第八章建筑物的防雷第一节过电压及其有关概念第二节建筑物防雷的分级及保护措施第三节接地电阻32课件讲

第八章建筑物的防雷第一节过电压及其有关概念第二节建筑物防雷的分级及保护措施第三节接地电阻第三节接地电阻一、接地的有关概念(一)接地和接地装置电气设备的某部分与土壤之间作良好的电气连接，称为接地。与土壤直接接触的金属物体，称为接地体或接地极。专门为接地而装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体及设备接地部分的导线，称为接地线。接地线和接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中互相连接而组成的总体，称为接地网。接地线又可分为接地干线和接地支线。接地干线应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。(二)接地电流和对地电压当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流，称为接地电流，用IE表示。由于这半球形的球面，在距接地体越远的地方球面越大，所以距接地体越远的地方散流电阻越小，在距单根接地体或接地故障点20m左右的地方，实际上散流电阻已趋近于零，也就是这里的电位已趋近于零。这电位为零的地方，称为电气上的“地”。电气设备的接地部分，如接地的外壳和接地体等，与零电位的“大地”之间的电位差，就称为接地部分的对地电压。(三)接触电压和跨步电压人站在发生接地故障的电气设备旁边，手触及设备的外露可导电部分，则人所接触的两点(如手与脚)之间所呈现的电位差，则称为接触电压Utou，人在接地故障点周围行走，两脚之间所呈现的电位差，称为跨步电压UE。二、接地的要求和装设(一)接地电阻及其要求接地电阻是接地体的流散电阻与接地线和接地体电阻的总和。由于接地线和接地体的电阻相对很小，可略去不计，因此可认为接地电阻就是指接地体流散电阻。工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻；雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻。工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻；雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻。(二)接地装置的装设1.一般要求首先应充分利用自然接地体，如果实地测量所利用的自然接地体电阻不能满足接地电阻值的要求而且又满足热稳定条件时，应装设人工接地装置作为补充。首先应充分利用自然接地体，如果实地测量所利用的自然接地体电阻不能满足接地电阻值的要求而且又满足热稳定条件时，应装设人工接地装置作为补充。2.自然接地体的利用建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轧、埋地的金属管道（可燃液体和可燃可爆气体的管道除外）以及敷设于地下而数量不少于两根的电缆金属外皮等，均可作为自然接地体。变配电所则可利用它的建筑物钢筋混凝土基础作为自然接地体。

3.人工接地体的装设人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种基本结构型式。最常用的垂直接地体为直径50mm、长2.5m的钢管或L50×5的角钢。为了减少外界温度变化对流散电阻的影响，埋入地下的垂直接地体上端距地面不应小于0.5m。垂直接地体的间距一般不宜小于5m，水平接地体的间距一般也不宜小于5m。为了减小建筑物的接触电压，接地体与建筑物的基础间应保持不小于1.5m的水平距离，一般取2~3m。

4.防雷装置的接地要求避雷针及其接地装置，与被保护的建筑物和配电装置及其接地装置之间应保持足够的安全距离，以免雷击时发生反击闪络事故，安全距离的要求与建筑物的防雷等级有关，但最小间距一般不应小于3m。防护直击雷的接地装置距离建筑物出入口及人行道，不应小于3m。当小于3m时，应采取下列措施之一：①水平接地体局部埋深不小于1m；②水平接地体局部包以绝缘体，例如涂厚50~80mm的沥青层；③采用沥青碎石路面，或在接地装置上面敷设厚50~80mm的沥青层，其宽度超过接地装置2m；④采用“帽檐式”或其他形式的均压带。三、接地装置的计算(一)人工接地体工频接地电阻的计算1.单根垂直管型接地体的接地电阻，Ω式中：ρ—土壤电阻率，Ω·m；l—接地体长度，m。2.多根垂直管型接地体的接地电阻，Ωn根垂直接地体并联时，实际总的接地电阻，Ω：ηE—接地体的利用系数。3.单根水平带形接地体的接地电阻，Ω式中：ρ—土壤电阻率，Ω·m；l—接地体长度，m。4.n根放射形水平接地带(n≤12)，每根长度(l≈60m)的接地电阻，Ω式中：ρ—土壤电阻率，Ω·m；5.环形接地带的接地电阻，Ω式中：ρ—土壤电阻率，Ω·m；A—环形接地带所包围的面积，m2。6.考虑水平接地体时组合接地体的总接地电阻，Ω组合接地体是用水平接地体(扁钢)连接的，考虑到扁钢与接地体间也有屏蔽作用，设扁钢的利用系数为ηb，扁钢长度为l，则其电阻为：式中：REb—长度为l的扁钢考虑利用数时的电阻值，Ω；R'Eb—长度为l的扁钢，未考虑利用系数前的电阻值，Ω；ηb—水平接地体(扁钢)的利用系数。如能初步算出自然接地体的散流电阻RE(nat)，又知道接地电阻的要求值RE，而自然接地体达不到要求时，必须考虑装设人工接地体，其接地电阻RE(nat)可由下式确定：由垂直接地体及水平接地体所组成的组合式接地体总的人工接地电阻RE(man)为(二)自然接地体工频接地电阻的计算1.电缆金属外皮及水管等的接地电阻，Ω式中：ρ—土壤电阻率，Ω·m；l—电缆及水管等的埋地长度，m。2.钢筋混凝土基础的接地电阻，Ω式中：ρ—土壤电阻率，Ω·m；V—钢筋混凝土基础的体积，m3。(三)自然接地体工频接地电阻的计算冲击接地电阻是指雷电流经接地装置泄放入地时的接地电阻，包括接地线电阻和地中散流电阻。式中：RE—工频接地电阻，Ω；a—换算系数。(四)接地装置的计算程序及示例(1)按设计规范要求确定允许的接地电阻值RE。(2)实测或估算可以利用的自然接地体接地电阻RE(nat)。(3)计算需要补充的人工接地体接地电阻。(4)在装设接地体的区域内初步安排接地体的布置，并按一般经验试选，初步确定接地体和连接导线的尺寸。(5)计算单根接地体的接地电阻RE(1)。(6)用逐步渐近法计算接地体的数量。n=RE(1)/ηERE(man)(7)校验短路热稳定度。(7)校验短路热稳定度。满足单相短路热稳定度的钢线的最小允许截面(单位为mm2)为式中：Ik(1)—单相接地短路电流，为计算简便，可取为I″(3)(单位为A)；tk—短路电流持续时间(单位为s)。【例8-2】某车间变电所的主变压器容量为500kVA，电压为10/0.4kV，联结方式为Yyn0。试确定此变电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢的规格和数量。已知装设地点的土质为砂质粘土，10kV侧有电联系的架空线路长150km，电缆线路长10km。解：1.确定接地电阻按规定(见附录表8)，此变电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件：此变电所总的接地电阻应为RE≤4Ω。2.接地装置初步方案现初步考虑围绕变电所建筑物四周，距变电所墙脚2~3m，打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根，管间用40mm×4mm的扁钢焊接。3.计算单根钢管接地电阻，查附录表9，得砂质粘土的ρ=100Ω·m。4.确定接地钢管和最后方案根据RE(1)/RE=40/4=10，考虑到管间屏蔽效应，初选15根Φ50mm、长2.5m的钢管作接地体，以n=15和α/l=2查表，按n=10和n=20在α/l=2时的ηE值取中间值，因此可取ηE=0.66，得n=RE(1)/ηERE=40/(0.66×4)≈15考虑到接地体的均匀对称布置，选16根Φ50mm、长2.5m的钢管作接地体，用40mm×4mm的扁钢连接，环形布置。管间距离与管子长度之比a/l管子根数n利用系数η管间距离与管子长度之比a/l管子根数n利用系数η12340.66~0.720.76~0.800.82~0.86123200.44~0.500.61~0.660.68~0.7312360.58~0.650.71~0.750.78~0.82123300.41~0.470.58~0.630.66~0.71123100.52~0.580.66~0.710.74~0.78123400.38~0.440.56~0.610.64~0.6垂直管形接地体敷设成环形时的利用系数值四、接地电阻的测量1.电流表—电压表测量法2.接地电阻测量仪测量法用接地电阻测量仪测量接地电阻其测量原理图如图所示。测量前，首先要将被测的接地体和接地线断开，再将仪表水平摆放，使指针位于中心线的零位上。否则要用“调零螺丝”调节。还要合理选择倍率盘的倍率，使被测接地电阻的阻值等于倍率乘以指示盘的读数。测量时，转动摇把并逐渐加快，这时仪器指针如果偏转较为缓慢，说明所选倍率适当，否则要加大倍率；在升速过程中随时调整指示盘，使其指针位于中心线的零位上，当摇把转速达到120r/min，并且指针平稳指零时，则停止转动和调节，这时倍率盘的倍数乘以指示盘的