發電廠、變電所的接地裝置長沙理工大學電氣與信息工程學院第一節發電廠、變電所接地的意義

發電廠、變電所的接地好壞直接關系到設備和人身的安全，因而愈來愈受到人們的重視，因為發電廠、變電所的接地網不但要滿足工頻短路電流的要求，還要滿足雷電沖擊電流的要求。以前由于接地網的缺陷，曾發生了不少事故，事故的原因既有地網接地電阻方面的問題，又有地網均壓方面的問題。隨著電網的發展，特別是發電廠、變電所內微機保護、綜合自動化裝置的大量應用，這樣弱電元件對接地網的要求更高，地電位的干擾對監控和自動化裝置的影響不得不引起人們重視。為了保證發電廠、變電所的接地網必須著重解決以下問題。（1）接地網的接地電阻問題，因為它直接關系到工頻接地短路和雷電流入地時地電位的升高。

（2）地網均壓問題，特別是接地網的局部容易向電纜溝內的電纜產生反擊造成控制保護設備的損壞引發惡性事故。（3）設備接地問題，特別嚴重的是有的防雷設備，如避雷線、避雷器的接地不好，會產生很高的殘壓和反擊過電壓，如信陽縣110kV變電所在1992年做地網連通試驗時發現，110kV電壓互感器、避雷器間隙與地網不通，110kV系統與地網不通，結果在那幾年，年年雷雨時都打壞設備。（4）接地線的熱穩定，如果接地線的熱穩定達不到要求，在接地短路電流流過時，就會把接地線燒斷，造成設備外殼帶電，還容易發生高壓向保護和控制線反擊。如平橋電廠，在1987年7月就發生過一次事故，其原因是由于35kV斷路器內短路，而接地線又被燒斷開路，造成了高壓向保護電纜反擊，使繼電保護癱瘓，事故擴大。

第二節發電廠、變電所接地的一般要求一、發電廠、變電所的接地電阻

1、有效接地系統和低電阻接地系統

有效接地系統和低電阻接地系統中發電廠、變電所電氣裝置保護接地的接地電阻應符合下列要求。一般情況下，接地裝置的接地電阻應符合下式要求

式中R——考慮到季節變化的最大接地電阻，Ω；

I——流經接地裝置的入地短路電流。A。

（5）接地網的腐蝕問題，由于接地裝置在地下運行，故運行條件惡劣，特別是在一些潮濕和有害氣體存在的地方，或土壤呈酸性的地方最容易發生腐蝕。腐蝕接地網的電氣參數會發生變化，甚至會造成電氣設備的接地與地網之間，地網各部分之間形成電氣上的開路，因而應受到特別的重視。（2-1）式中（2-1）中計算用流經接地裝置的入地短路電流，采用在接地網內、外短路時，經接地裝置流入地中的最大短路電流對稱分量最大值，

該電流應按5-10年發展后的系統最大運行方式確定，并應考慮系統中各接地中性點間的短路電流分配，以及避雷線中分走的接地短路電流。發電廠或變電所內外發生接地短路時，流經接地裝置的電流可分別按下式計算

（2-2）式中I——入地短路電流，AImax——發生接地短路時的最大接地短路電流，AIN——發生最大接地短路電流時，流經發電廠、變電所接地中性點的最大接地短路電流，A

Ke1、Ke1——分別為發電廠、變電所內或外短路時，避雷線的工頻分流系數。計算用入地短路電流取兩式中較大的I值。（2）當接地網的接地電阻由于受條件限制，比如土壤電阻率較高，又沒法擴大地網，地下又沒有可以利用的地層時，可以通過技術經濟比較，適當增大接地電阻，但不得大于5Ω，其人工接地網及有關電氣裝置應符合以下要求：

1）為防止轉移電位引起的危害，對可能將接地網的高電位引向廠、所外或將低電位引向廠、所內的設施，應采取隔離措施。例如：對外的通信設備加隔離變壓器；向廠、所外供電的低壓線路采用架空線，其電源中性點不在廠、所內接地，改在廠、所外適當的地方接地；通向廠、所外的管道采用絕緣段、鐵路軌道分別在兩處加絕緣雨尾板等等。

2）考慮短路電流非周期分量的影響，當接地網地位升高時，發電廠、變電所內的3-10kV閥式避雷器不應動作或動作后應承受被賦予的能量。

3）設計接地網時，應驗算接觸電壓和跨步電壓。

2、不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統中，發電廠、變電所電氣裝置保護接地的接地電阻應符合下列要求。（1）高壓與發電廠、變電所電力生產用低壓電氣裝置共用的接地裝置應符合下式要求（2-3）但不應大于4Ω。（2）高壓電氣裝置的接地裝置，應符合下式要求（2-4）式中R——考慮到季節變化的最大接地電阻，ΩI——計算用的接地故障電流，A。

（3）消弧線圈接地系統中，計算用的接地故障電流應采用下列數值：

①對于裝有消弧線圈的發電廠、變電所電氣裝置的接地裝置，計算電流等于接在同一接地裝置中同一系統各消弧線圈額定電流總和的1.25倍；

②對與不裝消弧線圈的發電廠、變電所電氣裝置的接地裝置計算電流，等于系統中斷開最大一臺消弧線圈或系統中最長線路被切除時的最大可能殘余的電流值。（4）在高土壤電阻率地區的接地電阻不應大于30Ω，且應符合跨步電壓和接觸電壓的要求。

3、發電廠、變電所電氣裝置雷電保護接地的接地電阻（1）獨立避雷針（含懸掛獨立避雷線的架構）的接地電阻。在土壤電阻率不大于500Ω.m的地區不應大于10Ω，允許采用較高的電阻值，但空氣中和地中距離必須符合下列要求：

1）避雷針與配電裝置帶電部分、發電廠和變電所電氣設備接地部分、架構接地部分之間的空氣中距離，應符合下式要求

式中——空氣中距離，m——避雷針的沖擊接地電阻，Ωh——避雷針校驗點的高度，m。

2）獨立避雷針的接地裝置與發電廠或變電所接地網間的地中距，應符合式（2-6）的要求（2-6）式中——地中距離。

（2-5）如不能滿足式（2-6）時，避雷針的接地裝置也可與主接地網連接，但避雷針與主接地網的地下連接點至35kV及以下設備與主接地網的地下連接點之間，沿接地體的長度不得小于15m。

（2）變壓器門型構架上的避雷針、線的接地電阻，除水力發電廠外，在變壓器門型架構上和在離變壓器主接地線小于15m的配電裝置的架構上，當土壤電阻率大于350Ω.m時，不允許裝設避雷針、避雷線；如不大于350Ω.m，則應根據方案比較經濟效益，并經過計算后采用相應的防止反擊措施，并至少遵守下列規定，方可在變壓器門型構架上裝設避雷針、避雷線。

1）裝在變壓器門型架構上的避雷針應與地網連接，并沿不同方向引出3-4根放射型水平接地體。在每根水平接地體上離避雷針架構3-5m處裝設一根垂直接地體。

2）直接在3-35kV變壓器的所有繞組線上或在離變壓器電氣距離不大于5m的條件下裝設閥式避雷器。

高壓側電壓為35kV的變電所，在變壓器門型架構上裝設避雷針時，變電所接地電阻不應超過4Ω（不包括架構基礎的接地電阻）。4、其他要求二、發電廠、變電所的接地網均壓要求

確定發電廠、變電所接地裝置的型式和布置時，考慮保護接地的要求，應降低接觸電位差和跨步電位差，并應符合下列要求：（1）在110kV及以上有效接地系統和6-35kV低電阻接地系統，發生單相接地或異點兩相接地時，發電廠、變電所接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應超過下列數值

（1）發電廠和變電所酥油爆炸危險，且爆炸后有可能波及發電廠和變電所內主設備或嚴重影響發供電的建（構）筑物，防雷電感應的接地電阻不應大于30Ω。（2）發電廠的易燃油和天然氣設施防靜電接地的接地電阻不應大于30Ω。（2-7）（2-8）

式中Ut——接觸電位差，V

Us——跨步電位差，V

t——人腳戰立處地表面的土壤電阻率，Ω.m

——接地短路（故障）電流持續時間，s。0

（2）3-66kV不接地、經消弧線圈接地和高電阻接地系統，發生單相接地故障后，當不迅速切除故障時，發電廠、變電所接地裝置的接觸電位差和跨步電位差不應超過下列數值

（3）在條件特別惡劣的場所，例如水田中，接觸電位差和跨步電位差的允許值宜適當降低。

（2-9）

（2-10）

三、發電廠、變電所接地裝置的熱穩定

（1）在有效接地系統中，發電廠、變電所電氣設備接地線的截面，應按接地短路電流進行熱穩定效驗。鋼接地線的短時溫度不應超過400oC，銅接地線不應超過450oC，鋁接地線不應超過300oC。（2）效驗不接地、消弧線圈接地和高電阻接地系統中電氣設備接地線的熱穩定時，敷設在地上的接地線長時間溫度不應大于150oC，敷設在地下的接地線長時間溫度不應大于100oC。

當按70oC的允許載流量曲線選定接地線的截面時，對于敷設在地上的接地線，流過接地線的計算電流應采用單相接地故障電流的60%；對于敷設在地下的接地線，流過接地線的計算電流應采用單相接地故障電流的75%。（3）與架空送、配電線路相連的6-66kV高壓電氣設備接地線，還應按兩相異地短路效驗熱穩定，接地線的短時溫度同（1）。

四、發電廠、變電所接地裝置的防腐要求

（1）計及腐蝕影響后，接地裝置的設計使用年限，應與地面工程設計使用年限相當。（2）接地裝置的防腐蝕設計，宜按當地的腐蝕數據進行。（3）在腐蝕嚴重地區，敷設在電纜溝中的接地線和敷設在屋內或地面上的接地線，宜采用熱鍍鋅；對埋入地下的接地體宜采用適當的防腐措施，如在接地體四周施加高效膨潤土降阻防腐劑，或者采用陰極保護等措施。接地線與接地極或接地極之間的焊接點，應涂防腐材料。

五、發電廠、變電所地網的形式要求

發電廠、變電所電氣裝置的接地裝置，除了利用自然接地極外，敷設以水平接地體為主的人工接地網。人工接地網的外緣應閉合，外緣各角應做成圓弧形，圓弧的半徑不宜小于均壓帶間距的一半。接地網內應敷設水平均壓帶。接地網的埋設深度不宜小于0.6m，有條件的埋設在1m以下。北方凍土區應埋設在凍土層以下。接地網可采用長孔網或方孔網，但方孔網的均壓，特別是在沖擊電流作用下的均壓效果要好得多。接地網的均壓帶可采用等距或不等距布置。

35kV以上變電所接地網邊緣經常有人出入的走道外，應鋪設礫石、瀝青路面或在地下裝設兩條與地網相連的均壓帶。

六、發電廠、變電所設備接地要求

（1）發電廠、變電所電氣裝置中下列部位應專門敷設接地線接地：

1)發電機座或外殼、出線柜、中性點柜的金屬底座和外殼、封閉母線的外殼；

2)110kV及以上的鋼筋混凝土構件支座上電氣設備的金屬外殼；

3)箱式變電所的金屬箱體；

4)直接接地的變壓器中性點；

5)變壓器、發電機、高壓并聯抗器中性點所接消弧線圈、接地電抗器、電阻器或變壓器等的接地端子。

6)GIS的接地端子；

7)避雷器，避雷針、線等的接地端子。（2）發電廠、變電所GIS的接地線及其連接應符合以下要求：

1）三相共箱式或分相式的GIS，其基座上的每一接地母線應采用分設其兩端的接地線與發電廠或變電所的接地網連接。接地線并應和GIS室內環形接地母線連接。接地母線較長時，其中部宜另加接地線，并連接至接地網。接地線與GIS接地母線采用螺栓連接式，并應采取防腐蝕措施。

2）當GIS露天布置或裝設在室內與土壤直接接觸的地面上時。其接地開關、金屬氧化物避雷器的專用接地端子與GIS接地母線的連接處，宜裝設接地裝置。

3）GIS室內應敷設環形接地母線，室內各種設備需接地的部位應以最短路徑與環形接地母線連接。GIS布置于室內樓板上時，其基座下的鋼筋混凝土地板中的鋼筋應焊接成網，并和環形接地母線相連接。

（3）發電廠、變電所配電裝置構架上的避雷針（含懸掛避雷線的架構）的集中接地裝置，應與主接地網連接，由連接點至變壓器接地點沿接地極的長度不應小于15m。

（4）與發電廠主廠房、主控樓，變電所電氣裝置地網之間的連接方式，應采取加強分流，裝設集中接地裝置。設備的接地點盡量遠離避雷針接地引下線的入地點，避雷針接地引下線盡量遠離電氣設備等，并宜在靠近避雷針的發電機出口處裝設一組旋轉電機閥式避雷器。主控室、配電室和35kV及以下變電所的屋頂上，如裝設直擊雷保護裝置時，若為金屬屋頂或屋頂上有金屬結構，則將金屬部分接地；若屋頂為鋼筋混凝土結構，則將其焊接成網狀接地；若結構為非導電的屋頂時，則采用避雷帶保護，該避雷帶的網格為8-10m，每隔10-20m設引下線接地。上述接地引下線與主接地網連接，應在連接處加裝集中接地裝置。

（5）發電廠易燃油、可燃油、天然氣和氫氣等貯罐、裝卸油臺、鐵路軌道、管道、鶴管套筒及油槽車等防靜電接地的接地位置、接地線、接地極布置方式等，應符合下列要求：

1）鐵路軌道、管道及金屬橋臺，應在其始端、末端，分支處以及每隔50m處設防靜電接地，鶴管應在兩端接地。

2）廠區內的鐵路軌道應在兩處用絕緣裝置與外部軌道隔離。兩處絕緣裝置間的距離應大于一列火車的長度。

3）凈距小于100mm的平行或交叉管道，應每隔20m用金屬線跨接。

4）不能保護良好電氣接觸的閥門、法蘭、彎頭等管道連接處也應跨接。跨接線可采用直徑不小于8mm的圓鋼。

5）油槽車應設防靜電接地卡。

6）易燃油和天然氣浮動貯罐頂，應用可繞的跨接線與罐體相連，且不應少于兩處。跨接線可用截面不小于25mm2鋼絞線或軟銅線。

7）浮動式電氣測量的鎧裝電纜應埋入地中，長度不宜小于50m。第三節發電廠、變電所網格式接地網的接地電阻計算

發電廠、變電所的接地網一般為網格式地網，論形式可分為長孔地網和方孔接地網，如地網面積相同，方孔地網要比長孔地網所用的鋼材要多些，但方孔地網由于其均壓特性、沖擊特性都優于長孔地網。同時，方孔地網也更有利于地面設備的接地。

8）金屬罐體鋼板的接縫、罐頂與罐體之間以及所有管、閥與罐體之間，應保證可靠的電氣連接。若發電廠、變電所的接地網所占面積A，則當該面積內全部鋪滿鋼材，即地網成為一面積為A的金屬板時，其接地電阻可達最小值。反之，把水平接地體減少到只剩一個勾劃出地網輪廓的外框上時，接地電阻將達到最大值。如果把發、變電所的地網所占面積用一等值的圓面積近似取代，則地網接地電阻的最小值R1和最大值R2可分別用圓盤電極和圓環電極的接地電阻計算公式進行估算，即（2-11）（2-12）其中式中h——埋深，m；

b——圓盤、環的等效半徑，m；

d——接地導體等效直徑，m；取A=100×100（m2），d=0.02m，h=0.8m，b==56.42m，代入式（2-11）或式（2-12），可得地網接地電阻的最小值R1=0.435Ω，最大值R2=0.734Ω。也就是說，即使我們把地網內全部鋪滿鋼材，接地電阻不過下降，這是因為內部的鋼材被四周的輪廓所屏蔽，電流絕大部分都是由四周的輪廓所散出的緣故。可見，在地網內鋪設很多鋼材，對降低接地電阻的效果是不大的。

由于和相差不太大，所以在估算實際的網狀接地極的接地電阻時，可以用在的基礎上加修正項的方法。略去埋深h的影響，把式（2-11）簡化為

這樣，實際網狀接地電極的接地電阻可按下式估算

式中L——接地體（包括水平與垂直的）總長度，m——面積為A的金屬板的接地電阻

——考慮到實際地網不是金屬板而引入的修正項，它比前一項要小很多。

（2-13）（2-14）式（2-14）也可進一步簡化為

也就是說，當ρ=100Ω.m時，為得到0.5Ω的接地電阻，接地網的面積不能小于100×100（m2）

二、用內插法計算接地網的接地電阻

1、圓環或圓盤的接地電阻由于發電廠、變點所的地網占地面積一般都比較大，垂直接地體對地網接地電阻所起的作用不大，又由于實際地網的結構介于圓盤和圓環之間，且圓盤和圓環的接地電阻相差又不太大，所以圓形地網的接地電阻可以用圓盤和圓環的接地電阻為基礎，用內插法求出。參照式（2-11）所給出的圓盤的接地電阻計算公式和式（2-12）所給出的圓環的接地電阻計算公式，把圓形地網的接地電阻計算公式內插為下面的形式

（2-15）

式中A——圓形地網的占地面積

L——水平接地體的總長度和——待定系數，可根據圓環和圓盤的接地電阻定出。注意到，當時，R應等于圓盤的接地電阻，即

因此，待定系數，必定為1。

（2-16）

當時，R應等于圓環的接地電阻，即

（2-17）

其中

2、方形和矩形地網的接地電阻（1）方形地網。考慮到保持周長不變將圓環改變為方框后，占地面積將由原來的A縮小為，把式（2-18）第二項中的A用取代，再在第一項中考慮圓盤變為方板的修正后，可得方形地網的接地電阻公式為（2-19）

即方形地網的接地電阻等于方板接地電阻的接地電阻加上一個修正項，據此，矩形地網的接地電阻也可寫成矩形板接地極的接地電阻和某一電阻增量之和。（2-18）（2-20）

（2）矩形板長寬比的地網。根據不同的長寬比時矩形板接地極的計算結果，當矩形板的長寬比為時，矩形電極的接地電阻計算公式可以方板電極的計算公式為基礎，擬為（2-21）用式（2-21）取代式（2-19）右側的第一項，保留方形地網中的函數形式，用矩形地網的面積ab取代A，即可得矩形（包括方形）地網的接地電阻計算公式為

式中

（2-22）

式（2-22）可用來計算的任何矩形地網的接地電阻，其誤差一般小于±2%。（3）任意矩形地網。在保持矩形地網的外框周長

L1=2（a+b）不變的情況下，改變a與b的比值，使a=b時，地網的接地電阻將等于方形地網的接地電阻；當時，地網的接地電阻將趨近于一個長度為L=L1/2的單根水平接地體的阻值。因此矩形地網的接地電阻可在方形地網時的和單根水平接地極時的間取值，并寫成下面的形式（2-23）

考慮到由地網衍生出的單根水平接地體是由矩形的兩邊長所成，其直徑可近似地取為原有接地體的兩倍，這樣將有（2-24）

又考慮到方形地網的接地電阻將隨所敷設的網狀均壓帶數的增加而減小，當接地體的總長度時，方形地網的接地電阻將等于方板電極的接地電阻R；當接地體的總長度L為其外框的長度L1，即L=L1時，方形地網的接地電阻將等于方框電極的接地電阻R2

。因此方形地網的接地電阻可在方形電極時的和方框電極時的和方框電極時的R2

間取插值，并寫成下面的形式

式中可近似求出為

R2則可用式（1-1）求得為（2-25）（2-26）取，即按周長相等的條件進行矩形和方形地網的換算，式（2-25）、式（2-26）和式（2-27）可改寫為下面的形式，即

（2-27）（2-28）（2-29）（2-30）

式（2-28）和式（2-23）中的α和β可根據計算機程序計算的結果擬合，它們分別為

這樣即可算出任意a/b值下的矩形地網接地電阻，其誤差在±2%范圍內。

三、垂直接地體對地網接地電阻的影響為了搞清垂直接地體對降低地網的總接地電阻的作用，可比較一下圓盤接地體的接地電阻和帶垂直電極的圓盤接地體的接地電阻，作為圓盤下打垂直電極的極限情況。我們來計算一個厚度為a的圓盤（相當于在圓盤下一根挨一根密密麻麻地敷設長度為a的垂直電極）的接地電阻，注意到垂直電極的長度一般不超過2.5m，要比地網的等值半徑小得多。

（2-31）（2-32）

因此，這一厚度為a的圓盤可以近似為半個扁球體，其短半徑為a，長半徑為b。在由拉麥方法所得出的橢球體的電容計算公式中，令θ=0，b=c，即可求出扁球體的電容為（2-33）由此可得半個扁球體的接地電阻為（2-34）

比較式（2-13）和式（2-34）可知，打許多密密麻麻的垂直接地體對降低接地電阻所起的作用不過為

（2-35）表2-1中給出了按式（2-35）計算所得的，不同面積地網中垂直接地極對降低地網接地電阻所起的作用，其中地網為方形由9根×9根、40mm×40mm扁鋼水平排列組成，垂直接地體為均勻分布的81根2.5m長的接地體，表中同時列出了模擬試驗的結果。模擬試驗結果和計算結果非常接近，可見在大中型地網中，垂直接地體對降低接地網工頻接地電阻的作用很小，約為2%-8%。這就是說，如果在大中型地網內密密麻麻地打許多垂直接地極，由于其互相的屏蔽作用并不能起到有效的降阻作用，因而垂直接地極只是裝設在主變壓器、避雷針、避雷器下面，為了加強沖擊電流的擴散而裝設的集中接地體。用于降阻的只是在接地網的外緣，并且垂直接地極互相間的間距應大于垂直接地體長度的2倍。

表2-1在大中型地網中打2.5m長的垂直接地體對降低接地電阻的作用

另外，墊土層所回填的雙層土壤，為了貫穿下層土壤，可用垂直極進行貫穿。為了降阻，也可打較深的豎井，用較長的垂直極，把平面地網變為立體接地體進行降阻。

地網所占面積A（m2）

100007225648025002500模擬試驗結果__3.2%5.7%8%理論計算結果2.8%3%4%5.2%8.4%第四節發電廠、變電所地面電位分布

由于土壤電阻的存在，電流自接地電極往周圍土壤流散時，會在土壤中產生壓降并形成一定的地表電位分布。因此，當人在接地極附近走動時，人的兩腳將處于大地表面的不同電位點上。兩腳間的跨距T，我國取0.8m，國外多用1m，相當于人的跨距的地面兩點間的電位差，稱為跨步電勢Ek。當人站立于電極附近的地面上用手去接觸電氣設備外殼時，人的是手和腳將具有不同的電位，地面上離設備水平距離為0.8m處與設備外殼離地面高1.8m處兩點間的電位差，稱為接觸電勢Ej。顯然，當跨步電勢或接觸電勢超過一定值時，就會導致人體的觸電事故。另外，當接地短路電流經地網的某一點入地時，還會造成地網的局部電位升高。如果附近有弱電設施或控制、保護等弱電線路存在，這高電位會向弱電設備產生反對弱電設施構成危害產生事故，這樣的事故已不鮮見。因此，對于發電廠、變電所的接地網地面的電位分布應進行認真的研究，從而采取必要的措施，來限制跨步電勢、接觸電勢和局部電位升高。

一、發電廠、變電所經接地裝置的入地短路電流及電位計算

1、流經接地裝置的電流接地網地面的跨步電勢Ek，設備的接觸電勢Ej

和地網的局部電位升高，無不與流經接地網的接地短路電流有關，因此，我們首先要對接地短路電流進行計算。廠或所內、外產生接地短路時，流經接地裝置的電流可別按下式計算

（2-36）（2-37）式中I——入地短路電流，A；

——接地短路時的最大接地短路電流，A；

——發生最大接地短路電流時，流經發電廠、變電所接地中性點的最大接地短路電流，A；

、

——分別為廠、所內外短路時避雷線的工頻分流系數。計算用入地短路電流取上兩式中較大的I值。

2、避雷線的工頻分流系數計算（1）接地網內短路時，工頻分流系數可用下式計算

（2-38）

初步估計時，=0.5。（2）接地網外短路時，工頻分流系數為

初步估計時，=0.1。上兩式中

（2-40）

（2-39）（2-41）

式中——線路平均檔距，m；

——接地網的工頻接地電阻，Ω；

——架空輸電線路導線與地線間平均檔距的零序互感抗，Ω；

——避雷線對導線的幾何平均距離，m；

——避雷線平均檔距的零序阻抗，Ω。

其中

式中f——頻率，取50Hz；

——線路所經地段的土壤電阻率平均值，Ω.m。

對雙避雷線時

（2-42）

單避雷線時上兩式中——1號避雷線對導線A、B、C相的距離，m；

——2號避雷線對導線A、B、C相的距離，m。

表達為式中P——避雷線根數；

r——避雷線電阻，Ω/km，見表2-2；

——等價避雷線的幾何平均半徑，m。

雙避雷線時，

單避雷線時=。

（2-43）上兩式中——避雷線間的距離，m。

其中，用于鋼芯鋁線；為避雷線半徑，m，其值見表2-2。表2-2鋼絞線和鋼芯鋁線的電阻和內感抗

用于鋼絞線

xne為單位長度鋼絞線的內感抗，Ω/km，見表2-2。

鋼絞線

GJ截面/半徑（mm2/mm）35/3.950/4.670/5.75電阻（Ω/km）4.63.52.2內感抗（Ω/km）2.41.51.2鋼芯鋁線LGJ截面/半徑（mm2/mm）120/7.6150/8.5185/9.5電阻（Ω/km）0.270.210.17

3、計算工頻分流系數的要點（1）計算工頻分流系數時，應先了解避雷線有無絕緣裝置。對于絕緣裝置的避雷線，才考慮避雷線的分流。（2）計算接地網內短路避雷線的工頻分流系數時，需已知接地網的接地電阻，其方法如下：

1）預先估計一個可能達到的接地電阻Rg，由式（2-36）和式（2-37）算出I，而I和Rg的乘積應滿足IRg≤2000V。

2）如果估計到I＞4000A，則取Rg=0.5Ω。

3）在高電阻地區，如不能滿足Rg≤0.5Ω，或Rg≤2000/I時，可按現場情況取一個接地電阻Rg，但不得超過5Ω，由式（2-36）和式（2-37）可算出I。除驗算接觸電勢和跨步電勢外，還應驗算工頻反擊過電壓。有多回與系統連接的架空輸電線路時，計算用的工頻分流系數Ke2應取其中分流系數最小者。【例2-1】如圖2-1所示，已知一回110kV線路的參數：導線型號LGJ—185，避雷型號GJ—50，平均檔距Lav=300m，接地短路點單相接地短路電流Ik=4663A，流經電廠變壓器接地中性點的單相接地短路電流IN=1383A。

解：（1）計算

1）計算，若ρ=500Ω.m，則

圖2-1110kV線路，直線桿示意圖（m）

2）計算。避雷線根數p=1；避雷線電阻由表2-2查得r0=4.6×10-3Ω/m，避雷線內感抗=1.5Ω/km，則等價避雷線的幾何平均半徑為

3）計算，設全廠接地電阻為Rg=1.32Ω，故得

（2）接地短路發生在接地網內時，工頻分流系數Ke1及入地短路電流I值的計算。由式（2-38）得由式（2-36）得

I=（4662-1383）×（1-0.415）=1919（A）（3）接地短路發生在接地網時，、I值的計算。由式（2-39）得

由式（2-37）得

I=1383（1-0.0862）=1263（A）

（4）接地裝置的電位發生接地故障時，接地裝置的電位按下式計算

Eg=IRg

（2-44）

式中I——計算用入地短路電流，A

Rg——接地裝置（包括人工接地網極其連接的所有其他自然接地體）的接地電阻，Ω。

二、跨步電勢和接觸電勢及其計算接地短路電流經接地裝置流向大地時，由于不同形狀和不同埋深的電極會有不同形狀的地表電位分布，因此最大跨步電勢Ekm和最大接觸電勢Ejm出現的位置將和電極的形式、尺寸以及埋深有關，但一般均在電極附近。土壤分層的情況下，Ekm和Ejm的數值及出現的位置也會受下層土壤電阻率的影響，但根據電流場的基本公式E=jρ可推知，跨步電勢和接觸電勢主要是由電極附近的地表電流密度j決定的。而上層土壤厚度足夠大時，電極附近的電流密度將主要由電極的形狀、尺寸和埋深決定，基本不受下層土壤的影響。計算表明，當流入電極的電流不變時，只要上層土壤的厚度10倍于人的跨步距離，則下層土壤所引起的跨步電勢和接觸電勢的變化一般不會超過10%。因此，在計算跨步電勢和接觸電勢時，可只考慮上層土壤的作用，按均勻土壤處理，在雙層土壤時再略加修正即可。對給定的電極，接地電阻R具有一定的數值，此時Ekm和Ejm將隨著流入接地電極的電流I，或電極的電位U=IR而變化，但它在電極電位中所占的百分比將是一個常量。如果把最大跨步電勢和相應的電極電位的比值稱為跨步電勢系數Kk,即

（2-45）

把最大接觸電勢Ejm和相應的電極電位的比值，稱為接觸電勢系數Kj，即（2-46）則接地網的均壓性就可以用這兩個指標來衡量。雙層土壤時接地電極的垮步電勢系數和接觸電勢系數，可按照流入接地電極的電流不變，同一接地電極的最大跨步電勢和最大接觸電勢不變的原則寫出。如果雙層土壤中電極的接地電阻為R’,則有（2-47）式中——上層土壤的電阻率；

——雙層土壤中計算接地電阻所用的等值電阻率。

顯然不同形狀和不同埋設方式的接地裝置，將具有不同的跨步電勢系數和接觸電勢系數。（1）均壓帶等距布置時接地網地表面的最大接觸電位差、跨步電位差的計算。

1）最大接觸電位差可按下式計算（2-48）式中——最大接觸電位差，V；

——最大接觸電位差系數；

——接地裝置的電位，V。

當接地極的埋設深度h=0.6-0.8m時，可按下式計算

式中，、、和為系數，對30×30（m2）的接地網，可按式（2-50）計算（2-49）式中n——均壓帶根數

d——均壓帶等效直徑，m——接地的長度和寬度。

2)接地網外的地表面最大跨步電位差可按下式計算式中——最大跨步電位差；

——最大跨步電位差系數；

——接地裝置的電位，V。

（2-50）

（2-51）正方形接地網的最大跨步電位差系數可按下式計算

（2-52）

式中A——接地網面積，m2；

而T=0.8m，即跨步距離。對于矩形接地網，n值由下式計算式中——接地網的外緣邊線總長度，mL——水平接地極的總長度，m。（2-53）

（2）均壓帶非等間距布置時正方形或矩形接地網地表面的最大接觸電位差和最大跨步電位差的計算。

1） 接地網地表面最大接觸電位差仍采用式（2-48）計算，但變為（2-54）式中各系數依次為最大接觸電位差的等效直徑系數、埋深系數、形狀系數、網孔數系數和根數影響系數，且

式中A——-接地網面積，m2；

——沿長方向布置的均壓帶根數；——沿寬方向布置的均壓帶根數；

h——水平均壓帶的埋設深度；

d——均壓帶等效直徑，m；

——接地網的長度和寬度。

2）接地的最大跨步電位差仍用式（2-51）計算，但變為（2-55）

式中各系數依次為對最大跨步電位差的等效直徑、埋深、形狀、網孔數和根數的影響系數

式中m--接地網孔數，其中m=(-1)(

-1)

當人站在網孔中心附近地面電位的最低點，用手去接觸接地的金屬導體時，人的手和腳間將有最大的電位差，這一電位差叫做網孔電勢。地網的最大網孔電勢也就是最大接觸電勢。方孔地網的最大接觸電勢總是出現在地網的邊角網孔處；長孔地網的最大接觸電勢則發生在相當與方格邊角孔的地方。雖然邊角網孔中地面電位的最低點往往偏離網孔中心沿對角線的方向外移。然而為方便起見，可把地網的最大接觸電勢定義為邊角網孔（或相當于邊角網孔）中心地面對地網的電位差。

在式（2-49）中，Kn為地網單方向的平行均壓帶根數n的影響系數，Kd為水平接地體導線直徑d的影響系數，Ks為地網面積A的影響系數。在工程中常用的地網埋深0.6-0.8m的范圍內，埋深的變化對接觸電勢的影響很小，地網的接觸電勢系數將隨n的增大而減小。在同一n下，接觸電勢系數則隨d的減小而增大，隨面積A的減小而減小，且長孔地網的接觸電勢系數比方孔地網為大。如果地網的均壓帶根數n（縱、橫兩個方向之和）相等，當n小于16根時，長孔的Kn比方孔的Kn小，當n大于16根時，長孔的Kn比方孔的Kn大，這是因為當n較大時，在由縱方向平行均壓帶組成的長孔地網中，沿著縱方向的電位差很小，接觸電勢的主要分量是橫方向的電位差。在這種情況下再增加縱方向的平行均壓帶效果已不大，如果能加上橫向的平行均壓帶以減少橫方向的電位差就可使Kn值下降。由此可見，當總的均壓帶根數小于等于16根時宜用長孔地網，大于16根時宜用方孔地網。隨著均壓帶總根數的增大，Kn的下降將愈來愈慢，因此不宜采用增加均壓帶根數的方法來降低最大接觸電勢。均壓帶間距在小的接地網中可取3-5m，在大型地網中可取10m。第五節跨步電壓和接觸電壓應該指出，上節所講的跨步電勢Ek是上無人時地面某點和接地導體間的電位差，并不是當有人在地面行走或站立時人的兩腳間或手和腳間所受的電壓，這是因為人的兩腳與土壤間有接觸電阻存在的緣故。為了計算人的腳與土壤間的接觸電阻，可把人的腳用一半徑r=0.08m的圓盤近似取代，參看圖2-2，利用均勻土壤中圓盤的接地電阻計算公式，即可寫出當人在地面行走時每只腳和土壤間的接觸電阻R0為

圖2-2均勻土壤中人腳與土壤間接觸電阻的計算

（2-56）

由于跨步距離T=0.8-1m，遠比r大，所以接觸電阻R0也可近似為（2-57）圖2-3為人體所承受的跨步電壓的計算，圖2-4為人體承受接觸電壓的計算。由圖2-3可知，當人在地面行走時，人的兩只腳和土壤間的接觸電壓R0以及人體的電阻Rb是串聯的，此時人體兩腳間受的實際電壓，即跨步電壓Uk將為

又由圖2-4可知，當人站立于地面而用手去接觸接地的金屬導體時，人的兩只腳和土壤間的接觸電阻是并聯的，因此人的手和腳間所受的實際電壓，即接觸電壓Uj為（2-58）圖2-3人體所承受的跨步電壓計算圖2-4人體所承受的接觸電壓計算

（2-59）

如果取ρ=100Ω.m，人體電阻=1500Ω，則按式（2-58）和式（2-59）可分別計算出作用于人體的跨步電壓和接觸電壓為

即作用于人體的跨步電壓只有跨步電勢的71.4%，而接觸電壓降低不多，為接觸電勢的90.9%。顯然，加大地表土壤電阻率可以增大人腳和土壤間的接觸電阻，從而使跨步電壓和接觸電壓得到降低。最常用的加大地表土壤電阻率的措施是在地表鋪一層厚度為3-10

cm的礫石或用瀝青混凝土路面。因為礫石或瀝青混凝土即使在下雨天仍能保持5000Ω.m的電阻率。鋪設礫石或瀝青混凝土后，人腳和地面間的接觸電阻R0應按雙層的模型重新計算。如果簡單地把式（2-57）中的ρ換成地表電阻率來計算，會使結果偏大很多。圖2-5鋪設礫石或瀝青混凝土人腳步和地表的接觸電阻計算

取礫石或混凝土的厚度為Hs，地表電阻率為，利用圖2-5，不難寫出導體的自電阻系數為

導體1和導體2間的互電阻系數為

式中r——人腳的半徑，一般取r=0.08m；

——礫石或瀝青、混凝土的厚度，m——地表電阻率，Ω.mn——導體的根數，在這里n=2。（2-60）

其中（2-61）

由此可見人體每只腳和地表間的接觸電阻為

取=10㎝，=5000Ω.m，ρ=100Ω.m，則有K=-0.96，此時由式（2-62）求出每只腳的接觸電阻將為而作用于人體的跨步電壓和接觸電壓將為可見，用鋪設礫石和瀝青混凝土的方法來降低跨步電壓和接觸電壓是極為有效的。（2-62）第六節發電廠、變電所接地網的設計

發電廠、變電所接地網的設計按以下步驟進行。

一、資料收集（1）廠、所的規模，即發電廠、變電所的規模大小，如發電廠的裝機臺數、容量、電壓等級。變壓所的主變壓器臺數、容量、電壓等級，進出線路回數，發電廠、變電所占地面積大小等。（2）發電廠、變電所所處位置的地形、地勢、土質情況、土壤酸堿度等。（3）如為新建廠、所，應首先測量不同深層土壤的土壤電阻率，如采用4極法測量，可把極間距離用a=5、10、15、20m進行測量。如為山坡地形，還要在不同的方位、不同的方向進行測量，從而找出沿橫向、縱向和不同深層的土壤電阻率。

（4）廠、所的最終建設規模、分幾期建成以及當地電網的4-10年規劃。

（5）氣象資料收集，主要是降雨情況、長年土壤干濕變化情況、雷電活動情況、雷暴日、落雷密度和雷電強度等。（6）進出線情況，有幾回進出線，有無避雷線及線路所經過的區域等。（7）環境資料，主要是了解當地鋼鐵的腐蝕情況。二、計算設計

1、計算應達到的接地電阻首先應根據發電廠、變電所的規模、電壓等級、系統接地方式和電網5-10年發展后系統的接地短路電流值，利用式（2-1）來計算應達到的接地電阻值。

2、計算工頻接地電阻

根據發電廠、變電所的規模，占地大小，一次設備和廠房的布置情況來設計接地網的形狀和均壓帶的布置方式，并根據自然接地體和人工接地網的大小，來計算工頻接地電阻值。

3、確定地網形式

如屬于發電廠和大中型地網應采用方孔地網；如屬于35kV及以下小規模變電所的接地網可采用長孔地網，水平均壓帶的間距，可采用3-12m，可等間距布置，也可不等間距布置，還要看一次設備的分布情況，以有利于設備接地為好。

4、接地網的布置

（1）發電廠、變電所的接地裝置應充分利用以下自然接地體：

1）埋設在地下的金屬管道（易燃和有爆炸介質的管道除外）；

2）金屬井管；

3）與大地有可靠連接的建筑物及構架物的金屬結構和鋼筋混凝土基礎；

4）水工建筑物及類似建筑物的金屬結構和鋼筋混凝土基礎；

5）穿線的鋼管，電纜的金屬外皮；

6）非絕緣的架空地線。（2）在利用了自然接地體后，應設置人工地網。（3）對發電廠和變電所，不論采用何種形式的人工接地體，如井式接地、深鉆式接地、引外接地等，都應敷設以水平接地體為主的人工接地網。對面積較大的接地網，降低接地電阻的主要靠大面積水平接地體。它即有均壓、減小接觸電勢和跨步電勢的作用，又有散流的作用。一般情況下，發電廠、變電所接地網中的垂直接地體對人工頻散流作用不大。防雷接地裝置可采用垂直接地體作為避雷針、避雷線和避雷器附近加強集中接地和散泄雷電流之用。人工接地網的外緣應閉合，外緣各角應做成圓弧形，圓弧的半徑不宜小于均壓帶間距的一半，接地網內應敷設水平均壓帶。接地網的埋深一般采用0.6-1.0m。在凍土地區應敷設在凍土層以下。

（4）接地網的邊緣經常有人出入的走道處，應鋪設礫石、瀝青路面或“帽檐式”均壓帶。但在經常有人出入的地方，結合交通道路的施工，采用高電阻率的路面結構層作為安全措施，要比埋設帽檐式輔助均壓帶方便。具體采用那種方式應因地制宜。敷設“帽檐式”均壓帶，可顯著降低跨步電壓和接觸電壓。關于均壓帶的布置方式和尺寸示意圖及舉例見圖2-6和表2-3。圖2-6“帽檐式”均壓帶的間距和埋深示意圖

（5）配電變壓器的接地裝置宜敷設成閉合環形，以防止因接地網流過中性線的不平衡電流在雨后地面積水或泥濘時，接地裝置附近的跨步電壓引起行人和牲畜觸電事故。間距b1（m）123埋深h1（m）111.5間距b2（m）24.56埋深h2（m）1.51.52表2-3“帽檐式”均壓帶的間距和埋深5、接地體的選擇（1）人工接地體的規格。水平敷設的接地體可用圓鋼、扁鋼，垂直接地體，可用鋼管、角鋼等，接地體和接地引下線的截面應符合熱穩定要求，且不小于表1-9所列規格。敷設在大氣和腐蝕性場所的接地體和接地引下線，應根據腐蝕的性質經過技術經濟比較后采取合適的措施。在設計中建議作如下處理：1）一般情況下應按當地的運行經驗和腐蝕數據進行處理；

2）如無腐蝕數據，可根據土壤密疏情況、土壤酸堿度進行處理。在pH值小于6.5，且土壤比較松散的地方，扁鋼取0.1-0.2mm/a，圓鋼取0.3-0.4mm/a。

在pH值大于6.5，且土壤比較松散的地方，扁鋼取0.1-0.05mm/a，圓鋼取0.3-0.07mm/a。

3）接地裝置的使用壽命應和地面設備相一致，一般取25-30a，所以對接地體的熱穩定校核，一定要考慮經過壽命周期的腐蝕后，能滿足熱穩定的需要，關于熱穩定的校核，可參照式（1-13）進行。（2）接地體的材料：

1）接地體的材料一般采用鋼質的，但移動式電力設備的接地線、三相四線制的照明電纜接地芯線以及采用鋼接地有困難時除外。2）由于裸鋁導體易腐蝕，所以在地下不得采用裸鋁導體作為接地體或接地線。

3）不得使用蛇皮管、保溫管的金屬網或外皮以及低壓照明網絡的導線鋁皮作接地線。

6、接地井的設置接地井的主要作用是一部分接地裝置與其他部分的接地裝置需分開單獨測量時使用。為了便于分別測量接地電阻，有條件時可在下列接地點設接地井：（1）對接地電阻有要求的單獨集中接地裝置；（2）屋外配電裝置的擴建端；（3