第七章接地.ppt

1、,第七章 避雷接地,1、接地的分类,2、接地电阻、冲击接地电阻、土壤电阻率,3、降低接地电阻方法,4、土壤电阻率、接地电阻的测量方法,要求掌握的知识点：,4.1 概述,1、富兰克林1754年发明了避雷针，如图，其下端埋入地中，恰好相当于现在的所谓接地电极（接地体）。由于避雷针是把雷电的能量安全释放入地的设备, 它的接地体与大地稳妥连接这就产生了接地技术。,2、莫尔斯于1835年把接地技术用于有线电信系统。,3、随着社会科技的发展，现在把电力、通信、电脑、避雷等设备通过接地线与接地体连接起来的技术叫接地。,4、按接地系统属性分类,（1）电力网接地,（2）信号系统接地,（3）防静电接地,（4）避雷

2、接地,（1）工作接地：保证电路和设备正常和事故情况下可靠地工作而进行的接地。具体如大地作导线，电力网接地，电子设备及逻辑电路的零电位点。,5、按作用分类,（3）避雷接地：将雷击时所产生的雷电流通过埋在地下的导体向大地泄放，以避免雷电能量集中造成的各种破坏。实际上避雷接地仍要涉及工作接地和安全接地。,（2）安全接地：把故障情况下可能出现的危险（对地电压）的导电部分同大地紧密地连接在一起。具体如保护接地，防静电接地,在信息技术飞速发展的今天， 智能化大厦内有各种各样的电子设备,其间电力、电话、数据通讯的配线纵横交错，这必然发生电磁感应干扰（EMI）和电磁环境问题（EMC），为了防止这些干扰需要进行

3、接地连接。雷电流对电子设备的电磁干扰是不容质疑的。因此，接地技术从富兰克林现在仍然是防雷工作的重要内容。,安全接地保护原理,如图例，在三相三线制中性点不接地的电网中，假设设备没有进行接地 ，或者是图中A点断开，这时如果设备某相绝缘损坏或绝缘严重降低，该相便与机壳相碰形成一 个接地电流IE，这时当人 体与机壳接触后便形成这 样的回路，电流IE从电源 经人体和电源对地的绝缘 阻抗后回到电源。,设备外壳对地的电压可算出：,（1） 当Z正常时，也就是电网对地绝缘良好时，Z可以看作无限大，则设备外壳对地电阻很小，对人体不足以构成伤害。 （2）当Z不正常时，也就是电网对地绝缘遭破坏时，设备外壳对地电压则上

4、升到危险的程度并趋于电源电压，这样对人体是极其危险的。 （3） 如果进行了可靠的接地，并且接地电阻又很小，这个电阻对人体电阻是并联的，因为人体电阻远远大于接地电阻，那么当电网对地绝缘遭破坏时，或者是设备绝缘漏电时，设备外壳对地电压变到危险程度的过程中，流过接地电阻的电流很大，实际上是将设备外壳与大地零电位接到一起，而流过人体的电流由于并联电路的分 流作用，则使其很小不足构 成对人体的危害，而且将设 备外壳对地电压很快降至零 电位，使人体得到安全保障。,4.2 接地原理,1、大地的实际模型,大地是一个静电容量很大的导体，具有一定电阻率，无电流流过时，可视为等电位体（常规定为零电位）。,2、大地的

5、实际零电位,（1）散射电流：从埋在地下的导体强制注入电流，电流将通过大地作近似半球状散开。,（2）实际零电位：在离接地体较远半径 r 的位置电流密度已趋于零，则此半径位置对应电位可视为实际零电位，也称为电气上的“地”。 r 一般取约20米。,3、接地体对“地”的电位（以接地体为半埋在地下的球体为例）,ro为接地体的半径，Id为散射电流， 为均匀土壤电阻率（大地电阻率的变化范围很大，在接地工程中常常遇到电阻率有小于500m也有到大于5000m的地层）。,任意半径对“地”的电位,4.3 接地电阻,1、接地电阻,（1）接地电阻：指接地电流 I 流入接地电极，接地电极的电位就比接地电流流入前升高U，把

6、 U/I 定义为接地电极的接地电阻 。,（2）接地极：为达到与地连接的目的，一根或一组与土壤（大地）密切接触并提供与土壤（土壤）之间的电气连接的导体。如直接将与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建（构）筑物的基础金属管道和设备等作为接地极，这些接地极被称为自然接地极。如专门用作接地的金属线材、金属网等称为人工接地极。,2、接地电阻的三个组成要素： （1）接地线的电阻及接地电极自身的电阻。 （2）接地电极的表面及其与其接触的大地之间的接触电阻。 （3）电极周围大地的电阻，即散流电流在土壤中遇到的全部电阻，称散流电阻。 其中（3）是最重要的，由于接地体采用金属导体，自身电阻很小；而接触电

7、阻与接地体几何尺寸及施工方式有关，正常情况下电阻也很小；接地电阻的主要部分是包围电极的大地散流电阻。工程上常用散流电阻取代接地电阻。,3、工频接地电阻,指工作接地和安全接地时，土壤的散流电阻。,3、冲击接地电阻,（1）冲击接地电阻：避雷接地时，由于雷电流的波头陡度很大，会出现电感效应，接地火花效应，把冲击电位降的峰值Um与电流的峰值Im之比Um/Im ，称为冲击阻抗，工程上忽略相位差，也称为冲击电阻。,（2）接地体有效长度的规定：,对长波头（10us）,对短波头（0.25us）,有效长度平均值, 为均匀土壤电阻率。例 =100 m则有效长度为20 m。,4、冲击系数,冲击系数与接地体的几何尺寸

8、、雷电流的幅值和波形、以及土壤电阻率有关。,4.4 接地电阻的计算,4.4.1接地电阻计算模型,1、接地体为半埋在地下的球体接地电阻,ro为接地体的半径， 为均匀土壤电阻率,工程上常用冲击换算系数,2、接地体为深埋在地下的球体接地电阻,接地电阻随深度增加而减少。当 h ro时，相当于两个半埋在地下的球体接地电阻的并联。,影响接地电阻的最重要因素是接地电极周围大地的电阻率，次要因子是接地电极的形状和尺寸，当其形状和尺寸确定后，电极的接地电阻可用下式表示：,3、接地电阻的一般式,R = f,f 为接地电阻的形状、尺寸、埋设深浅因子。,不同接地体，不同埋地深度，具体计算的公式见教材表。,说明： （1

9、）电极周围的大地至无限远方的电阻率是一定的。 （2）接地电阻与大地电阻率成正比，即在同一形状、同一尺寸的电极，大地电阻率越低，接地电阻就越小。 (3) 在电极形状不能确定时，函数 f 不能确定，R也不能确定。,（1）圆钢,4.4.2 常见人工接地体的接地电阻,1、单根垂直接地体,（2）钢管,（3）扁钢,（4）等边角钢,（5）不等边角钢,各式中：L为垂直接地体的长度（m），h为埋设接地体上端到地面的深度（m）， 为土壤电阻率，d为圆钢或钢管直径（m），b为扁钢或角钢的边长（m），b1为不等边角钢的另一边长（m）。,说明：接地电阻随接地体的长度增加而下降，但超过 3m后，下降就不明显。实际工程中常

10、用接地体长度：1.5m、2m、2.5m三种。普通地区用2m，土质较松地的地区用2.5m。,2、多根垂直接地体,（1）多根垂直接地体的屏蔽效应：指电流从一接地体流出时，将会受到其它接地体的制约，影响电流散流，即相当于加大各单一接地体的电阻。,（2）等效总电阻,R为单一垂直接地体的电阻，n为单一垂直接地体的根数， 为单一垂直接地体的利用系数。,3、复合接地体,在多根垂直接地体的基础上，再用多根水平接地体互相连接组成的接地体，也称地网。小于10000m称中小型地网（垂直接地体占主导）；大于10000m称大型地网（水平接地体占主导）。,（1）垂直接地体占主导的接地电阻,R1为单一垂直接地体的电阻，n为

11、单一垂直接地体的根数， 1为单一垂直接地体的利用系数， 2为水平连接带的利用系数， R2为水平连接带的电阻。,工程近似计算接地电阻,（2）水平接地体占主导的接地电阻,L为垂直接地体和水平接地体的长度总和，h为水平接地体埋设的深度， 为土壤电阻率，d为水平接地体的直径，S为地网的总面积。,说明：在土壤电阻率相同情况下，接地电阻主要取决于地网的面积S，增大面积是减小接地电阻的主要途径。而公式中的第二项对接地电阻的影响较小，一般仅占8%。,4.4.3 自然接地体的接地电阻,指已敷设于地下的金属水管，非可燃的输液、输气管，建筑物的地下金属结构作为接地体。,例钢筋混凝土电杆的接地电阻,H为电杆埋设的深度

12、， 为土壤电阻率，D为电杆埋地部分的直径。,现在防雷接地基本上不采用自然接地体。,4.4.4 冲击接地电阻的计算,1、冲击系数与接地体几何尺寸和土壤电阻率的关系,工程上常用冲击换算系数,2、单一接地体的冲击接地电阻,3、辐射形水平接地网的总的冲击接地电阻,Rchf为单一射线的冲击接地电阻，n为射线的根数，A为辐射形水平接地网的冲击换算系数。,R为工频接地电阻，A为冲击换算系数。,4、两根平行圆钢或扁钢组成的接地体的冲击接地电阻,Rchb为一根圆钢或扁钢的冲击接地电阻，h为埋地深度，A为冲击换算系数。,4、由圆钢或扁钢连接在一起的多根垂直接地体的地网的总冲击接地电阻,Rchb为水平连接圆钢或扁钢

13、的冲击接地电阻，Rchg为一根垂直接地体的冲击接地电阻，h为垂直接地体的根数，A为冲击换算系数。,4.5 土壤电阻率及其测量,4.5.1 大地（土壤）电阻率 电阻率是物质的基本属性，它非常明确地表征物质的导电性能。物质的电阻率是该物质单位立方体的电阻，用表示，单位为（m）。,1、土壤的电阻率变化范围,大地电阻率的变化范围很大，在接地工程中常常遇到电阻率小于500m到大于5000m的地层。,（1）常温下各种物质电阻率的排位比较,铜和土壤之间有10G的距离。,（2）常见地下物质的电阻率参考值,（1）完全干燥土地，不导电，它是绝缘物，但是，自然界的土地很少完全是干燥的，一定会有一定含量的水分。在自然

14、界的岩石、矿石及土壤中，或多或少地含有溶解盐的间隙水，电解溶液的性质及浓度，具有离子导电性能。因此，岩石、矿石、土壤的电阻率受到其中含水量的影响。一般含水量大的岩石和土壤电阻率较低，而含水量少的干燥岩石和土壤的电阻率则较高。,2、大地电阻率与地中所含水分的关系,（2）岩石含水量的大小主要取决于岩石和土壤本身的空隙度及当地水文地质条件。若在地下水位面以下，岩石、土壤孔隙中几乎充满了地下水，此时岩石含水量便等于岩石孔隙度。,几种岩石的孔隙度的测定值。,若处于地下水位以上的岩石，通常也不是完全干燥的。因为大气中的水分通过降雨渗入地下，在渗透过程中由于岩石颗粒对水的吸收作用，岩石孔隙中能保持一部分水。

15、一般孔隙直径愈小，吸水性,愈强，岩石的含水量便越大，则电阻率低。,3、土壤、岩石电阻率与温度的关系,对土壤和岩石来说，土壤、岩石的温度及环境温度对其也有较大的影响。由表中可以看到温度从20 -15的变化。同一土壤电阻率随温度可增加459倍。,图6-12为一块砂岩样本的电阻率随温度变化的实验观测曲线。,总的来说，自然界土壤、岩石的电阻率因受含水、温度等各种各样的因素支配，而且在不断变化；另外也受天气、季节、环境等的变化的影响，一般是夏季低，冬季高。因此，工程上以实测值o乘以季节换算系数进行修正，即,常见季节换算系数见教材表4.16,5、土壤的电阻率的经验公式,（1）当 P 0，则 说明完全干燥的

16、土壤电阻率很大。,讨论：,土壤电阻率完全由水质决定。,4.5.1 大地（土壤）电阻率的测量,1、钻芯取样法,实地钻取多点泥芯，分别将被测物做成横截面积为S，长度为L的几何体，夹在两电极之间，并通以电流，分别用电流表、电压表测出回路中的电流I和电极两端的电压U，则电极间物质的电阻率为,电阻率一般可采用如图所示的方法来测量。,然后求平均电阻率，即,2、四极测量法,将四根大小相同的接地体（ 20的圆钢），在一条直线上按等间距a打入地下（要求 h a/20），外侧两个电极（接地体C1、C2）接交流或直流电源并串接一电流表，内侧两个电极（接地体P1、P2）接电压表。,等效电路,则电阻率,对均匀电阻率的土

17、壤，测量结果,与间距a无关；对不均匀电阻率的土壤，则与间距a有关。此时，应尽量加大间距a。 a常取2.5m，5m，10m，20m，40m。,4.6 高阻率土壤的改造,指土壤电阻率较大，达不到接地电阻要求，应对土壤进行降阻改造。具体方法,1、深埋法,适用于接地电阻随接地体埋在地下的深度增加而减小的土层，如含砂土壤区 。不足点就是施工较麻烦。,2、深井接地法,使用钻机钻孔，将钢管埋入井内后，再向管内和井内注入泥浆后。 适用于深埋法都达不到接地电阻要求的土壤，由于避雷接地体受有效长度限制，一般不用此法作避雷接地。,3、外引接地法,利用接地装置附近有导电良好（电阻率较小）的土壤，采用外引接地。,避雷外

18、引接地由于雷电流的电感效应，即有效长度必须满足如下规定, 为均匀土壤电阻率，t为雷电流的波头时间。,4、污水引入法,利用钢管作为接地体，在钢管中每隔20cm钻以小孔，将无腐蚀的污水引至土壤中达到降低土壤电阻率。,5、置换土壤法,利用电阻率较低的土壤置换高电阻率的土壤。置换至少应满足在接地体周围0.5米以内及接地体长度的三分之一的范围。如条件允许，接地体的土壤最好全部置换。,6、人工处理法,在接地体周围的土壤中加入煤渣、木炭、炉渣、碳黑以及盐类等，达到降低土壤电阻率。选用材料应满足如下要求：电阻率低、不易流失、性能稳定、易于吸收和保持水分，无强烈腐蚀、经济合理。,由于上述条件很难兼顾，只要能用其

19、它方法达到降低接地电阻时，一般不采用人工处理法。,7、降阻剂法,（2）降阻剂的主要特性：极低电阻率（可达零点几欧姆米）、较强渗透性、良好吸水保湿性。,（1）将降阻剂裹在接地体周围（厚度约25cm），由于降阻剂向接地体周围土壤的渗透，使接地体周围土壤形成一个低电阻率区域。,（3）降阻剂的种类分物理和化学两类。物理类性能稳定，无腐蚀，但电阻率稍大；而化学类有腐蚀，难做到长效稳定，但电阻率低。,（4）适用于高电阻率地区，特别是接地体较小的地网。,4.7 避雷接地装置的设计,4.7.1 接地电阻极限值的确定,1、确定允许最大接地电阻,接地电阻极限值的确定，要从实际和经济上考虑。一般范围530欧姆，在土

20、壤电阻率高的山区可接近上限30欧姆。,4.7.2 接地体的选择,1、常用接地体材料,（1）铜：电阻率低，但易电解腐蚀。,（2）镀锌的钢材：抗腐蚀性好。,（3）石墨：寿命长。,2、接地体的尺寸,考虑电腐蚀，设计接地体时应加大尺寸，如表,3、接地体埋深,（1）垂直不小于0.7m,（2）水平不小于0.7m ，且末端再下弯0.5m。,4.7.3 引下线的选择,1、引下线材料,（1）镀锌的钢材：常用,（2）铜、铝：特殊情况下选用,2、引下线的尺寸,3、引下线的安装：每隔1.5米用卡钉或支架固定；地面上1.7米及地下0.3米范围应采用角钢保护；尽量减少弯曲（避免直角或锐角）且最短路径。,4.7.4 接地电

21、阻的测量,1、测试时间：,选择在夏季土壤最干燥或冬季冰冻期间,2、测试方法：,目前主要用地阻测量仪，自带交流电源，能直接给出欧姆值的测量结果，特别适用于野外测量。,（1）测量单一接地体时（如图），要敷设两组辅助地极，即电压极P和电流极A，T是被测接地装置。 T-P的距离是T-A的62%，工程上T-P的距离取25米， T-A的距离取40米。,TERR234E 电阻测试仪,ZC-8电阻测试仪,说明：土壤不均匀对测量结果的影响，,均匀土壤接地电阻与T- A的距离的大小无关。,不均匀且土壤下层电阻率较低的接地电阻与T- A的距离增加而减小,不均匀且土壤下层电阻率较高的接地电阻与T- A的距离增加而增加

22、,（2）测量接地体为尺寸较大的地网时（如图）,两组辅助地极不能打在地网内，电流极到地网中心的距离d为地网最大对角线长度D的45倍，而电压极到地网中心,的距离分别为0.5D、0.6 D 、0.7 D处，三次测得电阻为R1、 R2、 R3 ，则接地电阻,R0 = 2.16R1 -1.9R2 + 0.73R3,说明：如电流极到地网中心的距离d 达不到地网最大对角线长度D的45倍，但均匀土壤不能低于2倍，不均匀土壤不能低于3倍。,4.8 各种不同接地间的关系,4.8.1 建筑物各种接地的要求与目的,1、避雷接地：多引下线、多点接地、最短路径。,2、用电设备安全保护接地：交流电源系统的接地与配电系统有关，五种配电系统的接地方式比较如表，用电设备的输入端应安装电源避雷器。,低压配电系统的接地方式,1装置的电源; 2配电盘; 3总接地端或总接地连接带; 4、 4a、 F 电源避雷器; 5电涌保护器的接地连接，5a或5b; 6需要保护的设备; 7剩余电流保护器，可位于母线的上方或下方; RA本装置的接地电阻; RB供电系统的接地电阻。,L1,L2,L3,PE,N,N,1,R