电气系统中对接地电阻的要求和降低接地电阻的方法

crazy 发表于 2010-7-12 15:07:48

在电气、电子装备及通信工程中，有相当多的场合要用接地措施来保障设备的正常工作，以及维护人员和设备的安全。 所有接地体以及由接地体引到电气及电子设备上的连接导线统称为接地装置。 接地电阻是接地装置技术要求中最基本的技术指标。原则上要求接地装置的接地电阻越小越好。接地装置的电阻是以下几部分电阻之和：土壤电阻；土壤和接地体之间的接触电阻；接地体本身的电阻；接地体引线的电阻等。接地电阻主要由土壤电阻率及接地装置的结构来决定。
1. 接地电阻允许值的确定和具体要求
    1.1  系统及设备接地电阻允许值的确定
    限定接地装置的接地电阻，实际上就是限定了接触电压和跨步电压的高低。反过来说，从安全角度出发，已经限定了接触电压和跨步电压的高低，也就确定了接触电阻允许值的大小。
    部颁接地规程中规定，大接地短路电流系统的电力设备，其接地装置的接地电阻应符合公式的要求：r<=2000/id (ω)  (当id>4000a时，取r<=0.5ω)。
    式中，r指考虑季节影响的最大（工频）接地电阻（ω）；id为流经接地装置的最大单相稳态短路电流（a）。 中性点非直接接地的小接地短路电流系统的电力设备，接地电阻值应符合下述要求：
    （1）高压与低压电力设备共用的接地装置r<=120/ijd，（ω）
    （2）只用于高压电力设备的接地装置r<=250/ijd，（ω）
    式中，r指考虑季节影响的最大（工频）接地电阻（ω）；ijd为单相接地时的故障（电容）电流（a）。
    1.2  各类常用接地电阻的允许值
    为确保接地装置在运行中能发挥应有的作用，其接地电阻均应符合规程要求。对于各类常用的接地装置，其允许接地电阻值（ω）分别为：
    （1）电源容量100kva以上的变压器或发电机的工作接地，r<=4ω。
    （2）电源容量小于等于100kva的变压器或发电机的工作接地，r<=10ω。
    （3）100kva以及以下低压配电系统的零线重复接地，r<=10ω；当重复接地有3处以上时，r<30ω。
    （4）电气设备不带电金属部分的保护接地，r<=4ω；引入线装有25a以下熔断器的设备保护接地，r<=10ω。
    （5）低压线路杆塔的接地或低压进户线绝缘子脚的接地，r<=30ω。
    （6）变配电所母线上fz型阀型避雷器的接地，r<=4ω。
    （7）线路出线端fs型阀型避雷器的接地；管型避雷器的接地；独立避雷针接地（个别可取r<=30ω），工业电子设备（包括x光机）的保护接地，均为r<=10ω。
    （8）烟囱的防雷保护接地，r<=30ω （包括水塔或料仓的防雷接地均同此项要求）等。
2.降低接地电阻的常用方法
    在大地电阻率较大的砂质、岩盘等土壤中，为了满足低接地电阻的要求，常采用由多个接地体并联组成的接地网。但有时需要用的钢铁材料很多，而且接地面积甚大，欲达到所要求的接地电阻往往会有一定的困难。此时可设法降低接地体附近土壤的大地电阻率，也能够达到降低接地电阻的目的。
    2.1 利用低电阻系数的土壤（即换土法）
    利用粘土、泥炭、黑土及砂质粘土等代替原有较高电阻系数的土壤，必要时也可使用焦碳、木炭等。置换的范围是在接地体周围1~2米的范围内和近地面侧大于等于接地极长的1/3区域内。这样处理后，接地电阻可减小为原来的3/5左右。
    2.2 采用加食盐等人工处理法
    在接地体周围土壤中加入食盐、煤渣、炭末、炉灰、焦灰等，以提高土壤的导电率，其中最常用的是食盐，因食盐对于改善土壤电阻系数的效果较好，受季节性变动较小，且价格低廉。处理方法是，在每根接地体的周围挖直径为0.5~1.0米左右的坑，将食盐和土壤一层隔一层地依次填入坑内。通常食盐层的厚度为约1厘米，土壤的厚度大约为10厘米，每层盐都要用水湿润，一根管形接地体的耗盐量约为30~40千克；这种方法对于砂质土壤可把接地电阻降为原来的（1/6~1/8）左右，而砂质粘土中则可降为原来的（2/5~1/3）左右。如果再加入10千克左右的木炭，效果会更好。因木炭是固体导电体，不会被溶解、渗透和腐蚀，故其有效时间较长。对于扁钢、圆钢等平行接地体，采用上述方法处理也能得到较好的结果。但是，该法也有缺点，如对岩石及含石较多的土壤效果不大；降低了接地体的稳定性；会加速接地体的锈蚀；会因为盐的逐渐溶化流失而使接地电阻慢慢变大。所以在人工处理后2年左右即需进行一次处理。
    2.3 采用外引式接地
    尤其在山丘地区，当接地电阻值要求较小而原地又难以达到时，若附近不远处有水源或者电阻系数低的土壤，则可利用该处制作接地极或敷设水下接地网。然后再利用接地线（如扁钢带）引接过来作为外引式接地。但应注意，外引接地装置要避开人行通道，以防跨步电压触电；穿过公路时，外引线的埋深应大于等于0.8米。
    2.4 采用导电性混凝土
    在水泥中掺入碳质纤维来作为接地极使用。如在1立方米水泥中掺入约100千克的碳质纤维，制成半球状（直径为1米）的接地极。经测定，其工频接地电阻（与普通混凝土相比）通常可降低30%左右。此法常用于防雷接地装置。为了能够进一步降低冲击接地电阻值，还可以同时在导电性混凝土中埋入针状接地极，使放电电晕能够从针尖连续地波及碳质纤维，这对降低冲击接地电阻值有明显的作用。
    2.5 采用降阻剂的化学处理法
    用碳粉和生石灰等作为主要原料的阻降剂，因不含电介质，故能在土壤中长期使用，也不会因地下水而流失，所以能得到长期既无公害且又稳定的低接地电阻（约可比采用减阻剂处理土壤前降低1/2）。对于坚硬岩盘地带，采用埋设接地线和降阻剂并用的方法相当有效，其接地电阻比只埋接地线时约能降低40%。且此法只要在挖掘好并敷上接地线的沟内撒上粉状降阻剂或长效降阻剂，再将旧土壤回填就可取得良好的效果。
    bbxxa液体长效降阻剂属于高新技术产品。它由高分子材料、电介质和适量的水合成，粘度低，流动性大，渗透力强，凝固后与接地极成为一体并与土壤紧密连接，在地中形成树枝状导电胶体而产生“树枝效应”。经全国多处实际应用表明，它具有现场动土少、施工简单、占地小、省钢材、投资低、见效快、效果显著（可降阻40%~60%）等优点，运行中还耐冲击、耐腐蚀、性能稳定、寿命长（可达20年），既无毒无害，又不污染环境。实际使用情况表明，降阻效果理想。 本文共 2 页,第      页
    2.6 钻孔深埋法
    该法在国外早有报道，并在实际使用中取得了良好的效果。近年来，我国也已经开始采用这种降阻的新方法。此法所采用的垂直接地体长度，视地质条件一般为5~10米，再长时则效果不明显且给施工也带来困难。接地体通常采用φ20~75毫米的圆钢。不同直径的圆钢对接地电阻值的影响很小。该法适用于建筑物拥挤或敷设接地网的区域狭窄等场合。这些场合采用传统方法很难找到埋设接地极的适当位置，且安全距离无法保证。虽可通过在接地体上覆盖沥青绝缘层等措施来保证安全，但增加了施工工作量和装设成本。深埋法对含砂土壤最为有效，因其含砂层大都处在3米以内的表面层，而地层深处的土壤电阻系数较低。此外，该法也适用于多石的岩盘地区。
    在施工时，可采用φ50毫米及以上的小型人工螺旋钻或钻机打孔。在打出的孔穴中埋设φ20~75毫米圆钢接地体，再灌入碳粉浆（用碳纤维拌水浆）或泥浆。最后将同样处理的数个接地体并联，就成了完整的接地体。采用本法施工的接地体，受季节影响小，可获稳定的接地电阻值。同时由于深埋，也可使跨步电压显著减小，这对保障人身安全很有利。该法施工方便，成本不高，效果显著，势将达到推广和运用。
    2.7 灌注法
    在管形接地体的管壁上每隔一定距离钻上小孔，孔径约1厘米左右，每隔10~15厘米左右钻几个孔，然后将各管打入地中，再把食盐或硫酸铜等物品的饱和溶液灌入管内，让液体自动地通过管壁的小孔流入地中，从而达到降低接地电阻的目的。
    2.8 其他
    以上几种方法各有优缺点，换土法简单易行，但降低接地电阻效果较低，为达到预定的要求，往往要花费很多人力；用填加焦碳、木炭的方法也是可行的，但它的电阻率也要随含水量变化而变化，影响其稳定性；用填加化学物品（如食盐、硫酸铜等）的办法，对于降低接地电阻来讲效果较好，但由于这些物品逐年损耗，因而需要定期检查，及时补充或更换接地体，此外填加化学物品还会对金属接地体带来腐蚀。
    在瑞典是把两种或若干种溶于水的电解质分别放进土中，使之组成导电性能良好而不溶于水的诸化合物。其中有一种化合物（凝胶体）在较长时间内具有吸收和保持潮湿的能力。凝胶体是将浓缩硫酸铜溶液和浓缩碱性氰化亚铁盐溶液混合得到的无机化合物。在此情况下，得到不溶于水的亚铁氰化铜产物，它在一定条件下成均匀状态的水凝胶。水凝胶的电气性能和物理性质不会由于长期受水的作用而发生显著的改变。并且当温度在（—60?~60?c）范围内时是稳定的。
    前苏联用加硫酸钙的办法来改善土壤电阻率，1立方米土壤约需4~8千克。这种化合物不会引起金属腐蚀，并且对植物有利。当土壤用硫酸钙加工后，接地电阻可降为原来的1/10，改良土壤的作用可保持10~20年。
    对于冻结的土壤采用以上方法有时也不能达到要求。这时最好将接地体埋在经常有水分融化的土壤中，如建筑物的下面；或在冬天采用填泥炭或用6~12v电压使地内通过电流以保持接地体埋设点附近的土壤处于溶化状态。后一方法除不得已外一般不要采用，因需要消耗电能，增加维护费用。
    如接地体附近有导电良好的土壤及不冻的湖泊、河流和海洋时，一般来说，采用外引式接地是比较合理的。如接地体附近有导电良好的土壤，则外引式接地根据当地情况采用一排或回路式布置；如接地体附近为湖泊、河流和海洋，在水中设接地体较为经济、合理时，应采用扁钢成网格状沉于河底，如在海水或其他有腐蚀性的水中敷设时，扁钢还要镀锌，为了减少屏蔽作用，扁钢间的距离应为10~15米，扁钢网格的大小根据接地电阻的要求和水的电阻率决定；如必须在水底装设接体时，最好将接地体装在可能有河沙堆积的地方，因为河沙的电阻率一般只有180ω?m，它比水的电阻率小的多。
    对于必须装外引式接地的电气设备与外引式接地装置至少要有两处连接，连接线一般采用扁钢，在特别容易锈蚀的地区，则采用裸铜线，以免锈蚀。如在一个地区内采用外引式接地的设备较多，可根据经济比较，决定采用共同的外引式接地或采用单独的外引式接地，然后再将这些设备与外引式接地装置连接起来。
    上所述各种降低接地电阻的方法各有优缺点，我们应结合国内各地区具体情况进一步探索更好的方法。在实际应用过程中，一方面要求施工简便易行；另一方面还要求稳定的接地电阻降低的效果，以便达到降低接地电阻的目的。    本文共 2 页,第      页本文的真实发布时间与本贴发布时间可能不一致，请留意！：

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