35KV变电所防雷接地保护设计(8)

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图4-8 架空线路与电力电缆连接示意图

图4-9 架空线路与电力电缆等值计算电路 U2?2U1?Z2/(Z1?Z2) 若L1，L2 均为架空线路，

Z1?Z2 U2?2U1?Z2/(Z1?Z2)?U1 （4-5）

2U1

Z1

Z2

U2

若 L1为架空线路，L2 为电缆，

设Z1/10?Z2 U2?2U1?Z2/(Z1?Z2)?2U1/11 （4-6）

可见,采用电缆进出线,明显可以降低母线上雷电波的幅值(小电流接地系统若大量采用电缆出线,同时会存在接地故障时电容电流过大的情况,但应从防过电压角度进行综合考虑,对易击线路可以采取这种方式) 。

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第5章 接地的基本常识

5.1接地、接地电阻及接地装置

5.1.1接地概念及分类

大地是一个导体，在其中没有电流通过时，整个大地是等电位的。因此，人们就把大地视为零电位，即作为工程上电位的参考点。如果地面上的金属物体与大地可靠连接，当金属物体中没有电流或只有微小的电流流过时，该金属物体与大地之间没有电位差，此金属物体就具有大地的电位——零电位，这就是接地。换句话说，接地就是将地面上的金属物体或电路中的某结点用导线与大地可靠地连接起来，使该物体或结点与大地保持同电位。

接地按其作用分两类，一位功能（或工作）接地，二为保护接地。 功能接地为电力系统正常运行需要设置的接地，如三相交流系统中的发电机和变压器中性点接地，双极直流输电系统的中性点接地等。

保护接地，也称为安全接地，是为保证人身和设备安全，将电气设备的金属外壳、底座。配电装置的金属框架和输电线路杆塔等外露导电部分接地，防止一旦绝缘损坏或产生漏电，人员触及发生电击。保护接地，是在故障条件下发挥作用的。

对于大家熟悉的防雷接地来说，既是功能接地，又具有保护接地的作用。防雷接地是防雷保护装置中不可缺少的组成部分，它可将雷电流顺利地泄放入地，以减少雷电流引起的电压，防止雷电流使人受到电击或财产遭受破坏等。

另外，属于功能接地范畴的还有：在电子设备中，为获得稳定的参考电位（零电位）所设置的逻辑接地；为防止电磁干扰的屏蔽接地；为保证信号有稳定基准电位所设置的信号接地。而属于接地保护的还有防静电接地（将静电聚积电荷引入大地）和防电蚀接地（在地下埋设金属体作为牺牲阳极或牺牲阴极，以保护与其连接的金属体）等。

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5.1.2接地电阻与对地电压

大地并非理想的导体，它具有一定的电阻率。所以当外界强制施加于大地内部某一电流时，大地就不能保持等电位。

流进大地的电流经过接地线、接地体注入大地后，以电流场的形式向周围远处扩散，如图5-1所示。

图5-1 半球接地极的电流场

设接地装置（接地体）为一半径为r0的半球体，并认为接地体周围土质均匀，其电阻率为ρ，当电流Id接地体注入地中时，电流Id将从半球表面均匀地散流出去，在接地半球表面上的电流密度为：

?0?Id2?r02 （5-1）

而在距半球球心为x的球面上，电流密度为：

?x?Id2?x2 （5-2）

于是，大地中呈现出相应的电场分布，其电场强度为： Ex??x? （5-3） 在地中沿电流散流方向，在dx段内的电压降落为：

dUx?Exdx??x?dx?Id?dx2?x2 （5-4）

所以，在距离球心为x的球面上的电位为：

Ux??dUx??rx??

rxId?Id?dx?2?x22?rx （5-5）

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而在半球接地体表面上的电位应为：

Ud?Id?2?r0 （5-6）

故散流电阻为： Rd=Ud/Id （5-7）

由此可知，距离接地体（即电流注入点）越远，电流密度越小，电场强度越弱，电位越低。若在相当远处（一般距球心20m以外），地中电流密度很小（可近似为零），电场强度可视为零，则该处的电位仍保持为零电位。 5.1.3接地装置

接地装置是由埋入地中的接地体（即金属导体）和连接接地体与电气设备金属外壳（或电路中某一节点）的导线所组成的装置。

最简单的接地装置就是单根埋设的接地体，如图5-1所示，又称为接地极。 接地体分为人工接地体和自然接地体。人工接地体是人为地埋入地中的各种型钢，如圆钢、扁钢、钢管及角钢等；自然接地体有地下的金属水管、建筑物及构筑物混凝土基础内的钢筋、埋地电缆的金属外皮和穿导线的金属管等。但埋在地下的易燃、易炸的液体或气体管道严禁用做接地体。

接地体及接地线要进行防腐蚀处理。接地线还必须满足机械强度及短路电流通过时的发热稳定性要求。 5.1.4接触电压和跨步电压

正常情况下都要求电气设备外漏导电部分和接地装置相连接（即接PE线或PEN线），使电气设备金属外壳保持和大地同为零电位。但如果电气设备内某一相的绝缘损坏，设备外壳带电，则有接地电流Id经过设备外壳入地，于是在接地装置周围地面上就有对地电位分布[U?f(rx)],而且电气设备金属外壳、接地线和

Ud?接地体的对地电位最高，即为

?Id2?r0。

倘若此时有人站在该设备前面（设距离设备外壳0.8m),而手触及到带电的设备外壳，由于手接触的电位为Ud，而身体站立处的电位为

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U1[

U1?f(rx)??Id2?(r0?0.8)]。所以，施加在人体上的电压为：

Ujc?Ud?U1 式中，

Ujc （5-7）

称为接触电压，也就是说，当电气设备因绝缘损坏外壳带电时，

有可能施加与人体的电压。

为保证人身安全，接触电压在任何情况下都不允许超过安全电压（?50V）。 还有，若此时有人向设备走来，虽然并未触及该设备，但由于人在跨步过程中，两只脚所处的位置不同（人的夸距取0.8m，牲畜取1m），假设前脚电位为U2，后脚电位为U3，则施加在人体上的电压为：

Ukb?U2?U3 （5-8）

式中，Ukb称为跨步电压。跨步电压同样不允许超过安全电压（?50V）。 对地电位分布曲线[U?f(rx)]越陡，接触电压和跨步电压越高，对人身等的危险越大；反之，对电位分布曲线较平缓，接触电压和跨步电压较低；危险性较低，安全性提高。所以，接地装置设计时，应设法降低电位分布曲线陡度，使其变化平缓。采取的方法有：埋设均压带，降低接地电阻Rd和做接地均匀网。

5.2工频接地电阻、冲击接地电阻和冲击系数

对电力系统中的工作接地和保护接地，接地电阻是工频交流（或直流）电流流过接地装置时所呈现的电阻，所以称为工频（或直流）接地电阻。

从物理过程上看，防雷接地与工作接地（及保护接地）的明显区别是：雷电流的幅值很大（从数十千安到数百千安），同时，雷电流的等值效率很高。所以，对于同一接地装置，由于雷电流的幅值大，会使地中的电流密度增大，从而提高

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