电气接地系统技术要领

电气接地系统技术要领电气接地系统是保障电力设施安全运行和人身安全的关键技术措施，其设计与施工质量直接影响整个供电系统的可靠性。接地系统通过将电气设备的金属外壳、线路杆塔等导电部分与大地建立可靠的电气连接，形成低阻抗通路，确保故障电流能够迅速泄放入地，从而限制接触电压和跨步电压在安全范围内。一、接地系统基础原理与核心功能接地技术的核心在于构建设备与大地之间的等电位连接网络。当电气设备发生绝缘损坏导致外壳带电时，接地装置能够将故障电流迅速导入大地，触发保护装置动作切断电源。这一过程涉及复杂的电磁场分布和土壤电流传导机制，接地电阻值直接决定了故障电压的高低。①工作接地的作用机制。工作接地主要为电力系统提供稳定的电位参考点，在变压器中性点直接接地系统中，中性点接地电阻需控制在4欧姆以内。该接地方式能够维持相电压稳定，当发生单相接地故障时，故障电流可达数十至数百安培，接地装置必须在0.5秒内将故障电流导走，避免非故障相电压升高损坏绝缘。②保护接地的人身安全防护原理。保护接地将设备金属外壳电位钳制在地电位附近，当人体触及带电外壳时，流经人体的电流被限制在30毫安安全阈值以下。根据IEC标准，接触电压持续时间与电压值呈反比关系，当接触电压为50伏时，允许持续时间为5秒；电压升至100伏时，持续时间必须缩短至0.2秒以内。③防雷接地的能量泄放过程。雷电冲击电流幅值可达200千安，上升时间仅数微秒。接地装置需在纳秒级时间内将巨量电荷导入大地，要求冲击接地电阻不大于10欧姆。接地体周围的土壤在强冲击电流作用下会发生火花放电，有效接地半径暂时扩大，这一现象称为土壤电离效应，可使冲击接地电阻比工频接地电阻降低30%至50%。二、接地系统分类与技术特征根据功能差异，电气接地系统可分为五大类别，每类系统在设计参数、施工工艺和验收标准方面存在显著区别。①工作接地系统的技术规范。工作接地主要包括电力变压器中性点接地、电压互感器二次绕组接地等。对于10千伏配电系统，变压器中性点接地电阻不应大于4欧姆；当变压器容量不超过100千伏安时，接地电阻可放宽至10欧姆。接地装置应采用热镀锌扁钢，截面不小于40×4毫米，埋设深度在冻土层以下，通常不低于0.8米。②保护接地系统的实施要点。保护接地适用于不接地或经消弧线圈接地的低压系统。在TT系统中，设备接地电阻需满足RA×IΔn≤50伏的关系式，其中RA为接地电阻，IΔn为剩余电流动作保护器额定动作电流。对于固定式设备，接地电阻不宜超过100欧姆；手持式电动工具接地电阻必须控制在10欧姆以内。接地线应采用黄绿双色绝缘铜线，截面不小于2.5平方毫米。③防雷接地系统的特殊要求。防雷接地装置的冲击接地电阻应不大于10欧姆，接地体长度需根据土壤电阻率确定。在土壤电阻率为100欧姆·米的地区，单根水平接地体长度宜为20至30米；当土壤电阻率升至500欧姆·米时，长度需增至50至60米。接地体间距不应小于5米，避免屏蔽效应导致散流效率降低。④防静电接地的技术参数。防静电接地电阻值一般要求不大于100欧姆，对于爆炸危险场所，接地电阻应控制在10欧姆以下。接地连接线截面不小于6平方毫米，连接点接触电阻需定期检测，每年不少于两次。在油品储罐区，每座储罐应设置两处以上接地极，接地极间距不小于罐体直径的1.5倍。⑤屏蔽接地的实施标准。屏蔽接地主要用于抑制电磁干扰，接地电阻通常要求不大于4欧姆。屏蔽电缆的金属屏蔽层应在两端接地，当电缆长度超过100米时，需每隔50米增加一处接地连接。接地连接点应采用铜质压接端子，接触面积不小于50平方毫米，压接后需进行防腐处理。三、接地电阻设计与控制技术接地电阻是衡量接地装置性能的核心指标，其数值大小取决于土壤电阻率、接地体形状尺寸及埋设方式。设计阶段需精确计算，施工过程严格控制，确保最终阻值满足规范要求。①土壤电阻率测量与分层计算。土壤电阻率测量应采用四极法，电极间距a取接地装置设计埋设深度的1.5至2倍，测量间距从2米逐步增至30米，获取不同深度的电阻率数据。对于多层土壤结构，需采用二层或三层模型进行等效计算。当上层土壤厚度为h，电阻率为ρ1，下层电阻率为ρ2时，等效电阻率ρa=ρ1[1+4∑(K^n/(1+(2nh/a)^2)^(3/2))]，其中K=(ρ2-ρ1)/(ρ2+ρ1)，n为层数序号。②接地电阻理论计算。水平接地体接地电阻计算公式为R=ρ/(2πL)[ln(L^2/(hd))+A]，其中ρ为土壤电阻率，L为接地体长度，h为埋设深度，d为接地体直径，A为形状修正系数。对于长度为20米的扁钢接地体，在土壤电阻率100欧姆·米条件下，埋深0.8米时，理论接地电阻约为5.2欧姆。实际施工后需进行实测验证，允许偏差不超过设计值的10%。③降低接地电阻的工程措施。在高土壤电阻率地区，可采用换土法，将接地体周围0.5米范围内的土壤更换为低电阻率的粘土或导电混凝土，换土后接地电阻可降低40%至60%。采用降阻剂处理时，降阻剂用量按接地体长度的1.5至2倍计算，每米用量约30至50千克，施工时需将降阻剂与水按1:1比例混合搅拌后注入。深井接地技术适用于表层土壤电阻率高的场合，井深一般达到10至30米，井内填充低电阻率材料，单井可使接地电阻降低至10欧姆以下。④接地电阻季节性变化控制。土壤电阻率随季节变化幅度可达30%至50%，冻土期接地电阻可能升高2至3倍。为稳定接地电阻，接地体埋设深度必须在当地冻土层以下0.2米。在干旱地区，接地装置周围可设置渗水坑，定期补充水分保持土壤湿度。对于重要设施，可采用双层接地网，上层埋深0.5米，下层埋深1.2米，两层间距0.5米，通过垂直连接导体互联，可有效抑制季节变化影响。四、接地装置施工技术要点接地装置施工质量直接决定系统长期运行的可靠性，必须严格执行技术规范，控制每道工序质量。①接地体材料选型与防腐处理。水平接地体应采用热镀锌扁钢，厚度不小于4毫米，锌层重量不低于460克每平方米。在腐蚀性较强的土壤环境中，应选用铜覆钢材料，铜层厚度不小于0.25毫米，使用寿命可达40年以上。接地体连接严禁采用普通螺栓搭接，必须使用放热焊接或机械压接，焊接点截面积不小于导体截面的1.5倍，焊接后需进行100%外观检查和20%抽样剖切检验。②接地沟开挖与回填技术要求。接地沟开挖宽度应满足施工操作空间，一般不小于0.5米，沟底需平整夯实。接地体敷设应保持平直，遇障碍物时可弯曲，但弯曲半径不小于扁钢宽度的5倍。回填土应选用细粒土，分层夯实，每层厚度不大于0.3米，压实系数不低于0.9。禁止使用建筑垃圾、石块等作为回填材料，以免形成气隙增加接触电阻。③接地引上线安装工艺。接地引上线与水平接地网连接点应设置在地表以下0.3米处，连接后需设置机械保护套管，套管伸出地面0.2米。引上线与设备连接端子应采用铜铝过渡板，接触面需打磨平整并涂抹导电膏，螺栓紧固力矩应符合规范要求，M12螺栓紧固力矩为40至50牛·米。引上线在地面以上1.8米范围内应穿PVC保护管，防止机械损伤。④接地标识与防护设施。接地装置安装完成后，应在地面设置永久性标识，标明接地网走向和深度。在接地引上线出地点，需设置接地测试井，井内径不小于0.5米，深度0.8米，井盖应有明显接地符号。对于可能遭受机械损伤的区段，应增设角钢保护桩，桩间距2米，埋深0.5米。五、接地系统检测与维护规范定期检测与维护是确保接地系统持续有效的必要手段，必须建立完善的检测制度和技术档案。①接地电阻检测周期与方法。变电所接地网每年应在土壤最干燥的月份检测一次，车间电气设备接地装置每两年检测一次，防雷接地装置在雷雨季节前检测。检测应采用异频法，测试电流不小于3安培，频率在40至60赫兹之间，避免工频干扰。测试电极布置应采用直线法或夹角法，电流极与接地网边缘距离不小于接地网对角线长度的4倍，电压极位于电流极与接地网连线的0.5至0.7倍处。②接地导体完整性测试。采用直流电阻法测试接地导体连续性，测试电流不小于10安培，测量值不应大于初始值的1.2倍。对于环形接地网，应测试任意两点间的直流电阻，计算值与实测值偏差不超过10%。发现导体断裂或连接点松动时，应立即开挖检查并修复，修复后需重新测试验证。③接地装置腐蚀状况评估。运行超过10年的接地装置应进行开挖检查，抽查比例不少于20%。腐蚀速率在一般土壤中约为0.1至0.2毫米每年，在强腐蚀性土壤中可达0.5毫米每年。当剩余厚度小于原厚度的70%时，应进行局部更换。铜覆钢材料应检查铜层完整性，发现铜层破损处需进行补铜处理，补铜面积不小于破损面积的2倍。④维护记录与数据分析。每次检测应详细记录测试时间、环境条件、测试数据、仪器设备型号及校准信息。建立接地装置健康档案，绘制接地电阻年度变化曲线，当接地电阻年增长率超过10%时，应分析原因并采取降阻措施。对于重要设施，建议采用在线监测系统，实时采集接地电阻、土壤湿度等参数，实现状态预警。六、特殊环境接地技术要求在特殊地质条件和危险环境中，接地系统需采取针对性技术措施，满足特殊安全要求。①高土壤电阻率地区接地技术。当土壤电阻率超过1000欧姆·米时，常规水平接地网难以达到要求电阻值。可采用深井接地与水平接地网相结合的复合接地方式，深井深度30至50米，井内填充高效降阻剂，单井接地电阻可控制在5欧姆以内。在岩石地区，可采用钻孔爆破制裂技术，向裂隙压力灌注导电浆液，形成树根状接地体，可使接地电阻降低至目标值的60%以下。②腐蚀性环境接地材料选择。在沿海滩涂、化工污染区等强腐蚀性环境中，应优先选用纯铜或铜覆钢材料，避免使用镀锌钢材。接地体周围可填充牺牲阳极材料，如镁合金阳极，阳极消耗量每年约2至4千克每平方米，需定期更换。连接螺栓应采用不锈钢材质，并涂抹防腐油脂，螺栓紧固后需用防腐胶带缠绕密封。③爆炸危险场所接地特殊规定。在0区、1区、2区爆炸危险环境中，所有电气设备必须可靠接地，接地电阻不大于10欧姆。金属管道、储罐等设施应进行等电位连接，连接导线截面不小于16平方毫米。防静电接地装置应独立设置，与防雷接地装置间距不小于3米，防止雷电流反击。在装卸易燃易爆物料时，需采用专用接地夹，接触电阻不大于10欧姆，接地连接应在操作前完成，操作后拆除。④冻土地区接地施工措施。季节性冻土地区，接地体埋深必须超过最大冻土深度0.5米以上。可采用热棒技术维持接地体周围土壤温度，热棒蒸发段埋入接地体附近，冷凝段伸出地面，利用工质相变传热，将热量从深层土壤传至地表，防止接地体周围土壤冻结。在永久冻土区，接地体应埋设在融冻层以下，或采用化学融冻剂降低土壤冰点，确保全年有效接地。七、常见故障诊断与处理接地系统在长期运行中可能出现多种故障，及时准确的诊断与处理对保障系统安全至关重要。①接地电阻异常升高的原因分析。接地电阻突然增大通常由接地体腐蚀断裂、连接点松动或土壤干燥引起。诊断时首先检查测试方法是否正确，排除测试线接触不良、环境干扰等因素。确认测试无误后，采用分段测试法定位故障点，将接地网分为若干区段，分别测量各区段电阻，阻值异常区段即为故障范围。开挖检查后发现，约70%的故障为焊接点腐蚀断裂，30%为接地体本身腐蚀减薄。②接地网局部过热现象处理。运行中的接地网若存在局部过热，表明该部位通过较大电流，可能由接地短路或两点接地引起。红外热像仪检测可发现温度异常点，温度超过80摄氏度即视为严重缺陷。处理时需查明电流来源，消除多余接地点，对于必须保留的多点接地，应确保各接地点电位均衡，电位差不大于20伏。过热部位需进行补强处理，增加接地体截面或增设并联接地极。③接地体机械损伤修复。接地体在施工后期或土建施工中易被挖断，发现后应立即停运相关设备，进行临时接地保护。修复时采用同材质导体连接，搭接长度不小于扁钢宽度的2倍，焊接后需进行防腐处理。修复完成后，必须测试修复段导体电阻，确认连接可靠后方可恢复运行。对于重要设备，修复期间应设置临时接地极，接地电阻不大于10欧姆。④接地装置遭受雷击损坏判断。雷击后接地装置可能出现导体熔断、连接点烧蚀等损坏。检查时应重点查看引下线与接地网连接处，该处雷电流密度最大，最易受损。