电气工程接地分析.docx

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电气工程接地分析

南京化工职业技术学院

毕业设计（论文）

题目电气工程接地分析

姓名

所在系部

专业班级

指导教师

2015年11月

南京化工职业技术学院毕业设计（论文）

诚信承诺书

1、本人郑重承诺所呈交的毕业设计（论文），是在指导教师的指导下严格按照学校有关规定完成的。

2、本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。

3、本人承诺在毕业设计（论文）选题和研究内容方面没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。

4、在毕业设计（论文）中对任何侵犯知识产权方面的行为，由本人承担相应的法律责任。

学生签名：

日期：

摘要

国内外信息技术的飞速发展，特别是智能化大厦的出现，产生了对电气工程接地技术新的关心。

众所周知，在智能化大厦内有各种各样的电子机器，其中电力、电话、数据系统的配线纵横交错，这必然会产生电磁感应干扰和电磁环境等问题。

接地是电气工程的重要组成部分，因为不与操作人员直接接触，所以往往也是电气工程中最容易被忽视的部分。

在我国改革开放初期，物质资源相当缺乏，当时人们能见到的用电设备就只有电灯和部分小家用电器，在人们心目中，只要有一根火线，一根零线，接上灯具就能亮光，因此根本谈不上接地。

伴随着高度信息化社会的到来，工矿企业、楼宇建筑，甚至家庭住宅正在开始或即将开始进入自动化、智能化的时代。

为了保证和提高这些现代化设施与设备工作的可靠性、安全性，电气工程接地技术的利用必不可少。

电气工程接地技术正被广泛应用在电力、通信、建筑等各个领域。

关键词：

接地接地电阻,接地系统,接地材料

ABSTRACT

Therapiddevelopmentofinformationtechnologyathomeandabroad,especiallytheemergenceofintelligentbuilding,thenewtechnologyofelectricalengineeringgroundingconcern.Asisknowntoall,intheintelligentbuilding,therewereallkindsofelectronicmachine,electricity,telephone,datasystemofwiring,itwillinevitablyproducetheproblemsuchaselectromagneticinterferenceandelectromagneticenvironment.Groundingistheimportantpartofelectricalengineering,becausenodirectcontactwiththeoperator,soisoftenthemosteasilyneglectedpartinelectricalengineering.AtthebeginningofthereformandopeningupinChina,quitealackofmaterialresources,thenpeoplecanseeonlythelightsandelectricalequipmentpartsofthesmallhouseholdelectricalappliances,inpeople'smind,aslongasthereisafire,azeroline,connectedtolampsandlanternstolight,sofarfromearth.Followingthearrivalofthehighlyinformation-basedsociety,industrialandminingenterprises,buildingconstruction,andevenfamilyhomesisbeginningorwillbegintoentertheeraofautomation,intelligent.Inordertoensureandimprovethesecurityandreliabilityofthesemodernfacilitiesandequipment,theuseofgroundinginelectricalengineeringisindispensable.Electricalengineeringgroundingtechnologyisbeingwidelyusedinelectricpower,communication,constructionandotherfields.

KEYWORDS:

GroundingGroundingresistanceGroundingsystemGroundingmaterial

目录

摘要1

ABSTRACT2

第一章接地的概述4

1.1接地的含义4

1.2接地的分类4

1.2.1保护接地4

1.2.2工作接地4

1.2.3防雷接地5

1.2.4屏蔽接地5

1.2.5防静电接地6

1.3接地的作用6

1.4接地的方式6

1.4.1分散接地方式7

1.4.2联合接地方式7

1.5接地系统7

1.5.1TT系统7

1.5.2TN系统8

1.5.2.1TN-C系统8

1.5.2.2TN-S系统8

1.5.2.3TN-C-S系统8

1.5.3IT系统8

第二章接地电阻10

2.1概念10

2.2测量方法10

2.2.1各类接地电阻测试值的要求10

2.2.2接地电阻测试11

2.3接地装置电阻的组成13

第三章接地材料的应用15

3.1接地材料15

3.1.1降阻剂15

3.1.2非金属接地体15

3.1.3离子接地系统16

3.2接地材料应用16

第四章接地不良导致的人身伤害事故18

4.1经过18

4.2事故分析18

4.3事故教训与防范措施19

第五章结束语21

参考文献21

致谢23

第一章接地的概述

1.1接地的含义

接地是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是通过避雷器把雷电产生的高压电流引入到地表，因此起到的作用是保护建筑物。

与此同时，接地也是一种有效保护人身安全的手段，当某种原因导致的设备外壳和相线接触时，设备外壳会有一定几率产生危险电压，由此故障电流就会通过PE线到大地，从而对人员起到保护作用。

一些精密电子设备也需要通过接地来消除电子累积或强电所带来的干扰。

1.2接地的分类

1.2.1保护接地

安全接地是将系统中一般不带电流的金属部分与地两者之间形成很好的导电连接，起到保护人身和设备的安全的作用。

供电系统是供给强电，一般状态下机壳是不带电流，所以当发生故障时导致电源的火线供电与外壳导电金属部分接触时，这些金属部分或者外壳就形成了带电体，如果没有相当好的接地，那么地和带电体两者之间就有非常高的电位差，如果人体一不小心接触到这些带电体，就会通过人体形成通路，有电流经过身体，从而产生伤亡事故。

所以，一定连接好地和金属外壳，使地和机壳两者之间形成等电位。

另外，保护接地还能防止积聚静电。

1.2.2工作接地

为了使系统和与之相连的仪表都能保证测量和控制精度并可靠运行而设的接地是工作接地。

它分为信号回路接地、屏蔽接地、仪器逻辑地和屏蔽接地。

仪器逻辑地，也叫仪器电源地，是+5V等电源的输出地，也是内部的逻辑电平负端公共地。

信号回路接地，如开关量信号的负端接地，各变送器的负端接地等。

屏蔽接地（模拟信号屏蔽层的接地）。

本安接地，是安全栅或本安仪表的接地。

这种接地不但有抑制干扰的作用，还有使系统和仪表具有安全性质的一项措施。

本安接地会由于采用设备的本安措施的不同而不同，接下来用齐纳式安全栅的例子，说明它的接地内容。

栅是有保护危险现场端永远处于安全电压和安全电流范围之内的作用。

如现场端短路，则因为安全栅电阻和负载电阻的限流作用，会将导线上的电流限制在安全范围之内，使现场端不可能产生非常高的温度，从而导致燃烧。

那么第二种情况，如果当计算机一端产生故障时，则高压电信号加入到了信号回路中，则由于齐纳二级的嵌位作用，也使电压位于安全范围。

除了上述几种接地外，在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地，也叫交流电源工作地，它是电力系统中为了运行需要设的接地（如中性点接地）。

1.2.3防雷接地

防雷接地是指物体受到雷电袭击时，为防止造成损害安装的接地系统。

通常有信号防雷接地和电源防雷接地之分，区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同，而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上，和电源防雷地分开建设。

防雷接地作为防雷措施的一部分，防雷接地有把雷电引入大地的作用。

电气设备和建筑物的防雷主要是用避雷器的一端与被保护设备相连接，另一端与接地装置相连，一旦发生雷击时，避雷器把雷电引向至本身，雷电经过其接地装置和引下线进入大地。

另外，因为雷电导致的静电感应副效应，为了预防导致间接损害，如触电或房屋起火等等，一般要将建筑物内的钢筋结构、金属管道和金属设备等接地；雷电波会沿着电视天线、低压架空线侵入房屋，导致击穿屋内电工设备的绝缘，从而造成人身触电伤亡或火灾事故，因此还需要把线路上与进屋前的绝缘瓷瓶铁脚两者之间接地。

1.2.4屏蔽接地

消除电磁场对人体危害的有效措施是屏蔽接地，屏蔽接地也是预防电磁干扰的有效措施。

高频技术在电视台、通信、无线电广播、医疗、电热和雷达、导航等方面得到了非常广泛实际应用，人体在电磁场影响下，吸收的辐射能量悔发生生物学反应，对人体造成一定的伤害，如视力减退皮肤划痕、手指轻微颤抖、视力减退等伤害。

对产生磁场的设备外壳设置屏蔽装置，把屏蔽体接地，不但能降低屏蔽体之外的电磁场强度，减轻甚至消除电磁场对人体的危害，还能有效保护屏蔽接地体内的设备不被外界电磁场的影响干扰。

1.2.5防静电接地

为防止静电危害影响并将其泄放，是静电防护最重要的一环。

1.3接地的作用

接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。

接地是为保证人身安全和电工设备正常工作而使用的一种用电安全方法，通过接地装置与金属导线两者之间连接来实现，常用的有保护接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防静电接地等。

接地装置把其他生产设备和电工设备上有可能产生的静电荷、雷电电流以及漏电流等引入到大地，从而使人身避免触电和可能发生的火灾、爆炸等事故。

1）预防人体遭受电击

把接地极和电气设备在正常情况下不带电的金属部分两者之间做很好的金属连接来保护人体的安全。

对于有接地装置的电气设备，当外壳带电、绝缘损坏时，接地电流将会同时通过人体和接地极两条回路经过。

其电阻和经过每条回路的电流值的大小成反比，接地极电阻越小，流过人体的电流也就越小。

当接地电阻非常小时，流过人体的电流值近似于零，因此人体避免了触电的危险。

所以，无论在什么情况下，都应保证设计或规程中规定的接地电阻值大于或等于接地电阻。

2）保障电气系统正常运行

电力系统接地一般为中性点接地，因此中性点与地间的电位接近于零。

当相线碰壳或接地时，其他两相对地电压，在中性点绝缘系统中将升高为相电压的倍；在中性点接地的系统中则接近于相电压。

由于有了中性点的接地线，可保证继电保护的可靠性。

通信系统中的直流供电一般采用正极接地，可防止杂音窜入和保证通信设备正常运行。

1.4接地的方式

现代化的电力系统其本身就是强烈的电磁干扰源，主要通过辐射方式干扰该频段内的通信设备。

为抑制外部高压输电线路的干扰影响，采用接地措施，常用的接地方式有两种，现分别讨论如下：

1.4.1分散接地方式

分散接地就是把通信大楼的电源系统接地、通讯设备的各类接地、防雷接地以及其他设备的接地分别接入相互之间分离的接地系统，因为地线系统陆续增加，地线间潜在的耦合影响通常避免不了，分散接地反而更容易引起干扰。

与此同时主体建筑物的高度也会慢慢增加，其接地方式所带的不安全因素也逐渐增大。

当某一建筑设施被雷击中后，容易形成地下反击，损坏其他设备。

1.4.2联合接地方式

联合接地方式也可以称作单点接地方式，即所有接地系统都共用一个“地”。

单点接地有三个特点如下所示：

（1）整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体，对直击雷而言，整栋楼内同一层各点位比较均匀；对感应雷而言，大楼的框架式结构与笼式均压体对外来电磁干扰能提供10－40dB的屏蔽效果；

（2）通常联合接地方式接地电阻很小，没有各种接地体相互之间的耦合影响，有利于降低干扰；

（3）可以节省金属材料，占地少。

由上不难看出，采用联合接地方式可以有效抑制外部高压输电线路的干扰。

1.5接地系统

接地系统分为TT系统、TN（TN-C、TN-S、TN-C-S）系统、IT系统。

1.5.1TT系统

TT方式指的是电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为TT系统，也称保护接地系统。

1.5.2TN系统

TN系统时指电源系统有一点（中性点）直接接地，负载设备的外露可导电部分通过保护线连接到此点的低压配电系统，称为另保护系统。

TN方式供电系统中，根据其保护线PE是否与工作零线N分开又划分为TN-C-S、TN-S、TN-C系统。

1.5.3TN-C系统

保护线PE和工作零线N合为一根PEN线，所有负载设备的外露可导电部分均与PEN线相连的一种形式（只使用于三相负载基本平衡情况）。

1.5.4TN-S系统

TN-S是一种把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统。

TN-S安全可靠，在民用建筑和工业等低压供电系统使用计较普遍。

TN-S系统

1.5.5TN-C-S系统

前端为TN-C系统，后端为TN-S系统。

TN-C-S系统在带独立变压

器的生活小区中采用比较普遍。

1.5.6IT系统

IT系统电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地，负载侧电气设备进行接地保护。

IT系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高，安全性好。

一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格连续供电的场所，例如电力、炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。

第二章接地电阻

接地电阻是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。

接地电阻值体现电气装置与“地”接触的良好程度和反映接地网的规模。

2.1概念

引入接地技术最初的目的是预防电子或电力等设备遭受雷击而采用的保护性方法，把雷电产生的雷击电流经过器引入到大地是其主要目的，因而起到的作用是保护建筑物。

并且，接地也是一种保护人身安全的有效措施，当某些因素导致相线和设备外壳接触时，设备的外壳将会有一定几率产生危险电压，从而产生的电流就会经过保护地线到大地，因此起到的作用是人身安全保护。

接地电阻是用来衡量接地状态是否良好的一个重要参数，是电流通过接地装置流入地下再经过大地流向另一个接地体或向四周扩散所遇到的电阻，它包括接了接地体本身与地线的电阻、大地的电阻和接地体两者的接触电阻，和接地体到无限远处的大地电阻或两接地体之间大地的电阻。

接地电阻大小很直观的体现了“地”和电气装置两者接触的良好程度，间接反映了接地网的规模大小。

接地电阻的概念只适用于小型接地网；随着接地网占地面积的加大以及土壤电阻率的降低，接地阻抗中感性分量的作用越来越大，大型地网应采用接地阻抗设计。

对于高压和超高压变电所来说，应当用“接地阻抗”的概念取代“接地电阻”。

2.2测量方法

接地电阻的影响因素有如下几种：

接地极的数量、形状、大小、埋设深度、土壤湿度、周围地理环境、质地等。

为了达到保证设备的良好接地的效果，对接地电阻使用仪表进行测量是必不可缺的。

2.2.1各类接地电阻测试值的要求

不同国家和地区的技术标准对接地电阻的要求不同，我国有关规范要求如下：

a.防雷保护地的接地电阻不应大于10Ω；

b.交流工作接地，接地电阻不应大于4Ω；

c.安全工作接地，接地电阻不应大于4Ω；

d.对屏蔽系统而言如果使用联合接地的方式时，接地电阻应小于或等于1Ω。

通常防雷接地的接地电阻是10Ω，弱电设备要求的感应防雷是4Ω或1Ω的接地电阻。

但我们一般存在一个盲区，认为到10Ω、4Ω或1Ω是达到了设计要求的接地电阻值，却没有考虑到季节因素的影响。

由于土壤电阻率是随着季节变化而变化的，接地电阻的最大许可值实际是规范所要求的接地电阻，为了达到这个目标，地网的接地电阻要求应达到：

R=Rmax/ω

式中Rmax--接地电阻的最大值，也就是我们所说的接地电阻阻值为10Ω、4Ω或1Ω。

ω--是季节因素，根据工程性质、季节、地区取值，1.45为常用值，所以，我们所说的接地电阻是

R=6.9Ω（Rmax=10Ω），R=2.75Ω（Rmax=4Ω），R=0.65Ω（Rmax=1Ω）

这样，才是合乎规范要求的接地网，在土壤电阻率最高的时候也达到规范要求。

2.2.2接地电阻测试

1、我们以ZC-8型接地电阻测试仪来说明接地电阻的测量方法，ZC-8型接地电阻测试仪适用于测量各种电气设备，避雷针，电力系统等接地装置的电阻值。

本仪表工作由手摇发电机、电流互感器、滑线电阻及检流计等组成，全部机构装在塑料壳内，外有皮壳便于携带。

附件有辅助探棒导线等，装于附件袋内。

2、使用前检查测试仪是否完整，测试仪包括如下器件：

（1）一台ZC-8型接地电阻测试仪

（2）二根辅助接地棒

（3）导线各一根5m、20m、40m

3、使用与操作

（1）测量接地电阻值时接线方式的相关规定

仪表上的E端钮接5m导线，P端钮接20m线，C端钮接40m线，导线的另一端分别接被测物接地极Eˊ，电位探棒Pˊ和电流探棒Cˊ，且Eˊ、Pˊ、Cˊ应保持直线，其间距为20m

1.1测量大于等于1Ω接地电阻时接线图见图1将仪表上2个E端钮连结在一起。

接地电阻大于1Ω的测量方法（图1）

1.2测量小于1Ω接地电阻时接线图见图2

将仪表上2个E端钮导线分别连接到被测接地体上，以消除测量时连接导线电阻对测量结果引入的附加误差。

接地电阻小于1Ω的测量方法（图2）

2.3接地装置电阻的组成

接地电阻的大小直接影响接地功能的实现，在实际施工工程中，我们应该把接地电阻尽量降到最低，由此我们先来分析接地装置电阻的组成，以便找出降低接地电阻的措施，接地装置的电阻由下列四部分组成：

a.接地体与接入点之间的连线电阻

b.接地体自己的电阻

C.土壤和接地体的接触电阻

d.当电流经过大地后，大地的电阻其中第四相是主要的部分，当电流从接地体流向大地并向四周扩散时，离接地体越近，则电流密度越大，电流梯度越大。

2.4降低接地电阻的技术措施

（1）更换土壤。

这种方法是使用较低电阻率的土壤更换本来比较高电阻率的土壤，接地体四围0.5m以内是其更换范围。

可是这种取土更换措施非常耗费工时和人力。

（2）人工处理土壤。

在接地体四围土壤中加入化学添加剂，比如石灰电石渣、氮肥渣、炉灰、木炭、食盐等，增加接地体四围土壤的导电性能。

这种措施虽然效果明显且工程造价较低，可是被人工处理过的土壤，会削减接地的热稳定性能、降低接地体的使用寿命、加快接地体的腐蚀。

所以，一般是在逼不得已的情况下才会建议使用。

（3）深埋接地极。

当地表以下的水或土壤的电阻率比较低时，可使用深埋接地极来降低接地电阻值措施。

对含砂土壤最有效果的是深埋接地极的措施，这种措施可以不用考虑干枯和土壤冻结所增加的电阻系数，可是造价高，土方量大，施工困难，在岩石地带难度大。

（4）多支外引式接地装置。

如接地装置四周有不冻及导电良好的河流湖泊，可以使用这个方法。

可是设计、安装的时候，一定要考虑到连接接地极干线自身电阻的负面影响，所以，外引式接地极长度一般不宜超过100m。

（5）采取伸长水平接地体。

结合工程实际运用，经过分析结果表明，一旦水平接地体长度增长时，增大了电感的影响，从而增加了冲击系数，到达一定长度的接地体，再增长其长度，冲击接地电阻也不再下降。

第三章接地材料的应用

3.1接地材料

3.1.1降阻剂

降阻剂可划分为物理型降阻剂和化学型降阻剂。

自发现有腐蚀地网和污染水源的缺点后就不使用化学型降阻剂了，现在广泛运用于实践的是物理型降阻剂。

接地工程广泛使用的材料是物理降阻剂，物理降阻剂属于材料学中的不定性复合材料，依据使用环境的不同形成不同形状的包裹体，因此物理降阻剂运用范围广，物理降阻剂可以和接地体或接地环同时使用，包裹在接地体和接地环的四周，达到降低接触电阻的功效。

并且，降阻剂有可扩散成分，一定程度上可以改善周围土壤的导电性能。

现在较为先进的降阻剂都有一定的防腐蚀性能，可以大大增加地网的使用寿命，物理降阻剂有超过二十年的工程运用历史，经过不断的改善和试验，现在无论是施工工艺还是性能都已渐趋成熟。

3.1.2非金属接地体

在广电、通讯等部门非金属接地体有广泛的应用前景。

导电能力优越的非金属材料复合加工成非金属接地体，有机械压模成型和浇注成型两种加工方法。

正常来讲机械压模法，是使用设备在几到十几吨的压力下成型的，不但尺寸精度要求较高、有较好的外观，更重要的是材料结构致密、电化学性能好、抗大冲击电流能力强，质量也非常稳定，但是生产成本较高，批量生产多采用；浇注成型的产品结构比较松散、强度相对较低、导电性能很差，并且质量也不稳定，一些小型厂家少量生产使用这样的办法。

选型时，应该偏向前者，特别是接地体有抗大电流或大冲击电流的要求时，不应该采用浇注成型的非金属接地体。

非金属接地体是不受腐蚀的接地体，非金属股接地体的稳定性、环境适应性、使用寿命都是现有接地材料中最好的，不需要做定期的改造和维护。

非金属接地体施工需要的地网面积比传统接地面积小很多，但是，在不同地质条件下，也需要保证有足够的接地面积才可以达到很好的功效。

3.1.3离子接地系统

传统的金属接地改进成离子接地系统，从材料选用到工作原理都有巨大的变化，形成各种不同形状的结构。

结构部分采用防腐蚀性能更好的金属是这些接地系统的共同点，外面包裹这导点性能不算良好的不定性导电复合材料，一般称为外填料；内添加电解物质及其载体组成的内填料。

不锈钢、铜包钢和纯铜材接地系统是常用的金属材料。

与钢材相比不锈钢的防腐蚀性能较好，但是在埋地环境中肯定会有一定的锈蚀，不宜在腐蚀性严重的环境中使用的是以不锈钢为主体的接地系统。

通的表面经过处理是很好的抗锈蚀材料。

铜包钢是铜-钢复合材料，钢材表面覆盖一层铜，生产方法有电镀法和套管法，铜层表面的厚度从0.01mm到0.50mm，防腐效果越好表明厚度越厚。

防腐蚀性能最好的材料是纯铜材料，可是代价太高。

因为接地系统一般伸展向垂直方向，因此接地面积非常小小，能达到严重局限于地形的工程需要。

尤其是设计补偿类型的接地系统。

3.2接地材料应用

接地材料种类很多，广泛使用的有各种接地体、降阻剂、离子接地系统和金属材料等。

金属材料像扁钢，常常用铜材代替，主要用在建设接地环境，大多接地工程会选用扁钢。

接地体有金属接地体，此类接地体寿命比较短，接