实用电气接地技术

接地技术武汉大学电气工程学院文习山1四个方面的内容接地技术基础深孔与垂直接地极的作用允许地电位升高问题三峡枢纽电站接地2第一部分接地技术基础3接地的定义在电力系统中为了工作和安全的需要，常将电力系统及其电气设备的某些部分经导线与大地相连4接地（一般的定义）将电力系统或建筑物中的电气装置、设施的某些导电部分，经导线连至大地电极导线：接地线大地电极：接地极IEEE交流变电站接地安全导则（GuideforSafetyinACSubstationGrounding）5接地（更准确的定义）一种有意或无意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的、某种较大的导电体接地的目的是：(a)使连接到地的导体具有等于或近似于大地（或代替大地的导电体）的电位；(b)引导入地电流流入和流出大地（或代替大地的导电体）（GB/T17949.1-20004.1）IEC61024建筑物防雷保护6工作接地为了降低电力设备的绝缘水平，110kV及以上的电力系统多采用中性点接地的运行方式在两线一地的双极直流输电系统中，也需要将其中性点接地7防雷接地为了减轻雷电的危害，避雷针、避雷线和避雷器等防雷设施都必须配备相应的接地装置以便把雷电流导入大地8保护接地为了保证人身安全，电气设备的外壳必须接地当电气设备绝缘损坏导致外壳带电时，流过保护接地体的故障电流应该使相应的保护装置动作，切除已损坏的设备或使外壳的电位在安全值以下9主放电photobySteveAlbertofNOAA10雷电byLeslieChatfieldonAugust21,1987atMardeninBritain11雷击建筑物12接地电阻接地电阻是电流I经过接地极流入大地时，接地极的电位V对I的比值，它主要是大地所呈现的电阻接地电阻与大地的结构、土壤电阻率有关，还与接地体的几何尺寸有关，在雷电冲击电流下还与冲击电流的波形和幅值相关13电流通过接地体的效应接地电极及周围的土壤发热接地极的电位升高，可能使设备受到过电压的作用损坏地面上出现的地位梯度会使人体受到跨步电势和接触电势的作用减轻上述效应，接地电阻越小越好14对接地电阻的要求110kV以上的交流系统，短路电流I接地体的压降不超过2000VR<2000/II>4000，R<0.5I>4000，R<5（新规程中规定）防雷接地一般为4-3015接地技术研究的内容接地电阻的计算跨步电势和接触电势的计算土壤电阻率的测量接地电阻的测量跨步电势和接触电势的测量土壤发热的计算及电极的防腐措施16均匀土壤中直流和工频接地电极均匀土壤是最简单的模型直流接地电极的计算中不用考虑电感的影响工频接地电极的计算中也基本不用考虑电感的影响对建立基本认识有重要意义17接地电阻和地中电位分布以半球形接地电极为例计算简单、有理论解当不考虑大地回流的影响，接地极的电位为接地电极与无穷远零位面之间的电位差18半球接地电极19电流密度与电场强度电流密度J电场强度E20半球电极电位分布式中

R为接地电阻

为土壤电阻率

a为半球电极的半径21半球电极接地电阻式中

R为接地电阻

为土壤电阻率a为半球电极的半径22a到10a之间的接地电阻a到无穷远的接地电阻10a到无穷远的接地电阻a到10a的接地电阻23无限大媒质圆环形电极(1)24无限大媒质圆环形电极(2)25无限大媒质

圆环形电极的电位26无限大媒质

圆环形电极的电阻27圆环形电极（埋深h）28圆环形电极的电阻（埋深h）29圆盘形电极圆盘形电极表面的电位分布是极不均匀的按平均电位法会引起较大的误差准确的计算，应从拉普拉斯方程求解拉麦方法，等位面和特定曲面相吻合的方法30曲面成为等势面的条件曲面F（x，y，x）=C成为等势面的条件是它的拉普拉斯除以它的梯度的平方只能是C的函数31共焦二次曲面满足前面提到的条件参考书解广润高压静电场斯迈思静电学与电动力学32圆盘形电极接地电阻（无穷大介质）33圆盘形电极34圆盘形电极接地电阻（埋深h）之一35圆盘形电极接地电阻（埋深h）之二

插值法36埋深对接地电阻的影响根据前面的公式当h=0.02b时可见与h=0的误差不超过3%37变电站地网接地电阻的估算设变电站的占地面积为A全部铺满钢材，成为金属板，接地电阻最小只敷设占地面积外框，成为金属“环”，接地电阻最大38算例当取A=100*100m，h=0.8,b=56.42,=100m最小值R=0.435最大值R=0.734接地电阻的下降(0.734-0.435)/0.734=0.4139近似计算公式40第二部分深孔与垂直接地极的作用41垂直接地体对接地电阻的影响假定在地网下密密麻麻打长度为a的接地棒一般a远小于地网的半径（a=2.5）用半个扁球体来计算接地电阻42带垂直接地体的地网43计算公式44模拟计算结果与计算结果99根404mm281根2.5m长的棒地网面积模拟试验理论计算10000m2-2.8%7225m2-3%

6480m23.2%4%2500m25.7%5.2%900m28%8.4%45垂直接地体对接地网降阻作用的理论分析结果（a=3）

接地网面积A（m2）接地网等值半径（m）降阻率（%）30×3016.99.950×5028.26.390×9050.83.6100×10056.43.2200×200112.81.746垂直接地体对接地网降阻作用的理论分析结果（a=50）接地网面积A（m2）接地网的等值半径（m）降阻率（%）90×9050.836.0100×10056.433.8200×200112.821.1300×300169.315.3400×400225.712.0500×500282.19.947数值分析计算垂直接地极的效果数值计算（边界元法）分析垂直接地体对接地网的降阻作用，主要讨论了三种情况：1.在接地网中每个均压带的交叉点处打入垂直接地体2.沿接地网四周一根紧接一根地打入垂直接地体；3.在接地网四周均压带的接点处打入垂直接地体。48垂直接地体在接地网中每个均压带的交叉点处打入时的降阻作用

接地网面积（m2）垂直接地体长度（m）降阻率（%）网孔数为10×10网孔数为15×15100×10025507510027.041.550.256.128.242.150.356.2200×20025507510014.827.536.042.416.228.936.842.5400×4002550751008.216.423.428.98.616.823.829.2600×6002550751004.9910.916.521.35.211.817.622.449沿接地网四周一根紧接一根地打入垂直接地体时，垂直接地体的降阻率y垂直接地体接地网dxzzPαxr

50沿接地网四周一根紧接一根地打入垂直接地体时，垂直接地体的降阻率

接地网面积（m2）等值半径（m）垂直接地体长度（m）降阻率（%）100×10056.425507510023.839.048.253.5200×200112.825507510012.324.332.839.6400×400225.62550751006.314.119.925.7600×600338.52550751004.18.613.817.651沿接地网四周均压带的接点打入垂直接地体时，垂直接地体的降阻率

接地网面积（m2）垂直接地体长度（m）降阻率（%）100×10025507510022.037.647.452.4200×20025507510011.022.531.438.1400×4002550751005.712.318.023.4600×6002550751003.57.812.216.252第三部分允许地电位升高问题53地网电位允许升高接地标准中有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电所的接地装置的接地电阻R一般情况下应满足R2000/I相当多的变电站和电厂并不满足上述规定54影响提高允许地网电位升高值的因素控制电缆的工频耐压特性是影响提高允许地网电位升高值的因素之一，我们对此进行了大量的试验研究继电器在系统发生故障时应该安全可靠地动作，这对系统的安全与稳定有着极其重要的意义耐压试验针对控制电缆和继电器进行55试验电路图56试验方案针对控制电缆在到达保护屏后，芯线从电缆中分离出来，在分离处做电缆头和未做电缆头的两种情况的绝缘特性进行试验做了电缆头的带铠电缆，针对电缆头有无尖端两种情况的绝缘特性进行试验对有铠和无铠的两种情况的绝缘特性进行试验针对单根芯线在紧靠保护屏和角铁两种情况下的绝缘特性进行试验针对电缆芯线到电缆头间的沿面放电电压进行试验57电缆的伏秒特性（未做电缆头）

58电缆头及尖端对绝缘特性的影响(1)

ZR-KVVP2-7×1.5

59电缆头及尖端对绝缘特性的影响(2)

KVVP2-14×1.0

60单根绝缘电线的绝缘特性试验电缆敷设时，单根电缆可能会紧靠保护屏再到端子排，而保护屏是接地的，所以有必要对单根芯线的绝缘进行试验。试验分两种情况，（1）芯线紧靠角铁的楞角，（2）芯线紧靠金属平面。试品只选用了ZR-KVVP2-71.5型电缆。试验结果为加压时间在30秒以内，其击穿电压均为40kV，表明单根芯线的绝缘耐压值大大高于全部芯线对屏蔽层间的绝缘耐压值。61电缆沿面放电电压与沿面长度的关系

62继电器击穿放电专用继电器击穿放电的形式一般是沿面放电，放电是在继电器外壳定位螺栓和线圈接线柱之间的沿面进行通用继电器试验中还发现加上底座时，放电主要是沿底座的表面进行，一般情况下，它并不影响到继电器的性能

63

通用继电器工频击穿电压伏秒特性

64固态继电器放电普通封装的固态继电器击穿时，几乎都是合闸即击穿，并可看见明显的火花放电，听见明显的放电声，环氧封装的固态继电器击穿时则未能观察到继电器内部放电现象。普通封装的两种固态继电器，其耐压主要取决于采用的光电隔离器件，最低击穿电压为5.0kV。环氧封装的两种固态继电器的耐压高，在9kV以上，这可能与它们的内部结构、封装固体材料等因素有关

65结论（1）1）电缆的工频伏秒特性是较平坦的，从工程的角度来看可近似为一条水平直线。2）当电缆的屏蔽层剥去长度在2cm以内时，其沿面放电电压的耐受强度可达5kV/cm。3）如果按大型电力系统能在30s内切除故障考虑（实际上会在1s内切除），从控制电缆的绝缘特性来看，允许地电位升高l5kV是可能的。在此电压下为保证不出现电缆的沿面闪络，电缆的屏蔽层应剥掉4cm。66结论（2）4）由试验可知，击穿位置均在靠近屏蔽层有尖角处，尤其是钢铠屏蔽层在做电缆头时所产生的尖端，会使绝缘的工频耐压值大大下降，所以在做电缆头时应特别要求避免产生尖端。同时，一定要注意切不可损伤绝缘层。5）继电器的工频伏秒特性是很平坦的，在0-30s的范围内可以认为是一条水平直线。6）对专用继电器、通用继电器和环氧封装的固态继电器的绝缘性能而言，地电位升高到5.0kV是可以承受的。7）基于安全考虑，若地电位升高到5kV，不宜采用普通封装的固态继电器。67第四部分三峡枢纽电站接地68电站概况三峡水利枢纽工程规模巨大，电站安装26台单机容量700MW水轮发电机组，在电力系统中占有举足轻重的地位三峡工程的接地装置设计能否满足要求，是关系到电站安全运行的重大问题由于三峡枢纽工程地处花岗岩地区，属高电阻率地区三峡枢纽拥有大量的结构钢筋和各种金属结构物，在接地设计中充分利用枢纽建筑物的自然接地体。单相短路电流64kA，入地电流33.4kA69枢纽接地装置出五部分组成（1）（1）大坝接地装置：三峡大坝全长约2km，利用大坝上游迎水面结构表面钢筋，网孔为20m×20m，垂直地网面积为239000m2。在上游围堰库底敷设人工接地网，水平地网面积为264800m2（2）左、右岸电站接地装置：三峡左、右岸电站接地装置布置相同，充分利用水下钢结构物连成一体，钢结构物有：尾水护坦结构钢筋、尾水底板结构钢筋、蜗壳、锥管、进水压力钢管等。左岸电站水平接地网面积为2880m2，右岸电站水平按地网面积为35400m270枢纽接地装置出五部分组成（2）（3）泄水闸接地装置：泄水闸全长583m，有22个底孔、23个深孔和22个表孔。利用闸门槽钢结构与上游迎水面结构钢筋连接，闸门槽钢结构顶端与坝顶部机轨道连接，底端与泄洪坝段的深孔底板接地网和1~7号泄洪坝段下游护坦水平接地网连接，泄洪坝段水平接地面积为7200m2。泄洪坝段上游围堰内敷设水平人工接地网与泄洪坝段的深孔底板接地网连接，人工接地网面积为264800m2。（4）永久船闸接地装置：双线五级船闸全长1600m，将船闸的闸室底板和侧墙结构钢筋与贯穿五级船闸两侧四条输水廊道结构钢筋连接一体。上下游导航墙的表层结构钢筋与船闸侧墙钢筋和人字门连接一起。永久船闸水平接地网面积为108800m2

71枢纽接地装置出五部分组成（3）（5）临时船闸和升船机接地装置：临时船闸为一级船闸，船闸上下游导航墙表层结构钢筋大与闸室底板结构钢筋和人字门连接一起。临时船闸水平和垂直地网面积为142356m2。利用升船机滑道将升船机蓄水槽接地网与金属沉船箱连接，蓄水槽水平接地网面积为3300m2。临时船闸接地网与升船机接地网紧挨在一起，利用结构钢筋将两接地网连接一起1000000m272三峡计算模型73计算方法边界元法并经多次模拟实验检验程序用琼脂模拟长江、水模拟土壤用水模拟长江、琼脂模拟土壤天然沙池模拟计算和试验结果的误差在8%以内74计算结果以前经多次测量长江水电阻率为27m~30m，此次测量时所测水电阻率为28m。故计算枢纽接地装置接地电阻时，采用30m水电阻率计算。根据测量的上、下游水位、水电阻率和测量接地电阻值，利用接地电阻计算程序经多次试算出河床和两岸土壤的等效电阻率为785m。然后用接地电阻计算程序计算目前水位情况的接地电阻值，接地电阻的计算结果为0.174

75接地装置的接地电阻测量根据现行规范规定，对竣工投运的电气设施需进行接地装置的接地电阻测量对三峡枢纽二期工程完工的左岸电站和永久船闸的接地装置进行了接地电阻测量测量要求在大坝蓄水到初期发电水位135高程时进行测量76测量用线路测量采用三峡至龙泉第三回线路和三峡至万县第一回线路作为电流极线和电压极线，在测量时电流极线和电压极线可以相互倒换龙泉变电所距电站测点直线距离为49.5km。万州变电所距电站测点直线距离为260km。龙泉变和万州变与三峡测点的两直线夹角为166º77测量用仪器由于三峡枢纽二期工程接地装置面积大，采用经隔离变压器供电的电流—电压法进行测量电流极和电压极分别距被测地网不小于5D（D为被测地网最大对角线长度约=5km）同时采用变频（47.5Hz和52.5Hz）接地电阻测量仪进行测量78测量结果电流极线三龙三回三万一回接地电阻0.13540.1357未考虑分流变频测得电站接地电阻值变频电源接地电阻测量仪测得未考虑分流电站接地电阻电流极线三龙三回三万一回接地电阻0.1280.13179测量结果（考虑分流）当电流极线为龙泉线时，在660V电压测量电站接地电阻的同时，测量时从大坝拉向龙泉线路铁塔的避雷线共有8根每根避雷线分流0.996A，共分流7.968A。则分流系数为7.968/41.65=0.191考虑分流后电站接地电阻R值按下式计算：R＝R0/(1－0.191)电站接地电阻测量值R＝0.1357/0.809=0.1677

80谢谢大家81谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全阀基本知识如果压力容器(设备/管线等)压力超过设计压力…1.尽可能避免超压现象堵塞(BLOCKED)火灾(FIRE)热泄放(THERMALRELIEF)如何避免事故的发生?2.使用安全泄压设施爆破片安全阀如何避免事故的发生?01安全阀的作用就是过压保护!一切有过压可能的设施都需要安全阀的保护!这里的压力可以在200KG以上,也可以在1KG以下!设定压力(setpressure)安全阀起跳压力背压(backpressure)安全阀出口压力超压(overpressure)表示安全阀开启后至全开期间入口积聚的压力.几个压力概念弹簧式先导式重力板式先导+重力板典型应用电站锅炉典型应用长输管线典型应用罐区安全阀的主要类型02不同类型安全阀的优缺点结构简单,可靠性高适用范围广价格经济对介质不过分挑剔弹簧式安全阀的优点预漏--由于阀座密封力随介质压力的升高而降低,所以会有预漏现象--在未达到安全阀设定点前,就有少量介质泄出.100%SEATINGFORCE75502505075100%SETPRESSURE弹簧式安全阀的缺点过大的入口压力降会造成阀门的频跳,缩短阀门使用寿命.ChatterDiscGuideDiscHolderNozzle弹簧式安全阀的缺点弹簧式安全阀的缺点=10090807060500102030405010%OVERPRESSURE%BUILT-UPBACKPRESSURE%RATEDCAPACITY普通产品平衡背压能力差.在普通产品基础上加装波纹管,使其平衡背压的能力有所增强.能够使阀芯内件与高温/腐蚀性介质相隔离.平衡波纹管弹簧式安全阀的优点优异的阀座密封性能,阀座密封力随介质操作压力的升高而升高,可使系统在较高运行压力下高效能地工作.ResilientSeatP1P1P2先导式安全阀的优点平衡背压能力优秀有突开型/调节型两种动作特性可远传取压先导式安全阀的优点对介质比较挑剃,不适用于较脏/较粘稠的介质,此类介质会堵塞引压管及导阀内腔.成本较高.先导式安全阀的缺点重力板式产品的优点目前低压储罐呼吸阀/紧急泄放阀的主力产品.结构简单.价格经济.重力板式产品的缺点不可现场调节设定值.阀座密封性差,并有较严重的预漏.受背压影响大.需要很高的超压以达到全开.不适用于深冷/粘稠工况.几个常用规范ASMEsectionI-动力锅炉(FiredVessel)ASMEsectionVIII-非受火容器(UnfiredVessel)API2000-低压安全阀设计(LowpressurePRV)API520-火灾工况计算与选型(FireSizing)API526-阀门尺寸(ValveDimension)API527-阀座密封(SeatTightness)介质状态(气/液/气液双相).气态介质的分子量&Cp/Cv值.液态介质的比重/黏度.安全阀泄放量要求.设定压力.背压.泄放温度安全阀不以连接尺寸作为选型报价依据!如何提供高质量的询价?弹簧安全阀的结构弹簧安全阀起跳曲线弹簧安全阀结构弹簧安全阀结构导压管活塞密封活塞导向不平衡移动副(活塞)导管导阀弹性阀座P1P1P2先导式安全阀结构先导式安全阀的工作原理频跳安全阀的频跳是一种阀门高频反复开启关闭的现象。安全阀频跳时，一般来说密封面只打开其全启高度的几分只一或十几分之一，然后迅速回座并再次起跳。频跳时，阀瓣和喷嘴的密封面不断高频撞击会造成密封面的严重损伤。如果频跳现象进一步加剧还有可能造成阀体内部其他部分甚至系统的损伤。安全阀工作不正常的因素频跳后果1、导向平面由于反复高频磨擦造成表面划伤或局部材料疲劳实效。2、密封面由于高频碰撞造成损伤。3、由于高频振颤造成弹簧实效。4、由频跳所带来的阀门及管道振颤可能会破坏焊接材料和系统上其他设备。5、由于安全阀在频跳时无法达到需要的排放量，系统压力有可能继续升压并超过最大允许工作压力。安全阀工作不正常的因素A、系统压力在通过阀门与系统之间的连接管时压力下降超过3%。当阀门处于关闭状态时，阀门入口处的压力是相对稳定的。阀门入口压力与系统压力相同。当系统压力达到安全阀的起跳压力时，阀门迅速打开并开始泄压。但是由于阀门与系统之间的连接管设计不当，造成连接管内局部压力下降过快超过3%，是阀门入口处压力迅速下降到回座压力而导致阀门关闭。因此安全阀开启后没有达到完全排放，系统压力仍然很高，所以阀门会再次起跳并重复上述过程，既发生频跳。导致频跳的原因导致接管压降高于3%的原因1、阀门与系统间的连接管内径小于阀门入口管内径。2、存在严重的涡流现象。3、连接管过长而且没有作相应的补偿（使用内径较大的管道）。4、连接管过于复杂（拐弯过多甚至