控制系统接地工程设计

1、2022-1-121控制系统接地工程的设计EARTHING DESIGN FOR CONTROL SYSTEM2022-1-1221 接地系统的基本概念1.1 1.1 概述概述 从电气特性来看，自然界的土壤地层有两大特性：从电气特性来看，自然界的土壤地层有两大特性：导电导电 导电率为导电率为1010-3-3至至1010-1-1s/ms/m，相对介电系数为，相对介电系数为5 5至至1515，介于良导，介于良导 体和绝缘体之间；体和绝缘体之间；具有无限大的容电量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电气连接；又因为具有因导电，故可将用电设备和地之间组成电气连接；又因为具有 无限大的

2、容电量，故就可以把土壤地层理解为无限大的容电量，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等电位 面面，成为电路或系统的，成为电路或系统的基准电位基准电位。 2022-1-123接地的作用有二：接地的作用有二： 1 1）保护设备和人身安全保护设备和人身安全，如保护地、防雷地、，如保护地、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提供，即为信号电压或系统电压提供一个稳定的电位参考点。如工作地、屏蔽地、模一个稳定的电位参考点。如工作地、屏蔽地、模拟地、数字地等。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

3、的用途接地的用途命名的。命名的。同一个接地装置往往具有多个接地用途。同一个接地装置往往具有多个接地用途。2022-1-1241.2 接地系统的结构接地系统的结构 从工业应用的角度来看，目前控制系统通常有两种接从工业应用的角度来看，目前控制系统通常有两种接地方式：地方式： 1）单独接地）单独接地 这种接地方式是将控制系统的保护接地接入电气安全这种接地方式是将控制系统的保护接地接入电气安全接地网，工作接地采用独力的、接地网，工作接地采用独力的、“干净的干净的”接地装置与大接地装置与大地相接。地相接。 由于在一段电源保护地线的两点间会有数毫伏，甚至由于在一段电源保护地线的两点间会有数毫伏，甚至几伏的

4、电位差。这对低电平信号电路来说，是一个非常严几伏的电位差。这对低电平信号电路来说，是一个非常严重的干扰，因此控制系统的工作地不要和保护接地在柜内重的干扰，因此控制系统的工作地不要和保护接地在柜内就混用。就混用。 2022-1-1252 2）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，形成它电气系统的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，而且规定，而且规定接地电阻不应大于接地电阻不应大于1 1欧姆。欧姆。2022-1-1263 3）共用接地共用接地 等电位联结是以等电位联

5、结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，即设备和，即设备和装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接。其中包括结构纲装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接。其中包括结构纲筋、金属设备、管道等，进而和接地极相连。筋、金属设备、管道等，进而和接地极相连。所谓多点是指建筑物所谓多点是指建筑物基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的接地基础钢筋、地下金属管道、埋地电缆的金属外皮都成为很好的接地极。极。2022-1-127 由于通过共用接地网实现等电位连接，为干扰（特别是强大的由于通过共用接地网实现等电位连接，为干扰（特别是强大的雷电流）提供低阻抗的连续通道

6、并泄放到大地。由于等电位连接雷电流）提供低阻抗的连续通道并泄放到大地。由于等电位连接减减小了系统内各金属部件和各系统间的电位差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（但并非是真正的等电位体），无论是从位体），无论是从防雷防雷的角度或者是从的角度或者是从减小控制系统的共模干扰减小控制系统的共模干扰来来看，这都是十分有益的。看，这都是十分有益的。 2022-1-128 接地系统在概念和技术上，近十年发生了很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：大的变化，其中最重要的转变是： 以前的接地系统是否合格以接地电阻值为准，以前的接地系统是否合格以接地电阻值

7、为准，现在侧重于接地结构兼顾接地电阻值，特别是从现在侧重于接地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独立接地到采用共用接地网实行等电位连结等电位连结方式方式的转变。的转变。 实施等电位连接的方法：实施等电位连接的方法： 将分开的装置和诸导电物体用导体连接；将分开的装置和诸导电物体用导体连接； 采用共用接地网；采用共用接地网； 用浪涌保护器（用浪涌保护器（SPD）连接起来，以减小雷电）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。流或其它干扰电流在它们之间产生的电位差。 2022-1-129 据查证，世界上最早提出等电位接地方式的是我国在据查证，世界上最早提出等

8、电位接地方式的是我国在19581958年建年建设人民大会堂时采用的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 一书中提一书中提及要早十八年。但在标准中出现等电位接地是及要早十八年。但在标准中出现等电位接地是19991999年的年的“IEC 61312-IEC 61312-2”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。2022-1-12101.3 S1.3 S型接地系统和型接地系统和M M型接地系统型接地系统 采用共用接地网实行等电位连接的采用共用接地网实行等电位连接的网络有网络有S S型和型和

9、M M型两种结构形式。型两种结构形式。1) S1) S型接地系统型接地系统 S S型等电位连接网络仅通过唯一的一点型等电位连接网络仅通过唯一的一点（ERPERP）组合到接地系统中去。）组合到接地系统中去。 特点特点：无感应环路；组件间要绝缘；：无感应环路；组件间要绝缘；接地电缆平行敷设（接地电缆平行敷设（可能多而长可能多而长）。）。 S S型也称型也称星型星型或或树型树型。 ERPERP接地网接地网机柜机柜2022-1-1211仪表及控制系统S型接地连接 （一）TN-S制中制中的的PE线线2022-1-1212仪表及控制系统S型接地连接 （二）TN-S制中制中的的PE线线2022-1-1213

10、电子信息设备机房S 型等电位连接网络示意图 2022-1-12142) M 型接地系统型接地系统 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通过多点连接组合到接地系统中去。此时，各金属组件统中去。此时，各金属组件不应与共用接地系统各组件不应与共用接地系统各组件绝缘。绝缘。 M 型等电位接地网络宜用型等电位接地网络宜用于延伸较大的开环系统于延伸较大的开环系统，而，而且在设备之间敷设许多线路且在设备之间敷设许多线路和电缆，以及设施和电缆从和电缆，以及设施和电缆从若干处进入该信息系统。若干处进入该信息系统。 在复杂系统中，可以将在复杂系统中，可以将S型和型和M型两种等电位连接网

11、型两种等电位连接网络组合在一起络组合在一起。接地网接地网机柜机柜2022-1-1215M型（网格式）接地方式的例子PEPEPE配电箱配电箱等电位接地网等电位接地网机柜机柜接地汇流排接地汇流排2022-1-1216电子信息设备机房M 型等电位连接网络示意图2022-1-12171.4 1.4 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电路间的耦合，所以会产生干各电路间的耦合，所以会产生干扰，故要避免使用。扰，故要避免使用。V VA A= =（I I1 1+I+I2

12、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，不宜将控制不宜将控制柜的接地汇流排实行串联接地柜的接地汇流排实行串联接地。电路1电路2电路3I3I2I1I2+I3I1+I2+I3ABCR1R2R32022-1-12182 ）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。所以在有关引起电路间的耦合。所以在有关接地的标准里，强调要接地的标准里，强调要“分类汇分类汇总总”。汇总点离和地的接入点愈近

13、汇总点离和地的接入点愈近与好。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，因为是代表接地电阻，因为是公共阻抗，为减小耦合，显然是公共阻抗，为减小耦合，显然是愈小愈好。愈小愈好。电路1电路2电路3R1R2R3I1I2R3R4A2022-1-12191.5 工频接地电阻和冲击接地电阻工频接地电阻和冲击接地电阻-接地电阻的频率特性接地电阻的频率特性 由于流入地中的电流

14、错综复杂，有工频电流，也有雷击时的脉冲电流，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工频接地电阻和脉冲接地电阻之分。它们之间所以接地电阻按其用途一般有工频接地电阻和脉冲接地电阻之分。它们之间的换算关系为：的换算关系为：R Ra a=AR=ARi i 式中：式中：Ra-Ra-工频接地电阻（欧姆）；工频接地电阻（欧姆）； A-A-换算系数，它取决于土壤电阻率、接地体最长支线的实际长度换算系数，它取决于土壤电阻率、接地体最长支线的实际长度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，其数值

15、可按图，其数值可按图3 39 9确定；确定； Ri-Ri-冲击接地电阻（欧姆）。冲击接地电阻（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接地电阻同一个接地装置，其工频接地电阻值要大于冲击接地电阻值；所以测出的值；所以测出的RaRa值是合格的话，一般值是合格的话，一般RiRi值也是合格的。值也是合格的。 2022-1-1220换算系数A 2022-1-1221接地体有效长度的计算2022-1-1222 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： （3.23.2）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）2el2022-

16、1-12231.6 1.6 接地系统产生的电磁干扰接地系统产生的电磁干扰 1 1）接地系统有来自不同地方的电流（如电气设备）接地系统有来自不同地方的电流（如电气设备的漏电流），由于接地系统存在电阻，所以就会产生的漏电流），由于接地系统存在电阻，所以就会产生电压降。这个电压降就是造成电磁干扰的干扰电动势，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，也称为而且正比于接地电阻，也称为“公共阻抗耦合公共阻抗耦合”。 2 2）接地系统的连接可能存在回路，则外部的电磁）接地系统的连接可能存在回路，则外部的电磁场就可能通过场就可能通过“电感性耦合电感性耦合”产生感应干扰电动势。产生感

17、应干扰电动势。 由此可见：由此可见： 1 1）减小接地电阻减小接地电阻（公共耦合阻抗）有利于控制系（公共耦合阻抗）有利于控制系统抗干扰，但会增加投资；统抗干扰，但会增加投资； 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。2022-1-12242 交流供电系统的接地2.1 2.1 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配电系统和电气设备（包括信息系统）不低压系统接地制式按配电系统和电气设备（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

18、后续字母。因为个字母组成，必要时可加后续字母。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等五种。等五种。2022-1-1225 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表示直接表示直接接地，接地，I表示不接地（包括所有带电部分与地隔离）或通表示不接地（包括所有带电部分与地隔离）或通过阻抗与大地相连。过阻抗与大地相连。 第二个字母表示电气设备

19、的外露导电部分（如第二个字母表示电气设备的外露导电部分（如DCS的机柜）与地的关系：的机柜）与地的关系：T表示独立于电源接地点的直接接表示独立于电源接地点的直接接地，地，N表示直接与电源系统接地点或与该点引出导体相连表示直接与电源系统接地点或与该点引出导体相连接。接。 后续字母表示中性线（后续字母表示中性线（N）与保护线（）与保护线（PE）之间的关）之间的关系：系：C表示中性线（表示中性线（N）与保护线（）与保护线（PE）合并为）合并为PEN线；线；S表示表示中性线与保护线分开；表示表示中性线与保护线分开；C-S表示在电源侧为表示在电源侧为PEN线，从某点分开为线，从某点分开为N及及PE线。线

20、。2022-1-12261）TN-C系统系统 这种系统有简单、这种系统有简单、经济的优点。但是当经济的优点。但是当三相负载不平衡或有三相负载不平衡或有谐波电流时，谐波电流时，PENPEN线线中有电流中有电流，其所产生，其所产生的压降呈现在电气设的压降呈现在电气设备的外壳上，对敏感备的外壳上，对敏感性的电子设备不利。性的电子设备不利。L1L2L3PEN外露导电部分外露导电部分2022-1-12272）TN-S系统系统 该系统相对于该系统相对于TN-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PE线线上不通过负荷电流上不通过负荷电流，与，与PE线相线相连的电气设备的金属外壳在正连的电

21、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-C系统多拉一系统多拉一根线，所以在价格上要贵一根线，所以在价格上要贵一点。点。L1L3L2NPE2022-1-12283）TN-C-S系统系统 该系统的前端是该系统的前端是TN-C系统，系统，后面改为后面改为TN-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。L2L3PENPEN2022-1-12294）TT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

22、，与电源在接地上无电气联系。上无电气联系。 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，接地故障回路因增加了一个接地电地故障回路因增加了一个接地电阻，故障电流小于阻，故障电流小于TNTN系统，自动系统，自动开关不能切除故障，设备外壳上开关不能切除故障，设备外壳上会带百伏级的电压，人身安全无会带百伏级的电压，人身安全无法保证。法保证。PEL1L2L3N2022-1-12305）IT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

23、中任一根相线若与地或设备金属外壳相碰，由于不或设备金属外壳相碰，由于不构成回路，不会出现危险故障构成回路，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。L1L2L3PE2022-1-12312.2 2.2 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 50343-2004-2004）第第5.4.15.4.1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

24、路必须采用交流配电系统供电时，配电线路必须采用TN-STN-S系统的接地方系统的接地方式。” （2 2）建筑物防雷设计规范（建筑物防雷设计规范（GB 50057-94GB 50057-94）第第6.4.16.4.1条规定：条规定：“当电源采用当电源采用TNTN系统时，从建筑物内总配电盘（箱）开始引出的配电线系统时，从建筑物内总配电盘（箱）开始引出的配电线路和分支线路必须采用路和分支线路必须采用TN-STN-S系统系统。” 2022-1-12323 接地电阻 由于土壤是由不同的土壤颗粒和其间隙中存在由于土壤是由不同的土壤颗粒和其间隙中存在的水和空气组成；再则，接地体的形状、尺寸又的水和空气组成；

25、再则，接地体的形状、尺寸又不一，所以接地电阻有非常复杂的性质。不一，所以接地电阻有非常复杂的性质。3.1 3.1 接地电阻的定义接地电阻的定义 有人曾经认为有人曾经认为：接地电阻包括接地体本身的电：接地电阻包括接地体本身的电阻、接地体与土壤间的接触电阻、接地体附近的阻、接地体与土壤间的接触电阻、接地体附近的土壤电阻、接地体至电气设备间连接导线的电阻土壤电阻、接地体至电气设备间连接导线的电阻四者之和。四者之和。 其中，其中，接地体附近的土壤电阻是主要的接地体附近的土壤电阻是主要的，接地，接地体本身的电阻和接地体与土壤间的接触电阻可以体本身的电阻和接地体与土壤间的接触电阻可以忽略不计。忽略不计。2

26、022-1-1233 后来，许多标准把整个接地系统分成两大部分：后来，许多标准把整个接地系统分成两大部分：1 1）从仪表、控制设备的接地端子到总接地板之间导体及连接点电）从仪表、控制设备的接地端子到总接地板之间导体及连接点电阻的总和称为联结电阻，该部分称作为阻的总和称为联结电阻，该部分称作为“接地联接接地联接”。2 2）接地极对地电阻和总接地板、接地总干线及接地总干线两端的）接地极对地电阻和总接地板、接地总干线及接地总干线两端的连接点电阻之和称为接地电阻。该部分称作为连接点电阻之和称为接地电阻。该部分称作为“接地装置接地装置”。 后一种说法对联接电阻和接地电阻分别提出了不同的要求。后一种说法对

27、联接电阻和接地电阻分别提出了不同的要求。联联接电阻一般要求小于接电阻一般要求小于1 1欧姆欧姆。2022-1-1234接地联接示意图2022-1-1235 2 2）定量地定义）定量地定义 假设在某一电极上流假设在某一电极上流入接地电流入接地电流I I，若接地电，若接地电极的电位比周围大地高出极的电位比周围大地高出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即为接地即为接地电阻。电阻。 （引自（引自“高桥健彦（日），高桥健彦（日），接地技术，科学出版社，接地技术，科学出版社，20032003年年”） I I接地极接地极电位上升电位上升 E2022-1-1236

28、定义必须要和测量的可定义必须要和测量的可操作性结合起来。操作性结合起来。 上述的定义必须要有两个上述的定义必须要有两个条件：条件： 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，极，必须要有一个闭合回路，即还要向大地打入另一个即还要向大地打入另一个辅辅助电极助电极。 2）接地电极的电位上升，）接地电极的电位上升，必须以大地的无限远点为基必须以大地的无限远点为基准。所谓无限远点是指即使准。所谓无限远点是指即使有接地电流，电位也不变动有接地电流，电位也不变动的地点。的地点。主接地主接地电极电极辅助辅助电极电极电源电源I2022-1-1237用电位降法测接地电阻的原理图中：

29、图中：T-T-被测接地体；被测接地体； P-P-接地棒；接地棒； A-A-辅助接地体。辅助接地体。 测量时，测量时，T T、P P、A A极各相距极各相距2020米，米，或或PTPT之间的距离为之间的距离为ATAT之间距离的之间距离的0.6180.618倍并成直线排列。倍并成直线排列。注：注：1 1）一般要移动接地棒（）一般要移动接地棒（3-53-5米距米距离）重复三次测量，三次测量结果离）重复三次测量，三次测量结果相近，说明接地棒位置正确，否则相近，说明接地棒位置正确，否则加大加大T-AT-A间距离。间距离。 2 2）不要在雨天测量。）不要在雨天测量。VA工频电源工频电源TPA2022-1-

30、1238 离接地极相当远时，因离接地极相当远时，因为电流通路的截面积变得非为电流通路的截面积变得非常大，即便土壤的导电性不常大，即便土壤的导电性不良，电阻仍然很小。良，电阻仍然很小。 但是在接地极附近，因但是在接地极附近，因为电流通路的截面积不是很为电流通路的截面积不是很大，接地电阻才呈现一定的大，接地电阻才呈现一定的电阻值。电阻值。 即接地电阻主要取决于即接地电阻主要取决于接地极附近的接地电阻值，接地极附近的接地电阻值，并和接地极的形状大小有关。并和接地极的形状大小有关。接地电流接地电流截面积小截面积小截面积大截面积大2022-1-1239所以接地电阻的大小主要取决于下列因素：所以接地电阻的

31、大小主要取决于下列因素： 1）接地体附近）接地体附近土壤的电阻率土壤的电阻率； 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=x f式中：式中： 大地电阻率（大地电阻率（m); f 由电极的形状和尺寸决定的函数（由电极的形状和尺寸决定的函数（1/m）。）。2022-1-12403.2 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为了理论上比较容易处理，现以半球状电极为处理，现以半球状电极为例进行讨论。例进行讨论。 右图表示右图表示半球状电极半球状电极的接地模型。假设辅助电的接地模型。假设辅

32、助电极位于相对主接地电极的极位于相对主接地电极的无限远点，接地电流从电无限远点，接地电流从电极的表面向周围大地呈放极的表面向周围大地呈放射形流出。如果辅助电极射形流出。如果辅助电极很近，电流的分布就不是很近，电流的分布就不是放射状的了。放射状的了。2022-1-1241 可以认为下式与电阻体的式子可以认为下式与电阻体的式子R=L/SR=L/S是等效的。其中，是等效的。其中， 为电阻率，为电阻率，L L为长度，为长度，S S为截面积。则有：为截面积。则有：22xdxdR2022-1-12422022-1-1243 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就可以就可

33、以求出总的接地电阻求出总的接地电阻 因为接地电阻是从电极到无限远处的全部因为接地电阻是从电极到无限远处的全部电阻，如果电阻，如果r r1 1为无限大，则为无限大，则1/ r1/ r1 1等于零，则等于零，则上式为上式为)11(211rrdRRrrrR22022-1-1244 现在，用以下两个观点说明该理论式。首现在，用以下两个观点说明该理论式。首先是关于电流通路的截面积，从图可以看出随先是关于电流通路的截面积，从图可以看出随着电极半径的增大，其接地电阻按着电极半径的增大，其接地电阻按1/r1/r1 1成比例成比例 减小。即因截面积（减小。即因截面积（2r2r2 2）变大而使接地电）变大而使接地

34、电阻收敛。阻收敛。 再看接地电阻的表达式再看接地电阻的表达式 R=R=x fx f 。分解。分解半球状电极的接地电阻计算式半球状电极的接地电阻计算式, ,可得可得 rR212022-1-12452 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(ln21ln2tltlrllR2022-1-12461 1）地表下）地表下0.150.15米到米到0.50.5米处土米处土壤处于干湿交界的地方，接壤处于干湿交界的地方，接地导体易受腐蚀，所以规定地导体易受腐蚀，所以规定埋深不小于埋深不小于0.60.6米。米。 2 2）接地体的间距不宜小于其）接地体的间距不

35、宜小于其长度的长度的2 2倍，这主要是考虑倍，这主要是考虑接地体互相的屏蔽影响。接地体互相的屏蔽影响。 3 3）为了抗腐蚀，材质可用镀）为了抗腐蚀，材质可用镀锌扁钢和镀锌角铁。也可用锌扁钢和镀锌角铁。也可用铜。铜。注：接地电阻值是前面所列公注：接地电阻值是前面所列公式的三分之一。式的三分之一。80025005000500050 x50扁钢作接地干线50 x50 x5角钢2022-1-12473 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)(22ln2442222ltltlttlbaabaallR2022-1-12484 4）板状电极的接地电

36、阻）板状电极的接地电阻即即baR4ta ab)(44.0SR2022-1-12495 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 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，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工手算，结果三人的计算结果只差国学者用该公式人工手算，结果三人的计算结果只差百分之几。百分之几。 道理很简单，地网的接地电阻主要取决土壤的电道理很简单，地网的接地电阻主要取决土壤的电阻率和地网的面积。如果

37、网格比较密，可按前述的板阻率和地网的面积。如果网格比较密，可按前述的板状电极进行计算。状电极进行计算。 )(5.0SR2022-1-12503.3 降低接地电阻的方法1 1）降低土壤的电阻系数）降低土壤的电阻系数 （1 1）对土壤进行处理对土壤进行处理，如在接地体周围的土壤中加入食盐、木炭、电，如在接地体周围的土壤中加入食盐、木炭、电石渣等，缺点是易流失，有腐蚀性。石渣等，缺点是易流失，有腐蚀性。 （2 2）换土换土，如换成黏土、黑土、沙质黏土等电阻率较低的土壤。，如换成黏土、黑土、沙质黏土等电阻率较低的土壤。 （3 3）利用长效降阻剂利用长效降阻剂，长效降阻剂是由几种物质配制而成，它含有导，

38、长效降阻剂是由几种物质配制而成，它含有导电性能良好的强电解质和水份。电性能良好的强电解质和水份。 （4 4）钻孔深埋法钻孔深埋法，接地体长度一般为，接地体长度一般为5 5至至1010米，再深效果不明显。米，再深效果不明显。 （5 5）采用导电性混凝土采用导电性混凝土，在水泥中掺入碳质纤维作为接地极使用。，在水泥中掺入碳质纤维作为接地极使用。 （6 6）引入无腐蚀的污水引入无腐蚀的污水。 （7 7）利用水和与水接触的钢筋混凝土体作为流散介质利用水和与水接触的钢筋混凝土体作为流散介质。 （详见（详见“陈家斌陈家斌 接地技术与接地装置接地技术与接地装置”第第388-400388-400页）页）202

39、2-1-12512 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）它是由先进的陶瓷复合材料、合金电极、）它是由先进的陶瓷复合材料、合金电极、中性的离子化合物组成；中性的离子化合物组成； 2 2）内部特制的）内部特制的电解离子化合物电解离子化合物，通过电极顶，通过电极顶部的呼吸孔吸收空气和土壤中的水分，使接地部的呼吸孔吸收空气和土壤中的水分，使接地极中的化合物潮解形成电解液，渗透到周围土极中的化合物潮解形成电解液，渗透到周围土壤中去，降低土壤的电阻率，从而降低接地电壤中去，降低土壤的电阻率，从而降低接地电阻；阻； 3 3）回填料是增加电解离子

40、的导电作用。）回填料是增加电解离子的导电作用。 4 4）合金电极的连接采用火泥熔接技术，以确）合金电极的连接采用火泥熔接技术，以确保连接的可靠性；保连接的可靠性； 5 5）这是美国）这是美国ATIATI公司的技术，接地电阻在公司的技术，接地电阻在1 1欧欧姆以下，使用寿命大于姆以下，使用寿命大于2525年（一般钢为年（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2022-1-12523.4 3.4 接地材料的选择接地材料的选择镀锌钢材；镀锌钢材；铜；铜；美国美国ATIATI镀铜钢（寿命可达镀铜钢（寿命可达3030年）；年）

41、；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）。 1 1）由于铜的导电率是钢的）由于铜的导电率是钢的8 8倍，铜的耐腐蚀性也比钢好，所以作倍，铜的耐腐蚀性也比钢好，所以作为接地材料铜优于钢。为接地材料铜优于钢。 2 2）但铜的单价是镀锌钢的）但铜的单价是镀锌钢的4-54-5倍（铜倍（铜-小于小于2000020000元元/ /吨，镀锌吨，镀锌钢钢-4000-4000元元/ /吨）。吨）。 综上所述，铜材接地系统性能稳定、可靠、免维护，寿命长。综上所述，铜材接地系统性能稳定、可靠、免维护，寿命长。2022-1-12533.5 土壤电阻率的测量A.A.土壤的种类土壤的种类土壤的种类

42、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 80802022-1-1254B. 等距法（文勒法）测土壤电阻率等距法（文勒法）测土壤电阻率 四个小电极成直线排列，相四个小电极成直线排列，相距为距为a,所测电阻为所测电阻为R，则电阻率，则电阻率为：为： =2aR =2aR 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a1

43、0h,h为测量电极为测量电极的埋设深度，这样可近似将电流的埋设深度，这样可近似将电流极看作是半球电极来处理，根据极看作是半球电极来处理，根据式（式（3.7）就不难得到土壤电阻）就不难得到土壤电阻率的计算公式。率的计算公式。a aaaV VA2022-1-12553.6 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，一般应取接地电阻值，其布线应按下图来实施，一般应取d2Dd2D，D D为接地网的最大对角线距离。为接地网的最大对角线距离。 300d dd d1 12 2D D2022-1-1256 当接地网的接地

44、体周长的一半大于或等当接地网的接地体周长的一半大于或等于接地体的有效长度于接地体的有效长度lele时时，接地网的冲击接，接地网的冲击接地电阻值等于其工频接地电阻值；地电阻值等于其工频接地电阻值； 当接地网的接地体的周长的一半当接地网的接地体的周长的一半l l小于接小于接地体有效长度地体有效长度lele时，时，根据实际的根据实际的l/lel/le按图按图3.9b3.9b求出求出A A值，而后将接地网的工频接地电阻值，而后将接地网的工频接地电阻值除以值除以A A，算出冲击接地电阻值。，算出冲击接地电阻值。2022-1-12573.7 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

45、的，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接地电阻的最大许可值最大许可值。为了满足这个要求，接地电阻要。为了满足这个要求，接地电阻要达到：达到： R=Rmax/式中：式中：Rmax接地电阻最大值；接地电阻最大值； 季节因数，常用值为季节因数，常用值为1.451.45。 所以，所以，Rmax=10，R=6.9 ； Rmax=4，R=2.75； Rmax=1，R=0.69 。2022-1-12584 接地系统的实施 4.1 4.1 组成接地系统各部分的名称组成接地系统各部分的名称

46、接地系统接地联接接地装置接地连线接地汇流排接地分干线接地汇总板接地干线总接地板接地极接地总干线2022-1-12594.2 接地系统的实施方法A.A.现场仪表的接地连接方法现场仪表的接地连接方法1 1）对于现场仪表的电缆槽、仪表电缆保护管是每隔）对于现场仪表的电缆槽、仪表电缆保护管是每隔3030米用接地连接线与米用接地连接线与就近已接地的金属构件相连，并应保证其接地的可靠性及电气的连续就近已接地的金属构件相连，并应保证其接地的可靠性及电气的连续性。仪表的外壳以及现场接线箱的金属外壳等也应就近接地。严禁利性。仪表的外壳以及现场接线箱的金属外壳等也应就近接地。严禁利用储存、输送可燃性介质的金属设备

47、、管道以及与之相关的金属构件用储存、输送可燃性介质的金属设备、管道以及与之相关的金属构件进行接地。进行接地。2 2）现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。）现场仪表的工作接地一般应在控制室侧接地。3 3）对于要求或必须在现场接地的现场仪表，如接地型热电偶、）对于要求或必须在现场接地的现场仪表，如接地型热电偶、PHPH计、电计、电磁流量计等应在现场侧接地。磁流量计等应在现场侧接地。4 4）对于现场仪表要求或必须在现场接地，同时又要求将控制室接受仪表）对于现场仪表要求或必须在现场接地，同时又要求将控制室接受仪表在控制室侧接地的，应将两个接地点作电气隔离，以免产生对地的回在控制室侧接地的，应将两个

48、接地点作电气隔离，以免产生对地的回路。路。5 5）现场仪表接线箱两侧的电缆的屏蔽层应在箱内跨接。）现场仪表接线箱两侧的电缆的屏蔽层应在箱内跨接。2022-1-1260B. B. 控制室盘、台、柜的接地控制室盘、台、柜的接地 1 1）控制室内的等电位连接网络至少通过两条路径和）控制室内的等电位连接网络至少通过两条路径和室外的共用接地网相连。室外的共用接地网相连。 等电位连接网络在共用接地网上的接地点离建筑物等电位连接网络在共用接地网上的接地点离建筑物防雷的引下线的接地点之间沿接地体的长度不得小于防雷的引下线的接地点之间沿接地体的长度不得小于15m15m。2022-1-12612 2）在控制室内的

49、盘、台、柜内应分类设置在控制室内的盘、台、柜内应分类设置保护接地汇流排、保护接地汇流排、信号及屏蔽接地汇流排（工作接地汇流排）和本安接地汇信号及屏蔽接地汇流排（工作接地汇流排）和本安接地汇流条流条。3 3）在控制室内，可设置）在控制室内，可设置接地汇总箱接地汇总箱。箱内设置工作接地汇。箱内设置工作接地汇总板和保护接地汇总板。总板和保护接地汇总板。4 4）由于）由于工控机工控机在出厂时已将工作接地和保护接地连在一起，在出厂时已将工作接地和保护接地连在一起，将外壳上的任一颗螺丝连在操作台内的保护接地汇流排上将外壳上的任一颗螺丝连在操作台内的保护接地汇流排上即可。即可。5 5）如果）如果DCSDCS

50、系统的系统的通信线路上设有电气隔离装置通信线路上设有电气隔离装置，远程设备，远程设备的接地汇流排可汇总到就近的总接地板上。的接地汇流排可汇总到就近的总接地板上。2022-1-12624.3 4.3 接地连接线规格接地连接线规格 1 1）接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆。）接地系统的导线应采用多股绞合铜芯绝缘电线或电缆。 2 2）接地系统的导线应根据连接设备的数量和长度按下列数值范围选）接地系统的导线应根据连接设备的数量和长度按下列数值范围选用：用： 接地连线接地连线 1 12.52.5（平方毫米）（平方毫米） 接地分干线接地分干线 4 41616（平方毫米）（平方毫米） 接地干线

51、接地干线 10102525（平方毫米）（平方毫米） 接地总干线接地总干线 16165050（平方毫米）（平方毫米） 接地汇流排、联接板规格接地汇流排、联接板规格 1 1）接地汇流排宜采用）接地汇流排宜采用25256 6的铜条制作。的铜条制作。 2 2） 接地汇总板和总接地板应采用铜板制作。铜板厚度不应小于接地汇总板和总接地板应采用铜板制作。铜板厚度不应小于6mm6mm，长宽尺寸按需要确定。长宽尺寸按需要确定。2022-1-12634.4 接地连接结构要求接地连接结构要求 1） 所有接地连线在接到接地汇流排前均应良好所有接地连线在接到接地汇流排前均应良好绝缘绝缘；所有接地分干线在接到；所有接地分

52、干线在接到接地汇总板前均应良好接地汇总板前均应良好绝缘绝缘；所有接地干线在接到总接地板前均应良好；所有接地干线在接到总接地板前均应良好绝缘绝缘。 2） 接地汇流排（汇流条）、接地汇总板、总接地板应用接地汇流排（汇流条）、接地汇总板、总接地板应用绝缘支架绝缘支架固定。固定。 3） 接地系统的各种连接应保证良好的导电性能。接地连线、接地分干线、接接地系统的各种连接应保证良好的导电性能。接地连线、接地分干线、接地干线、接地总干线与接地汇流排、接地汇总板的连接应采用地干线、接地总干线与接地汇流排、接地汇总板的连接应采用铜接线片铜接线片和和镀镀锌钢质螺栓锌钢质螺栓，并采用防松和防滑脱件，以保证连接的牢固

53、可靠。或采用，并采用防松和防滑脱件，以保证连接的牢固可靠。或采用焊接焊接。 接地总干线和接地极的连接部分应分别进行接地总干线和接地极的连接部分应分别进行热镀锌或热镀锡热镀锌或热镀锡。 4） 接地系统应设置耐久性的标识。标识的颜色为接地系统应设置耐久性的标识。标识的颜色为交替的黄绿色交替的黄绿色（见（见GB2681-1981电工成套装置中的颜色电工成套装置中的颜色），符合），符合IEC标准。标准。2022-1-12645 5 几个接地案例的分析几个接地案例的分析1 1）不屏蔽接地干线会带来干扰）不屏蔽接地干线会带来干扰 现象现象：某尿素装置：某尿素装置DCSDCS系采用单独接地，但信号总是飘移不

54、定。系采用单独接地，但信号总是飘移不定。 原因原因：后来发现，其接地干线长：后来发现，其接地干线长5050米，从三楼沿外墙敷设到接地体，米，从三楼沿外墙敷设到接地体，没有穿管屏蔽，过长的接地干线，如果没有屏蔽措施，接地干线就象没有穿管屏蔽，过长的接地干线，如果没有屏蔽措施，接地干线就象是一根天线，可以接受大量的干扰信号，使系统无法稳定工作，乃至是一根天线，可以接受大量的干扰信号，使系统无法稳定工作，乃至系统卡件发生故障。系统卡件发生故障。 结论结论：接地干线应愈短愈好，必要时也应该采取屏蔽措施。：接地干线应愈短愈好，必要时也应该采取屏蔽措施。2022-1-12652 2）保持和其它接地系统的距离保持和其它接地系统的距离 现象现象：某玻璃装置的某玻璃装置的DCS采用单采用单独接地，发现信号干扰很大。独接地，发现信号干扰很大。 原因原因：DCS的单独接地体和原的单独接地体和原 有的接地网相距不到有的接地网相距不到5米。米。 结论结论：若：若DCS采用单独接地，采用单独接地， 其接地体和电气接地网相距必须其接地体和电气接地网相距必须大于大于5米，和防雷接地体相距必米，和