《接地系统》PPT课件.ppt

1、,3 接地系统,3.1 地和接地,3.1.1地的概念 所谓“地”，是指“大地的导电团，其电位在任何一点都等于零”。我国国家标准信息系统雷电防护术语的定义为“(1) 导电性的土壤，具有等电位，且任意点的电位可以看成零电位。(2)导电体，如土壤或钢船的外壳，作为电路的返回通道，或作为零电位参考点。(3) 电路中相对于地具有零电位的位置或部分。”,大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种“地”是“电气地”，并不等干“地理地”，但却包含在“地理地”之中。“电气地”的范围随着大地结构的组成和大地与带电

2、体接触的情况而定。,3.1.2接地的概念,接地被定义为“一种有意或非有意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的、某种较大的导电体。因此(a) 使连接到地的导体具有等于或近似于大地（或代替大地的导电体）的电位；(b) 引导入地电流流入和流出大地（或代替大地的导电体）。,最初，人们将地线作为工作地，莫尔斯电报、供电系统发明初期的负电、以及三相交流供电系统都将地线作为电回路的一部分（省了一根线），即“工作地”。后来，将发电机和电动机等电气设备的外壳接地以保证在电气设备外壳带电时人身安全，即“保护地”。在避雷针发明后，将避雷针接闪器引入的雷电泄放入地，出现了“防雷地”。,

3、3.1.3接地的作用,1）提供安全 a）防止因机壳内部偶然碰地时引起的电击（人身安全） b）防止雷电放电对设备和人身造成的危害（人身安全、设备安全） c）使继电保护设备动作，排除接地故障（人身安全） d）为电源故障电流提供返回路径（设备安全，电源中性线接地） e）防止设备静电荷的积累（设备安全）；,2）提供电位参考点： a）稳定电路的对地电位； b）为数据电路提供逻辑参考点（逻辑地） c）为防雷设备提供零电位参考点 3）利用大地为线路的一部分（工作接地） a）为电源电流（中性线）和故障电流提供返回途径；在电力系统中将其某一适当地点与大地连接，称为系统接地也称工作接地。（如变压器中性点接地、零线

4、重复接地等。） b）电台接地线是电路的一部分 c）直流电报回路（地线是电流返回途径）,4）为避雷针提供泄入大地的通路 5）电磁兼容 a）机壳、机架接地作为雷电和瞬态噪音的入地途径 b）为射频电流提供均匀和稳定的导体，降低和消除机架和机壳上的射频电位,3.1.4接地的目的,接地的主要目的有两个： 1）使连接到地的导体具有等于或近似于大地（或代替大地的导电体）的电位； 2）引导入地电流流入和流出大地或代替大地的导电体）。,3.2 接地装置,接地装置是接地线和接地极的总和。 接地极又叫接地体，接地体分为人工接地体和自然接地体。人工接地体按结构分有单个接地体、多个接地体、网状接地体和板状接地体等；按埋

5、设方式分有垂直接地体和水平敷设接地体（单一水平接地体、辐射状水平接地体）。,3.2.1接地体(极),与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地极或接地体。它又分自然接地体和人工接地体。,接地体分类,1）自然接地体:具有兼作接地功能的但不是为此目的而专门设置的各种金属构件、钢筋混凝土中的钢筋、埋地金属管道和设备等统称.(最典型的是混凝土基础中的钢筋，它兼有消散电流的作用) 2）人工接地体: 人为特意在土壤中埋设的有接地功能，可以泄放电流入地的物体（金属导体或石墨等固态物质）。,人工接地体按结构分有单个接地体、 多个接地体、 网状接地体和 板状接地体等； 按埋设方式分有 垂直接地体 和

6、水平敷设接地体（单一水平接地体、辐射状水平接地体）。,埋入大地以便与大地连接的导体或几个导体的组合称为接地极。接地极就是与大地充分接触，实现与大地连接的电极。 接地线和接地极的区别？ 地线是什么？,思考,3.2.2 接地装置的接地电阻,将金属球一半埋在地下，电流I从金属半球流向大地时，在大地上矩球心不同的半径上的各点就有不同的电位，如下图。随着与球心距离的增大，电位越来越低，理论上，当半球的半径为无穷大时，即无限远处的为零电位。,实际上，电流流过一段距离后，电流密度已经很小，它的电位梯度dv/dl 可以被认为为0。距半球圆心任意一点r的电阻为： R /（2r） 流散的半球形球面，在距接地体越近

7、的地方越小，越远的地方越大，半球形散开面积的半径与土壤电阻率有关（土壤电阻率越高，散流越慢，半径越大），与接地体流过的电流（如雷电流）的大小有关（电流越大，散流越慢，半径越大）。,1）接地电阻与土壤电阻率有关,2）棒状接地体的接地电阻,接地体与大地等电位，并等于零 。 实际上，土壤不是良导体，由 于土壤电阻的关系，土壤中有电 流时，土壤内会产生电流流动， 因此土壤两点间会有电位差，这 时地面不再是等电位体。土壤电 阻率为，土壤中电流密度为 J，土壤中的电场为E，则： EJ,当流入地中的电流I通过接地体向大地作半球形散开，在距接地体越近的地方电流密度越大，在距接地体越远的地方电流密度越小。这时接

8、地体的电位U和注入电流之比： RgU/I,3）电位等于零的地方称为“电气地”,所以在距接地体越近的地方电阻越大，而在距接地提越远的地方电阻越小。一般认为，土壤电阻率为100m ，雷电流为60kA时，在距单根接地体处 20m 以外的地方，呈半球形的球面已经很大，实际已没有什么电阻存在，不再有什么电压降。换句话说，该处的电位已近于零。 电位等于零的地方称为“电气地”,3.2.3土壤电阻率,r距半球圆心任意一点的距离，单位m； R该点的接地电阻，单位； 是土壤电阻率，它的定义是，每个边长为1m的正方体的土壤，两相对两面间测的电阻，单位是m。,土壤电阻率表,3.2.4 接地电阻值,电气设备接地部分的对

9、地电压与接地电流之比，称为接地装置的接地电阻。 1 ）接地电阻的组成： （1）接地线与接地极的自身电阻：由于它们为金属导体，因此这部分电阻一般只在总接地电阻的12。对于高频情况，由于要计及引线的电感所引起的感抗，此时的“电阻”会大些。,（2）接地极与土壤间的接触电阻：它的大小与接地极的形状，与土壤接触的松紧程度直接有关，其值可占总接地电阻的2060不等。 （3）电流经接地极流入土壤后的流散电阻，它的大小与接地极的形状、几何尺寸及土壤电阻率0有关。即：R0 f.。式中f为接地极的形状因子。对于接地电阻的技术一般就是指对流散电阻的计算。,接地极的流散电阻和接触电阻,流散电阻：接地极的对地电压与经接

10、地极流入地中的接地电流之比。 接地极与土壤的接触电阻：接地极与土壤接触时接触部分从呈现的电阻。,2）接地电阻 计算,（1） 水平棒状接地体的接地电阻： R(0/2L)ln(L2/hd) 式中：0自然土壤电阻率；L水平接地体的总长度；h水平接地体的埋没深度；d水平接地体的直径和等值直径。,（2）水平板正方接地体的接地电阻,R(0 /2L)ln(2L2/bh) 式中： 0自然土壤电阻率； b板的厚度； h水平接地体的埋没深度； L水平接地体的边长。 （3）环状接地体的接地电阻 R(0 /22D)ln(4D/r) (7) 式中：D环状圈的平均直径； R环棒的半径。,（4）网状接地体的接地电阻：,式中

11、： 土壤电阻率，m； S 接地网的总面积， m2； l 接地体长度（垂直于水平接地体总长），m； d 水平接地体直径或等效直径，m； h 水平接地体埋深，m。,（5）垂直接地体的接地电阻：,R(0/2L) ln(4L/d) 式中：L垂直接地体的长度；d垂直接地体的直径或等值直径。 垂直接地体可采用圆钢，钢管扁钢、角钢或不等边角钢。,（6） 建筑物基础接地体接地电阻的计算,1）垂直圆柱形混凝土钢筋接地体 在均匀土壤中，其接地电阻为： 式中：为土壤电阻率(.m)； 1为混凝土的电阻率(.m)； d1为钢筋的直径(m)； d为圆柱形混凝土体的直径(m)； l为圆柱形混凝土体或钢筋埋在地下的长度(m)

12、； k1和k2为钢筋或混凝土体的计算系数，它们分别按d/2l和d1 /2l从表4-11中查出。,表4-11 钢筋或混凝土体的计算系数,2) 水平矩形混凝土钢筋接地体的接地电阻为,式中：l为水平矩形混凝土的长度，若为闭合矩形时则为周长(m)； 为土壤电阻率(.m)； 1为混凝土的电阻率(.m)； h为混凝土体的埋深(m)； d1为混凝土体内钢筋的直径(m)； d为混凝土的等值直径，其值等于2(a+b)/，其中a、b分别为矩形截面的长短边之边长(m)； k3为矩形混凝土体的形状系数，其值如表4-12所示。,表4-12 水平矩形混凝土体的形状系数,3）平板形混凝土钢筋接地体的接地电阻,式中： H为基

13、础底层钢筋到混凝土基础表面的高度(m)； l为基础底层钢筋的长度(m)； D为基础底层钢筋到地面的深度(m)； w为基础底层钢筋的宽度(m)； 为土壤电阻率(.m)； 1为混凝土的电阻率(.m)；,3）多个接地体间的屏蔽作用,为了降低接地电阻，往往用多根的单一接地体以金属体并联连接而组成多个直接地体或接地体组。 下图是多个直接地体在土壤中的散流情况。 注意各接地体间的相互屏蔽作用,由于屏蔽作用，接地极组的流散电阻，并不等于各单一接地极流散电阻的并联值。此时，接地极组的流散电阻： Rd = Rd1(n) 式中：Rd1-单一接地极的流散电阻； n -单一接地极的根数； -接地极的利用系数，它与接地

14、极的形状、单一接地极的根数和位置有关。,3.2.5 工频接地电阻R与冲击接地电阻R1,接地电阻定义：RgU/I 接地体的电位U和注入电流之比 冲击接地电阻Ri的定义如下： RiUi /Ii 上式中Ui为冲击电压的幅值，Ii为冲击电流的幅值,1）冲击电阻的性质： 非常强大的雷电流冲击波，流过接地装置时电流密度很大，由于电流冲击特性而产生电感的影响，此时接地电阻称为冲击接地电阻简称“冲击电阻”。 流过接地装置电流密度增大，使土壤中的气隙、接地极与土壤间的气层等处发生火花放电现象，因此土壤的电阻率变小、土壤与接地极间的接触面积增大。结果，相当于加大接地极的尺寸，降低了冲击电阻值。所以，接地体的冲击电

15、阻值比我们通常测试的工频接地电阻要小。,2.2.3.2工频接地电阻R2与冲击接地电阻R1 的关系：,R2AR1 式中A为换算系数，它的取值与自然土壤电阻率0及接地装置的有效长度L1有关，可参照图5来查得A的大小，其值一般在13之间。作为近似计算，换算系数A与土壤的电阻率P0有如下的关系： 0100M A1 0500M A1.5 01000M A2.0 01000M A3,接地极的工频接地电阻比冲击接地电阻大,我们测试的接地体接地电阻是交流接地电阻，或者称“工频接地电阻”， 在雷电防护中我们关心的是“冲击接地电阻”，因为，雷电是一个冲击波。 一般测试出的接地极“冲击接地电阻”都比“工频接地电阻”

16、小，因此，“工频接地电阻”合格，“冲击接地电阻”绝对合格。 但对于“贯通地线不是”,3.2.6 降低接地电阻的措施,1）更换土壤：由垂直棒状接地体的计算公式R(0/2L) ln(4L/d)可知，接地体的接地电阻R与土壤电阻率成反比。 2）适当增加接地体长度和体积： 3）深埋接地体： 深埋到土壤电阻率较低的土壤中 (请看下页的说明) 4）物理降阻：在土壤中添加木炭，煤粉和碳黑粉等可以降低土壤电阻率和含养水分。 日本生产了一种马可尼降阻剂，将硷性的水泥和特制的微孔碳黑混合，使其为中性。 5）化学降阻：,但是，在化学降阻问世30多年中，发现 不管是胶体状、液体状还是干粉状、颗粒状，在使用中它们要半年

17、后才趋于稳定、在水分含养高的地方，化学降阻流失较快（因此，有厂家在研究长效降阻剂），不适应永久接地装置的需要、由于要减少降阻剂本身的电阻，一般在再降阻剂内加入了强电解质物质，强电解质本身大部分偏酸，对原接地体金属有腐蚀作用，降低了接地体的寿命。当然，人们也在不断研究开发克服上述缺点的化学降阻剂，也许有一天，化学降阻剂会得到广泛的应用。,5）外引接地法,外引接地的有效距离随土壤电阻率增大而加长。当外引接地长度超过这一距离时，对于泄放雷电流的作用极其有限。表4-18是不同土壤电阻率的外引接地体极限长度。,表4-18 不同土壤电阻率的外引接地体极限长度,3.3 电气电子设备的接地系统,电子设备的接地

18、系统是特指电子设备系统本身的接地系统。但是，由于目前共用接地系统被证明有许多优越性而的到广泛的应用，因此在研究电子设备接地系统是要谈到电子设备机房建筑物的接地。,3.3.1电子设备机房的建筑物的接地系统,1）接地的种类 防雷地： 机房建筑物的避雷针、避雷网、避雷带的地，以及为SPD的地 a)交流电源工作地（交流电源中性地线） b)设备安全保护地（PE电源SPD也用该地） c)电磁兼容接地（屏蔽地，机架接地） d)通信及计算机直流地（在数据通信中叫逻辑地） e)防静电地 从前通行的做法是各自独立设置接地装置，各接地装置间保持数m以至20m的距离。,2）独立接地装置,优点：在于各接地系统之间不会产

19、生干扰，这对于通讯系统来说非常重要，特别是在电磁环境特别恶劣的情况下。 缺点：是独立接地的计算机通讯系统，在雷电瞬时电压很高时，各接地系统点的电位可能相差很大，其设备元件容易击穿而损坏。需保持一定的距离 相对于共同接地方式，采用独立接地的计算机网络系统遭遇雷击的几率要高得多，同时，独立接地对设计施工都带来一定的困难。,3）共用接地系统,把需要接地的各系统统一接到一个地网上，或把各系统原来的接地网通过金属在地下或地上连接起来，使各接地系统之间成为电气相通的一个地网。 采用共用接地系统的电子设备，雷击时，各接地子系统处于共同的电位（即等电位）下，因此，不会产生电位差而被击坏。,在一个电子设备机房建

20、筑物狭小的空地上要做相互距离大于20m的多个接地装置，并与各种地下金属管道、电缆金属护套（或屏蔽层）、各大金属构件有足够的距离不易做到。因此，共用接地系统逐渐被人们接受。从防雷的角度讲，共地系统的防雷效果最好。但是，现代电子设备的抗电气或电磁干扰的能力很低，共地系统有可能造成与共地系统连接的各设备间的相互干扰或外界电磁场辐射通过共地系统干扰。 因此，共地系统是有严格规范的。,4）混合接地,由于上述两种接地方式各有优缺点，在对通信与计算机系统进行接地设计 与施工中，应扬长避短，将两种接地方式结合起来应用。这种多种接地方式的结合被称为混合接地方式，具体使用方法如下。一方面，对通讯与计算机系统的整体

21、结构采用共用接地中的单点接地方式，即建立一个总接地等电位连接带，并将防雷接地、电源系统接地、电气保护接地、防静电接地、射频接地、信息系统信号屏蔽层接地等各类接地在通信与计算机系统的各设备上相互分开，使之成为独立系统，再分别引线到等电位连接带上共同接地。这样不仅能够有效地抑制公共阻抗耦合和低频接地环路引起的干扰，同时又使各接地系统间保持等电位，因而可以最大限度地使通信与计算机系统免遭高电位反击，使工作人员免遭雷击伤害。,5） 利用建筑物基础的自然接地网 一般，钢筋混凝土或钢结构的建筑物内的计算机系统，采用完全的共地系统，比如大型车站（尤其客专中的大站）。 对于既有的小站，由于在整治过程中建造一个

22、符合标准的接地网有困难，因此多采用混合接地。,3.3.2一点接地和多点接地,2.3.2.1多点接地抗干扰能力低,计算机房内的三个内部有连接的设备机柜，用多点接地的方式接到同一共用接地网上，并且在接地网分别引入三条接地线。由各种原因产生的干扰电流Ig在接地地平面内流动，并在A、B点间和B、C点间产生感应电压Vg1和Vg2（因为两点间有电阻，干扰电流Ig经电阻产生电压）。,一点接地图,避免了由地中的干扰电流Ig引起公共阻抗耦合效应，感应电压为0。当电子设备信号频率低时，可以忽略接地线的阻抗（电阻、感抗、容抗），所以，A、B、C的电压与B点基本一致。在工作频率10MHz以下的在电子设备应当采用“一点

23、接地法”。,电子设备接地图,星形结构（S）是一点接地，有接地参考点ERP. 网状结构（M）是多点接地，与大地网就近接,对整个大楼（局站建筑）来看，图 中小方块就是一个系统（或一个机房）；而对单独一个系统（或一个机房）来说，图中的小方块就是一台设备或一个机框。,单点设备外壳接地,3.3.3 接地分配系统,电子系统极其分支系统可以用节点型的接地分配系统连接。图所示的接地分配系统是从一点接地的概念发展起来的。一点接地的概念要求接地分配系统按树干形或星形结构布置，以免形成磁场敏感环路，引入噪音。,第一级节点是总接地汇流排（美国标准称为总接地汇流排MGB或系统接地点SEGP），第二级节点是接地汇流排，第

24、三级节点是机架和机箱的分配点，第四级节点是电路板上的接地分配点。,接地装置建立以后，应设置总接地汇流排 完成与接地装置的单点接地，这算是第一级节点。第二级节点接地汇流排一般作成条形或不闭合的环形，以与机柜等的连接线最短（一般不应超过30cm），也可用母线。电子设备的机壳、机架内的接地螺栓是第三级节点。通常接地螺栓设在机壳的底部，以便于从底部接线，或在机壳的顶部，以便于从机壳上面的电缆托架内的接地汇集线连接。第四级节点是设在机壳内的或机架一侧的接地汇流条，用来与机壳内电路板或机架内的设备底盘连接。,信号机房电缆托架和机柜布置示意图，图中BEC是综合地线,3.4 接地装置接地电阻的测试,接地电阻值

25、可以用仪表进行测试，它是度量接地体性能的一项最重要的指标。接地体的电阻值与接地体的构成（人工接地体或是自然接地体）、接地体的材质、接地体的长度、接地体的埋设方式、接地体的形状，和土壤电阻率有关。而土壤电阻率与土壤的性质、土壤的含水量和温度（季节）有关。,2.4.1 接地装置接地电阻测试的基本概念,由接地电阻的定义可知，接地体的接地电阻值等于接地体泄放电流时的电压（电位）与所泄放的电流（接地电流）之比，由欧姆定律来确定。因此，我们在测试接地电阻时，人为的向被测接地体注入一恒定电流，测出这一电流值以及接地体在泄放电流时的电位（电压）值，便可知道接地电阻的数值。,3.4.1.1 三极法测试接地电阻,

26、根据接地电阻定义，我们可人为的向被测接地体注入一个已知恒定电流，测出这一电流经接地极后接地体在泄放电流时的电位（电压）值，算出接地体的接地电阻值。,1）寻找零电位点,A、B分别为埋在土壤中的棒状接地极，但电流由A、B注入后流入大地，在接地极周围产生了电压降并逐渐向四周扩散，接地极周围的电阻（阻抗）随离开接地极距离变化，电场分布如图2下部所示。在接地体附近，电压降低较快，离A、B电极越远。电压变化越慢，当距离A、B电极一定位置，如图中的C、D之间时，电压趋于零。我们称其为零电位点：,2）测试时的电极布置,（1）直线法 工厂提供：电流极40m，电压极20m， 应 将电压极布 放在接地体与电流极中间

27、的全长的0.618处，为了测量时的方便，实际采用的是电压极在接地体与电流极正中间布放。,铁路通信信号机房测试注意,铁路信号系统的接地装置大部分是地网，因此在测试时应注意以下事项： a )首先要弄清被测地网的体尺寸，确定被测地网的对角线长度D,或圆形地网的直径D。,C2,b)在距接地网（23）D处，打下地阻仪的电流极棒，地阻仪的电压极棒应设在电流极棒到地网距离的0.618处（优选法）或二分之一处。如图4所示：dCG=（23）D。 在土壤电阻率较均匀的地区，电流极到地网的距离取2D，电压极到地网的距离可取D。 在土壤电阻率不均匀的地区，电流极到地网的距离应取3D，电压极到地网的距离应取1.7D。,

28、既有铁路信号机房经常由于场地的限制，不能很好的布放两根测试电极，据有关资料记载，如果电压极的位置不能正好在上面所给的位置，电压极位置允许按表1或表2变化范围布放：,表2 允许误差为1时允许电压极布放位置允许变化范围,表1允许误差为5时允许电压极布放位置允许变化范围,c) 现场测量注意,现场测量时，往往每次测量的数值有差异，所以应当多次测试，最简单的方法是在沿地网和电流极的连线上，使电压极到接地网的距离约为电流极到接地网距离的5060范围内移动3次，每次移动的距离为电流极到地网距离的5，使3次测得的电阻值接近才可以认为测量值有较高可信度。,(2）夹角法,夹角法又叫三角法 电流极连线和电压极连线等

29、长，且有2930的夹角。此时测得的电阻误差接近零，夹角越大误差也越大，=180时误差最大。不能满足dPG= dCG2D的条件时，也可取dPG= dCGD。,如果允许测量误差在10时，值的允许变化范围如表3。,表3 测量误差在10时值允许范围表,3.4.1.2现场测量的误差原因分析,1）仪表输出测试电流被分流造成的误差: 电力行业标准DL 475-2006接地装置特性参数测量导则明确指出，接地测量时的测量场地中的金属物，如铁轨、管道，电缆金属护套等都会分流测量电流，使测量电阻变高。 原因：分流 解决办法 ：布放测量电极时要了解地下管道和电缆布放情况，避免测量电流与其同方向，有钢轨的地方，最好布极

30、是考虑测量电流与钢轨垂直，更要忌讳接地极和布放的电极不在钢轨的同侧。,2）土壤中的杂散电流和电化区段牵引回流影响造成的误差,外界的干扰电流进入被测接地极也会产生电压降，因此，这时测试的电压不全是仪表的测量电流流经接地极的电压降，因此当电流方向与测量电流方向一致时会使测量的电阻值变小，相反时会变大。现在通行的做法是多次测量，画出电阻时间曲线，取几次测量的最相近的值为该接地装置的接地电阻值，应尽量在接地极所在的牵引供电区段无电气列车通过时测量。,3）布极造成的误差,布极造成的误差可能由下面几方面构成： （1）电流极和电压极距离被测接地极长度不够或者比例不对。应平直，是投影，接地装置对角尺寸大于10

31、m的稍大一点的接地网 应按表1、表2布极 。 辅助电极与接地装置的距离从地网的最外沿开始计算。 电力规范建议地网测量最好是采用夹角布极的方式,（2）接地极接地电阻的影响,测量辅助电极与大地接触不好，可以使测试电流变小 测量时，电流极与大地接触不好，会使测量极本身的接地电阻偏大。通行的做法是将电流埋在土壤好的地方防止松动或与土壤间有间隙、将电流极更深地打入土壤，在电流极周围泼水，或打辅助电极并和电流极并联的方式实现电流极的低接地电阻。,（3）防雷改造后的铁路信号机房地网由于历史的原因构造复杂。,一定要注意测试电极不能布放在与接 地装置有任何关系的地下金属物附近，这样测试的接地电阻比实际值小。 （

32、4）测量时土壤太湿润或太干燥都与实际土壤电阻值有差距。 大地电阻率受土壤所含水分、温度等因素的影响，这些因素随季节的变化而变化。 最好在测量接地电阻时记录当地的土壤情况，寻求当地的季节修正系数。,3.4.2接地电阻测试仪表1)电位计型接地电阻测试仪,根据电位差原理制成。实际是将电流源、电压表、电流表结合在一个测试仪表中。测量时不需另接外加电源，携带方便，使用简单，测试范围大（01000）测试误差小，是我国电力、电信、气象等部门的法定测试仪表。测试时，电极布置可用0.618法或三角形法。,2 )数字化接地电阻测试仪,电源：可变频电源电压可达几百伏，电流可调到20A。频率变化可以控制。输出电压和频

33、率变化用I/O电路的到的信号控制。,信号处理：将接地体上取得的电流和电压信号进行处理。可以抑制测量现场的干扰，实施信号的隔离与保护，保证后续电路安全稳定的工作。,数据采集：将采集的模拟量转化为数字量、通过I/O电路实现对可变频电源和信号处理电路等的控制。微处理机：测量仪的中枢,3)钳形地阻表,钳形地阻表在电力系统的使用,优点：方便、快捷，外形酷似钳形电流表，测试时不需辅助测试桩，只需往被测地线上一夹，几秒钟即可获得测量结果，极大地方便了地阻测量工作。可以对在用设备的地阻进行在线测量，而不需切断设备电源或断开地线 缺点：被测接地体必须能形成电流回路，同时测量误差较大，因此国家为将其纳入法定检测仪

34、表中去 测量原理,钳形地阻表有两组线圈，一为发送线圈，这一特殊的电磁变换器送入线缆的交流恒定电压。另一线圈为接收圈，发送线圈在被测接地体（接地体必须有闭合回路）上感应出电流， 该感应电流由回路电阻决定。接收圈线圈采集到这一感应电流后，便可计算出闭合回路上的电阻。,从图中可知，实际上钳形地阻表测量出的是R1R0 不过R0很小。因此将钳形地阻表示数作为被测的这一个接地体的接地电阻是不准确的。为了获得精确的测试值，应当有多少个引下线测试多少次后，解方程后求解。如有N个个求知数，必须解N个方程的非线性方程组，它是有确定解的，但是人工解它是十分困难的，当N较大时甚至是不可能的。因此厂家往往提供求解此类问

35、题的微机程序，以便于用户使用办公电脑或手提电脑进行机解。 另外，本方法对于两个接地体的接地系统是无能为力的。 对单点接地系统，从测试原理来说，单点接地是测不出来的数值的。但是，用户完全可以利用您的接地系统的周围环境，人为地制造一个回路进行测试。当然，这种选择比用摇表还繁，并且似乎有些牵强。 对接地网，这种方法得出的数值准确性如何，大家可以得出自己的结论。,2.5土壤电阻率的测量方法（四点探针法）,测量土壤电阻率时，由于需要把测量仪器接到待测量的地，还要消除减小探针与地间的接触电阻， 能解决这一问题的方法只有四点探针测量法。,下图说明这种土壤电阻率的测量方法，其中，C1和C2是电流注入探针，P1

36、和P2是电位探针，用于测量地内的电位差。 电位探针P1和P2应放置在与电流探针在一条直线上。图中，I表示通过C1和C2的注入电流，V表示P1和P2间的电位差。,计算接地电阻率的等式如下 （Wenner法 ，L= 3a ） （施卢姆贝格尔 法，L2a ）,四点探针法的特征就是测量的接地电阻率与电极C的深度无关。如果电极C深入土壤，电流通常会增加，然而, P1与C间的电压也根据电流增量按比例增加。结果，V/I这一比率总是一个常量，因此接地电阻率不变，且与电极C的深度无关。然而，我们必须注意要把P1和P2的接地电阻减小到最低水平，使测量设备的输入阻抗比P1和P2的输入阻抗高出许多。 如果土壤比较均匀

37、，探针结构不会对所测电阻率造成影响；对于不均匀的土壤，注入电流I就不会均匀地扩散，而会流过低土壤电阻率的土壤层。因此，电位分布并不符合上两式 。这种情况下，测量的接地电阻率与探针结构有关，称为“表面土壤电阻率”，用a表示。,3.7 铁路综合接地系统（integrated earthing system）,7.1 铁路综合接地系统概念 以接触电压和钢轨电位的安全标准为基点 ，以维护人身安全和设备为目的的等电位防护系统。,3.7.1国外铁路接地概况,综合接地方式首先用在建筑物电气电子设备防护上，国外采用已经20余年。 避免了单独设置人工接系统所需的场地和较大花费。且接地金属在混凝土的包裹下不易腐蚀

38、，同时加大了与土壤的接触（埋在土壤中的硅酸盐水泥的电阻率一般约40-80m，比土壤还低为），是目前最好的接地系统。 欧洲铁路根据建筑物综合接地系统的经验，提出了铁路综合接地系统。,1)电化区段接地的特点,电化区段牵引回流和短路电流经钢轨并在钢轨与大地、钢轨与临近的设备、钢轨与相连的信号设备间形成电位差。当有列车时，这个电位较高，可能威胁人身和设备的安全。 为了人身和设备的安全，各国对电化区段，尤其对牵引回流大的高速铁路（高速铁路牵引负荷是普速铁路牵引负荷34倍，并具有持续性 ）的接地方式进行了研究，形成以法国为代表的欧洲“综合接地”方式和日本的“分别接地方式”。,2)欧洲综合接地方式,根据 E

39、N 50122-1 :1997 铁路.固定设备.第1部分:电气安全和接地装置防护规定 ,采用等电位连接方式，在铁路沿线敷设“贯通地线”，将铁路沿线所有设施的接地网联成一体形成大面积的“综合接地系统” 理由：影响接地效果的首要因素是接地网的面积（即接地网与大地的亲密程度），任一单个的地网面积有限，散流也就有限，若将沿线所有地网联成整体，散流效果将增加。,3)综合接地优点,1、降低了钢轨电位，保障了人身和设备安全。（可将车站做成开放式，人员可以自由出入） 2、降低了建立铁路个子系统接地装置所需的工程投资。对于场坪面积有限或高土壤电阻率地区、桥梁、隧道的接地系统，更具优势。,4)日本的“分别接地方式

40、”,日本铁路采用各子系统接地相对独立、相互隔离的方式。 优点：避免了牵引回流对信号及沿线电子设备的影响（工作地和安全地分开，必须采取隔离措施）。 缺点：钢轨电位太高，以至必须采取封闭式站台，站台两侧设防护栏，区间全封闭，人员不得擅入。,应沿线路方向实施综合接地系统，并符合EN50122-1要求,为保证线路两侧的人身安全，设置综合接地系统是高速铁路与普速铁路的主要区别。根据欧洲EN50122-1标准（见下表）在正常和短路情况下的电位要求，采用普速铁路中的接地措施已经不能满足高速铁路牵引负荷条件下安全电压要求，必须设置综合接地系统，以消除牵引供电对通信、信号等系统的影响并保障线路设备、人身的安全。

41、,3.7.2 综合接地系统定义,将铁路沿线一定范围内的牵引供电系统、电力供电系统、信号系统、通信系统及其它电子信息系统、建筑物、道床、站台、桥梁、隧道、声屏障等需要接地的装置通过贯通地线连成一体的接地系统。 比较：建筑物综合接地系统定义： 在规定区域内由所有互相连接的多个接地连接组成的系统。（注：包括埋在地中的接地极、接地线、与接地极相连的电缆屏蔽层、及与接地极相连的设备外壳或裸露金属部分、建筑物钢筋、构架在内的复杂系统。）,地网,接地网实际是一个硕大的接地体，接地体接地电阻与接地体本身电阻，接地体与土壤的接触电阻，接地体在土壤中的流散电阻三部分组成。接地体本身电阻不会很大，所以以决定接地体电

42、阻的主要是接地体与土壤的接触电阻，接地体在土壤中的流散电阻。,3.7.3 高铁的接地,将电气、电子系统装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。不管是从地理地还是电气地角度看，大地都是电位等于零的一个大的实体。由于高铁牵引高电压（25 kV）的存在，使得沿线一定范围内所有金属部件被感应出危险电压。将这些金属部件接地可以使其被电化干扰感应电压维持安全水平。,3.7.4 铁路综合接地系统的构成,3.7.4.1 构成铁路综合接地系统的基本元素 综合接地系统由钢轨、架空地线AEC(PW)、埋地裸线缆BEC（综合接地线或称“贯通地线”）、扼流圈IB、接地横向连接线ITL、简单横向连接线STL、各种

43、接地体、接地端子及引接线等构成。 它以沿轨道两侧敷设的AEC和BEC（综合接地线或称“贯通地线”）为主干，充分利用沿线桥梁、隧道、路基地段构筑物设施内的的自然接地体（这些自然接地体是综合接地系统的细胞-子地网），形成冲击电阻极低的等电位（近似大地零电位）综合接地平台（大地网）。,铁路综合接地系统的基本元素分析,1 ）钢轨，钢轨是综合接地系统的重要元素，它通过空心线圈（扼流圈IB等）中心点，接地横向连接线（ITL）与大地连接； 2 ）扼流圈IB包括绝缘节空心线圈SVA、SVAC电气绝缘节空心线圈、SVPMM保护金属体的轨道线圈等，钢轨通过它们的中心点、接地横向连接线（ITL）与大地连接； 3 ）

44、连续架空地线（也称“保护线”PW：protective wire）AEC（aerial earth cables），它连接所有接触网杆（塔）和全线的所有轨道。,4 ） 沿高速线敷设的埋入地下的接地电缆（综合接地线，也称“贯通地线”）BEC（buried earth cable），作为所有安装设备的接地连接。同时要求BEC本身自己有泄流功能（buried earth：埋地），以便泄放雷电流和牵引电流，使其不会对信号设备等接地的微电子产生过压干扰； 5 接地横向连接线ITL（integral transversal connective line，也称CPW:）和简单横向连接线STL(simple

45、 transversal connective line)。该措施被称为接地横向连接ITB（integral transversal bonds）和横向连接TB（transversal bonds），以连接AEC、BEC、轨道、护栏和牵引回流线；,6 钢轨与接地线间的联结线（GE线） 7 接地极，高铁有关的建筑物与构筑物如房屋、桥梁、车站站台、金属护栏等的基础都作为自然接地体（子地网）纳入综合接地系统，通过综合接地线BEC连为一个大的综合接地系统。,这样构成的铁路综合接地系统实际是一个大型接地网。这些“元素”的集合构成了25kV供电、配置ZPW-2000系列轨道电路、TVM SEI（列车自动控

46、制系统）的高速线设备的综合接地“网络”。轨道电路要求通过该接地网获得最大程度的保护，以使设备正常运行。同时还要考虑断轨检查，因此需协调设备正常和断轨检查两者之间的关系。,3.7.4.2 铁路综合接地系统各基本元素说明,（1） 接地缆线（综合接地线）（Through-Railway Grouning Wire ） 1）埋地接地缆线（综合接地线，也称“贯通地线”）BEC（buried earth cable）：这是一条埋设在下行线路的截面为35mm2的连续的裸露铜缆，这条缆线必须埋在本侧信号电缆槽下方。此外，在所有隧道中、高架桥上、上下行线路间的距离有特殊要求的地方必须设置辅助埋设接地电缆线ABE

47、C（Auxiliary buried earth cable）。 2）架空接地线AEC（aerial earth cables）：在接触网支撑结构上（在双线路配置中每条线路一条）安装无绝缘的93.3mm2（裸）铝/钢电线。我国称其为保护线线（PW：protective wire）。,(2) 横向连接线（TCL：transversal connective line）,两空心线圈的中心点相连或相连后接地。用以平衡两钢轨间的牵引电流，限制钢轨与大地间的电压，保护人身安全，产生网状地极，成为大地网的一部分，泄放雷电流，疏导牵引电流，构成牵引返回电流，保证断轨检查。 横向连接必须不能干扰轨道电路的正常

48、工作。 横向连接共有三种形式： 1）简单横向连接TB（transversal bonds）：也称STB（simple transversal bond）两轨道间无接地式的等电位连接，仅连接两钢轨，用以减少两钢轨中的牵引电流强度。 2）接地横向连接ITB(integral transversal bonds)：也称“完全横向连接”两钢轨间等电位连接后接地，用以减少两钢轨中的牵引电流强度和实现保护接地。 3）牵引回流横向连接IRTB（integral reflux transversal bonds）：利用接地横向连接为牵引电流提供到回流线的回路，并减少牵引电流在上下行钢轨间的不平衡淤流。,(3)

49、 子地网和接地体,高铁沿线建筑物（尤其通信、信号、计算机机房）的地网，牵引供电系统各接地体与地网、电力设施接地体与地网，以及桥梁、隧道等结构物内的接地装置或自然接地体都是综合接地系统的组成部分。通过综合接地线（“贯通地线”）搭接、连成一个完整的大地网。,(4) 等电位连接,将系统内所有金属用导线连成一体称为等电位连接。最早，等电位连接是针对人畜安全而言的，因此系统内各点的电位差要求以不伤及人畜安全为标准，被称为宏观等电位。由于微电子设备耐过电压过电流能力极低（大规模集成电路芯片端口PN结的耐能量仅为10-8焦耳），说所对“等电位”要求极严（电位差仅几伏）因此，微电子设备要求微观等电位，即局部等

50、电位连接“网”各处电位差要满足微电子设备的耐压要求。 等电位防护要求所有的金属都要就近与接地体（在高铁系统，要求与综合接地系统）搭接。不带电金属直接与地网连接，带电的金属通过浪涌保护器（SPD）与地网连接,(5) 钢轨连接,为保证牵引回流，必须进行钢轨连接。牵引回流的连接线称作回流线，该连接应尽可能短，以保证最低的阻抗。对25KV/50Hz电化区段线路，到变电所或带扼流变压器IB (impedance bridge)的牵引所，牵引回流线总是通过IB 430AT扼流变压器的中点实现。回流线接至IB(扼流变压器-impedance bridge) 430AT的中点。 钢轨只能通过接地横向连接和牵引

51、回流横向连接接地，为保证断轨检查，两个连续的接地横向连接间必须大于1500m，小于1500m不准设接地横向连接，大于2000 m时中间需加设一横向连接，三者间不得小于1000 m，如图1和图2。图中，SVAC为电气绝缘节空心线圈，所有横向连接都是在SVAC、SVPMM（保护金属体的轨道线圈）、IB(扼流变压器-impedance bridge)中心点实施。,(6)综合接地线的设置位置,在高架桥和隧道区段，综合接地线设置于电缆槽中，综合接地线的引出线采用水平引出的方式。 高架线：桥墩处预留的接地端子以一定的间距（例如50m）与综合接地线相连；,隧道：利用隧道钢筋的纵横向电气可靠连接作为自然接地体

52、，将在隧道侧壁处预留的接地端子以一定的间距（例如50m）与综合接地线相连。预应力钢筋不允许接在接地装置上。 路堤区段：综合接地线为裸铜绞线，并采用直埋于路基土壤中的方式，其埋设深度为路肩以下1 m处。欧洲提出综合接地线的概念之初就是考虑铅包铜裸线埋与地下后，由于流散电阻小，所以地网接地电阻较小且经济，综合接地线处处泄流，使综合接地线上任两点间的电阻都较小。综合接地线应设于接触网支柱基础的外侧，综合接地线的引出线采用水平引出的方式，法国SNCF标准的225Vk、AT系统路基段的综合接地线可以 参阅图7,(7)横向连接原则,横向连接线（TCL- transversal connective lin

53、e）使用长度小于100m的轻型绝缘70 mm多芯铜缆，该线缆连接到 SVAC或IB中点。 保护连接、轨道间等电位交叉连接、特定条件下侧线轨道与正线轨道间的牵引回流等钢轨连接，可通连接过无绝缘轨道电路终端阻抗中点（例如SVAC）或有绝缘轨道电路或某些道岔轨道电路分支的IB实现。,当轨道电路外部连接线缆和最近的终端阻抗之间长度大于100m时，保护连接、轨道间等电位交叉连接、由接触网提供的变压器的一次侧回路连接等钢轨连接可通过连接SVPMM的中点实现。 同样，侧线钢轨与正线钢轨间连接的牵引回流线必须通过扼流变压器中点作为中介实现，该处的SVAC或最近的短路单元连接的电缆长度大于100m。扼流变压器I

54、B 430AT可用在这种类型的连接。,补充接地横向连接 最好有与JES（电气绝缘节）相符的横向连接线TCL，否则可以如图3在轨道电路上安装的额外IB，在其中点间建立这些连接（补充简单横向连接或补充接地横向连接）。,增加的额外IB必须在UM71轨道电路频率下调谐，以获取大于17的阻抗。 IB距绝缘节JES端不能小于50 m，距补偿电容不能小于20m。 外部连接距离轨道电路末端密封（不考虑保证牵引电流回流的电感连接）不得小于100 m。 为保证断轨检查，两个连续的外部搭接间的距离必须是1050 m 50 m； 禁止在同频率的两轨道电路间实施接地横向连接（完全横向连接）； 接地横向连接使用铜当量为的

55、铜70 mm缆线。,在电气绝缘JES间距大于100m时的补充接地横向连接,牵引电流到变电所的回路可通过额外的扼流变压器IB,d 1000 m时横向连接的做法,法国SNCF标准的225Vk、AT系统路基段AEC与BEC及ITB布置,(5) 综合接地系统与高铁沿线构筑物及电器电子设备的连接,(1) 与综合接地系统连接的结构列表 综合接地系统是个大地网，与综合接地系统连接实质是与地网连接： 1）接触网杆在接地横向连接（ITB）处与AEC、BEC以及轨道连接； 2）接触网供电设备与轨道和BEC连接； 3）变压器箱连接到轨道和BEC（接地点EP）； 4）金属高架桥与BEC在接地点EP连接；,5）桥梁护栏

56、和防护顶棚，隧道顶，步行道等与AEC连接； 6）信号机和金属箱盒（轨旁信号设备）与BEC在接地点EP连接； 7）现场电话如有金属部分，与BEC连接； 8）金属棚盖和站场雨与BEC连接； 9）沿轨道的埋地金属管道，每1000 m与BEC在接地点EP连接； 10）埋入地下有绝缘的金属管道与BEC接地点EP连接；,11）金属廊桥，步行道与AEC连接； 12）跨越轨道的金属槽道与AEC连接； 13）配电箱、盒与BEC在EP连接； 14）信号、电力、通信电缆的屏蔽层与BEC在EP连接； 15）沿轨道的金属护栏和非埋地金属管道、机壳在ITB处与BEC的EP和轨道连接； 16）灯塔与BEC连接； 17）其它

57、。沿线信息化系统设备的安全地线和屏蔽地线、工作地线；无碴轨道板、隧道内、桥墩内非预应力钢筋接地；沿线距接触网带电体5m范围内金属构件的防感应接地。,3.7.4.4与综合接地系统连接的通信信号设备,1）箱盒（电缆配线箱、现场信号柜、通信电缆连接箱、内部有要求防牵引电流感应的接地屏蔽电缆的箱子）必须与地网连接接地，电缆屏蔽接地点必须用铜质等电位接地排（EB equipotential bar，或称汇流排）与BEC连接； 2）信号机房的等电位排与机房地网与基础中的环形接地排连接后与综合接地线BEC连接，所有信号设备的安全地和屏蔽地、工作地等通过汇流排EB与BEC连接； 3）沿线通信漏泄电缆悬吊钢索、

58、通信电缆金属外皮等的屏蔽层、沿线通信设备接地点，避雷器的安全接地点与BEC连接。通信站、微波站、无线基站若远离铁路应单独接地，离铁路较近时应在条件具备时，可考虑接入综合接地系统。,3.7.5综合接地线BEC（贯通地线）的埋设,我国的做法： 1）路堤区段：综合接地线为裸铜绞线，并采用直埋于路基土壤中的方式，其埋设深度为路肩以下1米处（暂定），这样综合接地线的接地电阻较小且经济。考虑到电气化接触网支柱基础、电缆槽的施工需在路基碾压成形（此时综合接地线已经施工完毕）之后进行，为减少对接触网支柱基础和电缆槽等的施工影响，综合接地线应于接触网支柱基础的外侧，综合接地线的引出线采用水平引出的方式。,2）在高架桥和隧道区段：,综合接地线为带绝缘外皮的铜绞线，并采用设置于电缆槽中的方式，综合接地线的引出线采用水平引出的方式。对于高架线，将在桥墩处预留的接地端子以一定的间距（约30-50m）与综合接地线相连；对于地下隧道，利用隧道钢筋的纵横向电气可靠连接作为自然接地体，将在隧道侧壁处预留的接地端子以一定的间距（约50m，笔者认为有条件应更密集）与综合接地线相连。需注意的是，预应力钢筋不允许接在接地装置上。,我国高架桥做法,桥梁综合接地,1、桥梁综合接地设计原则 （1）桥梁地段综合地线敷设在两侧通信信号电缆槽内