大型变电站防雷接地中接地网的重要性.docx

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大型变电站防雷接地中接地网的重要性

大型变电站防雷接地中接地网的重要性

白银川熊增荣

摘要：

防雷工程是建设中施工难度最大也是最重要的一个分项，由于环境的不同接地网的设计也存在较大差异。

系统的接地工程主要由接地体、连接线组成接地网络，其中影响接地效果的几个因素有土壤电阻率、接地体的选择.接地材料的防腐和合理的布划接地网络。

关键词：

防雷工程接地网接地体接地网络

引言

接地网作为变电站交直流设备接地及防雷保护接地。

对系统的安全运行起着重要的作用。

由于接地网作为隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。

随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。

因此，接地问题越来越受到重视。

变电站接地网因其在安全中的重要地位，一次性建设、维护困难等特点在工程建设中受到重视。

另外，在设计及施工时也不易控制，这也是工程建设中的难点之一。

接地的概念

《美国国家电气法规》NEC第100节对“接地”一词定义如下：

电气回路或设备与大地，或与代替大地的导体之间的导电的连接,可以是有意的连接,也可以是无意的连接。

　　在配电回路或分支回路里，所有的回路和设备都通过导电连接来互相连通，从而减少它们之间的电位差，或将电位差限制到最小值。

　　在上述定义里，术语“地”是个关键。

接地的主要目的就是保证电气安全。

在电击防护和为接地故障电流提供返回电源通路方面接地是很重要的。

这两个问题都可将回路和地之间加以连接来解决。

　　通常将一接地棒打入地内就算与大地相连接了。

对于一个建筑物的配电系统，可在靠近电源进线处打一接地棒来接地。

　　将回路导线与地连接（Ground）或将设备接地（Grounding）可起到如下作用：

（1）提供设备与近处金属物体间的低阻抗连接，以减少人身电击危险；

（2）给接地故障电流提供返回电源的低阻抗通路，使熔断器或断路器得以动作；

　　（3）给雷电感应电流提供低阻抗的对地泄放通路；

（4）给静电电荷提供对地泄放通路，以防产生电火花或电弧。

地网简介

　　接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。

因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。

从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。

接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。

　　目前，国际国内防雷理论和工程界比较流行共用接地和等电位连接：

（1）共用接地就是把同一建筑物内的许多不同性质的接地装置如防雷地、电气安全接地、交流电源工作地、通信及计算机直流地统统地连接在一起，使之成为一个等电位体；

（2）等电位连接是把建筑物内及附近的所有金属物，如混凝土内的钢筋，自来水管、煤气管及其它金属管道、电力系统的零线等用电气连接的方法连接起来（焊接或者可靠的电气连接），使整座建筑物成为一个良好的等电位体。

当雷电来袭时，由于建筑物内部及其附近基本上做到等电位，因而不会发生建筑物内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。

　　由于采用了等电位连接，对建筑物接地电阻的要求可以放宽。

这一点对干旱、沙漠等土壤电阻率高的地区尤为重要。

　　所以，在地网设计时应遵循以下原则：

（1）尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网；

（2）尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形；

（3）应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。

影响接地效果的几个因素有：

（1）土壤电阻率和接地电阻；

（2）接地体的选择；（3）接地材料的防腐和合理的布划接地网络

土壤电阻率和接地电阻

　　地网的效果取决于地网与大地之间的电阻。

实践表明，土壤含水量增加时，电阻率急剧下降。

当土壤含水量增加到20～25%时,土壤电阻率将保持稳定。

土壤电阻率与土壤的结构（如黑土、粘土和沙土等）、土质的紧密度、湿度、温度等，以及土壤中含有可溶性的电解质有关。

影响土壤电阻率的最重要因素是湿度。

另外土壤电阻率也受温度的影响。

　　计算防雷接地装置时，应取雷雨季节中无雨水时最大的土壤电阻率，一般按下式计算：

　　ρ＝ρ0ф

　　R＝R0ф

　　式中：

　　ρ——土壤电阻率

　　ρ0——雨季中无雨时所测的的土壤电阻率

　　ф——考虑土壤干燥所取得季节系数

　　R——接地装置的接地电阻

　　接地电阻又称散流电阻，它与接地体的形状、尺寸、安装方法和土壤电阻率有关。

在一定范围内,接地体的长度越长,它的接地电阻越小。

工程上垂直接地体多选用1.5～3米，并常采用下式作为接地电阻的简易计算公式：

　　垂直式：

R＝0.3ρ

　　单根水平式：

R＝0.03ρ

式中ρ为土壤电阻率

接地体的选择

不同的行业，不同的地域使用的接地材料也不尽相同，目前市场上使用率最高的接地材料还是金属材料，主要有铜板、角钢和扁钢等；但是由于接地环境的不同和用户需求也不尽相同。

在有些环境和情况下是不适合使用金属接地材料的，例如在高腐蚀土壤中金属接地材料在很短的时间就被腐蚀而丧失接地的功能。

不同的接地材料有着不同的特点，根据其特点结合环境使用是接地工程前期应该考虑的问题。

接地材料的种类

　　1、金属接地材料

从80年代末到现在占领接地材料榜首的仍然是金属接地材料（这里主要指铜材和钢材），由于其具备良好的导电性和经济性是接地工程中最重要的材料之一，但是由于金属材料存在腐蚀问题，对接地电阻的影响也比较大，是安全生产中的一个大的隐患，我国接地网所用材料主要为碳钢。

接地网的腐蚀源于普通碳钢在腐蚀性土壤环境中的电化学腐蚀以及电网设备运行中的泄流电流造成的腐蚀。

腐蚀使接地网材料表面生成氧化物，截面积减小或甚至断裂，造成接地性能不良和热稳定性恶化，危及设备及人身安全。

２．非金属接地体。

非金属接地材料是目前行业里新生的一种金属接地体的　

替换产品，由于其特有的抗腐蚀性能和良好的导电性和较高的性价比被广大　

用户所接受。

目前非金属接地产品主要是以石墨为主要材料。

基本成分是导电　

能力优越的非金属材料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。

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，是不受腐蚀的接地体，所以，不需要地网维护，也不需要定期改造。

但是，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Ｆ也需要的保证足够接地面积才可以达到良好的效果。

３．降阻剂。

降阻剂分为化学降阻剂和物理降阻剂，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。

降阻剂的使用，应掌握其施　

工技术，以达到最佳的效果，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。

４．离子接地系统。

离子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、铜包钢和纯钢材的。

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　铜一钢复合材料，钢材表面覆盖铜，可以节约大量的贵金属——钢材。

套管法　

或电镀法生产，表面铜层的厚度从０.Ｏｌｍｍ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。

接地材料的防腐和合理的布划接地网络

随着对电力输变电系统的安全性要求的提高，对接地网的性能和安全运行的要求也越来越严格，对接地体材料的耐腐蚀性和热稳定性的要求也越来越高。

由于资源和经济等原因，我国接地网所用材料主要为碳钢。

接地网的腐蚀源于普通碳钢在腐蚀性土壤环境中的电化学腐蚀以及电网设备运行中的泄流电流造成的腐蚀。

腐蚀使接地网材料表面生成氧化物，截面积减小或甚至断裂，造成接地性能不良和热稳定性恶化，危及设备及人身安全。

因此缓解接地网金属材料腐蚀，保证接地网接地性能的稳定性，延长接地网使用寿命，是输变电系统安全生产上要解决的课题。

接地系统的施工

　　4.1埋设接地体的要求

　　埋设接地体的地点应选择在潮湿、土壤电阻率较低的地方，这样比较容易满足接地电阻要求。

从安全的角度考虑，应尽量放在人们走不到的地方，避免跨步电压的危害。

同时还应注意使接地体与金属物或电缆之间保持一定距离，以免发生击穿事故。

　　4.2接地电阻的测试

　　接地装置的电阻由下面四部分组成：

（1）接地体与接闪器间的连线电阻；

（2）接地体本身的电阻；

　　（3）接地体与土壤的接触电阻；

　　（4）当电流流入土壤后，土壤的电阻。

　　其中第四项为主要部分。

当电流从接地体流向土壤并向各方面扩散时，离接地体越近，则电流密度越大，电流梯度越大。

　　测量接地电阻的方法不一，但大致可分为：

（1）电流表－电压表法；

（2）接地电阻测量仪测量法；

　　（3）电流表电力表法；

　　（4）电桥法。

　　测量时应当注意：

（1）被测接地体、电压辅助地极、电流辅助地极之间的距离应符合相关要求；

（2）所用的连接线的截面积一般不小于1.5mm2，在应用各种专用仪器时，与被测接地体相联的导线电阻不应大于接地体接地电阻的3%。

各种引线应与地绝缘；?

（3）仪器的电压辅助地极引线与电流辅助地极引线之间的距离不应少于1m，以免自身发生干扰；（4）应反复在不同的方向测量3～4次，取其平均值。

结束语

把接地作好是很关键的一件事，这也是复杂的系统工程，在不同的条件下选用适合本地区的接地材料，在的限的的资金情况下，作好一个合格的地网不仅要考虑资金的因素更要考虑性能因素，比如使用金属材料的传统接地，在工程造价上可能不会太高的，但是它的使用寿命短，使用非金属接地体要比金属材料的传统接地高一些，但其使用寿命要比传统接地的寿命高出好几倍，根据其寿命传统接地平均每年造价不低于3-4千元，而非金属接地体根据其寿命平均每年造价不高于3-4百元，这还不包括因地网不合格改造的的工程费用，这些都是应该在选择接地材料时加以考虑的。

在现代随着微电子技术的迅猛发展，它对环境要求也越来越高，有一个很小的流涌就可以使设备损坏，人们对接地系统的重视程度也逐步提高，接地作的好与坏直接关系到设备能否正常运行，是否有安全隐患的大问题。

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