淺談城市電網(wǎng)中變電所接地設計

　　摘要:對接地電阻的要求進(jìn)行分析,提出了接地設計中常見(jiàn)的問(wèn)題及解決措施。
　　隨著(zhù)我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)，農業(yè)的電氣化程度大幅提高，城市的用電負荷也隨之迅猛增長(cháng)。為保證社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展對電力的需求，城市電網(wǎng)中變電所的數量不斷增加，容量也相應擴大，因此接地作為人身和設備安全運行的基礎，具有重要意義。以下將對城網(wǎng)中高壓變電所接地設計的問(wèn)題作簡(jiǎn)要討論。 電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計|
　　1接地裝置的設計問(wèn)題
　　（i）工程土壤電阻率的測量
　　由于受到測量設備、方法等條件的限制,土壤電阻率的測量往往不夠準確。為提高測量精度,采用《電氣工程電氣設計手冊》中提供的計算平均電阻率的方法,使設計誤差值減小。
　　（ii）接地網(wǎng)布置
　　根據地網(wǎng)接地電阻的估算公式:R≈0.5ρ/√S
　　式中:ρ—土壤電阻率(Ω•m);
　　S—接地網(wǎng)面積(m2);
　　R—地網(wǎng)接地電阻(Ω)。
　　地網(wǎng)面積一經(jīng)確定,其接地電阻也就基本一定。因此,在地網(wǎng)布置設計時(shí),應充分利用變電所的全部可利用面積。
　�。╥ii）垂直接地極的作用
　　在110kV變電所中,一般采用水平接地線(xiàn)為主,附帶垂直接地極復合型地網(wǎng)。根據R≈0.5ρ/√S可知,接地網(wǎng)的接地電阻與垂直接地極數關(guān)系不大。理論分析和試驗證明,面積為30㎡~(100×100)㎡的水平地網(wǎng)中附加(40×40×5)長(cháng)2.5m的垂直接地極若干,其接地電阻僅下降2.8%~8%。但是,垂直接地極對沖擊散流作用較好,因此,在獨立避雷針、避雷線(xiàn)、避雷器的引下線(xiàn)處應敷設垂直接地極,以加強集中接地和散泄雷電流。
　　（iv）地網(wǎng)均壓網(wǎng)的設計
　　根據設計規程規定,當包括地網(wǎng)外圍4根接地線(xiàn)在內的均壓帶總根數在18根以下時(shí),宜采用長(cháng)孔接地網(wǎng),由于110kV變電所占地面積一般不超過(guò)(100×100)m2,考慮均壓線(xiàn)間屏蔽作用,均壓線(xiàn)總根數一般為8根~12根左右,故根據規程規定,一般采用長(cháng)孔方式布置,但存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。長(cháng)孔地網(wǎng)均壓線(xiàn)與主網(wǎng)連接薄弱,均壓線(xiàn)距離較長(cháng),發(fā)生接地故障時(shí),平均壓降較大,易造成二次控制電纜和設備損壞。當某一條均壓線(xiàn)斷開(kāi)時(shí),均壓帶的分流作用明顯降低。而方孔地網(wǎng)的均壓帶縱橫交錯,當某條均壓線(xiàn)斷開(kāi)時(shí),對地網(wǎng)的分流效果影響不大。因此,建議在變電所地網(wǎng)設計時(shí),采用正方孔均壓網(wǎng)設計,以提高接地安全性。
　　（iv）接地網(wǎng)的防腐設計
　　關(guān)于地網(wǎng)材料的選用問(wèn)題,常規選用扁鋼和圓鋼兩種,相同截面的扁鋼與圓鋼與周?chē)�土壤介質(zhì)的接觸面不一致,但由于其腐蝕機理不完全一致,腐蝕結果基本一致。而且規程中也提供了不同的腐蝕數據。因此,關(guān)于接地材料選用扁鋼還是圓鋼沒(méi)有很大差別。關(guān)于防腐的設計問(wèn)題,一般應考慮在設計年限內,采用熱鍍鋅材料。
　　2.6接觸電勢與跨步電壓
　　接觸電勢與跨步電壓是地網(wǎng)安全性設計的兩個(gè)重要參數,新規范中指出這兩參數不應超過(guò)下列數值:
　　Ut=(174+0.17ρf)/√t
　　Us=(174+0.7ρf)/√t
　　式中:Ut—最大允許接觸電勢(V);
　　Us—最大允許跨步電勢(V);
　　ρf—人站立處地表面土壤電阻率(Ω•m);
　　t—接地短路持續時(shí)間(s)。
　　（vi）地網(wǎng)的敷設深度
　　規程和新規范中明確指出,接地網(wǎng)的埋設深度宜采用0.6m,《設計手冊》中又補充到,在凍土地區宜敷設于凍土層以下,現設計中一般將地網(wǎng)全部埋設于凍土層以下。最大接觸電勢是地網(wǎng)設計中的一個(gè)重要參數,地網(wǎng)設計的問(wèn)題之一就是如何降低地網(wǎng)的最大接觸電勢。接地網(wǎng)的埋深由零開(kāi)始增加時(shí),其接觸系數是減少的,但埋深超過(guò)一定范圍后接觸系數又開(kāi)始增大。
　　目前所遇到的變電所一般都是處于季節性?xún)鐾恋貐^。將地網(wǎng)敷設在0.6m深度時(shí),冬季將使地網(wǎng)處于凍土層中。由于土壤凍結后其電阻率將增大為原來(lái)的3倍以上,對地網(wǎng)接地電阻有一定的影響。目前采用的地網(wǎng)是以水平接地線(xiàn)為主邊緣帶有垂直接地極數復合型地網(wǎng),冬季垂直接地極大部分伸于下層非凍結土壤中。此時(shí)土壤結構可以等效為兩層電阻率不同的土壤結構。有研究表明,對于處于雙層土壤介質(zhì)中的垂直電極,其各部分的散流密度與周?chē)�介質(zhì)的電阻率成反比,除了在電極尖端處,具有ρiJi=常數(其中Ji為處于電阻率為ρi土壤中的電極部分的散流密度)。此時(shí),當電極有一部分進(jìn)入下層土壤時(shí),整個(gè)電極的散流電阻將主要取決于下層土壤。因此,在季節性?xún)鐾恋貐^,采用這種帶有垂直接地極復合型地網(wǎng)有很大優(yōu)點(diǎn)。將地網(wǎng)埋于凍土層以下,對地網(wǎng)的接地電阻來(lái)講肯定有利。
　　（vii）降阻劑的使用
　　近年來(lái),降阻劑在電力系統接地工程中得到了廣泛的應用,降阻劑的主要作用是降低與地網(wǎng)接觸的局部土壤電阻率,換句話(huà)說(shuō),是降低地網(wǎng)與土壤的接觸電阻,而不是降低地網(wǎng)本身的接地電阻。其次,對于大型地網(wǎng),由于均壓帶和垂直接地極的存在,屏蔽作用較大,降阻劑的作用一般很小。
　　變電所地網(wǎng)的設計應結合實(shí)際情況進(jìn)行,在具體工程設計中應重點(diǎn)考慮地網(wǎng)布置,敷設深度,腐蝕及熱穩定校驗等方面。對合格地網(wǎng)的概念應有全面的認識,接地電阻應按實(shí)際的流經(jīng)地網(wǎng)入地的短路電流計算,降低接地電阻、降低接觸電勢和跨步電壓等都是合格地網(wǎng)要求的主要因素。因此,在保證變電所接地的安全條件下,應綜合考慮各種因素,合理地設計接地裝置以便于變電所的安全運行和施工。