接地技术及检测方法

1、接地技术与检测方法第一章 基础知识第一节 大地的导电特性接地电流在地中的分布状况，除了与电流的频率有关外，还和大地的导电特性有关，要解决接地问题，就要了解和掌握大地的导电特性、电学性质和电气参数，从而选择合理正确的接地方式。大地导电归结起来无非是两种导电方式，一种是电子导电，地下如有导体或半导体，比如金属矿物质等，就会形成电子导电，但大地导电主要是离子导电，即土壤中的各种无机盐类或酸、碱离解成的金属离子导电。而各类无机盐或酸、碱又必须在有水的情况下才能离解成导电的离子，换句话说，干燥的土壤或纯净的水是不导电或导电能力很差的。所以土壤电阻率的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量。土

2、壤电阻率是土壤中所含导电离子浓度A的倒数1/A和单位体积土壤含水量B的倒数1/B的函数，即=f（1/A）·f（1/B）也就是说，土壤中所含导电离子浓度越高，土壤的导电性就越好，就越小；反之就越大。如沙河中，河底的值很大，就是因为河底由于流水的冲刷，导电离子浓度较小所致。土壤越湿，含水量越多，导电性能就越好，值就越小；反之就越大。这就是接地体的接地电阻随土壤干湿度变化的原因。为什么雨后不宜开展防雷检测？请举例说说水的导电性能。第二节 土壤电阻率土壤电阻率就是土壤阻碍电流通过的能力。物理知识告诉我们金属的电阻率很小，而橡胶陶瓷等电阻率很大。而土壤的电阻率与其性质、结构和含水量有关。土壤电

3、阻率是接地工程的一个常用参数，直接影响接地装置接地电阻的大小、地网地面电位分布、跨步电压和设备接触电压。因而，了解和掌握土壤电阻率的特点，尤其是准确测出土壤电阻率，电阻率的分布和变化情况，对接地工程来说是非常重要的。土壤和水的电阻率参考值地的电阻率（·m）和组对介电系数接地电阻的值主要由接地电极的尺寸和土壤的电阻率决定。来降低接地电阻要做认真的技术经济分析，从而找出最经济合理的办法来，而改善土壤电阻率就是其中行之有效的方法。降低接地电极附近土壤的电阻率，在一定程度上相当于加大了接地电极的尺寸，所以可以起到降低接地电阻的作用。大型接地网，要采用外延、扩网、立体地网和改善土壤电阻率等综合

4、措施来降低接地电阻。对于小型接地网和输电线路的杆塔的接地处理，改善土壤电阻率是行之有效的方法之一。常用的人工改善接地电极土壤电阻率的方法有换土法、降阻剂法，它们主要是在接地体周围施加降阻剂。 降阻剂的机理：1增大接地体的有效截面。 2消除接触电阻。3随着降阻剂的渗透，改善接地体周围的土壤电阻率，因为增加土壤中的导电离子的浓度。4降阻剂的吸水性和保水性改善并保持土壤导电性能。通用的降阻剂有木炭、石墨、导电水泥和膨润土等。选用降阻剂主要考虑其降阻性、防雷性、稳定性、长效性和污染问题。第二章 工频接地电阻第一节 工频接地电阻的基本概念在电力系统中，为了工作和安全的需要，常需将电力系统及电气设备的某些

5、部分与大地相连接，这就是接地。按其作用，可以分为工作接地、保护接地、防雷保护接地和防静电接地。工作接地：也叫系统接地，在电力系统中，为运行需要所设的接地（如中性点直接接地或经其他装置接地等）。保护接地：也叫安全接地，电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地。防雷保护接地：为雷电保护装置，如避雷针、避雷线和避雷器等向大地泄放雷电流而设的接地。防静电接地：为防止静电对易燃、易爆，如易燃油、天然气贮罐和管道的危险作用而设的接地。接地极：埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地极。兼作接地极用的直接与大地接触的各种金属构件、金属

6、井管、钢筋混凝土建（构）筑物的基础、金属管道和设备，称为自然接地极。接地线：电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分。接地装置：接地线和接地极的总和。接地网：由垂直和水平接地体组成的供发电厂、变电所所使用的兼有泄流和均压作用的网格状接地装置。集中接地装置：为加强对雷电流的散流作用，降低地面电位梯度而敷设的附加接地装置，一般由35根垂直接地极组成，在土壤电阻率较高的地区，则敷设35根放射形水平接地极。接地电阻：接地极或自然接地极的对地电阻和接地线电阻的总和，称为接地装置的接地电阻。接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值。按通过接地极流入地中工频交流电流求得的

7、电阻，称为工频接地电阻（输入50Hz频率的交流），工频就是电力系统称的工作频率。地中有工频电流流散时，工频电流在地中的分布与直流电的分布在原则上是有区别的，但是，由于地的电阻率较大，所在在计算接地体附近的电流时，由于感应电动势引起的电压降与电阻压降比较起来可以略去不计，故工频的接地计算可以用直流的接地计算来代替。（检测表使用的是直流电池，为什么能测工频接地电阻？）由于接地体的电导率远远大于地的电导率，在接地计算时，可视接地体表面为等位面，接地体自身的压降可以略去不计。但是，对于测量一个大型接地网的接地电阻，特别是地网之间有较长的接地连接带时，由于接地体自身电压降的存在，从不同的地点引入电流而测

8、量出的接地电阻是不相同的。此外，接地电阻还包括了接触电阻的存在，施工后的接地网在最初几年间接地电阻有下降趋势，这是因为接地体周围的土壤逐渐密实并且与接地体的表面接触得更为紧密的缘故。接地体的表面与周围土壤之间的电阻叫接触电阻，接触电阻的数值等于这两个介质在交换面上的接触电位差与流入地中的电流的比值。接触电阻的大小与施工方法有关，特别是与回填土的密实程度和松紧度有关。第二节 自然接地体的接地电阻在接地工程中，充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物，以及上、下水金属管道等自然接地体，是减小接地电阻、节约钢材以及达到均衡接地电位的有效措施。 为了充分利用自然接地体，现将其要点列举如下：（1）除

9、开可燃液体、可燃或爆炸性气体的金属管道外，混凝土结构物中的钢筋骨架，金属结构物，上、下水金属管道均可作为自然接地体使用。利用埋入地下或水是混凝土的钢筋骨架或金属结构物接地，主要是起减小接地电阻的作用；利用地上或水上混凝土的钢筋或金属结构物接地，主要是起引流、分流、均压以及代替专门敷设的接地带的作用。（2）潮湿和干燥状态的混凝土，其电阻率的差别极大，两者之比可达1:100以上。受水或潮湿土壤浸渍的混凝土，由于毛细管作用而吸收水分，水工建筑物混凝土水的渗透深度通常在0.11.0m范围内。因此，一般建筑物混凝土保护的钢筋都可以起到散流的作用，其电阻率十分接近于水或土壤的电阻率。混凝土电阻率当雷电流通

10、过时，还有可能在钢筋接头的绑扎处引起点焊现象。对于工频电流，经过实际测量证明：利用一般绑扎连接的钢筋基础作为接地体，也能达到较好的效果。但对于 5重要的场所，例如高层建筑物上的避雷针，利用钢筋作为接地引下线，利用钢筋作为设备接地的连接干线，利用钢筋连接外引接地体等处，宜于选择一些主筋采用电焊连接。（4）钢筋流过大电流，因发热而温度升高，能使水泥和钢筋的结合力显著减小。钢筋温度达到350400时，结合力将全部破坏，并使混凝土保护层产生横向和纵向裂纹。因此，钢筋的温度不应大于100。大电流流过预应力的钢筋时，温度每增高10，预应力会降低24.5Mpa左右，但钢筋冷却后，预应力随即恢复。通常预应力钢

11、筋不允许电焊，只能采用铁丝绑扎连接，接触电阻可能较大。因此，利用预应力钢筋混凝土构件接地时，除进行强度和变形验算外，在施工中要注意将钢筋接头以及钢筋与接地螺母等绑扎牢靠，以便消除接触电阻。（5）为避免雷电流流过混凝土时产生火花放电而将混凝土击碎，应验算钢筋与混凝土接触面的电流密度。雷电流流过混凝土时，无累积的破坏效应。（6）钢筋混凝土结构有伸缩缝或沉陷缝时，为了将两处的切断的钢筋连成通路，应用40mm×4mm的扁钢弯成U型与两处钢筋头焊接，并涂以沥青防锈。（7）钢筋混凝土结构物基础的周围，凡因防渗、防漏处理而使用沥青隔离，或因结构需要，其基础并非直接与土壤接触，而是填充砂石，且无其他

12、并联的分流电路时，不宜用作以减小接地电阻为目的的接地体来使用，以免电流强行流过时将混凝土击穿。（8）在自然接地体的范围内，一般不宜敷设以减小接地电阻为目的的人工接地体，应将人工接地体放在自然接地体的范围之外，或沿四周敷设，用以增加整个接地面积。上述两接地体的连接处，如有条件时，可设置接地测量井，以便能够分开进行单独的测量。（9）凡因自然接地体能够将接地电位转移到远方，或引入零电位，且有危险时，在接地范围的边缘附近，应采取绝缘隔离措施。第三章 冲击接地电阻第一节 冲击接地电阻的物理意义冲击电流或雷电流通过接地体流向大地时，接地体呈现的电阻叫冲击接地电阻。冲击接地电阻与工频接地电阻不同，其主要原因

13、是冲击电流的幅值可能很大，会引起土壤放电，而且冲击电流的等效频率又比工频高得多。冲击接地电阻与工频接地电阻不同的主要因素是：强大的冲击电流流入土壤后会形成很强的电场，使土壤发生强烈的局部放电现象。一般土壤由于是不均匀媒质，所以其耐压强度只有8.5kV/cm左右，在=100·m时使土壤放电的电流密度为8.5×103 2J= 2 =0.85（A/cm） 100×10冲击电流通过接地体散流的情况比较复杂，归纳起来它具有下列特性：1由于冲击电流相当于高频电流的清形，因此，除接地体的电阻和电导外，接地体 6的电感和电容均对冲击阻抗发生作用。其作用的大小，决定于接地体的形状、

14、冲击电流的波形幅值以及地的电气参数和r。2当接地体表面的电流密度达到某一数值时，会产生火花放电现象，其结果相当于接地体的直径加大了一些。3冲击电流在地中流动时，由于高频电流的集肤效应，不像直流电那样可以穿透无限深处的地层，也不像工频电流那样可以穿透地的有限深度，而是在距地面不太深的范围内流动。4地的两个电性能参数和r，特别是地电阻率在高频的情况下，并非像工频那样可以近似为常数，而是在很大程度的向减小的方向变化。5接地体周围的电场强度达到某一数值时，电压和电流不再是线性关系，而是表现为非线性。第二节 冲击接地电阻与工频接地电阻的换算1接地装置冲击接地电阻与工频接地电阻的换算应按下式确定：RARi

15、式中：R接地装置各支线的长度取值小于或等于接地体的有效长度le或者有支线大于le而取其等于le时的工频接地电阻（）；A换算系数，其数值宜按附图3.1确定；Ri所要求的接地装置冲击接地电阻（）。2接地体的有效长度应按下式确定：式中：le 接地体的有效长度，应按附图3.2计量（m）；敷设接地体处的土壤电阻率（·m）。3环绕建筑物的环形接地体应按以下方法确定冲击接地电阻：（1）当环形接地体周长的一半大于或等于接地体的有效长度le时，引下线的冲击接地电阻应为从与该引下线的连接点起沿两侧接地体各取le长度算出的工频接地电阻（换算系数A等于1）。（2）当环形接地体周长的一半l小于le时，引下线的

16、冲击接地电阻应为以接地体的实际长度算出工频接地电阻再除以A值。4与引下线连接的基础接地体，当其钢筋从与引下线的连接点量起大于20m时，其冲击接地电阻应为以换算系数A等于1和以该连接点为圆心、20m为半径的半球体范围内的钢筋体的工频接地电阻。 le=2注：l为接地体最长支线的实际长度，其计量与le类同。当它大于le时，取其等于le。第四章 高层建筑的防雷保护接地众所周知，高层建筑由于在地面凸起的高度更容易遭到雷电的危害。特别是近年来楼房越来越高，楼内随着办公自动化的发展，计算机及其网络的大量使用，对雷电干扰、地电位的干扰要求越来越严。因此，高层建筑的接地问题也就显得越来越重要。室外防雷保护的目的

17、是防止雷电直接击中建筑物引起建筑物着火，或击坏建筑物的结构，闪电放电必须用接闪装置把它拦截并使雷电流通过引下线和接地极而安全地泄入大地。与此不同，室内防雷保护的目的，则注重保护人身和室内设施的安全，特别是电气装置和设备等的安全。因此必须防止建筑物内部及电气装置内部由于过电压而击穿，同时也应把电气系统内的感应电压限制在安全值之内。这后一种情况对工作电压和绝缘水平都很低的电子系统就显得更为重要。在电子计算机上，一个微小的干扰可能造成电子计算机系统瘫痪，从而产生较大的经济损失。因而高层建筑的防雷接地问题，也就越来越引起人们的重视。第一节 雷电流的效应当雷电流通过接地引下线时，在导线的周围产生电磁场并

18、沿着导线产生一电压降，在单位时间内单位导体上的这种电压降可以用下式表示：di U1=（Z/v）（di/dt）=L0 dt它由传播速度v=300m/s及波头陡度为di/dt的电流所产生。波阻抗Z约为300500。根据以上的数值，对陡度为1kA/s的雷电流来说，沿导线的电位降约为11.7kV/m。 长导线的电感约为11.5H/m，对于陡度为1kV/s的雷电流来说，其电感电压降约为11.5kV/m。把雷电流分散到几根沿着建筑物四周对称分布的引下线上，可使相邻导线间的电位差以及引入线上的电压降显著减小。第二节 外部的保护接闪装置接闪装置一般为装在建筑物顶的避雷针、避雷线或避雷带，在建筑物的屋面上覆盖金

19、属线网而不要去装尖形避雷针效果会更好，这种网格有利于建筑物周围敷设较多根的引下线，以保持电位的均衡。网格的宽度一般为1520m。网格的导线应着重敷设在建筑物的棱角边缘、尖顶、烟囱和一切比屋面高的物体上。建筑物上的金属物体，像水管、栏杆和遮棚等都可以当接闪装置使用。所有的公用管子，无论高、低于屋面或在屋面上，不管怎样与地连接的，都必须与接闪装置相连，或应加以屏蔽。对于小的目标，可用一根比它高出的避雷针或避雷线保护，但要校核是否处在避雷针、线的保护范围内。为尽可能地减小沿引下线的电感压降，接闪装置必须通过引下线以最短的路径接地，引下线避免形成环路。碰到建筑上大型外伸的凸出物时，要将引下线笔直的穿过

20、去而不要绕着突出物安装。各引下线应沿建筑物合理对称的分布，从房角开始沿屋面边缘而敷设，彼此间的距离不应超过1.5m。接地装置1接地装置的接地电阻（1）当楼内有重要的计算机系统、微波通信系统或调度自动化系统时，接地电阻值宜小于1，最高不得大于4，接地装置应有降低冲击接地电阻及降低跨步电压的措施。（2）当楼内安装有配电设备或较重要的电气设备时，接地装置的接地电阻不宜大于 94，最高不得超过10。接地装置应围绕建筑物四周做成闭合的环形，每隔35m与建筑物的钢筋混凝土基础连接一次，每隔815m用接地引下线与接闪装置相连。第三节 内部的保护所有的金属装置都应该保持电位相等。对建筑物的防雷保护来说，这要比

21、接地电阻重要得多。保护电位均衡的一个实际的方法是在建筑物最低的一层设置一个公共接地点或接地母线，所有的金属装置都必须与之连接。有些装置例如煤气管道和供电系统的某些中性线，在某些条件下不应直接与公共接地点连接在一起，而要经过保护间隙才行。第四节 高层建筑物接地的特点和要求1现代的高层建筑物，由于柱、梁、板都采用预制件焊接成一座整体的框架，这样虽然有利于建筑物的钢筋接地，但由现场和模型试验证明：在雷击情况下，建筑物的钢筋网还不是一个等电位的“法拉第笼子”。装设在建筑物内部的弱电子装置和电力设备以及其他电器用具仍然会受到反击过电压的作用，有可能发生损坏或误动作，如计算机系统“死机”等。因此，认为只要

22、将建筑物的钢筋网接地，就能保证安全的设想是不切合实际的。2充分利用高层建筑物钢筋混凝土的桩基和地下建筑物的钢筋混凝土基础作接地体，有时工频接地电阻可以达到1的要求，另外，充分利用高层建筑物地面上的钢筋网格框架作接地线，可以起到比较显著的分流效果。例如，曾用波形为0.7/20s，幅值为185A的冲击电流，测试某高层建筑物的钢筋模型的分流情况表明，流过钢筋柱最大冲击电流为总电流的2.36%，最小为1.61%，可见分流效果显著。根据上述高层建筑物的接地特点，针对反击过电压的保护，对高层建筑物接地系统的要求如下：（1）凡进入高层建筑物的电线，宜采用两端外皮接地的电缆，最好将电缆直埋地下。电缆直埋段的长

23、度不宜小于10m。（2）沿建筑物纵向高度布置的电线或电缆，宜敷设在有屏蔽的竖井中，竖井可用厚度为34mm的钢板或钢筋混凝土板制作。各段竖井的接头应紧密连接，使接触电阻尽可能减小，这是决定竖井屏蔽效果好坏的关键。竖井的位置最好是在建筑物的中心，因为建筑物中心的电磁场最弱。最重要的是要保证竖井的纵向电阻最小。（3）为了提高分流效果和均衡电位，对每一层楼的沉陷缝，至少要在两处用柔软的导线把断开的钢筋连接起来。（4）安装在高层建筑物的电力设备、电器用具以及照明灯具等，宜采用接零保护，电源变压器低压侧的中性点经击穿保险接地。一方面可以提高保护接地的可靠性；另一 10方面可以避免工频零序电流经过建筑物的钢

24、筋回流到电源中性点时，对计算机的接地线，产生地电位干扰。采用交流三相四线制供电时，零线要紧贴着相线敷设，以便减小相线和零线回路的电抗。（5）用于防雷保护的导线，在选择其材料和截面时，使用年限、抗腐蚀性、耐热性、机械强度、安装便利性和费用等。（6）导体的接头可采用夹具和紧压装置，如用螺丝固定、铆接、熔焊、锡焊、铜焊或用金属片包扎。第五章 接地检测方法第一节 接地电阻的测量根据接地电阻的意义，接地电阻电流I经接地体流入大地时接地体电位U和I的比值。因此，为了测量接地电阻，首先在接地体上注入一定的电流，如图一所示。为简化计算，设接地体为半球形，在距球心X处的球面上的电流密度为J=式中 J距球心为X处

25、的球面上电流密度I接地体入地的电流；X距球心的距离。我们知道物理电学中测量一电阻，如图：I2 x2 V 只需测量A、B两点间的电压V和流入R的电流I，即可测量电阻R，R= 。而测I接地装置的接地电阻为什么要用三极法？接地电阻是电流I经接地极流入大地时接地极电位V和I的比值。因此，为了测量接地电阻，首先要在接地电极注入一定的电流，这就需要设置一个可提供电流回路的电流极（图中电极C），并用电流表测出该电流，而为了用电压表测出接地电极的电位，测需要设置一个能测出无穷远零位面处电位的电压极（图中电极P）这种测量接地电阻的方法称为电流电压表法。由于电压极不可能设在真正的无穷远处，而电流极的存在又会使地的

26、电流场发生畸变，从而影响到地面的电位分布，所以接地电阻的测量会存在误差。由此可见，合理地设置电流极和电压极是接地电阻测量的关键。三级法测量接地电阻的试验接线图我们知道，电场强度E=J，为土壤电阻率，而电场中任意两点间的电位差，等于电场强度在两点之间的线积分。设无穷远处的电位为零，所以距接地体球心为X处所具有的电压U=xx-Edx=xI =22x2x-I则电极1,2之间出现的电位差为U'=I2(1rg-1d12)电极3使1,2之间出现的电位差为U''=22(1d23-1d13)1,2电极之间的总电位差等于U'与U''之和即U=U'+U

27、9;'=I2(1g-1d12+1d23-1d13)因此1,2电极之间显现的电阻Rg为Rg=UI=2(1g-1d12+1d23-11d13) 接地体1的接地电阻实际值为R=2g式中 R接地体的实际电阻；g接地体的半径。要使测量的接地电阻Rg, 等于接地体的实际接地电阻R，则令d12=d13,d23=(1-)d13, 得11-11d23-1d12-1d13=0-1=0有 2+-1=0 解得 =0.618系数表明，如果电流极不置于无穷远处，则电压极必须放在电流极与被测接地体两者中间，距接地体0.618d13处，即可则得接地体的真实接地电阻值，此方法称为0.618法或补偿法。电流极的存在起到了把无穷远零位面移到电极连线中部的作用。 经过计算如果电压极打在正中间，测量结果要偏小10%左右。 补偿法应用范围的几点说明：（1）接地体为半球形，球形中心位置已知，土壤的电阻率一致，镜像的影响忽略不计下适用。（2）接地体大多数为管状，带状以及由管带形成的接地网，测量结果的差别程度随极间