毕业论文-发变电站接地安全设计(2)

第1章 绪 论

1.1 课题背景

接地技术作为一门新兴的边缘学科，主要是建立在电学理论基础之上的。这门学科的兴起及其发展与电学比较，晚了近90 年。

1981年，美国学者G夏里克(Sharik)指出：“接地技术不能列为一门精密的科学，在 很大程度上它是一种理论科学、实践经验和个人心得的综合技术。”

日本学者高桥建彦指出：“与其说接地是理论，倒不如说是一种现场必须反复进行实 践的技术。这是因为大地的电气特性有许多不确定的因素，不能用一句话简单地下结论，并且在很多场合不能纸上谈兵，只能通过理论计算就得出结论。接地是越想深究其问题就越是深奥的技术，不是能轻易解决的一门学问。”

1.2 研究意义

电力系统的接地问题是一个看似简单、而实际上却又非常复杂又至关重要的问题，它 直接关系到人身和设备的安全。特别是随着电力系统的发展，电网规模不断扩大，接地短路电流越来越大，各种微机监控设备的普遍应用，对接地的要求越来越高。

在电力系统中为了工作和安全的需要，常需将电力系统及其电气设备的某些部分与地 中的接地装置相连接，这就是接地。接地网不仅为变电站内各种电气设备提供一个公共的参考地，而且在系统故障时可将故障电流迅速排泄，降低变电站的地电位升高，以保证人身和设备安全。调查表明，我国曾发生多起因接地系统接地电阻未达到要求所导致的事故或事故的扩大。据统计，每发生一次事故的直接经济损失都在几百到数千万元，并且间接所造成的社会影响也非常之大。

1.3 本文所做工作

1998 年1月我国开始实施的中华人民共和国电力行业标准《交流电气装置的接地》(以下简称《行标》)是目前国内接地网的设计准则。《行标》中给出了接地阻抗、接触

电压和跨步电压等接地参数的解析计算公式，这些解析计算公式是基于国内科研工作者近十多年的研究成果。

本课题主要对接地网的优化设计方案进行研究。在吸取国外有益的经验，并结合我国 地貌实际情况进行设计。给出的建议对电力设计人员具有一定的参考价值。

第2章 接地的基本原理

2.1 接地的概念

所谓接地，就是把电气系统、电路或设备的某一部分通过接地装置同大地紧密连接在一起。其目的在于确定与之相连接的导体电位并使之大致维持在大地电位。接地是一种有 目的的永久性或临时性的导体连接，通过这种连接而使电路或设备成为接地的。

电气连接处与地相接触的导体称为接地体。若接地体为垂直埋设在地中的金属导体则 称为垂直接地体；若接地体为水平埋设在地中的金属导体则称为水平接地体；若接地体为一组水平埋设的金属导体网格则称为水平接地网。若接地体为水平接地网和垂直接地体共同构成则称为复合接地网。电气回路或电气设备与接地体之间的电气连线称为接地引线。接地引线、接地体统称为接地装置或接地系统。

接地功能是能过接地装置或接地系统来实现的。电力系统的接地装置可分为两类，一 类为输电线路杆塔或微波塔的比较简单的接地装置，如水平接地体、垂直接地体、环形接 地体等；另一类为发变电站的接地网。表征接地装置电气性能的参数为接地电阻，关于 接地电阻的内容将在后面的章节介绍。到目前为止，接地仍然是应用最广泛的并且无法用其他方法替代的电气安全措施之一。

2.2 接地的作用

接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受破坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。防止人身遭受电击将电气设备在正常运行时不带电的金属导体部分与接地极之间做良好的金属连接，以保护人体的安全，防止人身遭受电击。

当电气设备某处的绝缘体损坏后外壳就会带电，由于电源中性点接地，即使设备不接 地，因线路与大地之间存在电容，此时人体接触到设备外壳时也会有电流流经人体；或者 线路上某处绝缘不好，如果人体触及此绝缘损坏的电气外壳时，电流就会经人体而成通路， 从而使人体遭受电击伤害。

有接地装置的电气设备，当绝缘损坏、外壳带电时，接地电流将同时沿着接地极和人 体两条通路流过，此时，人体与接地极是并联的关系，流过每一条通路的店里只将与其电 阻的大小成反比，接地极电阻越小，流经人体的电流也就越小。通常人体的电阻比接地极 电阻大数百倍，所以流经人体的电流就比流经接地极的电流小数百倍。当接地电阻极小时， 流经人体的电流几乎等于零，相当于接地极将人体短路，因此，人

体就能避免触电的危险。

所以，不论施工还是运行，在一年中的所有季节，均应保证接地电阻不大于设计或规范中所规定的接地电阻值，以免发生电击伤害。

保障电气系统正常运行：电力系统接地一般为中性点接地，中性点的接地电阻很小，因此中性点与地之间的电位差接近于零。当相线碰壳或接地时，其他两相对地电压，在中性点绝缘的系统中将升高

为相电压的 3 倍，而在中性点接地的系统中则接近于相电压，因此中性点接地将有利于系统的稳定运行，防止系统震荡，且系统中的电气设备和线路只需按相电压来考虑其绝缘 水平，可降低电气设备的制造成本和线路的建设费用。中性点接地的系统，还可以保证继电保护的可靠动作。通信系统一般采用正极接地，可防止杂音窜入和保证通信设备的正常运行。电力线路需要稳定的参考点才能正常运行，因此也需要进行接地。

防止雷击和静电的危害：雷击时会产生静电感应和电磁感应，物料在生产和运输过程中因摩擦而引起的静电， 都有可能造成电击或是火灾的危险。直接遭受雷击的危害，比之于感应雷就更大了，而且发生的机会更多，所以，为了防止直击雷，必须装设防雷装置。所有防雷装置和防止静电危害的措施中，最主要的方法就是设置接地装置。

2.3 电气接地的分类

常用的接地方式按其作用或功能来分可分为以下几种。

(1)工作接地。也叫系统接地，为了满足电力系统运行方式的需要，在电力系统中的适 当地点进行，保证电力设备在正常或事故情况下能可靠工作而设的接地，称为工作接地。 如发电机和变压器中性点直接接地或经消弧线圈接地；在直流系统中还包括相线接地。

(2)保护接地。也叫安全接地，为防止电气设备绝缘损坏而使人身遭受触电危险，将与 电气设备绝缘的金属外壳或构架与接地极做良好的连接，称为保护接地。接低压保护线(PE 线)或接地保护中性线(PEN 线)，也称为保护接地。停电检修时所采取的临时接地，也属于 保护接地。

(3)防雷接地。将雷电流导入大地，防止雷电伤人和财产受到损失而采取的接地，称为 防雷接地。如避雷针、避雷线和避雷器等向大地泄放雷电流而设的接地。防雷接地装置只 是在雷电冲击作用下才会有电流流过，经防雷接地装置向地中散流的雷电流幅值可达几十 甚至几百千安，但持续的时间很短，一般只有数十微秒。

(4)屏蔽接地。将设备的金属外壳或金属网接地，以保护金属壳内或金属网内的电子设备不受外部的电磁干扰；或者使金属壳内或金属网内的电子设备不对外部电子设备

引起干扰。这种接地称为屏蔽接地。法拉第笼就是最好的屏蔽设备。

(5)防静电接地。将静电荷引入大地，防止由于静电积累对易燃、易爆，如易燃油、天 然气储罐和管道等设备以及人体受到损伤的接地，称为防静电接地。而油罐汽车后面拖地 的铁链子也属于防静电接地。

(6)逻辑接地。电子设备为了获得稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属部件，如 金属底座等作为零参考电位，把需要获得零电位的电子器件接于该金属部件上，如金属底座等，这种接地称为逻辑接地。该基准电位不一定与大地相连接，所以它不一定是大地的零电位。

(7)信号接地。为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地，称为信号接地。 (8)防电腐蚀接地。在地下埋设金属体作为牺牲阳极以达到保护与之连接的金属体，如 输油金属管道等，称为防电腐蚀接地。牺牲阳极保护阴极的称为阴极保护。

2.4 土壤电阻率

人们为了进行正确合理的接地设计，需要了解电流在地中流动的分布规律，而地中电 流的分布规律除了和电流的频率有关外，还决定于大地的电学性质。表征大地电学性质的 主要参数是大地的电阻率、介电常数和磁导率。

据分析，在一般情况下，研究直流或工频接地时，可以把大地看成导体；而研究冲击接地时，在低电阻率地区，只需考虑传导电流的作用，只有在高电阻率地区，才需要考虑 位移电流的影响。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，单位为欧姆·米，记为?·m。

将被测物质做成横截面为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为

物质的电阻率与几何形状无关，而电阻则由其几何形状的大小决定。物质的电导率为 电阻率的倒数，用表示，单位为西门子/米，记为 s/m。

2.5 接地电阻

定性地说，电流通过接地极向周围大地无穷远出散流时大地土壤所呈现的总电阻，

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