与角钢焊接时,为了连接可靠,除 应在其接触部位两侧进行焊接外,并应焊以由钢带弯成的弧形 (或直角形)卡子或直接由钢带本身弯成弧形(或直角形)与 钢管(或角钢)焊接。 利用各种金属构件、金属管道等作为接地线时,应保证其 全长为完好的电气通路。利用串联的金属构件、金属管道作接 地线时,应在其串接部分焊接金属跨接线。

5)为了防止腐蚀,对各焊接口应刷防腐漆或沥青漆进行防 腐处理。对设备的接地线,要从与设备连接处到与水平均压带 连接处刷沥青漆或防锈漆和墨漆进行防腐处理。 6)如设计有降阻防腐剂或阴极保护措施。应按设计说明, 或降阻防腐剂的施工说明及阴极保护的施工说明,在水平接地 体、垂直接地体施加降阻防腐剂或阴极保护措施。 7)待对接地体处理完毕,并检查合格后,再用细土回填, 严禁用砂石或建筑垃圾回填。 8)对电缆沟附近的均压带要每隔5m与电缆沟内的均压带 连接有一次,电缆沟内的明敷接地带,不能作为设备的接地线 用,设备的接地线要与埋在土中的水平接地体相连。 9)对充油设备、GIS、避雷设施等,至少要有两点与地网 的不同两点相连,以实现其双接地。 10)主变压器、发电机和消弧线圈四周要设置专用的环形 均压带,并应至少3点与主地网相连,相连要可靠。

11)明敷地线的安装应符合下列要求: 1) 应便于检查。 2) 敷设位置不应防碍设备的安装与检修。 3) 支持件的距离,在水平直线部分宜为0.5-1.5m,垂直部 分宜为1.5-3m,转弯部分宜为0.3-0.5m。 4) 接地线应按水平或垂直敷设,亦可与建筑物倾斜结构 平行敷设;在直线段上,不应有高低起伏及弯曲等情况。 5) 接地线沿建筑物墙壁水平敷设时,离地面距离宜为 250-300mm;接地线与建筑物墙壁间隙宜为10-15mm。 6) 在接地线跨越建筑物伸缩缝、沉降缝处,应设置补偿 器。补偿器可用接地线本身弯成弧状代替。 7) 明敷接地线的表面应涂以用15-100mm宽度相等的绿 色和黄色相同的条纹。在每个导体的全部长度上或只在每个 区间或每个可接触到的部位上宜作出标志。当使用胶带时, 应使用双色胶带。

8) 在接地线引向建筑物的入口处和在检修用临时接地 点处,均应刷白色底漆并标以黑色记号。 9) 待接地网全部施工完毕后,应在地面用混凝土砌块做 好地面标记,标明水平接地体的位置、走向和垂直接地体所 处的位置,以便以后的检查,扩建时使用。 10)对行人经常出入的地方和道路,为防止跨步电压和 接触电压的危害,应铺上15-20cm厚的砾石或沥青混凝土路面。 11)根据实际施工的情况绘制竣工图,竣工图应与实际 位置一致。 12)在接地网施工完毕后不要立即测试接地电阻,因为 接地体由于与大地有接触电阻存在,这时的测试数据一般都 偏高。要待接地体与大地完全亲和以后测试,亲和的时间一 般为3-6个月,或等2-3场大雨之后测试。试验除了测试工频接 地电阻外,还要测试电位分布、接触电压、跨步电压,另外 还要核算冲击接地电阻值,看是否满足设计及规程要求。


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