1、變電站接地設(shè)計(jì)-離子接地極的計(jì)算一、概述：接地的目的是保證人員安全和設(shè)備的安全以及設(shè)備的正常運(yùn)行。根據(jù)康定變電站站址地勘報(bào)告，地質(zhì)條件較為惡劣，土壤電阻率值約為2041.m（土壤電阻率報(bào)告推薦值），可供敷設(shè)的地網(wǎng)面積約為23500m2，要求按照土壤電阻率計(jì)算，在站內(nèi)能達(dá)到的最安全的接地電阻值。二、參照標(biāo)準(zhǔn)：1.1 gb50169-2006 接地裝置施工驗(yàn)收規(guī)范 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1.2 dl/t621-1997 交流電氣裝置的接地 中國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1.3 dl/t5161、6-2002 接地裝置施工質(zhì)量檢驗(yàn) 中國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1.4 ansi/ieee std 交流變電站安全導(dǎo)則 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1.5

2、bs7430-1991 接地裝置設(shè)計(jì)規(guī)范 英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 三、技術(shù)要求：根據(jù)dl/t 621規(guī)范規(guī)定，通常情況下，有效接地和低電阻接地系統(tǒng)中發(fā)電廠(chǎng)、變電所電氣裝置保護(hù)接地的接地電阻宜符合以下要求： r2000/ir-考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻，；i-計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，a。在該變電站中，入地短路電流i=13.4ka。因此可計(jì)算出接地電阻為r2000/i=2000/13400=0.1492。由于該站接地條件惡劣，接地電阻很難滿(mǎn)足r=0.1492。一般情況下，220kv變電站設(shè)計(jì)時(shí)多要求接地電阻不大于0.5，但是該變電站站址土壤電阻率很高，同樣接地電阻很難滿(mǎn)足r不大于0.5。根據(jù)設(shè)

3、計(jì)規(guī)范：當(dāng)接地裝置的接地電阻不符合式要求時(shí)，可通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較增大接地電阻，但不得大于5，同時(shí)跨步電勢(shì)、接觸電勢(shì)都應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定。1、全站接地電阻按接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)要求反推接地電阻：已知量：表面土壤電阻率=2000.m；t=0.2s接觸電勢(shì)不得大于：跨步電勢(shì)不得大于：根據(jù)接觸電勢(shì)反推接地電阻：已知量：地網(wǎng)所用材料量l=5450m；地網(wǎng)周長(zhǎng)lo=780；地網(wǎng)面積s=23500 m2；接地線(xiàn)等效直徑d=0.01236m；可得出：根據(jù)接觸電勢(shì)反推接地電阻：已知量：接地網(wǎng)埋深h0.8m；跨步距離t0.8m；n=16可得出：2、在設(shè)備支架周?chē)栽O(shè)備支架為中心，敷設(shè)2m2m的碎石加瀝青，敷設(shè)的厚度大于2

4、0cm。根據(jù)接觸電勢(shì)反推接地電阻：取p=6000 ； t=0.2s根據(jù)跨步電勢(shì)反推接地電阻：根據(jù)計(jì)算，變電站接地電阻要求小于或等于0.1492歐姆；全站接地電阻按接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)要求值取0.4759歐姆，采取提高表面接觸電阻率的方式，場(chǎng)地地面設(shè)備支架和構(gòu)架上有接地線(xiàn)引下處2米見(jiàn)方鋪設(shè)厚20cm的碎石加瀝青,在水泥地面外的其余場(chǎng)地敷設(shè)碎石。經(jīng)校核，采取上述措施后，能滿(mǎn)足接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)的要求的接地電阻值為1.1057歐姆。接地體截面選擇：根據(jù)熱穩(wěn)定條件，未考慮腐蝕時(shí)，接地線(xiàn)的最小截面應(yīng)符合下式要求 式中：sg接地線(xiàn)的最小截面，mm2； ig流過(guò)接地線(xiàn)的短路電流穩(wěn)定值，a(根據(jù)系統(tǒng)510年發(fā)展

5、規(guī)劃，按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式確定)； te短路的等效持續(xù)時(shí)間，s；c接地線(xiàn)材料的熱穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)材料的種類(lèi)、性能及最高允許溫度和短路前接地線(xiàn)的初始溫度確定。紫銅絞線(xiàn)的熱穩(wěn)定系數(shù)為210，此變電站的短路電流穩(wěn)定值為27ka，等效持續(xù)時(shí)間為0.4s，代入上面公式得出因此選用120mm2 截面紫銅絞線(xiàn)符合要求！四、設(shè)計(jì)參數(shù)（1） 根據(jù)巖土勘察報(bào)告，土壤電阻率推薦值為2041.m。（2） 可使用地網(wǎng)面積23500(m)2（3） 年平均溫度21.6，全年無(wú)結(jié)冰期；年降雨量1323.6mm，年平均相對(duì)濕度79%，其中，降雨量主要集中在49月，122月各月的降雨量50mm；相對(duì)濕度28月為80%82%，其它月份

6、為74%79%，可見(jiàn)降雨量和濕度的季節(jié)變化基本一致，因此可以推斷該變電站土壤電阻率基本穩(wěn)定，一年之中無(wú)大變化。五、方案設(shè)計(jì)：在對(duì)變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，增大變電站接地網(wǎng)面積會(huì)導(dǎo)致投資過(guò)大，在有限的區(qū)域使用增設(shè)長(zhǎng)的垂直接地體，并開(kāi)機(jī)鉆孔添加降阻劑是一個(gè)好的方法。而在此類(lèi)垂直接地體中，電解離子接地系統(tǒng)是一個(gè)好的的選擇。綜合考慮變電站接地網(wǎng)的使用年限、地網(wǎng)材料、接地電阻、地質(zhì)情況、濕度溫度等自然因素的影響，采取鋪設(shè)水平網(wǎng)，地網(wǎng)四周安裝13組離子接地極，每組離子接地極都配合降阻劑使用的方法來(lái)設(shè)計(jì)本接地方案。6.1 在變電站圍墻內(nèi)敷設(shè)水平接地網(wǎng)，接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合。水平地網(wǎng)材料采用120mm2紫銅絞線(xiàn)，平

7、均間隔寬度約為9米左右。6.2 在水平網(wǎng)四周安裝20組離子接地極，每組離子接地極均由兩根離子接地棒通過(guò)連接導(dǎo)體組成（安裝方法詳見(jiàn)接地平面圖）。離子接地極安裝于口徑12cm深15米深井內(nèi)，深井內(nèi)同時(shí)敷設(shè)gem降阻劑，用于降低接地電阻及消散故障電流。6.3 在水平網(wǎng)交點(diǎn)處及地網(wǎng)四周埋設(shè)5/8 inch , 2.5米長(zhǎng)鍍銅鋼棒作為垂直接地極,用于泄流用與降低接地電阻，同時(shí)防止跨步電壓與接觸電勢(shì)。6.4 銅絞線(xiàn)與銅絞線(xiàn)、銅絞線(xiàn)與鍍銅鋼接地極、銅絞線(xiàn)與離子接地極之間的連接均采用放熱焊接。六、接地電阻計(jì)算：1、 水平網(wǎng)接地電阻計(jì)算： ：水平接地網(wǎng)的接地電阻，: 土壤電阻率，ms：地網(wǎng)面積，m2；已知量：=

8、2041m； s=23500 m2代入公式可計(jì)算得出：2、 垂直網(wǎng)接地電阻計(jì)算r關(guān)于離子接地系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)中的工頻接地電阻計(jì)算問(wèn)題一直存在爭(zhēng)議，許多國(guó)外和國(guó)內(nèi)的制造商一直使用以上公式的計(jì)算方式對(duì)電解離子接地系統(tǒng)的工頻接地電阻進(jìn)行計(jì)算，其等于假設(shè)整個(gè)電解離子接地系統(tǒng)為一個(gè)垂直埋設(shè)的金屬接地體，按垂直接地體的工頻接地電阻計(jì)算公式來(lái)計(jì)算，然后再給出一個(gè)修正的系數(shù)，這樣的計(jì)算和設(shè)計(jì)是不科學(xué)的。2004年美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（ieee）在iel數(shù)據(jù)庫(kù)收錄了一篇基于電解離子接地系統(tǒng)工作原理模擬的電解離子接地系統(tǒng)的工頻接地電阻計(jì)算公式，其充分考慮了電解離子接地系統(tǒng)的接地體長(zhǎng)度、初始離子擴(kuò)散半徑、回填料降

9、阻率和電解離子接地系統(tǒng)利用率等參數(shù)對(duì)電解離子接地系統(tǒng)的工頻接地電阻的影響，依據(jù)實(shí)驗(yàn)的方法給出了近似的模擬計(jì)算公式，該計(jì)算公式如下：離子接地系統(tǒng)的工頻接地電阻；h： 離子接地系統(tǒng)的長(zhǎng)度；：離子接地系統(tǒng)的初始離子擴(kuò)散半徑；：降阻劑回填料降阻率; k： 離子接地系統(tǒng)效率； 在本設(shè)計(jì)中，以上參數(shù)取值分別為（如何取值詳見(jiàn)附錄）：h=30m； =0.5； =0.55； k=0.75代入公式得：電解離子接地系統(tǒng)并聯(lián)的工頻接地電阻近似計(jì)算如下：1組離子接地系統(tǒng)的使用效果r2： n組離子接地系統(tǒng)使用后的效果n： 使用離子接地系統(tǒng)的組數(shù) ：利用系數(shù) 在本設(shè)計(jì)中參數(shù)的取值分別為（如何取值詳見(jiàn)附錄）：n=20； =0

10、.75代入公式得：3、 地網(wǎng)接地電阻r1: 水平接地極的接地電阻,6.6537 r2：垂直接地系統(tǒng)的接地電阻，1.01代入公式得：取水平網(wǎng)接地電阻與垂直網(wǎng)接地電阻的并聯(lián)系數(shù)0.9，r=0.88/0.9=0.978。因?yàn)閞=0.978 1.1057，所以能滿(mǎn)足該變電站接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)的要求！七、材料選型:1 降阻劑選用美國(guó)艾力高公司生產(chǎn)的gem物理降阻劑。該降阻劑主要成分為炭灰電石，導(dǎo)電率為0.21w.m，不腐蝕接地材料。由于含有水泥成分，一旦安裝完畢就是永久性的，不會(huì)溶解和沖走，符合美國(guó)環(huán)保局要求。 3-1 gem降阻劑材料具體說(shuō)明及安裝方法詳見(jiàn)說(shuō)明書(shū)接地產(chǎn)品和系統(tǒng)2 垂直接地極選用美國(guó)艾力

11、高公司生產(chǎn)的eritech銅鍍鋼接地棒，銅以分子的形式電鍍?cè)诟邚?qiáng)度鋼芯上，厚度可達(dá)0.254mm，任意彎折銅層不脫落，不起皮，擁有國(guó)際ul認(rèn)證證書(shū)。接地棒直徑1.42cm，單根長(zhǎng)度1.22m，可通過(guò)連接器組合成任意長(zhǎng)度。3-2 銅鍍鋼接地棒 3-4垂直接地極手動(dòng)安裝3-3 垂直接地極電動(dòng)安裝3 焊接工藝選用美國(guó)艾力高公司提供的cadweld放熱焊接工藝進(jìn)行接頭的連接。該工藝焊接的接頭電阻小于導(dǎo)體本身，強(qiáng)度優(yōu)于導(dǎo)體，接頭被銅層覆蓋因此抗腐蝕性和導(dǎo)電性均非常出色，接頭內(nèi)部無(wú)空隙，是真正的分子結(jié)合。該工藝操作簡(jiǎn)單，省時(shí)省力，對(duì)操作者無(wú)資格證書(shū)要求，接頭僅憑外觀(guān)即可判定是否合格。焊接工具擁有國(guó)際ul證

12、書(shū)，接頭擁有加拿大安達(dá)略水利試驗(yàn)室出示的檢測(cè)證書(shū)，保證了接頭良好的導(dǎo)電性和抗腐蝕性。模具實(shí)體圖焊接完成接頭（十字型）接頭剖面 簡(jiǎn)單四步即完成放熱焊接八、材料報(bào)價(jià)表: 序號(hào)品名型號(hào)規(guī)格數(shù)量單位1水平接地體120截面紫銅絞線(xiàn)5800米2垂直接地體635840215根3離子接地極ecrv102q4u40根4模具sscy6(plus)2個(gè)5模具tacy6y5(plus)1個(gè)6模具tacy6y6(plus)2個(gè)7模具xacy6y6(plus)5個(gè)8模具gtcs143y6(plus)5個(gè)9焊藥115 plusf20100盒10焊藥150 plusf20370盒11焊藥200 plusf20220盒12降阻

13、劑gem25a600包13夾具l1602個(gè)14模具清潔刷t3942個(gè)15抗沖擊螺栓ds5820個(gè)16去氧化鋼刷t3132個(gè)17電子點(diǎn)火器pluscu2個(gè)18模具密封膠泥t4033盒19陶瓷隔熱毯t3061塊20噴燈 t1111個(gè)九、鍍銅鋼棒接地極與傳統(tǒng)接地系統(tǒng)的性能價(jià)格比：比較項(xiàng)目傳統(tǒng)接地系統(tǒng)鍍銅鋼棒接地系統(tǒng)工程費(fèi)用材料費(fèi)低施工費(fèi)高(占地面積大)其他費(fèi)用高(打深井等)適中低無(wú)接地材料鋼材(鍍鋅扁鋼或角鐵)銅鋼或銅材合金連接方式電焊電氣性能不穩(wěn)定,接觸電阻大放熱焊接電氣性能穩(wěn)定,沒(méi)有接觸電阻導(dǎo)電性能導(dǎo)電性良好導(dǎo)電性好,是鋼材的八倍防腐性能鋼材差鍍鋅鋼一般銅材的耐腐性是鋼材的十倍是鍍鋅鋼的三倍接地效果不穩(wěn)定,接地電阻會(huì)持續(xù)上升很穩(wěn)定,接地電阻會(huì)保持在一個(gè)較穩(wěn)定的水準(zhǔn)使用年限不到十年,須定期維護(hù)完全免維護(hù)綜合比較通過(guò)上述比較,銅鍍鋼棒接地系統(tǒng)雖然一次性投入比傳統(tǒng)接地系統(tǒng)多些,但它的壽命長(zhǎng),性能穩(wěn),免維護(hù)的獨(dú)特性能和優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)接地方式無(wú)法比擬的.目前在我國(guó)的華北,華東電力集團(tuán)以及各主要城市電廠(chǎng)和變電站已普遍采用。十、總結(jié)：1、 計(jì)算得出接地網(wǎng)接地電阻r=0.9782000m， =0.55當(dāng)土壤電阻率較低的時(shí)候，其降阻劑回填料的降阻率也較低，隨著土壤電阻率的升高，其降阻劑回填料的降阻作用才逐漸表現(xiàn)出來(lái)。即：土壤電阻率越高，降阻劑回填料的