接地网的方式 及防腐方法

一、
1、工作接地
在正常或异常情况下，为了保证正常且可靠地运行，必须将供电系统中的某点与地做可靠的金属连接，称为工作接地。

如变压器的中性点与接地装置的可靠金属连接等。

其作用：①降低人体的接触电压，在中性点对地绝缘的系统中，当一相接地，而人体又触及另一相时，人体将受到线电压，但对中性点接地系统，人体受到的为相电压。

②迅速切断故障设备。

在中性点绝缘的系统中，一相接地时，接地电流仅为电容电流和泄漏电流，数值很小，不足以使保护装置动作以切断故障设备。

在中性点接地系统中，发生碰地时将引起单相接地短路，能使保护装置迅速动作以切断故障。

③减轻高压窜人低压的危险。

2、保护接地
在正常工作状态下，各种电器的外壳是不带电的。

但由于某些原因，造成设备绝缘损坏后可能使外壳带电，人或动物一旦接触到这种外壳带电的设备就有触电的危险。

为了防止这种现象出现时危及人身安全，将电器设备正常时不带电的金属外壳、配电装置的金属部分同大地做良好的电气连接，称作保护接地。

图1，设备外壳不接地。

当故障时，由于带电线路对地电容存在，将产生电容电流。

又因为设备外壳与大地间的接触电阻较大，若忽略其分流做用，则故障电流将全部由地中经人体返回设备外壳。

即人体中的电流为：Ir=Ijd。

由于人触电的危害程度主要决定于通过人体的电流。

人体最小的感觉电流工频约为1mA，直流约为5mA。

当工频电流超过10mA时，手已难于摆脱电源；当超过50mA且触电时间超过15~30s，即可致命，所以，在绝缘损坏时，人碰触到电器设备外壳是很危险的。

若要使人们触及绝缘损坏的电器设备外壳不遭受触电的危险，关键是减少设备外壳与大地间的接触电阻，使流过人体的电流在安全要求的允许范围内。

保护接地的目的就在于此。

如图2所示，采用保护接地后，流入人体的电流为：Ir=Ijd*rjd/（rr+rjd）。

式中：Ijd----接地电流（A）；Ir----流入人体电流（A）；rjd----接地电阻（Ω）；rr----人体电阻（Ω）。

由于人体电阻远大于接地电阻,则上式可以简化为： Ir= rjd/rr。

流过人体的电流Ir与接地电阻rjd和接地电流Ijd成正比。

因此，为了保证人身安全，应设法尽量减少接地电阻和故障电流的值。

C Ir
图1 图2
变电所（站）中需要保护接地的的部分一般有变压器及各种电器设备的底座和外壳、开关电器的操作机构、互感器副边绕组、配电屏与控制屏的框架、屋外配电装置的金属架构、钢筋混凝土架构、电缆金属支架以及靠近带电部分的金属遮栏、金属门等。

3、保护接零
电器设备的中性点接地时，该点称作零点。

由零点引出的导线称作零。

电器设备的外
壳与零线连接时，称作保护接零。

在中性点直接接地的低压电力网中采用保护接地时，由于
中性点接地电阻设备外壳接地电阻值较大，而系统电压又低（如220v），使得碰壳故障电流Ijd较小，无法起动保护装置切断电源，设备外壳长期带电，危及人身安全，由于在低压电
网中为减少接地电阻而敷设接地网不经济，故通常是利用已有的零线作为保护接地线，形成
保护接零的保护方式。

零线电阻小，故障时电流较大，使保护装置可靠地动作切除电源，保证了人身及设备安全。

此方法简单、经济、故在低压电网中较多采用。

当零线断线而未采用重复接地的电网中发生单相碰壳故障后，零线电位升高，故障相对零线电压下降，而非故障相对零电压升高，接近线电压，将产生不良后果。

如产生故障相所接的电器电压不够，非故障相所接的用电器将产生高电压而烧毁等。

为了避免此类事故发生低压用电器应采用重复接地。

由于重复接地点与大地可靠连接，零线电位不再升高，保证了人身及设备的安全。

值得注意的是，采用重复接地也不是绝对安全的。

因为重复接地点固定不变，而零线断线点不定。

当零线某点断线后仍可能使一部分设备外壳带有危险电压。

4、防雷接地
防雷及接地清单计价中的计量单位为项，清单计价表中的综合单价为每项的价。

提清单量时，如防雷及接地各自为一个系统，则可分别计算一个防雷装置和一个接地装置。

如防雷及接地合用一组接地极，则可合并为一个编码，清单量为一项。

⑴接地装置项目特征应表述清除接地母线的材质、规格、敷设部位（室内还是室外）及接地极的材质、规格。

如需作特别处理，如换土、化学处理时应表述出。

工程内容应按实际需要描述清楚，只作定性描述不作定量分析，既只描述工程内容，不提出工程数量。

⑵防雷装置和接地装置一样对于项目特征须按设计要求表述清楚，工程内容描述清楚。

⑶防雷及接地装置接地电阻试验应作编码，其一项中不含接地电阻试验。

2.接地极一般用钢。

三﹑接地网腐蚀与防腐措施
1主要腐蚀形式
（1）钢材表面的微观不均匀性会引用，电位较负的金属发生溶解而腐蚀，有的变电站新敷设的接地装置比原来起不同部位的电位差，形成腐蚀微电池；
（2）两种不同金属电气连接后形成电偶腐蚀作的老接地装置腐蚀得快，其中的原因之一就是新老接地装置之间的电位差形成电偶腐蚀，新地网成为阳极被腐蚀，旧地网作为阴极获得保护；
（3）土壤的不均匀性引起金属不同区域间产生电位差，形成客观腐蚀电池，如变电站土壤压实程度不一致，就会引起接地装置的腐蚀；
（4）土壤中存在的微生物腐蚀。

变电站接地装置的防腐措施分析
变电站接地装置一般都采取防腐措施，但方法并不一致，本文对这些防腐蚀措施进行比较分析，从而推荐出最佳防腐措施。

2防腐蚀的几种措施
为了便于比较分析，用一个220 kV变电站接地装置例子加以说明。

设流过接地引下线的短路电流为31 kA，短路持续时间取0．65 s，引下线采用全电流，地网与引下线分流系数取75％。

3．2.1热镀锌扁钢
采用热镀锌扁钢是多数变电站接地装置采用的防腐措施，它主要利用高温热浸时所形成的锌合金层本身的防腐特征。

满足热稳定要求的扁钢截面最小为31×103×√0.65/70=357mm2,可以选取60×6的扁钢，再考虑每年平均腐蚀0．1mm，截面还应增加50％，变电站接地装置大约需要钢材24 t，材料费约为12万元。

3．2.2 铜接地装置
美国等很多国家都用铜做变电站接地装置，这主要是考虑到变电站接地装置的重要性和铜的耐腐蚀性和稳定性。

我国解放前，也曾大量采用铜作为接地体，像天津塘沽110 kV变电站（解放前建）的接地网用的是铜材，至今仍合格。

据资料介绍，铜腐蚀不存在点蚀，属表面均匀腐蚀，铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的（1／5）～（1／10）。

从出土的几千年前的青铜器来看，铜的确具有很高的稳定性和抗腐蚀性。

铜接地引下线的最小截面为31×103×√0.65/210=119mm2,考虑一定裕度，最终可选取30×5铜带，变电站接地装置约需9．5 t铜材，按1999年市场价，如果选取黄铜，材料费约为21万元，如果选取紫铜，材料费为26万元。

3．2.3 阴极保护法
变电站中采用埋入电位更负的活泼金属与被保护金属偶接，从而具有减缓或阻止腐蚀的作用。

根据提供保护电流方式的不同，阴极保护法又可分为牺牲阳极和外加电流两种。

国内有的单位又将牺牲阳极法加以改进，钢体上涂上导电涂料，虽然具体实施上略有差异，但基本原理是相同的，造价也差不多。

上述220 kV变电站接地装置需不镀锌裸钢16 t，钢材费约为4．8万元，防腐费约15万元，两项主材费约为19．8万元。

3．2.4 外层保护法
目前，国内许多单位正在研制用于变电站接地装置的导电防腐材料。

目前有两种材料在国内已有应用，一种是近年来用于地网防腐的KV导电防腐涂料，它是一种涂料，直接涂刷于裸钢上；另一种是降阻防蚀化学剂，主要用于岩石地区接地装置的降阻和散流，但也有单位只是将它用于防腐蚀，由于这种用途应用单位较少，加之本身有一定腐蚀性，故实用性不大。

由于接地网长期埋设在土壤中,运行环境恶劣,且不断受到化学和电化学腐蚀,进而极
大地影响了接地网的热稳定性和电连续性。

采用导电防腐涂料是一种比较经济实用的措施。

对于防止一般土壤的腐蚀，它和镀锌方法相比，显然有明显的优点，其寿命可达到30年以上，如果半岛以上几种方法中的二种及二种以上的防腐措施结合起来使用，即所谓的实行多重保护的方法，则接地网的防腐是可以得到根本解决的。

或许有人要问：能否做到在防腐的同时又有兼顾降阻呢?回答是肯定可以做到的。

那就是可以在使用导电防腐涂料的同时，结合利用低电阻率的辅助材料来置换接地网周围土壤的方法来达到目的。

在这里我们推荐使用物理降阻剂这一辅助材料来置换接地网周围的土壤，来实现在防腐的同时兼顾起降阻的作用。

1997年以后一种新型的物理降阻剂问世，从而使降阻剂明显地分成化学降阻剂和物理降剂二大类型。

在选用降阻剂时应该分清这二类不同导电机理的降阻剂。

化学降阻剂无论是液态、固态还是有机、无机型的，其共同特点是以电妥质为导电主体，其导电机理类似于土壤的导电机理，邓只有在水“参予”时，电解质才能电离，从而成为导电主体。

当电解质浓度越高，其导电率也越大(也即电阻率越低)，降阻效果越明显。

然而这种导电性能不可避免地带来对金属电极的腐蚀。

由于其电解质含量一般占组分总含量的25%～64%，这要比一般土壤中可溶盐含量2%～5%约高出10多倍，这不能不说是造成接地装置腐蚀的主要原因。

由于化学降阻剂在降阻时离不开水的“参予”，这就使得在干旱缺水地工使用时，将大大减弱其降阻效果。

而在多雨水地区，则由于长年的雨水冲刷及地下水位的涨落，也将因电解质的流失而逐渐失去降阻能力。

这是化学降阻剂难以克服的自身固有的弱点。

物理降阻剂是以非电解质的固体粉末为导电材料，并以强碱弱酸为胶凝物，这从很大程度上减轻了对金属电极的腐蚀。

同时它不受季节性雨水的影响(水只在施工时起胶凝作用)，因此其导电特性不受酸碱盐、高低温、干湿度所限，而直接靠本身的导电粉末起到降阻作用。

这对于干旱、少雨、高寒的地区，更容易满足接地电阻稳定性的要求。

化学降阻剂在失水后
电阻率会升高，水泡后电阻率又下降，经冷冻后电阻率又骤然升高，这也充分说明了离子导电的特点。

而物理降阻剂，因是导电粉末组成的，其电阻率小于凝膜的电阻率，存放失水后电阻率反而略有下降，而在高低温状态下电阻率始终稳定在1•m以下。

$ Q! C' A: R. o* 另外半化学降阻剂和物理降阻剂分别包在金属块的外面，与未包降阻剂的金属块同时埋于PH值为6的酸性土壤中进行对比试验。

60天后检查发现，没包降阻剂的金属块锈蚀严重，包以化学降阻剂金属块局部有明显的腐蚀斑点，而包以物理阻剂的金属块几乎无腐蚀斑点，这也说明了物理降阻剂对金属的腐蚀性微不足道，大大延长了接地装置的使用寿命。

. S$ Q4 由此可见，物理降阻剂明显优于化学降阻剂。

故近几年来在接地装置的降阻中有逐渐取代化学降阻剂的趋势。

在这里我们充分注意和利用了物理降阻剂的几乎无腐蚀性这一显著特点，使接地装置的外围再次形成一层有一定厚度的防腐层，使得接地装置在满足接地电阻的同时，更加延长了涂以导电防腐涂料的钢体本身的腐蚀年限，实现了双重保护的目的。

可能有人要问，直接用物理降阻剂不也可以达到防腐和降阻的双重目的吗?这是偏面的认识。

直接使用物理降阻剂，虽然对钢体实施了包围，看起来钢体不会腐蚀了，但实际上并非如此。

这是因为钢体相借助降阻剂层与外界的腐蚀介质完全隔离是做不到的。

有研究表明钢的平均腐蚀为70mg/cm２•年。

而形成这种腐蚀仅需要11mg/cm２•年的水和30mg/cm２•年的氧。

一般的外层保护大概具有190～1122mg/cm２•年的透水率和4～53mg/cm２•年氧的渗透率，因此长期以后，钢体本身阻挡不住水和氧的渗透而腐蚀。

何况钢体表面就是在干燥的空气中就有约2g/m２的吸附水，而在接近露点的湿空气中吸水更强约为20g/m２。

所以钢体表面在经过涂以导电防腐涂料后，将能抵抗外围层的水和氧的渗透而引起的腐蚀，这里的外围层实际上也起到了阻止水和氧的渗透，客观上起到了保护钢体表面涂层的使用寿命，从而延长了接地网的使用年限。

这就是双层的基本原理，也是兼顾降阻的一种防腐综合措施的新思路。

那么对于腐蚀更加严重的地区或重要设施，即复合材料(镀锌等)加上导电防腐涂料加上物理降阻剂，形成对接地装置的三重保护，足以使接地装置的运行寿命达到50年。

当然对于一般不需要降阻或土质状况较好的地区或一些低压配电网中，我们可以单独使用导电防腐涂料来防止接地网的腐蚀。

而对于大部分的110kV及以上的变电站，或110kV及以上的输电线路及其它电力设施，推荐采用导电防腐涂料加物理mg/cm２•年的所谓双重保护的方法。

据估计，这种“二合一”的双重保护的方法，其成本提高约10%，故可谓是一咱经济实用，简单易行的方法。

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以上对接地装置的防腐问题，介绍了许多国内外的新技术。

可以设想从根本上解决接地网的腐蚀问题，真正做到一次施工，永久收益是可期望的。

采用二种及二种以上的综合保护的方法，虽然从一次投资需要提高10%以上，但从长远的观点来看，随着电网体制的改革，对发供电的可靠性要求越来越高，上述的一些附加投资获得的将是明显的、丰厚的社会效益和经济效益，这又何乐而不为呢?相信随着接地风的防腐综合措施的推广应用，不仅将促使人们在投资观念上发生质的改变，更主要的将会增加电网安全运行的可靠性，最终得到巨大实惠的还是广大的运行单位及用户。

节点撕裂与分层约简
(a) 实际网络 (b)元版块网络中的元版块
15
单相接地故障
1、发生接地时，由于非故障相对地电压升高（完全接地时升至线电压值）系统中的绝缘薄弱点可能击穿，造成短路故障；
2、接地故障点产生电弧，会烧坏设备并可能发展成相间短路故障；
3、接地故障点产生间歇性电弧时，在一定条件下产生串联谐振过电压，其值可达相电压的
2.5—3倍，对系统绝缘危害很大。

4、发生弧光接地时，产生过电压，非故障相电压很高电压互感器高压保险可能熔断，甚至可能烧坏电压互感器。

5.2单相接地故障的现象及处理
5.2.1、电压互感器保险熔断
1）当电压互感器高压保险熔断时，受电压二次回路的负载影响，熔断相电压降低，但不为零，此时其他两相电压应保持为正常相电压或稍低。

同时由于断相出现在互感器高压侧，互感器低压侧会出现零序电压，大小高于接地信号定值，会发出接地信号。

退出电压互感器，更换保险后投入运行。

2）当电压互感器低压保险熔断时，在二次侧的反映和高压保险基本类似，但是由于保险熔断发生在低压侧，影响的将只是某一个绕组的电压，不会出现零序电压。

在这种情况下，中央信号报警“电压互感器断线”，熔断相电压为零，另两相电压正常，可以确认为该低压保险熔断，否则，判断为互感器高压保险熔断。

退出保护更换二次保险。

5.2.2、用变压器对空载母线充电时开关三相合闸不同期，三相对地电容不平衡，使中性点位移，三相电压不对称，也会报接地信号。

这种情况只在操作时发生，只要检查母线及配出设备无异常，即可以判定，投入一条线路接地信号就会消失。

5.2.3、系统的接地故障
线路发生接地，是电网中最常见的非正常运行状态，沿线杆塔、横担、绝缘子、避雷器等设备，线路两旁树枝，落小物体等都容易引起系统接地，尤其大风和雷雨天气，接地现象更是频繁发生。

1）金属性接地：线路断线，电源侧直接接地，易造成金属性接地。

发生金属性接地时，故障相电压为零或接近于零,非故障相电压上升为线电压或接近于线电压，且完全接地时，电压表显示无摆动。

有的变电所有"小电流接地巡检装置"，根据接地时产生零序电流，能判断出接地的线路，汇报调度及时通知巡线人员去处理。

2）非金属性接地：不完全接地时，故障相电压降低，低于相电压，非故障相电压升高，大于相电压，低于线电压，且间歇接地时，电压表显示不停的摆动。

5.2.4、接地故障的处理
1）判断故障性质，并汇报调度。

2）检查站内设备有无故障。

缩小范围后，应对故障范围以内的站内一次设备进行外部检查。

主要检查各设备瓷质部分有无损伤、放电闪络，检查设备上是否有杂物，小动物及外力破外现象，检查各引线有无断线接地，检查互感器；避雷器有无击穿损坏等。

3）检查站内设备未发现问题的处理，汇报调度，用“小电流巡检装置”检查或使用“旁路”转带分支多，线路长，易发生故障的线路，查找配出线路是否接地，查出有故障的线路，对于一般不重要用户的线路，可汇报调度后，停电并通知查线；对于重要用户的线路，可以转移负荷或通知用户做好停电准备后，再切除该线路，进行检修处理。

5.2.5、查找接地故障时的注意事项：
1）检查站内设备时，应穿绝缘靴，接触设备外壳，构架及操作时，应戴绝缘手套。

2）当接地运行期时，应严密监视该设备的运行状况，防止其发热严重而烧坏，注意高压保险是否熔断。

3）中性点经消弧线圈接地的系统，监视消弧线圈的运行状况，发现接地设备消弧线圈故障或严重异常，应立即断开故障线路。

严禁在有接地故障时，停运消弧线圈。

4、系统带电接地故障运行，一般不得超过2h。