接地的设计-章长东

接地的设计章长东接地的目的是要保证电气系统和电气设备的正常运行和人身安全。

由于接地所牵涉的范围很广，因此必须在设计前进行详细的调查研究和收集资料工作。

为了保证接地的正确性并避免今后在施工中发生返工现象，必须进行完善的设计工作。

一、设计的阶段和步骤1．设计的阶段设计的阶段根据设计的规模及实施的方法而定。

在一般情况下，按以下阶段进行。

对于整个电力系统、整个企业或整个地区的设计，一般分为三阶段，即：方案设计、初步设计及施工图设计。

在方案设计中主要解决设计的技术可能性和经济合理性，并决定接地方案。

在初步设计中，主要进行接地计算，绘制接地系统图，编写说明书，开列材料清单，作为施工备料的准备。

在施工图设计时，主要根据具体情况绘制各种施工图，以电气装臵国家标准图集中《接地装臵安装》篇（BD16-66 D521）和全国建筑标准设计电气装臵标准图集中的《接地装臵安装》（JSJT-85）为主要依据。

由于国内在接地施工方面已有较多的经验，并有比较完整的施工图，因此在施工图设计时，主要工作是根据典型的施工图选择其适用部分，同时针对该项设计的具体情况补制部分施工图。

目前在接地工作实施方法上，有一种由承包商承包的方法。

在这种情况下，只需进行两阶段设计。

第一阶段为方案设计，即根据接地要求，编写接地方案。

对于特别简单的建筑物或对接地要求不高的建筑物，只要说明接地方法和高低压系统的接地制式就行了。

第二阶段为招标图设计，其作用是作为承包商所承包任务的依据。

在这阶段中，必须有接地系统图，即接地标准图。

因为接地工作影响人身安全，因此除采用国家标准图外，特别应附有等电位措施的标准图。

2．资料的收集为了进行接地的设计，必须收集下列资料。

对于中小型系统，则可根据情况酌量降低要求。

（1）当地土壤电阻率最好要有实测数据，并须说明实测时的季节、日期以及实测前土壤是否潮湿及落雨量大小的情况。

如当地土壤电阻率较高，则应了解附近有无土壤电阻率较低的地方，是否有水源，如河、溪、湖及井等。

如有土壤电阻率较低的地方或有水源时，则应取得其电阻率资料。

如根据地质勘测资料，在所设计地区内土壤的性质变化较大，则在不同的土壤地区应分别测得土壤电阻率的数据。

如在设计前无法取得实测资料，可向当地电业单位或有关企业取得土壤电阻率资料。

如系新建地区，当地缺乏该项资料，而且在设计前又无法取得实测资料时，可根据地质勘测中的土壤性质作初步估计，在设计时并应留有余地，有增设接地极的可能。

同时在施工后要进行测量，如与原估计土壤电阻率有出人时，应根据实测资料计算而得的结果补打接地极或采取其它有效措施。

（2）土壤结冰厚度、化学成分，对铜、钢等常用接地装臵的腐蚀情况，电解时产生活性物的分量。

（3）地下水深度及其中所含腐蚀性物质的浓度。

（4）最炎热月份（我国一般为7 月份）下午2 时的平均地下温度，以及平均年降雨量和每月平均降雨量。

（5）雷电日及雷电活动情况。

以上第（2）～（5）项资料，一般可向电业单位收集，如电业单位无该项资料时，其中第（2）项及第（3）项资料可向勘察单位收集，并请其根据要求进行必要的化学分析工作。

第（4）项及第（5）项可向当地气象台索取。

对于有些长期积累性的资料，在新建工业区如无法取得时，可向当地气象部门或有经验的人请教作为估计资料。

（6）系统、发电机及变压器的接地制式。

（7）系统运行方式及单相短路电流值。

（8）架空线路的回路数、长度及档距。

如有避雷线，则应了解其长度、材料及截面。

（9）电缆线路的回路数、长度、型号、截面和敷设方法。

以上第（6）～（9）项的资料应向当地电业单位或电业设计单位取得。

（10）水管、金属结构及构筑物等自然接地极的钢材规格及联结方法。

（11）建筑物防雷、防爆及防火的等级，用电设备的性质和接地要求。

以上两项如为旧有系统或建筑，则应向基建单位取得资料。

如为新建或扩建，则应向有关设计单位取得资料。

（12）接地极材料如角钢、扁钢等的价格以及有关接地附件的加工费用。

该项资料可以向当地材料供应部门及加工企业取得。

根据以上资料，即可进行设计。

如要求简单或仅进行部分设计时，可根据具体情况简化设计步骤。

3．设计的步骤（1）根据系统中性点工作制及用电设备的接地要求，确定接地的范围和系统。

（2）根据接地系统情况，确定共同接地和重复接地或集中接地和辅助集中接地的范围和地点。

（3）根据不同接地的要求，选择接地电阻值。

（4）根据测定资料计算最不利的情况下的土壤电阻率，或根据土壤勘测资料估计土壤电阻率。

（5）根据接地电阻要求及土壤电阻率计算接地极及接地线的数量和截面，并选定材料及埋设方法；同时还须检验其机械强度，必要时还要检验其热稳定度。

（6）根据不同接地制式的要求，选用适当的L 线、N 线、PE（或PEN）线及保护设备。

（7）确定等电位联结的范围及措施。

当采用人工等电位同时，根据计算接触电压和跨步电压确定等电位同的布臵及结构。

根据上述步骤进行设计时，在初步设计的文件中须有中性点工作制选择的说明及接地系统方案，有整个系统、整个地区或全厂的接地网总图，以及各配电所、变电所、率间及重要建筑物的接地布臵图。

如接地网不复杂，也可以将接地网画在各有关设计的电力照明平面图上，同时须开列材料清单，并附有概算。

在施工图的文件中须有成套的施工图，并附有施工说明。

对于特殊项目尚须附以计算书。

当进行方案及招标图设计时，在方案文件中的说明与上述初步设计相同；在招标图中，除有上述技术文件的内容外，应有典型的等电位联结图、标准接地端子图及接地连接箱典型连接图。

二、接地范围和接地电阻的确定1．接地范围的确定接地是保障电气安全所必须采用的重要措施之一。

但并不是所有的电力、通信系统、电力和通信设备以及线路都需要接地。

电力系统及通信系统的工作接地是根据系统要求决定的，例如高压的不接地系统和低压的IT 系统就不能直接接地。

保护接地则根据电气设备和线路的安全要求以及所采用的电气安全措施所决定的。

例如采用不接地的局部等电位联结作为安全保护措施，就严禁。

通过外露导电部分和外部导电部分接地而引入地电位以致造成危险，在有些情况下，没有必要或没有可能进行接地，例如具有双重绝缘或加强绝缘的Ⅰ类电气设备，已有充分电气安全条件，不必进行接地，而且在很多情况下，整个设备为绝缘所覆盖，也无法进行接地，如破坏绝缘进行接地，反而导致危险。

又如在伸臂范围以外的电气设备，在正常条件下，人不可能触及，也毋需接地。

但在非常潮湿环境内，其它电气安全措施均难以适用，接地和等电位联结措施就显得非常重要了。

从电气安全要求看，确定接地范围具有重大意义。

在进行接地设计时，首先必须根据不同的接地系统、不同的电力和通信设备、不同的建筑物环境及防雷分类，确定接地范围。

2．接地电阻值的确定确定接地电阻的作用是使接地设计工作简化。

因为工作接地电阻值的决定，要考虑系统的稳定运行，系统免受外界干扰和防止对电气参数敏感设备的干扰，还要考虑到系统保护的可靠性。

保护接地电阻值的决定，要确保接触电压和跨步电压在安全范围以内或者能在规定时间内自动切断电源。

防雷用的接地电阻值要能使设备或建筑免受直击雷、感应雷和引入雷造成危险。

其它如防静电的接地电阻值、防止电磁干扰的接地电阻值都要能满足静电或电磁防护要求。

如按以上要求，一一进行计算，则非常繁琐。

因此很多国家的规程对接地电阻值进行规定，这些接地电阻值是根据经常遇到的条件，考虑到有关的情况确定下来的，因此只要能满足规程中的接地电阻值，在正常情况下就能满足相应的保护要求，这样可以减少设计工作量。

但对于一些特殊情况或特殊要求的，以及规程上未能确定的部分，还必须根据要求进行计算。

常用的工频接地电阻如表1 所示。

表1 中的入地电流除按5～10 年发展后的系统最大运行方式确定外，还应按不同接地制式考虑以下因素。

（1）有效接地和低值电阻按地的系统在接地装臵内或外短路时，入地短路电流采用经接地装臵流入地中的最大短路电流周期分量的起始有效值，并应考虑系统中各接地中性点间的短路电流分配。

当R 按＜0.5Ω，应计入避雷线中分走的接地短路电流，但架空避雷线对地绝缘者除外；当R 按≤2000/I 计算时，也应计入引进线路的避雷线接地作用。

（2）消弧线圈接地和高值电阻接地的系统入地短路电流按以下方法考虑。

①对装有消弧线圈的自备发电站、变电所或电气设备的接地装臵，该电流等于该站、所内接在同一系统中各消弧线圈额定电流总和的1.25 倍。

②对不装消弧线圈的自备发电站、变电所或电气设备的接地装臵，该电流等于系统中断开最大一台消弧线圈时的最大可能残余电流，但不小于30A。

（3）不接地系统入地短路电流I 按下列单相接地电容电流计算：I=U(35L f+L I)/350(1)式中：U──系统线电压，kVL f ──电缆线路长度，kmL l ──架空线路长度，km3．选用接地电阻时应注意的问题（l）了解确定接地电阻的条件如上所述，接地电阻值是根据一定的条件所决定的数值，如条件不同，就不能采用。

如当变压器高低压侧采用共同接地时，接地电阻为1Ω。

决定这个数值的条件是：高压为不接地系统，且电容电流不超过30A。

如果高压侧是接地系统，或电容电流大于30A，这个1Ω 的接地电阻就不能用。

如果变电所内已采取等电位措施，且能满足接触电压和跨步电压的要求，则接地电阻可以大于1Ω，如采用4Ω。

因此采用接地电阻时，首先应了解决定这个电阻值的条件，才不致导致危险。

（2）明确接地电阻的性质接地电阻有工频接地电阻和冲击接地电阻两种，同样是防雷用的接地电阻，作为防直击雷引下线的为冲击接地电阻，作为防感应雷用的接地电阻则为工频接地电阻，两者可以根据一定条件进行换算，但不可混淆。

（3）作为多种用途的接地电阻有些接地装臵不仅作为工作接地，又作为保护接地，或既作保护接地，又作防雷和防静电接地。

在这些情况下，选用其中最小值作为该接地装臵的电阻。

例如一般重复接地要求接地电阻力10Ω，而此重复接地又作防静电接地，一般防静电接地电阻要求为100Ω，即使有爆炸危险物体防静电接地电阻要求也只是30Ω，都大于重复接地所要求的接地电阻10Ω，则此接地装臵的接地电阻选用10Ω。

（4）复杂电气装臵或多功能建筑采用共同接地由于复杂电气装臵或多功能建筑内金属管线纵横交叉，地上及地下钢结构甚多，很难按不同系统或设备采用单独接地，因此只能采用共同接地。

由于这类装臵和建筑内的电气设备有各种不同要求的接地电阻，同时为了防止彼此产生干扰及意料不到的影响，一般采用lΩ，这样对泄漏大电流和减少雷电反击都是有利的。

三、接地介质的接地电阻率接地的介质有土壤、混凝土和水三种，最常用的接地是将作为接地极的导体臵于土壤中，与土壤紧密接触，所以土壤电阻率对干作为接地的主要指标之一的接地电阻影响很大。

有时因为利用基础内的钢筋或在基础内设臵接地极，此时混凝上的电阻率主要影响接地电阻值。