电力系统接地技术

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1、电力系统接地技术目录、八 、前言 第一部分 接地电阻及接触电势、跨步电势一、接地电阻计算的几种方法 2二、均匀土壤中的接地电阻 3三、分层土壤中的接地电阻 4四、接地电阻的测量 12五、接地电阻的要求 15六、接触电势、跨步电势18第二部分 接地设计及采用措施、接地装置的设计22、 控制接地电阻的相应措施28、几前在电力系统中，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

2、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

3、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、跨步电势一、接地电阻计算的几种方法平均电位法：在计算接地电阻时，

4、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

5、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

6、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： 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。 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。 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。 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%。二、均匀土壤中的接地电阻 圆

7、棒电极一个处于无限大均匀媒质P中的圆棒电极，其长度为1,直径二a,经圆棒流入媒质的电流为I,由于1a,则认为流入媒质的电流沿圆棒轴线流散电流密度为5 =1/1。由此，用中点电位法计算所得的电极接地电阻为R=V/I= p ./.inL ,，2 j。 圆环形电极一个处于无限大均匀媒质P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6 =1/(2“ b),故处于无限大均匀媒质中的圆环的接地电阻为R二_山竺。4b兀 2a 圆盘形电极当电流由圆盘电

8、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=b。8b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h0.02b,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匕；而当hf*时，则接地电 4b阻应趋近于无限大均匀媒质时的巴。故圆盘接地电极在任意埋深时的接 4b地电阻可用公式E (1+ b )近似计算

9、。8b2.6h + b三、分层土壤中的接地电阻 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 。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

10、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。 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P 1、P 2,定义k= （p 2-p 1）/（p 2+p 1）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

11、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

12、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至到-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、30夹角法测量误差垂直地面方向两层土壤状况下30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 30。考虑垂直地面方向土壤分层时， 30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

13、偏大。相 对误差从-0.5至0.2变化（k从0.95至到-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。 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

14、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至到-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0,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

15、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至到-0.95变化时）。3、30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 , 30夹角法沿不同方向布 线测量时误差计算条件：30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， 30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 倍时误差可以达至 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.

16、95至到-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。 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p ,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Zkf+沖f上Dc0D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，

17、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30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30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

18、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 30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 30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、30夹角法应尽可能沿土壤分界 面布置测量线，此时直线法、30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。四、接地电阻的测量我们知道

19、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。 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

20、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

21、%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. 电压极和电流极按一定夹角布置时接地电阻的测量 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

22、并联一个0.1“F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

23、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，

24、但使用这种方 法应注意辅助电极离地网的距离不能过近。五、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0.5-100的范围内；直流工作接地电极 的接地电阻则在0.20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4-30 0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 - 1 0 0的范围内。但是，在某些情况下，这三种接地是很难分

25、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。 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IRW2000V 时，人身和设备是很安全的。所

26、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RW2000V/I (0 )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0.50在 实际中办不到，故规程规定当I4000A时可取RWO.50 ；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

27、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, RW250/1 (0 )；对于低压电力设备用的接地装置，应满足 IR=120V, RW120/I (0 )，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100。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 W50，在小接地短 路电流系统中允许提高到R 150。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

28、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。 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（0m）工频接地电阻（0）100及以下10100及以上至50015500及以上至1000201000及以上至2000252000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300，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

29、的接地电阻则不宜超过500。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。 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P 土壤导热系数入及 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。六、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

30、势 E ，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K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 E 。显然，当二者超过某一安 j全数值时，就会导致人体触电。在土壤分层的情况下， E 和 E 的数值及出现位置受下层土壤电阻率Kj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K ,即有KK=E /V =E /IR；如

31、把最大接触电势和相应的电极电位的比值称为接触K KM 0 KM电势系数K,即有K二E/V二E/IR,则接地电极的均压就可用这两个指j j jM 0 jM标衡量。由此，双层土壤时，接地电极的跨步电势系数 K 和接触电势系数KK 可按照流入接地电极的电流不变，则有K =E/IR=K （p /p d）；jK KMK1同样有K =E/IR=K （p /p d），其中p为上层土壤的电阻率，p dj jM j 1 1为双层土壤中计算接地电阻所用等值电阻率。 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：E =Vln （1+T/a）/ ln（2L/a

32、）；KM 0K= ln （1+T/a ）/ ln （ 2L/a ）；KE =Vln （1+0.8/a）/ ln（2L/a）；jM 0K= ln （1+T/a ）/ ln （ 2L/a ）。j2、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:E =Vln （ h2+0.82 ）/hd/ ln （ 20.4A/ hd ）；jM 0K= ln（h2+0.82）/hd/ ln（20.4A/ hd ）。j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E=p IT/2n hL=IRT/

33、h （ln642/hd），其中 T 为跨步距离。M3、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：E =3p IT/2n Lh。KM5、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：E =Klnh2+ （h+T/2）2/ h2+（h-T/2）2/ ln（64b2/hd）。K 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

34、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

35、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E二EIR。KM K2、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。 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

36、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二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

37、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一、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

38、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。 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DL/T621-1997交流电气装置的接地中第511条要 求RW2000/I是非常困难的。现行标准对接地电阻值规定要放宽到50 , 但是放宽是有附加条件的，这就是需要满足接

39、地标准的相关规定，根据 工程的具体条件，在不超过 5 0 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 0 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。 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，

40、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。 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

41、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

42、，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70mmX 70mm X 7mm或50mm X 50mmX 5mm角钢；40mmX4mm或50mmX 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

43、阻剂直 径以130200mm为好，水平沟以150mmX 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。 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。二、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

44、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

45、 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

46、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

47、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

48、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。三、

49、控制接地电阻的相应措施 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。 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。 利用地下水的降阻作

50、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3 5kV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30，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140 ； 500kV并联电抗器基础施工时，基础开挖形成 一个稀泥塘，深度加多，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 140 ； 220 kV 接地网在铺设了 2/3 时的接地电阻值 约为330。这是利用地下水降低接地电阻的典型例子。 超深井接地采用超深井（井深超过100m）接地来降低接地电阻

51、，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。 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 0.50，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。 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

52、来降低接地电阻是可以预见的有效降阻措施。 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。

53、）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。 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。 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。 用阳极牺牲法保护接地体将两种不同的金属埋

54、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。26