1、2023-1-231控制系统接地工程的控制系统接地工程的设计设计DESIGN OF EARTHING ENGINEERINGFOR CONTROL SYSTEM 1 1 概述概述1.11.1 从电气特性看自然界的土壤层从电气特性看自然界的土壤层1 1）土壤的导电性土壤的导电性（电阻率（电阻率m m）土壤电阻率土壤电阻率取决于取决于土壤中水的含量土壤中水的含量以及以及土壤中水的电阻率土壤中水的电阻率。式中：式中：p土壤中的含水量（相对体积），土壤中的含水量（相对体积），%；v 土壤中水的电阻率，土壤中水的电阻率，m。由此可见，由此可见，含水量为零的土壤干燥含水量为零的土壤干燥 体是绝缘体体是绝缘
2、体。2023-1-232vp)5.05.1（2023-1-233不同种类水的电阻率不同种类水的电阻率水的种类水的种类电阻率（电阻率（m m）海水海水0.1 0.1 0.50.5地下水地下水10 10 150150湖水、河水湖水、河水190 190 4 40000雨水雨水800 800 1,3001,300化学纯净水化学纯净水250,000250,0002023-1-234不同土壤种类的电阻率不同土壤种类的电阻率土壤的种类土壤的种类电阻率（电阻率（m m）沼泽地及泥地沼泽地及泥地80 80 200200粘土质砂地粘土质砂地150 150 300300砂地砂地250 250 500500砂岩及岩盘
3、地带砂岩及岩盘地带10,000 10,000 100,000100,000混凝土（基础结构体）混凝土（基础结构体）38 38 80802023-1-2352 2）土壤的容电量）土壤的容电量 土壤具有无限大的容电量。土壤具有无限大的容电量。因导电，故可将用电设备和地之间组成因导电，故可将用电设备和地之间组成电气连接电气连接；又因为具有无限；又因为具有无限大的容电量，故就可以把土壤地层理解为大的容电量，故就可以把土壤地层理解为等电位点等电位点或或等电位面等电位面，成为电，成为电路或系统的路或系统的基准电位基准电位。2023-1-2361.2 1.2 中国对接地技术的贡献中国对接地技术的贡献 接地技
4、术的发明接地技术的发明,一直来都认为是一直来都认为是17531753年美国科学家富兰克林年美国科学家富兰克林在在进行进行雷电试验雷电试验时，在大地上安装了接线端子，即实施了人类的第一时，在大地上安装了接线端子，即实施了人类的第一次的所谓接地技术。次的所谓接地技术。其实，接地和其实，接地和“引雷入地引雷入地”技术发明的真正鼻祖，应追溯到技术发明的真正鼻祖，应追溯到300300年前，来华传教士、年前，来华传教士、葡萄牙人安文斯葡萄牙人安文斯（1609-16771609-1677）在）在中国的十二中国的十二大奇迹大奇迹一书中对中国建筑的特点和渊源的述说。他在书中介绍，一书中对中国建筑的特点和渊源的述
5、说。他在书中介绍，屋顶屋顶脊吻龙脊吻龙上的金属条一端插入地里，这样，当闪电落在屋上或皇上的金属条一端插入地里，这样，当闪电落在屋上或皇宫时，闪电就被龙舌引向金属条通路，并且直奔地下消散，因而不宫时，闪电就被龙舌引向金属条通路，并且直奔地下消散，因而不致伤害人（见致伤害人（见林清凉、戴念祖林清凉、戴念祖著的著的“电磁学电磁学”）。）。他的记述他的记述比起富兰克林要早一个世纪比起富兰克林要早一个世纪。由此可见，。由此可见，接地技术真接地技术真正的发明者应该是在我们中国。正的发明者应该是在我们中国。2023-1-237 据查证，世界上据查证，世界上最早提出采用共用接地网实现等电位连接最早提出采用共用
6、接地网实现等电位连接的是我的是我国在国在19581958年建设人民大会堂时采用的年建设人民大会堂时采用的笼式接地网笼式接地网，比起英国，比起英国GOLDEGOLDE在在雷电雷电一书中提及要一书中提及要早十八年（王时洵先生）早十八年（王时洵先生）。在标准中出现等电位接地是在标准中出现等电位接地是19991999年的年的“IEC 61312-2”IEC 61312-2”，我国是从，我国是从20002000年才开始出现在各类标准中。年才开始出现在各类标准中。2023-1-2381.3 1.3 接地的作用接地的作用接地的接地的作用作用有二：有二：1 1）保护人身和设备安全保护人身和设备安全，总称，总称
7、保护地保护地，包括安全地，包括安全地 、防雷地、防雷地、本安地、防静电地等；本安地、防静电地等；2 2）抑制干扰抑制干扰，即为信号电压或系统电压，即为信号电压或系统电压提供一个稳定的电位参提供一个稳定的电位参考点考点。总称。总称工作地工作地，包括屏蔽地、模拟地、数字地等。，包括屏蔽地、模拟地、数字地等。上述的各种接地名称，都是按上述的各种接地名称，都是按接地的用途接地的用途命名的。同一个接地命名的。同一个接地装置往往具有多个接地用途。装置往往具有多个接地用途。2023-1-239例：仪表保护地的设置原理例：仪表保护地的设置原理V VZ Z1 1V VZ Z1 1Z Z2 2Z Z2 2机壳机壳
8、杂散电阻杂散电阻机壳不接地机壳不接地机壳接地机壳接地212ZZZVVj2023-1-2310什么情况下设置保护地？什么情况下设置保护地？根据根据GB 4793.1-2007GB 4793.1-2007，测量、控制和实验用电气设备的安全要，测量、控制和实验用电气设备的安全要求求 第第1 1部分：通用要求部分：通用要求(IEC 61010-1:2001,IDT)(IEC 61010-1:2001,IDT)的规定：的规定：设备在正常条件下，在可触及零部件与地之间，任意两个可触及设备在正常条件下，在可触及零部件与地之间，任意两个可触及的零部件之间，的零部件之间，如交流电压的有效值有可能超过如交流电压的
9、有效值有可能超过33V33V（或峰值超过（或峰值超过46.7V46.7V），直流电压值有可能超过），直流电压值有可能超过70V70V时，时，都必须设置保护地。都必须设置保护地。注意注意：1 1）不是按工作）不是按工作(电源）电压的高低；电源）电压的高低；2 2）交流和直流不一样。）交流和直流不一样。111.4 1.4 接地方式的四种形态接地方式的四种形态 如果有几个并存的系统或设备需要接地时，接地的方式可以有如果有几个并存的系统或设备需要接地时，接地的方式可以有如下图所示的四种形态：如下图所示的四种形态：1)1)各个设备独立接地各个设备独立接地 122 2）将独立接地的接地线连接在一起）将独立
10、接地的接地线连接在一起(通过地面上的金属导体实现等通过地面上的金属导体实现等电位连接）电位连接）133 3）联合接地）联合接地 这种接地方式是将控制系统在内的电子信息设备和其它电气系统的这种接地方式是将控制系统在内的电子信息设备和其它电气系统的接地系统连接在一起，形成接地系统连接在一起，形成“联合接地联合接地”并并一点接地一点接地，接地电阻按要，接地电阻按要求的最小值确定。求的最小值确定。144 4）将接地线连接到共用接地网上）将接地线连接到共用接地网上 2023-1-2315 共用接地共用接地是以是以等电位等电位观点为主体思想的观点为主体思想的多点连接多点连接：n所谓所谓等电位等电位，即设备
11、和装置，即设备和装置外露的导电部分外露的导电部分通过共用接地网实现等通过共用接地网实现等电位连接。电位连接。n所谓所谓多点多点是指将建筑物基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属是指将建筑物基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的外皮都成为很好的接地极接地极。2023-1-2316 由于等电位连接由于等电位连接减小了系统内各金属部件和各系统间的电位差减小了系统内各金属部件和各系统间的电位差（但并非是真正的等电位体），无论是从（但并非是真正的等电位体），无论是从防雷防雷的角度或者是从的角度或者是从减小减小控制系统的共模干扰控制系统的共模干扰来看，这都是十分有益的。来看，这都是十分有益
12、的。实施等电位连接的方法：实施等电位连接的方法：n将分开的装置和诸导电物体用将分开的装置和诸导电物体用导体连接导体连接；n采用采用共用接地网共用接地网；n用用浪涌保护器浪涌保护器（SPDSPD）连接起来，以减小雷电流或其它干扰电流）连接起来，以减小雷电流或其它干扰电流在它们之间产生的电位差。在它们之间产生的电位差。2023-1-2317 接地系统在概念和技术上，近十年发生了很大的变化，其中接地系统在概念和技术上，近十年发生了很大的变化，其中最重要的转变是：最重要的转变是：以前的接地系统是否合格以前的接地系统是否合格以接地电阻值为准以接地电阻值为准，现在，现在侧重于接地侧重于接地结构兼顾接地电阻
13、值结构兼顾接地电阻值，特别是从独立接地到采用共用接地网实行，特别是从独立接地到采用共用接地网实行等等电位连结电位连结方式的转变。方式的转变。2023-1-23182 接地系统的组成（包括接地接地系统的组成（包括接地连接连接和接地和接地装置）装置）(总连接电阻一般要求小于总连接电阻一般要求小于1 1欧姆；机柜内部的连接电阻应小于欧姆；机柜内部的连接电阻应小于0.10.1欧。欧。)接地连接接地连接接地装置接地装置2023-1-23192.1 2.1 共用接地网共用接地网S S型和型和M M型连接型连接 1)S1)S型连接型连接 S S型等电位连接网络仅通过型等电位连接网络仅通过唯一的一点（唯一的一
14、点（ERPERP）组合到接地）组合到接地系统中去。系统中去。特点特点：无感应环路；组件间：无感应环路；组件间要绝缘；接地电缆平行敷设（要绝缘；接地电缆平行敷设（可可能多而长能多而长）。）。S S型也称型也称星型星型或或树型树型。联合。联合接地属于接地属于S S型连接。型连接。ERPERP接地网接地网机柜机柜2023-1-2320仪表及控制系统仪表及控制系统S S型接地连接（分类汇总）型接地连接（分类汇总）TN-S制中制中的的PE线线2023-1-2321电子信息设备机房电子信息设备机房S S 型等电位连接网络示意图型等电位连接网络示意图 2023-1-23222)M 2)M 型接地连接型接地连
15、接 M M 型等电位连接网络是型等电位连接网络是通过多点连接组合到接地系统通过多点连接组合到接地系统中去。此时，各金属组件不应中去。此时，各金属组件不应与共用接地系统各组件绝缘。与共用接地系统各组件绝缘。M M 型等电位接地网络宜型等电位接地网络宜用于延伸较大的开环系统用于延伸较大的开环系统，而，而且在设备之间敷设许多线路和且在设备之间敷设许多线路和电缆，以及设施和电缆从若干电缆，以及设施和电缆从若干处进入该信息系统。处进入该信息系统。在复杂系统中，可以将在复杂系统中，可以将S S型和型和M M型两种等电位连接网络组型两种等电位连接网络组合在一起合在一起。接地网接地网机柜机柜2023-1-23
16、23M M型（网格式）接地连接的例子型（网格式）接地连接的例子PEPEPE配电箱配电箱等电位接地连接等电位接地连接机柜机柜接地汇流排接地汇流排2023-1-2324电子信息设备机房电子信息设备机房M M 型等电位连接网络示意图型等电位连接网络示意图2023-1-2325最好用最好用梳状梳状连接网络连接网络去接地体去接地体去接地体去接地体2023-1-23262.2 2.2 接地系统的耦合接地系统的耦合1 1）串联接地和耦合）串联接地和耦合 串联接地因各电路的地电流串联接地因各电路的地电流在地线阻抗以及连接阻抗会引起在地线阻抗以及连接阻抗会引起各各电路间的耦合电路间的耦合，所以会产生干，所以会产
17、生干扰，故要避免使用。扰，故要避免使用。V VA A=（I I1 1+I+I2 2+I+I3 3）R R1 1；V VB B=V=VA A+（I I2 2+I+I3 3）R R2 2；V VC C=V=VB B+I+I3 3 R R3 3。对应在工程中，对应在工程中，不宜将控制柜不宜将控制柜的接地汇流排实行串联接地的接地汇流排实行串联接地。机柜机柜1机柜机柜2机柜机柜3I3I2I1I2+I3I1+I2+I3ABCR1R2R32023-1-23272 2）并联接地和分类汇总）并联接地和分类汇总 并联接地可以减少因地电流并联接地可以减少因地电流引起电路间的耦合。所以在有引起电路间的耦合。所以在有关
18、接地的标准里，强调要关接地的标准里，强调要“分分类汇总类汇总”。汇总点离和地的接汇总点离和地的接入点愈近与好。入点愈近与好。V V1 1=I=I1 1R RI I+V+VA A；V V2 2=I=I2 2R R2 2+V+VA A；V V3 3=I=I3 3R R3 3+V+VA A；V VA A=（I I1 1+I+I2 2+I+I3 3）R R4 4。如果如果R R4 4代表接地电阻代表接地电阻，因，因为是公共阻抗，为减小耦合，为是公共阻抗，为减小耦合，显然是愈小愈好。显然是愈小愈好。机柜1机柜2机柜3R1R2R3I1I2R3R4A一般允许串三个机柜一般允许串三个机柜2023-1-2328
19、2023-1-23292.3 2.3 工频接地电阻工频接地电阻和和冲击接地电阻冲击接地电阻-接地电阻的接地电阻的频率特性频率特性 由于流入地中的电流错综复杂，有工频电流，也有雷击时的脉由于流入地中的电流错综复杂，有工频电流，也有雷击时的脉冲电流，所以接地电阻按其用途一般有冲电流，所以接地电阻按其用途一般有工频接地电阻工频接地电阻和和冲击接地电冲击接地电阻阻之分。它们之间的换算关系为：之分。它们之间的换算关系为：Ra=Ra=ARiARi 式中：式中：Ra-Ra-工频接地电阻工频接地电阻（欧姆）；（欧姆）；A-A-换算系数换算系数，它取决于土壤电阻率、接地体，它取决于土壤电阻率、接地体最长支线的最
20、长支线的实际长度实际长度L L和和有效长度有效长度LeLe，一般，一般A A的取值范围是大于的取值范围是大于1 1，小于，小于3 3，其数，其数值可按下图确定；值可按下图确定；RiRi-冲击接地电阻冲击接地电阻（欧姆）。（欧姆）。由上式可知，由上式可知，同一个接地装置，其工频接地电阻值要大于冲击同一个接地装置，其工频接地电阻值要大于冲击接地电阻值。接地电阻值。2023-1-2330换算系数换算系数A A 2023-1-2331接地体最长支线长度接地体最长支线长度L的计算的计算接地体有效长度接地体有效长度le的物理概念的物理概念2023-1-2332IleI=O接地体接地体2023-1-2333
21、 接地体的接地体的有效长度有效长度应按下式确定：应按下式确定：由于雷电流的冲击特性，它只能在一定的范围里流散，这就是由于雷电流的冲击特性，它只能在一定的范围里流散，这就是有效长度有效长度LeLe的意义的意义。式中：式中：敷设接地体处的敷设接地体处的土壤电阻率土壤电阻率（mm）。）。附：附：1 1）一场关于接地电阻的）一场关于接地电阻的法律纠纷法律纠纷。2 2）接地电阻的冲击值小于工频值，是）接地电阻的冲击值小于工频值，是频率效应频率效应还是还是电流幅值电流幅值 高导致土壤击穿放电效应高导致土壤击穿放电效应？2el2023-1-23342.4 2.4 接地系统产生的电磁干扰接地系统产生的电磁干扰
22、 1 1）接地系统有来自不同地方的电流（如电气设备的）接地系统有来自不同地方的电流（如电气设备的漏电流漏电流），），由于接地系统存在电阻，所以就会产生电压降。这个电压降就是造由于接地系统存在电阻，所以就会产生电压降。这个电压降就是造成电磁干扰的干扰电动势，而且正比于接地电阻，也称为成电磁干扰的干扰电动势，而且正比于接地电阻，也称为“公共阻公共阻抗耦合抗耦合”。2 2）接地系统的连接可能存在）接地系统的连接可能存在回路回路，则外部的电磁场就可能通过，则外部的电磁场就可能通过“电感性耦合电感性耦合”产生感应干扰电流。产生感应干扰电流。由此可见：由此可见：1 1）减小接地电阻减小接地电阻（公共耦合阻
23、抗）有利于控制系统抗干扰，但（公共耦合阻抗）有利于控制系统抗干扰，但会增加投资；会增加投资；2 2）接地系统的连接应）接地系统的连接应避免产生回路避免产生回路。连接线路要短。连接线路要短。2023-1-23353 3 交流供电系统的接地交流供电系统的接地3.1 3.1 低压配电系统的接地制式低压配电系统的接地制式 低压系统接地制式按低压系统接地制式按配电系统配电系统和和电气设备电气设备（包括信息系统）不（包括信息系统）不同的接地组合来分类，按照同的接地组合来分类，按照IECIEC规定，低压系统接地制式一般由两规定，低压系统接地制式一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。因为个字母组成，必要时可
24、加后续字母。因为IECIEC标准以法文作为正式标准以法文作为正式文件，因此所用字母为相应法文文字的首字母。文件，因此所用字母为相应法文文字的首字母。按低压系统接地制式划分有按低压系统接地制式划分有TN-STN-S、TN-CTN-C、TN-C-STN-C-S、TTTT、ITIT等五等五种。种。2023-1-2336 第一个字母表示电源接地点对地的关系：第一个字母表示电源接地点对地的关系：T T表示直接接地，表示直接接地，I I表示不接地（包括所有带电部分与地隔离）或通过阻抗与大地相连。表示不接地（包括所有带电部分与地隔离）或通过阻抗与大地相连。第二个字母表示电气设备的外露导电部分（如第二个字母表
25、示电气设备的外露导电部分（如DCSDCS的机柜）与的机柜）与地的关系：地的关系：T T表示表示独立于独立于电源接地点的直接接地，电源接地点的直接接地，N N表示直接与电源表示直接与电源系统接地点或与该点引出导体相连接。系统接地点或与该点引出导体相连接。后续字母表示中性线（后续字母表示中性线（N N）与保护线（）与保护线（PEPE）之间的关系：）之间的关系：C C表表示中性线（示中性线（N N）与保护线（）与保护线（PEPE）合并为）合并为PENPEN线；线；S S表示表示中性线与保表示表示中性线与保护线分开；护线分开；C-SC-S表示在电源侧为表示在电源侧为PENPEN线，从某点分开为线，从某
26、点分开为N N及及PEPE线。线。2023-1-2337 1 1）TN-CTN-C系统系统 这种系统有简单、经济的这种系统有简单、经济的优点。优点。但是当三相负载不平衡或但是当三相负载不平衡或有谐波电流时，有谐波电流时，PENPEN线中有电线中有电流流，其所产生的压降呈现在电，其所产生的压降呈现在电气设备的外壳上，对敏感性的气设备的外壳上，对敏感性的电子设备不利。电子设备不利。L1L2L3PEN外露导电部分外露导电部分2023-1-2338 2 2）TN-STN-S系统系统 该系统相对于该系统相对于TN-CTN-C系统的系统的最大特点是因为在正常时最大特点是因为在正常时PEPE线线上不通过负荷
27、电流上不通过负荷电流，与，与PEPE线相线相连的电气设备的金属外壳在正连的电气设备的金属外壳在正常运行时不带电位。常运行时不带电位。由于比由于比TN-CTN-C系统系统多拉一多拉一根线根线，所以在价格上要贵一点。，所以在价格上要贵一点。L1L3L2NPE2023-1-2339 3 3）TN-C-STN-C-S系统系统 该系统的前端是该系统的前端是TN-CTN-C系统，系统，后面改为后面改为TN-STN-S系统。系统。缺点缺点是如前端的是如前端的PENPEN线上有线上有电流通过，很难保证后面的电流通过，很难保证后面的PEPE线上没有电流通过线上没有电流通过。L1L2L3PENPEN2023-1-
28、23404 4）TTTT系统系统 TTTT系统内，电气设备的金属系统内，电气设备的金属外壳单独接地，与电源在接地外壳单独接地，与电源在接地上上无电气联系无电气联系。其其优点优点是避免发生故障时，是避免发生故障时，将故障电压蔓延。将故障电压蔓延。缺点缺点是若某相线碰壳时，接是若某相线碰壳时，接地故障回路因地故障回路因增加了一个接地增加了一个接地电阻电阻，故障电流小于，故障电流小于TNTN系统，系统，自动开关不能切除故障自动开关不能切除故障，设备，设备外壳上会带百伏级的电压，人外壳上会带百伏级的电压，人身安全无法保证。身安全无法保证。PEL1L2L3N相线碰壳的故障回路相线碰壳的故障回路2023-
29、1-2341 5 5）ITIT系统系统 该系统没有配出中性线。适该系统没有配出中性线。适用于大型电厂的厂用电。用于大型电厂的厂用电。该系统中任一根相线若与地该系统中任一根相线若与地或设备金属外壳相碰，由于或设备金属外壳相碰，由于不不构成回路构成回路，不会出现危险故障，不会出现危险故障电流，即不会出现引爆的电火电流，即不会出现引爆的电火花，故花，故适用于防爆现场适用于防爆现场。L1L2L3PE2023-1-23423.2 3.2 有关标准对有关标准对TN-STN-S系统的规定系统的规定 （1 1）建筑物电子信息系统防雷技术规范（建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB 50343GB 50343-2
30、012-2012）第第5.4.25.4.2条作了下列强制性的规定：条作了下列强制性的规定：“电子信息系统设备由电子信息系统设备由TNTN交流配电系统供电时，配电线路交流配电系统供电时，配电线路必须必须采用采用TN-STN-S系统的接地方式。系统的接地方式。”（2 2）建筑物防雷设计规范（建筑物防雷设计规范（GB 50057-2010GB 50057-2010）第第6.1.26.1.2条规定：条规定：“当电源采用当电源采用TNTN系统时，从建筑物内总配电箱起供电给本建筑物内的配系统时，从建筑物内总配电箱起供电给本建筑物内的配电线路和分支线路电线路和分支线路必须必须采用采用TN-STN-S系统系统
31、。”2023-1-2343 4 4 接地电阻地定义接地电阻地定义 权威著作权威著作辞海辞海对接地电阻的定义是：对接地电阻的定义是：“接地体对地电阻和接地体对地电阻和接地引线电阻的和，数值上等于接地装置对地电压与通过接地体流接地引线电阻的和，数值上等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。入地中电流的比值。”这个定义似乎很严谨，但它把这个定义似乎很严谨，但它把接地电阻接地电阻和和连接电阻连接电阻混在一起了。混在一起了。前半句和后半句有前半句和后半句有矛盾矛盾。2023-1-2344 全国雷电防护标准化技术委员会制定的全国雷电防护标准化技术委员会制定的信息系统雷电防护术信息系统雷电防护术
32、语语对接地电阻的定义是：对接地电阻的定义是：“接地极与零的远方接地极之间的欧姆接地极与零的远方接地极之间的欧姆定律值。定律值。”这个定义在措辞上很严谨，这个定义在措辞上很严谨，但但没有可操作性没有可操作性。2023-1-2345高桥健彦（日）的定义高桥健彦（日）的定义 假设在某一电极上流入接地假设在某一电极上流入接地电流电流I I，若接地电极的电位比周围，若接地电极的电位比周围大地高出大地高出E E时，其电位上升值与接时，其电位上升值与接地电流之比地电流之比E/IE/I即为接地电阻。即为接地电阻。（引自（引自“高桥健彦（日），高桥健彦（日），接地技接地技术术，科学出版社，科学出版社，20032
33、003年年”）I I接地极接地极电位上升电位上升 E2023-1-2346 定义必须要和测量的可操作性定义必须要和测量的可操作性结合起来。结合起来。上述的定义必须要有上述的定义必须要有两个条件两个条件：1 1）要使接地电流流向接地）要使接地电流流向接地极，必须要有一个闭合回路，即还要极，必须要有一个闭合回路，即还要向大地打入另一个向大地打入另一个辅助电极辅助电极。2 2）接地电极的电位上升，必）接地电极的电位上升，必须以大地的须以大地的无限远点为基准无限远点为基准。所。所谓无限远点是指即使有接地电谓无限远点是指即使有接地电流，电位也不变动的地点。流，电位也不变动的地点。主接地主接地电极电极辅助
34、辅助电极电极电源电源I2023-1-2347图中：图中：T-T-被测接地体；被测接地体；P-P-辅助接地体（电压）；辅助接地体（电压）；A-A-辅助接地体（电流）。辅助接地体（电流）。测量时，测量时，T T、P P、A A极各相距极各相距2020米，或米，或P P、T T之间的距离为之间的距离为A A、T T之之间距离的间距离的0.6180.618倍并成倍并成直线直线排列。排列。VA工频电源工频电源TPA2023-1-2348电阻的基本概念和电流场的分布电阻的基本概念和电流场的分布 对于电阻，我们总离不开上述的基本公式。对于电阻，我们总离不开上述的基本公式。SlR2023-1-2349 离接地
35、极相当远时，因为离接地极相当远时，因为电流通路的截面积变得非常大，电流通路的截面积变得非常大，电阻很小；在接地极附近，因为电阻很小；在接地极附近，因为电流通路的截面积不是很大，接电流通路的截面积不是很大，接地电阻才呈现一定的电阻值。地电阻才呈现一定的电阻值。一般认为，一般认为，90%90%以上的电阻以上的电阻集中在接地极周围集中在接地极周围20m20m左右的土左右的土壤中，而其中壤中，而其中70%70%左右的电阻又左右的电阻又集中在接地极周围集中在接地极周围2m2m左右的土壤左右的土壤中。中。接地电流接地电流截面积小截面积小截面积大截面积大2023-1-2350 所以接地电阻的大小主要取决于下
36、列因素：所以接地电阻的大小主要取决于下列因素：1 1）接地体附近）接地体附近土壤的电阻率土壤的电阻率；2 2）接地体的形状接地体的形状，它影响到土壤里电流场的截面大小。，它影响到土壤里电流场的截面大小。即：即：R=R=f f式中：式中：大地电阻率（大地电阻率（m);m);f f 由电极的由电极的尺寸和形状尺寸和形状决定的函数（决定的函数（1/m1/m）。）。2023-1-23515 5 接地电阻的理论值接地电阻的理论值1 1）接地电阻理论值的导出）接地电阻理论值的导出 为了理论上比较容易处理，为了理论上比较容易处理，现以半球状电极为例进行讨论。现以半球状电极为例进行讨论。右图表示右图表示半球状
37、电极半球状电极的接地模的接地模型。假设辅助电极位于相对主接型。假设辅助电极位于相对主接地电极的无限远点，接地电流从地电极的无限远点，接地电流从电极的表面向周围大地呈电极的表面向周围大地呈放射形放射形流出流出。如果辅助电极很近，电流。如果辅助电极很近，电流的分布就不是放射状的了的分布就不是放射状的了。2023-1-2352根据根据R=R=LL/S/S，（为电阻率，为电阻率，L L为长度，为长度，S S为流通为流通截面积）。截面积）。则可得微分方程：则可得微分方程：22xdxdR2023-1-2353 将上式从电极的表面将上式从电极的表面 r r 积分到积分到 r r1 1就可以求出总的接地电阻就
38、可以求出总的接地电阻 因为接地电阻是从电极到无限远处的全部电阻，如果因为接地电阻是从电极到无限远处的全部电阻，如果r r1 1为无限为无限远远，则，则1/r1/r1 1等于零，则上式为等于零，则上式为)11(211rrdRRrrrR22023-1-2354 看接地电阻的表达式看接地电阻的表达式 R=R=f f 。分解半球状电极的接地电阻。分解半球状电极的接地电阻计算式计算式,可得可得 半球状接地体的接地电阻值与半径成反比。半球状接地体的接地电阻值与半径成反比。rR212023-1-23552 2）垂直棒电极的接地电阻）垂直棒电极的接地电阻或者或者 ltrrllR2ln2)22()223(ln2
39、1ln2tltlrllR2023-1-2356离地表面深度离地表面深度t t的考虑的考虑1 1）含水量变化大，电阻率变化也大，所以）含水量变化大，电阻率变化也大，所以接地电阻值不稳定接地电阻值不稳定；2 2）地表下）地表下0.150.15米到米到0.50.5米处土壤处于干湿交界的地方，含水量大，米处土壤处于干湿交界的地方，含水量大，接地体易腐蚀接地体易腐蚀；3 3）冬天，冻土层的电阻率大，）冬天，冻土层的电阻率大，接地电阻值大。接地电阻值大。所以规定在所以规定在0.6m0.6m以下以下。如采用角钢其等效半径如采用角钢其等效半径r r 设角钢的宽为设角钢的宽为S S，则等效半径为，则等效半径为:
40、2023-1-2357SSr54.0222）（s2023-1-2358一个标准设计一个标准设计1 1）接地电阻值是前面所列公）接地电阻值是前面所列公式的式的三分之一。三分之一。2 2）接地体的间距不宜小于其）接地体的间距不宜小于其长度的长度的2 2倍倍，这主要是考虑接，这主要是考虑接地体互相的屏蔽影响。地体互相的屏蔽影响。80025005000500050 x50扁钢作接地干线50 x50 x5角钢2023-1-2359接地体之间散流的屏蔽体效应接地体之间散流的屏蔽体效应2023-1-23603 3）扁带状电极的接地电阻）扁带状电极的接地电阻或者或者allR4ln2t tl lab221ln)
41、(22ln2442222ltltlttlbaabaallR2023-1-23614 4）板状电极的接地电阻）板状电极的接地电阻即即baR4ta ab)(44.0SR2023-1-23625 5）接地网的接地电阻的简易计算）接地网的接地电阻的简易计算 是以是以圆盘接地体圆盘接地体推导并归纳出来的。推导并归纳出来的。式中：式中：SS地网总面积，平方米。地网总面积，平方米。关于这个简单的计算公式，有过一段国际趣闻，同样的一关于这个简单的计算公式，有过一段国际趣闻，同样的一个大型的地网，美、日学者用计算机算，中国学者用该公式人个大型的地网，美、日学者用计算机算，中国学者用该公式人工手算，结果三人的计算
42、结果只差百分之几。工手算，结果三人的计算结果只差百分之几。道理很简单，道理很简单，地网的接地电阻主要取决土壤的电阻率和地地网的接地电阻主要取决土壤的电阻率和地网的面积网的面积。)(5.0SR2023-1-23636 6 降低降低独立接地体独立接地体的接地电阻的方法的接地电阻的方法1 1）使用降阻剂）使用降阻剂 r1r2r r2 2r r1 1降 阻 剂降 阻 剂2接地体接地体2023-1-2364 在在没有降阻剂没有降阻剂的情况下，半球状接地体的接地电阻为的情况下，半球状接地体的接地电阻为 在在半球状接地体周围埋了降阻剂后半球状接地体周围埋了降阻剂后，其接地电阻可看成从半球，其接地电阻可看成从
43、半球表面表面r r1 1到降阻剂边界到降阻剂边界r r2 2的电阻以及从的电阻以及从r r2 2到无穷远处的电阻的串联，即到无穷远处的电阻的串联，即11211221rdxxRr2111221212222)(22221rrrrdxxdxxRrrr2023-1-2365 由于由于降阻剂的电阻率远小于自然土壤的电阻率降阻剂的电阻率远小于自然土壤的电阻率，即，即2 21 1，上，上式可简化为式可简化为即即)1(21122112rrrrRR2112rrRR2112122rRrrR2023-1-2366 由上式可知，用低电阻率的降阻剂取代了接地体附近半径为由上式可知，用低电阻率的降阻剂取代了接地体附近半径
44、为r r2 2的半球壳范围内的自然土壤，就的半球壳范围内的自然土壤，就相当于将半球状接地体的半径由原相当于将半球状接地体的半径由原来的来的r r1 1增大到增大到r r2 2。接地体的几何尺寸增大了，使得其接地电阻值减。接地体的几何尺寸增大了，使得其接地电阻值减小。也小。也相当于增加了接地体的有效泄散电流截面相当于增加了接地体的有效泄散电流截面，所以能降低接地，所以能降低接地电阻。电阻。在大型地网中使用降阻剂是无效的。在大型地网中使用降阻剂是无效的。2023-1-23672 2）采用新型的接地系统）采用新型的接地系统-IEA-IEA电解离子接地系统电解离子接地系统 1 1）它是由先进的）它是由
45、先进的陶瓷复合材料陶瓷复合材料或合金电极、中性的离子化合物或合金电极、中性的离子化合物组成；组成；2 2）内部的）内部的电解离子化合物电解离子化合物，通，通过电极顶部的呼吸孔吸收空气和土壤过电极顶部的呼吸孔吸收空气和土壤中的水分，使中的水分，使接地极中的化合物潮解接地极中的化合物潮解形成电解液形成电解液，渗透到周围土壤中去，渗透到周围土壤中去，降低土壤的电阻率降低土壤的电阻率;3 3）回填料回填料是增加电解离子的导是增加电解离子的导电作用。电作用。4 4）这是美国）这是美国ATIATI公司的技术，接公司的技术，接地电阻在地电阻在1 1欧姆以下，欧姆以下，使用寿命大于使用寿命大于2525年年（一
46、般钢为（一般钢为3-53-5年）。年）。IEA接地体接地体IEA回填料回填料扩大土壤的导电范围扩大土壤的导电范围呼吸孔呼吸孔2023-1-23683 3）接地材料的选择接地材料的选择 热镀锌钢材；热镀锌钢材；铜；铜；美国美国ATIATI镀铜钢，镀铜钢，铜包钢铜包钢（寿命可达（寿命可达3030年）；年）；非金属材料和电解质（四川中光）。非金属材料和电解质（四川中光）。铜材接地系统性能稳定、可靠、免维护，寿命长。铜材接地系统性能稳定、可靠、免维护，寿命长。2023-1-23697 7 接地系统的测量接地系统的测量A.等距法（文氏法）测土壤电阻率等距法（文氏法）测土壤电阻率 四个小电极成直线排列，相
47、距四个小电极成直线排列，相距为为a,a,所测电阻为所测电阻为R R，则电阻率为：，则电阻率为：=2=2aRaR 在布电极时，为了减少测量在布电极时，为了减少测量误差，应取误差，应取a10h,a10h,h h为测量电极的为测量电极的埋设深度。埋设深度。a aaaV VA2023-1-2370B.B.接地网接地电阻的测量接地网接地电阻的测量 可以利用等腰三角形布电极法测量接地网的接地电阻值，其布线可以利用等腰三角形布电极法测量接地网的接地电阻值，其布线应按下图来实施，一般应取应按下图来实施，一般应取d2Dd2D，D D为接地网的为接地网的最大对角线距离最大对角线距离。300d dd d1 12 2
48、D D请思考一个问题请思考一个问题 在测量共用接地网的接地电阻时，如果没有那么大的在测量共用接地网的接地电阻时，如果没有那么大的地理空间满足地理空间满足d2Dd2D，即即d d远小与远小与2D2D，试问，试问，测量值较实测量值较实际值是偏大还是偏小？际值是偏大还是偏小？（回第（回第4545页）页）2023-1-23712023-1-2372C.C.接地网接地电阻的工频值和冲击值接地网接地电阻的工频值和冲击值 计算方法同前，只是将计算方法同前，只是将接地网周长的一半作最长支线接地网周长的一半作最长支线L L。1)1)当接地网的接地体周长的一半当接地网的接地体周长的一半大于或等于大于或等于接地体的
49、有效接地体的有效长度长度LeLe时时，接地网的冲击接地电阻值等于其工频接地电阻值；，接地网的冲击接地电阻值等于其工频接地电阻值；2)2)当接地网的接地体周长的一半当接地网的接地体周长的一半L L小于接地体有效长度小于接地体有效长度lele时，时，根据实际的根据实际的L/LeL/Le按图按图3.9e(3.9e(3030页）求出页）求出A A值，而后将接地网值，而后将接地网的工频接地电阻值除以的工频接地电阻值除以A A，算出冲击接地电阻值。，算出冲击接地电阻值。例：如例：如=100(=100(m),m),因为因为 所以所以Le=20(m),Le=20(m),所以只要所以只要接地网的接地体周长的一半
50、大于接地网的接地体周长的一半大于2020米，接地网的冲击接地电阻值等于其工频接地电阻值。米，接地网的冲击接地电阻值等于其工频接地电阻值。2el2023-1-2373 D.D.接地电阻的季节因数接地电阻的季节因数 由于土壤的电阻率是随季节（温度和含水量）变化的，土壤电阻由于土壤的电阻率是随季节（温度和含水量）变化的，土壤电阻率在冬季最高。规范所要求的接地电阻实际上是接地电阻的率在冬季最高。规范所要求的接地电阻实际上是接地电阻的最大许最大许可值可值。为了满足这个要求，接地电阻要达到：。为了满足这个要求，接地电阻要达到：R=RR=Rmaxmax/式中：式中：R Rmaxmax接地电阻最大值；接地电阻
