【毕业设计】发变电站接地安全设计

工作接地。

也叫系统接地，为了满足电力系统运行方式的需要，在电力系统中的适当地点进行，保证电力设备在正常或事故情况下能可靠工作而设的接地，称为工作接地。

如发电机和变压器中性点直接接地或经消弧线圈接地在直流系统中还包括相线接地。

保护接地。

也叫安全接地，为防止电气设备绝缘损坏而使人身遭受触电危险，将与电气设备绝缘的金属外壳或构架与接地极做良好的连接，称为保护接地。

接低压保护线线或接地保护中性线线，也称为保护接地。

停电检修时所采取的临时接地，也属于保护接地。

防雷接地。

将雷电流导入大地，防止雷电伤人和财产受到损失而采取的接地，称为防雷接地。

如避雷针避雷线和避雷器等向大地泄放雷电流而设的接地。

防雷接地装置只是在雷电冲击作用下才会有电流流过，经防雷接地装置向地中散流的雷电流幅值可达几十甚至几百千安，但持续的时间很短，般只有数十微秒。

屏蔽接地。

将设备的金属外壳或金属网接地，以保护金属壳内或金属网内的电子设备不受外部的电磁干扰或者使金属壳内或金属网内的电子设备不对外部电子设备引起干扰。

这种接地称为屏蔽接地。

法拉第笼就是最好的屏蔽设备。

防静电接地。

将静电荷引入大地，防止由于静电积累对易燃易爆，如易燃油天然气储罐和管道等设备以及人体受到损伤的接地，称为防静电接地。

而油罐汽车后面拖地的铁链子也属于防静电接地。

逻辑接地。

电子设备为了获得稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属部件，如金属底座等作为零参考电位，把需要获得零电位的电子器件接于该金属部件上，如金属底座等，这种接地称为逻辑接地。

该基准电位不定与大地相连接，所以它不定是大地的零电位。

信号接地。

为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地，称为信号接地。

防电腐蚀接地。

在地下埋设金属体作为牺牲阳极以达到保护与之连接的金属体，如输油金属管道等，称为防电腐蚀接地。

牺牲阳极保护阴极的称为阴极保护。

土壤电阻率人们为了进行正确合理的接地设计，需要了解电流在地中流动的分布规律，而地中电流的分布规律除了和电流的频率有关外，还决定于大地的电学性质。

表征大地电学性质的主要参数是大地的电阻率介电常数和磁导率。

据分析，在般情况下，研究直流或工频接地时，可以把大地看成导体而研究冲击接地时，在低电阻率地区，只需考虑传导电流的作用，只有在高电阻率地区，才需要考虑位移电流的影响。

电阻率是物质的基本属性，它非常明确地表征物质的导电性能。

物质的电阻率是该物质单位立方体的电阻，用表示，单位为欧姆米，记为Ω。

将被测物质做成横截面为，长度为的几何体，夹在两电极之间，并通以电流，分别用电流表电压表测出回路中的电流和电极两端的电压，则电极间物质的电阻为物质的电阻率与几何形状无关，而电阻则由其几何形状的大小决定。

物质的电导率为电阻率的倒数，用表示，单位为西门子米，记为。

接地电阻定性地说，电流通过接地极向周围大地无穷远出散流时大地土壤所呈现的总电阻，称为接地电阻。

接地电阻的定量定义是假设在个电极上流入接地电流，而接地极的电位比周围大地无穷远处高出时，则接地极电位对接地电流的比值称为接地电阻。

这个定义必须附加下述两个条件要使接地电流流向接地极，必须作出闭合回路，当然必须向大地打人另个接地极，然后将电源接入两个电极之间即可产生接地电流。

这另外个电极叫做辅助电极，要设置在离主接地极足够远的地方理论上在无穷远处。

这样做可以忽略给主电极带来的影响。

接地极的电位上升必须以大地的无穷远点为基准零电位。

这里所说的无限远点是指即使有接地电流，电位也不变动的地点，即意味着与通电前的状态没有变化的地点。

将这个地点作为电位的基准点零电位，因此，可以从电位上升值及其接地电流求出真正的接地电阻。

关于金属接地极自身的电阻般金属，例如纯铜的电阻率为Ω，而般土壤无岩石的平均电阻率为Ω，它是纯铜电阻率的亿倍。

由于金属接地极自身的有效电阻极小，所以计算接地极接地电阻时常常忽略金属接地极自身的电阻。

关于接地极与土壤的接触电阻金属接地极的表面通常都是很光滑的，而土壤是由微小的固体颗粒组成的。

两种物体接触实际是点接触，而不是线或面接触，所以在接触界面处有接触电阻。

般说来，对同类型土壤，打入的垂直接地极角钢等比埋入式的水平接地极的接触电阻更小。

但即使是水平埋设的接地极，由于埋设后要对回填土层层夯实，再加上水平导体上面通常有土体的压力，所以也会逐渐接触良好。

就算有些微小空隙，经雨水后，其空隙也会因土壤膨胀而接触良好，或被地下水填满小空隙，形成良好接触，所以在接地极的接地电阻计算中也忽略接触电阻。

关于接地极周围土壤的电阻电流在电极周围土壤散流时所引起的土体电阻是很大的，土壤电阻率越高，阻力越大。

这是接地电阻的主要部分。

由此可知，在接地技术中所定义的接地极的接地电阻，般都忽略接地极的有效电阻和接触电阻，实际上就只考虑接地极周围大地土壤的电阻。

直接计算法接地电阻的大小等于接的方法有三电极法和四电极法。

四电极法比三电极法更准确些，现在般采用四电极法，四电极法又叫法。

下面介绍由四电极法确定电阻率的基本原理。

如图所示，将四根电极在条直线上按等间距打入地下，为了使打入的电极不影响地中电流分布，电极打入地下的深度应满足。

外侧两电极为电流极，与交流或直流电源串联，用电流表测量入地电流，内侧两电极为电压极，与电压表相连，由于流入和流出的电流均为，根据前面讲的电源电极附近电位的计算方法，可计算出和点的电位为则和两电极之间的电位差，即电压表的读数为接地电阻测试根据前面介绍的接地电阻的定义，接地电阻是接地短路电流经接地装置向无穷远处自由流散时，接地装置的电位以无限远处为参考与经接地装置流入地中的电流的比值。

如图，电流极与接地网边缘之间的距离为，般取接地网最大对角线长度的倍，以使其间的点位分布出现平缓区域。

但在接地电阻测量时，不可能将电流辅助电极和电压辅助电极放在无穷远处。

而且，电流不是向四周的土壤自由流散，而是受辅助电流极位置的影响，这时地下电场的分布将会发生畸变，给测量带来误差。

但在进行接地电阻测量时，无论辅助电流极放在何处，都应测到接地装置的实际接地电阻值。

下面从理论上分析把电压极布置在什么样的位置上才能消除测量误差，从而得到真实的接地电阻。

要使测量结果符合实际值，即测量误差必须是，即。

要使，有两种可能，种情况是都足够大，则它们的倒数为零，但这种方法测量引线太长，实测不方便，般不采取。

另种情况，令，即有影响接地参数测试的因素地电阻率不均匀时前面的理论分析是在均匀情况下进行的，若土壤电阻率不均匀时，将给接地电阻的测量带来误差。

在土壤具有个或两个剖面结构时，采用法的测量误差随剖面两侧电阻率变化而变化，变化越大测量误差越大。

特别在被测接地网和电压极之间，或电压极与电流极之间，如果存在条有高电阻率地层如冲沟，下涸河床等，采用法误差极大，测量时应当注意。

大地集肤效应的影响交流电流通过接地网向大地流散时，由于地的电阻率相当大，在接地网附近因感应电势而引起的电压降远小于电阻电压降，因面对接地网附近直流和交流的作用可以认为近似相同。

但是当使用导线大地回路来测量接地电阻时，由于交流电流在接地网和电流极间的广大区域内流动，就要在这区域内产生相当强的磁场，具有集肤效应，使电流通过区域截面变小，电阻增大。

极化效应的影响当直流或交流在地网和辅助电流极之间流动时，由于激发极化效应，在断开电源后，地面上两点间的电位并不立即降到零，而从数值开始近似于指数衰减，般要经过几秒或几分钟后才降到零，如果采用注入大电流的电压电流法测量接地电阻后，如果立即又用摇表去测量，有可能会产生异常现象。

地中的自然电场和人工电场自然电场有化学电场扩散电场大地电流场及雷暴电场等，使大地带有定电位。

如果这电位与接地体电位之比较大就要考虑误差。

地中人工电场有变压器中性点的零序电流中性点不接地系统中的不平衡电电流直流装置的泄漏电流等产生的人工电场将在地网和电压极之间产生电位差，给测量带来误差。

地下金属管道在测量电极的下面遇有金属管道使得电极与接地体之间的距离减小，因而减小接地电阻。

电压极与电流极引线间的互感由于电压极和电流极引线往往是平行的比如用架空线，因此当电流经电流极引线流动时，在电压极引线中会产生互感电势，使电压表测量电压增加，因而测得的接地电阻增大。

接触电压和跨步电压测试为了验证发电厂变电所内接触电压和跨步电压是否满足人身和设备安全的规程要求，需要对跨步电压和接触电压进行实际测量。

当电流通过接地网和电流辅助电极在地中流散时，将电压表端接电流入地点，另端与放在被测电位点的铜板相连接，电压表的读数，。

为被测点的接触电压。

铜板面积为。

式中为地网电位，为被测点的电位。

这样可以很方便地测量所或站内地面上任意点的接触电压。

在进行跨步电压和测量时，可以在所内任何方向选择若干点，使得这些点之间的距离为规程规定的跨步距离，比如我国规定值为。

如方向上的两点，先测出两点的接触电压，。

则有通过式就可算出方向上的跨步电压分布。

因为在测量时，不可能加入实际系统的入地短路电流几或几十。

般只能加入几十到几百安，测得的接触电压和跨步电压应按比例尺放大。

即实测，式中实测。

注意事项路避雷线与接地网应断开，避免架空地线分流电压电流极应布置在与线路或地下金属管道垂直的方向上避免电流和电压引线平行接近电流和电压极引线与接地网的连接点宜选在高压配电装置的接地处在测量电压极铜板与地面接触不好的地方，可用重物将铜板压紧，或用水将地面浇湿。

应尽量避免在雨后立即进行实测。

在实测时，应随时监视地网电位升高，以防止由于地网电位升高，对二次测试设备及人身安全造成危险。

冲击接地参数测试在雷电冲击作用下接地体的冲击阻抗与冲击电流的幅值和波形有关，由于火花效应和电感效应，冲击接地阻抗是非线性的。

为了较准确地测试冲击阻抗，需要高参数的冲击电流发生器。

般要的冲击电流发生器。

根据地网冲击相应电流和电压的测量波形，取其幅值之比为冲击接地电阻如果测量变电所或发电厂地面冲击电位分布，可将分压器与电流入地点的连接点解开，然后接铜板电极放在要测量电位的点，仿照工频测跨步电压和接触电压的方法测量地网上土壤表面任意点的电位随时间变化的波形，找出幅值，可给出土壤表面任意方向的最大冲击电压分布曲线。

结论变电所地网的设计应结合实际情况进行，在具体工程设计中应重点考虑地网布置敷设深度腐蚀及材料选择等方面。

对地网的概念应有全面深入的认识，接地电阻应按实际的流经地网入地的短路电流计算，降低接地电阻降低接触电位差和跨步电压等都是合格地网要求的主要因素。

因此，在保证变电所接地的安全条件下，应综合考虑各种因素，合理地设计接地网以便于变电所的安全运行和维护，降低工程造价。

测壤电阻率时，采用均匀土壤模型结合地网结构，使用国标的计算公式计算接地系统的接地电阻，并与实际接地阻抗测量值进行比较，使接地网设计更具科学性。

降低接地电阻是变电站内设备和人身安全的重要保障，选取降阻措施时要根据现场的具体情况认真