接地基本知识-修改版

1、接地基本知识中铁电气化局集团第三电气试验室编第一节 接地基本概念一接地的定义接地的含义是为电路或系统提供一个参考的等电位点或面。接地的另一个含义从原理上看是为电流流入大地提供一条低电阻（或低阻抗）路径。从工程实用观点来看就是在线路或电气设备发生接地故障时为故障电流流回电源提供一条低电阻（或低阻抗）路径。在电力系统中接地通常指的是接大地即将电力系统或电气设备的某一金属部分经金属接地线连接到接地电极上，称为接地。电力系统中的接地，通常是指中性点或相线上某点的金属部分，而电气设备的接地通常情况下是指不带电的金属导体（一般为金属外壳或底座）。此外，不属于电气设备的导体即电气设备外的导体，例如，金属水管

2、、风管、输油管及建筑物的金属构件经金属接地线与接地电极相连接，也称为接地。接地的目的主要是防止人身触电伤亡、保证电力系统正常运行、保护输电线路和变配电设备以及用电设备绝缘免遭损坏；预防火灾、防止雷击损坏设备和防止静电放电的危害等。接地的作用主要是利用接地极把故障电流或雷电流快速自如地泄放进大地土壤中，以达到保护人身安全和电气设备安全的目的。接地按其作用可分为功能性接地和保护性接地两大类。1、功能性接地功能性接地可分为工作接地、逻辑接地、信号接地和屏蔽接地4种。2、保护性接地保护性接地可分为保护接地、防雷接地、防静电接地和防电腐蚀接地4种。二、接地四要素一般地说，电力系统中构成接地必须满足如下四

3、个条件：被接地体、接地线、接地电极和大地，如图2-1所示。被接地体、接地线、接地电极和大地构成接地四要素。 被接地体接地线大地 接地电极 图一 接地系统构成四要素第二节 施工工艺及材料选择接地网施工工艺正确与否是保证所设计的接地网能否达到最佳效果的关键环节。如果不重视接地网施工的各个环节，将会造成严重的后果。因为接地工程的效能是不能仅用测试来评估的，并且接地工程是隐蔽工程，当施工完成后存在的问题不一定能马上检测到，即使发现了问题，进行补救也是相当麻烦的，比如说其中的防腐细节。归纳起来造成事故的主要原因有如下几点。（1）在施工安装过程中没有按照设计的要求进行，而是根据现场工作的方便予以随便更改，

4、尤其对要求比较高的地方，若不按规定进行施工，则很容易发生事故。（2）在施工安装过程中虽然按照设计的要求进行，但不够严格，尤其是很多隐蔽工程，事后也不容易发现施工中的缺陷，这也是造成事故的原因之一。（3）有些简单的安装工作常由一些不懂电气的人员安装，比如家用电器的接地工作，如不注意则也容易造成事故。为了防止事故的发生，杜绝以上原因，在接地施工开始前，必须首先熟悉设计，对简单的安装工作也要熟悉相关规程，并严格按设计或规程进行施工。对隐蔽工程，安装完成后，必须先检查，然后再进行后续的混凝土浇灌等工作，以免在土建完成后无法再检查或发现问题时会付出更大的代价。使用非金属接地块时，应尽量选择合适的土层进行

5、埋设，预先开挖8-10cm的土坑（平埋），底部尽量平整，使埋设的接地块受力均匀。接地块水平设置时，先用连接导线将连接头与接地网连接在一起，用螺栓拧紧后进行热焊或热融接，焊接完成以后应去除焊渣等，再用防腐沥青或防锈漆进行焊接表面的防锈处理。回填时需要分层夯实，保证土壤密实以及接地块与土壤紧密的接触。底部回填40-50cm后，应适量加水，保证土壤湿润，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。 接地用的钢材一般可用50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm的角钢， 40mm×5mm或40mm×4mm的

6、扁钢，50mm、壁厚大于3mm的钢管。角钢对角线长的约 为70mm，短的约是566mm。若包裹厚度为30mm，则地网开挖直径应为130mm。 对于水平扁钢来说，由于地面开挖高低不平，而且扁钢本身弯曲不直，在施工中很多部位刚好被降阻剂盖住，这样，钢材实际上处在两种介质的交界处，会大大加快其腐蚀的程度，因此地网开挖尺寸也应该加大。 对于垂直浇灌的降阻剂，直径以130200mm为好，水平沟以150mm×100mm为好 (扁钢竖放)。这样做的结果是开挖工程量和降阻剂用量都会增加，但从整体降阻、防腐效果来看是合理的。离子接地系统的埋深一般为30004000mm，当接地体需要加长时，其相应的埋深

7、也应增加，有条件的可用钻机进行施工，孔径保证为100250mm(根据接地系统的形式进行选择)。施工中应保证导电体被辅料包裹密实，消除空隙和气泡。一、接地材料的选择接地材料是接地的工作主体，材料的选择至关重要。下面对常用接地材料的属性进行简单的介绍。使用广泛的接地工程材料有金属材料(常用的如扁钢)接地体、降阻剂和离子接地系统等。多数接地工程都会选用铜作为金属材料，主要用于接地环的建设。金属接地体(角钢、铜棒和铜板)的寿命较短，接地电阻上升快，接地网改造频繁(有些地方年年都需要改造)，维护费用较高。但是在传统金属接地体(极)基础上研制出来的特殊结构的接地体 (带电解质材料)的使用效果就比较好，一般

8、称之为离子接地系统。非金属接地体使用起来比较方便，几乎没有寿命的约束。为使接地电阻达到一定值的要求，在有些地方采用降阻剂不失为一种好办法。降阻剂分为化学降阻剂和物理降阻剂两种类型。化学降阻剂因其会污染水源和腐蚀地网，现在基本上已不再使用，现在广泛使用的是物理降阻剂(也称为长效降阻剂)。物理降阻剂属于材料学、中的不定性复合材料，可根据使用环境形成不同的形状和包裹体，使用范围广泛，可以和接地环或接地体同时运用，用来包裹在接地环或接地体周围，起到降低接触电阻的作用。另外，降阻剂含有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。现在较先进的降阻剂都具有一定的防腐能力，可以延长接地网的使用寿命。物理降阻剂在工

9、程上的运用已经有20多年的历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是施工工艺都已相当成熟。非金属接地体是在通信、广电等部门广泛使用的工程材料，由导电能力优越的非金属材料复合加工成型，加工方法有浇注成型和机械压模成型两种。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。机械压模成型是使用设备在几至十几吨的压力作用下将构件挤压成型。采用机械压模法生产的产品不仅尺寸精度较高、外观好看，更为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，但生产成本较高。批量生产时多采用这种方法。在选用时应尽量采用后者，特别是接地体有抗大电流或抗大冲击电流的要求(如电力工

10、作接地、防雷接地)时，不宜采用浇注成型非金属接地体。非金属接地体的特点是稳定性好，不会腐蚀，所以无需接地网的维护工作，也不需要定期的改造。非金属接地体施工所需要的接地网面积比传统接地面积要小很多，但在不同地质条件下也需要保证有足够的接地面积，这样才可能达到良好的接地效果。离子接地系统是由传统的金属接地系统改进而来的，其工作原理和材料的选用都有很大的变化，形成了各种形状的结构。这些接地系统的共同点是主体部分采用防腐性更好的金属，内部填充由电解质及其载体组件组成的内填料，外部包裹导电性能良好的不定性导电复合材料，一般称为外填材料。接地系统中已使用的金属材料有不锈钢、铜包钢和纯铜材。不锈钢的防腐性能

11、较钢材好，但埋在地下依然会或多或少地发生锈蚀，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。表面做过处理的铜是很好的抗锈蚀材料。铜包钢为铜一钢复合材料，钢材表面覆盖铜，可以节约大量的贵金属铜材。铜包钢多采用套管法或电镀法生产，表面铜层的厚度为001050mm，铜层越厚，防腐效果越好。纯铜材料防腐性能最好，但会消耗大量的贵金属铜，因此只在接地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，接地面积要求越来越小，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，辅以深井法施工，可以达到非常好的效果。第三节接地装置施工中铜管和铜排的焊接施工前要认真阅读设计图纸，根

12、据设计要求选用指定的焊接方式。施焊前将焊接处及周围污物清除干净并用钢刷打磨除去氧化物，所有焊点必须焊接牢固无虚焊。焊接方式一般有铜焊（氧气乙炔焰焊接）、氩弧焊、放热焊。铜焊就是利用氧气乙炔火焰将焊接用的铜焊条和要焊接的部位加热融化焊接在一起。氩弧焊要用专门的氩弧焊机，焊接时铜焊丝通过丝轮送进，导电嘴导电，在母材与焊丝之间产生电弧，使焊丝和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的。放热焊是利用一种反应性较强的金属（通常是铝）来还原另一种金属或金属氧化物（氧化铜），放热焊接时发生还原反应释放热量将待焊接部位融化焊接在一起。接地材料为铜排及铜管.铜排和铜管的焊接难度较大，要求焊接人员

13、要有中级以上焊接技术资质。放热焊接时，最好对焊接人员进行技术培训。 有的工地在进行焊接时反映焊接不上或者假焊，后来我们现场分析发现，焊接时由于铜管插在含水量很大的土壤里面散热很快，是造成焊接因难或假焊的原因。根据实际情况进行了焊接部位的焊前预热后，改善了焊接条件，焊接的质量明显得到提高。第四节工频接地电阻和冲击接地电阻根据接地所起的作用，接地电阻分为工频接地电阻和冲击接地电阻两类。1、工频接地电阻工频电流流过接地装置时所呈现的电阻称为工频接地电阻。通常指用于电气接地的接地装置的接地电阻。2、冲击接地电阻当有冲击电流，通过接地体注入大地时，土壤会被电离，此时求得的接地电阻为冲击接地电阻碍。通常指

14、用于防雷接地的接地装置的接地电阻。每个地铁站都在站台板的底部铺设一个大型地网，相应的设计图纸里设计依据列有接地装置工频特性参数的测量导则（DL475-92）一条，根据这个导则所测试的接地电阻碍就是接地装置的工频接地电阻。一般地当我们做电气设备的接地装置时，要检测它的工频接地电阻；做防雷设施的接地装置时就要检测它的冲击接地电阻。地铁站接地网图纸设计要求我们检测的就是工频接地电阻第五节 降低接地电阻的措施综合接地电阻理论以及根据技术设计、工程施工管理经验等，目前所采取的降低接地装置接地电阻的方法主要有以下几种。 1更换接地装置周围的土壤该方法是使用土壤电阻率较低的土壤（如黏土、黑土等）替换掉原有的

15、土壤电阻率较高的土壤。土壤置换范围为接地体周围05m以内和接地体所埋深度的13处。取土置换方法的缺点是人力和工时耗费都比较大。2对接地装置周围的土壤进行化学处理在接地体周围的土壤中加人一定量的化学物质，如食盐、木炭、炉灰、氮肥渣、石灰等，以提高接地体周围土壤的导电性，亦即降低土壤的电阻率。如采用食盐时，对不同的土壤其效果也是不同的，例如砂质黏土用食盐处理后，其土壤电阻率可减小为原来的1223，砂土的电阻率减小3534，砂的电阻率减小为原来的1829；对于多岩土壤，用：1 食盐溶液浸渍后，其导电率可增加70。采用这种方法的特点是，工程造价较低且效果明显，但土壤经人工处理后，会降低接地的热稳定性，

16、加快接地体的腐蚀程度，从而减少接地体的使用寿命。因此，一般而言，在万不得已的条件下才采用这种方法来降低接地装置的接地电阻。3深埋接地极如果地下较深处的土壤或水的电阻率较低时，可采用深埋接地极的方法来降低接地电阻。对含砂土壤采用此法效果尤为明显。据有关资料记载，在3m深处的土壤电阻率为100，4m深处为75，5m深处为60，6rn深处为60，6.5m深处为50，9m深处为20%。这种方法的特点是，可以不用考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻率，但施工困难，要挖的土方量大，造价也相对较高，在岩石地区更难实现。4采用多支外引式接地装置如果接地装置附近有导电良好的河流湖泊时，可考虑采用此法。但要注意在设计、

17、施工时，必须考虑到连接接地极干线（铜或钢）自身电阻所带来的影响，因此，外引式接地极长度不宜超过100m。5利用降阻剂降低接地电阻降阻剂是由几种化学物质配制而成的接地专用高新技术产品，包含具有导电性能良好的强电解质和水分。强电解质和水分被网状胶体包围着，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不会随地下水和雨水而流失，所以能长期保持良好的导电性能。降阻剂因具有较高的导电性、吸水性和保水性等特点而成为接地装置中实现降阻的首选产品。在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起增大接地体外形尺寸，扩大接地体的有效截面的作用，从而使接地体的有效散流面积增大，进而降低了接地电阻；此外，降阻剂因其膨胀特性会减小接

18、地体与土壤之间的接触电阻，最后，降阻剂的渗透性会改善接地体周围土壤的电阻率，会在接地体周围的土壤形成一个变化缓慢的低电阻区，因而能在一定程度上降低接地极的接地电阻。降阻剂用在小面积的集中接地、小型接地网时，其降阻效果最为显著，特别适合北方干旱地区和缺水的高山地区使用。6利用水和水接触的钢筋混凝土体作为流散介质充分利用水工建筑物（如水池等）和其他与水接触的混凝土内的钢筋等作为天然接地体也有助于降低接地体的接地电阻。在水下钢筋混凝土结构物内的许多钢筋网中，选择一些纵横交叉点加以焊接，再与接地网连接起来。如果利用水工建筑物作为自然接地体仍不能满足要求，或者利用水工建筑物作为自然接地体不太容易时，应优

19、先在就近的水中（河水、池水等）敷设外引人工接地装置（即水下接地网），接地装置应敷设在水流速不大的地方或静水中，并要压上一些大石块加以固定。7延长水平接地体结合接地工程的实际运用，分析的结果表明，当水平接地体长度增大时，电感的影响也会随之增大，从而使冲击系数增大。当接地体达到一定长度后，冲击接地电阻也不再随其长度的增加而下降。一般来说，水平接地体的有效长度不应超过100m接地体的有效长度要根据土壤电阻率来确定，见下表。不同土壤电阻率下水平接地体的有效长度土壤电阻率/·m50010002000水平接地体有效长度/m30-4045-5560-808引入污水为了降低接地体周围的土壤电阻率，可

20、将污水引到埋设接地体的地方。若接地体采用的是钢管，则可在钢管上每隔20cm的地方钻一个直径5mm的小孔，使污水渗入土壤中。9深井接地条件允许时还可采用深井接地。即用钻机钻孔（或勘探钻孔），把钢管接地极打入井孔内，再向钢管内和井内灌注泥浆。在确定降低高土壤电阻率地区接地电阻的具体措施时，应根据当地原有运行经验、气候状况、地形地貌的特点和土壤电阻率的高低等条件进行全面、综合的分析，再经过技术经济比较后来确定，因地制宜地选择合理的经济的方法。这样，既可保障线路、设备的正常运行，又可避免接地装置工程投资过高情况的发生。第六节 地网工频接地电阻工程实用测量法1测量原理接地装置的工频接地电阻的数值，等于接

21、地装置的对地电压与通过接地装置流入地中的工频电流的比值。接地装置的对地电压是指接地装置与地中电流场的实际零位区之间的电位差。图二是测量工频接图二 测量接地装置工频接地电阻的电极布置和电位分布示意图G-被测接地装置；P-测量用的电压极，C 测量用的电流极，D-被测接地装爱的最大对角线长度地电阻的电极布置和电位分布的示意图，图上点P是实际零电位区中的一点，实际零电位区是指沿被测接地装置与测量用的电流极C之间连接线方向上电位梯度接近于零的区域。实际零电位区范围的大小，与测量用的电流极离被测接地装置的距离dGc的大小、通过被测接地装置流入地中测试电流的大小及测量用的电压表的分辨率等因素有关。 用电压表

22、和电流表分别测量接地装置G与电压极P之间的电位差UG和通过接地装置流入地中的测试电流I，由UG和I得到接地装置的工频接地电阻为：接地装置接地电阻的工程竣工验收测量，中国电力行业标准DL 4751992接地装置工频特性参数的测量导则推荐的测量方法是三电极法（简称三极法）和四电极法（简称四极法）两种，其他测量方法仅供参考。2、测量工频接地电阻的三极法 三极法的三极是指图三所示的被测接地装置G、测量用的电压极P和电流极C。图中测量用的电流极C和电压极P离被测接地装置G边缘的距离为dGC（45）D和dGp=(0. 50.6)dGc, D为被测接地装置的最大对角线长度，点P可以认为是处在实际的零电位区内

23、。如果想较准确地找到实际零电位区，可以把电压极沿测量用电流极与被测接地装置之间的连接线方向移动二次，每次移动的距离约dGC的5%,图三 三极法的原理接线圈（D电极布透图；（D原理接线图喇测接地装受；P测量用的电压极，c：测鲎用的电流极；E溺童用的王频电源，PA交流电流表；PV交流电压表D被测接地装置的摄大对角线长度测量电压板P与接地装置G之间的电压。如果电压表的三次指示值的相对误差不超过5，则可以把中间位置作为测量用电压极的位置。把电压表和电流表的指示值UG和I代入RG=UG/I式中去，得到被测接地装置的工频接地电阻RG。当被测接地装置的面积较大而土壤电阻率不均匀时，为了得到较可信的测试结果，

24、建议把电流极离被测接地装置的距离增大，例如增大到10km，同时电压极离被测接地装置的距离也相应地增大。如果在测量工频接地电阻时，dGC取（45）D值有困难，那么当接地装置周围的土壤电阻率较均匀时，dGC可以取2D值，而dGP取D值，当接地装置周围的土壤电阻率不均匀时，dGc可以取3 D值，dGP取1.7 D值。如果接地装置周围的土壤电阻率较均匀，也可以用图四所示的三角形布置电极的方式测量工频电阻。当dGPdGC和30°时，测得的接地电阻按RG=UG/I式计算；当不满足上述条件时，被测接地装置的工频接地电阻值由下式决定其中:r为被测接地网的等效半球的半径，对于水平地网，等效半球半径可按式r=计算；A为水平地网的面积。图四 测量接地装置的工频接地电阻的三角形布置电极方式G被测接地装置；P测量用的电压极；C测量用的电流极；D被测接地装置的最大对角线长度对测量仪表和引线截面的要求为了保证按地电阻的测量精确度，要求电压表和电流表的准确度不低于1级，电压表的输人阻抗不小于100k，最好采用分辨率不大于1的数字电压表（满量程约50V）。测量引线的截面积，要求电压极引线的截面积不小于11.5mm2；电流极引线的截面积按测