接地设计与工程实践 [丛远新 编著] 2014年.pdf

接地设计与工程实践丛远新 等编著机 械 工 业 出 版 社本书共分 16 章，包括接地基本原理，土壤电阻率勘测、分析，接地电阻常用计算公式，接地设计原则，注意从整体直观上理解接地 形状篇、电阻率篇，软件程序 掌握卓越的接地技术迅捷之路，接地电阻值测量，快速掌握卓越接地技术的黄金法则，择取接地材料的黄金法则，关于接地材料的选择参考，发电厂、变电所接地，输电线路杆塔接地，通信接地，工程实践及遇到的问题等，当前接地建设的主要问题。本书提供大量具有代表性的翔实的工程案例及配套的电脑程序，还首次给出了接地模块的正确计算式及计算程序，可帮助从业者能力尽快达到一些具有十数年工作经验的工程师的水平。本书适合电力、建筑电气等领域从事接地设计的电气工程师和技术人员学习使用。图书在版编目（CIP）数据接地设计与工程实践/丛远新等编著.北京：机械工业出版社，2014.4ISBN 978-7-111-46346-7.接.丛.接地设计.TM02中国版本图书馆 CIP 数据核字（2014）第 066526 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：王 欢 责任编辑：王 欢责任校对：纪 敬 封面设计：陈 沛责任印制：北京振兴源印务有限公司印刷2014 年 6 月第 1 版第 1 次印刷169mm 239mm11.75 印张228 千字 0001 3000册标准书号：ISBN 978-7-111-46346-7定价：38.00元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务网络服务社 服 务 中 心：（010）88361066教 材 网：http：/销 售 一 部：（010）68326294机工官网：http：/销 售 二 部：（010）88379649机工官博：http：/ 洋序 言本书与其他接地书籍的最大不同之处是更接近工程的实际，通过大量的工程实例，结合理论知识，给出了接地理论、接地设计的精华。接地是一个系统工程，理论性很强，但是其最大的特点还是每一个接地网模型的计算都是不同的。这就要求接地工程人员除了要有较深的理论知识外，还要具备丰富的工程实践经验。不管是接地的设计人员、监理、施工单位或是业主，都能通过本书快速地学习到接地工程中常用的技术方法和理论计算，同时还能避免一些设计方面常见的错误，辨识施工方面常见的“内幕”、“黑手”，从而能较快地提高自己的接地理论水平和实践经验。对推进国内接地领域的进步来说，这是一件很好的事情。另一方面，本书还实际地指出了长期以来国内接地领域上的弊端，在专业的设计人员眼里看来，某些产品是“伪科学”的，但是行业的技术能力较低以及“利”字当头的影响，造就了某些产品大量不科学地应用。既然是“伪科学”，就终究会有撕下面具的一天。只有更多工程人员掌握了接地理论知识，才能够及时辨别这类花样不断翻新的“新技术”的真实面目。对于一个接地装置来说，接地电阻主要由以下4 部分组成：设备与接地引下线的接触电阻；接地引下线及接地网的导体电阻；接地网与地（土壤）的接触电阻；土壤电阻率。要降低接地电阻，不管采用什么样的降阻方案或者理论计算，都要从上述4 处着手才能实现。1.设备与接地引下线的接触电阻导体都是有电阻的，两个导体连接在一起，还会增加一个接触电阻。所以，我们在做设备的接地设计和测量时，就必须从这源头开始解决第一个接地电阻。铜材质的接地体和铝材质的接地体的连接不使用过渡片、设备运行后不注意对接地端子的维护、接地端子锈腐严重、测量接地电阻时夹头与地网接触不良、接触点生锈等，都是常见的不注意处理设备与接地引下线的接触电阻的错误。2.接地引下线及接地网的导体电阻前面说，导体是有电阻的，因此引下线和地网的导体电阻，也是接地电阻的一部分，但是，这一部分影响却非常小。曾经有个变电站接地电阻比较难降下来，马上有人说为什么用扁钢做接地体，用铜下就马上降下来了，然后把元素周期表背一通，显然铜导体的电阻率比铁的电阻率低很多。对于高压输电来说，导体电阻率影响确实非常大，但是对于接地来说，影响微乎其微。我们可以做个简单的计算：铜的导体电阻率为 =0.0172mm2/m、铁的为 =0.1mm2/m，导体电阻计算公式 R=L/S，假设接地入地的导体长度为 100m，截面为 5mm 50mm，计算得到铜接地网的电阻为0.00688，铁的电阻为0.04。由此可看出接地体的这两种材质对对接地电阻是有影响的，但是在工程实践上这影响几乎可以忽略。3.接地网与地（土壤）的接触电阻导体和导体的连接都存在接触电阻，导体与地（土壤）的接触电阻更加不可小视。传统的接地网施工，施工单位挖好接地沟后，敷设接地扁钢，然后回填之前挖出来的泥土，回填土的材质与密实度，成为接触电阻的关键。我多次对变电站的地网进行开挖检查，发现所有的接地网回填都或多或少的存在下列问题：1）回填土未夯实，土壤与接扁钢接触不紧密。2）回填土为块状土，回填后与扁钢接触空隙大。3）回填土包含大量建筑垃圾、石块、泡沫、塑料袋、草皮等杂物。4）地网埋深不足。5）焊接点防腐措施不到位，焊接点腐蚀。6）如包覆降阻剂，还普遍存在降阻剂厚度不均匀，通常扁钢下部无降阻剂或降阻剂非常薄，甚至扁钢下部为空洞，从而造成严重腐蚀；还有降阻剂材料非常劣质，呈干、粉、块状等，吸水性差，不但起不到降阻作用，反而进一步增加接地电阻。针对上述情况，其实解决的办法也很容易，主要办法如下：1）确保扁钢的埋深，规范要求埋深为不低于 0.6m。但是根据实际经验，0.6m深度仍然容易受到气候的影响，在旱季土壤含水率易受到变化，所以建议埋深为0.8m，这样也不会过大增加施工难度，但是接地网电阻值较为稳定。2）确保回填土为电阻率较低的细实土，如果实在有困难，可以考虑回填与扁钢直接接触的30cm 左右厚度的细实土。但不论如何，建筑垃圾、石块等杂物不能作为回填物。3）加强对焊点的防腐措施。4）加强回填土的夯实，可采用手持的小型夯土机对回填土夯实。对于土壤的夯实，还可以采用这样的方法，在三通一平阶段，回填至站址标高负 1.0m 时开始敷设接地扁钢，然后通过大型压路机压实（压实系数大于 0.94）至设计标高。采用这种做法的地网施工，可以达到很好的降阻效果，同时也简化了施工工序，比传统的三通一平后开挖接地沟、敷设扁钢再回填的做法要更容易施工。4.土壤电阻率土壤电阻率是大电流入地的最后一关，也是最难解决的问题。土壤电阻率是自然存在的，也是难以改变的，因此最重要的还是从源头做起。在工程选址初期就尽量避免选在高土壤电阻率地区建变电站。如由于各种原因必须在高土壤电阻率地区建站的话，则必须扎实做好土壤电阻率的测量工作，特别是深层的土壤电阻率及季节对土接地设计与工程实践壤电阻率的影响。只有测量准确了，才能准确做出地网设计方案，框定工程投资。接地网的设计和施工理论性强，同时又是隐蔽工程，也容易进行造假。例如，在测量接地电阻的前一天浇盐水、偷敷回流线这些都是某些施工单位常用的作弊手段。深层土壤电阻率测试较难，某些设计勘察单位对土壤电阻率的测量容易敷衍了事。某些监理单位监理不到位，放任施工单位粗放施工。某些业主技术水平不高，容易被一些虚假的技术手段蒙蔽。以上这些，都是这个行业存在的问题。因此，推动接地行业的进步需要多方的努力，才能让整个行业水平有真正的提高。梁祺2014 年6 月序 言前 言尽管市面上有关接地技术的书籍不少，但基本上以理论为主，本书则以工程应用为主，可以很好地满足一线工程技术及设计人员的实际需求。本书免费提供视在电阻率分析软件程序，使得绝大多数工程、设计人员具备了一次性精确设计变电站、发电厂等大型接地装置的潜力，这通常是需要花费数万购进专门的软件包才能实现的。一般的接地公式只能对付简单、规则的接地极，可若接地极形状稍微复杂一点，无现成公式可用，则要专门推导公式来计算，过程将会相当艰深、复杂，甚至不可能实现。因此，很多从业者从事了一辈子的接地工作可能依然不甚了解。而本书结合国人偏好的整体思维观念，以寥寥几个常见公式，构建了一套非常简约的理论体系，使得普通工程、设计人员能轻松掌握应付绝大多数接地难题的技能。目前，制约当前设计、工程人员接地水平的并非智力因素，而是错误的意识，为此特地引入了奥卡姆剃刀等先进的科学理念体系，帮助读者快速掌握卓越的实用接地技能。本书提供很多具有代表性的内容、翔实的工程案例及配套的电脑程序，还首次给出了接地模块的正确计算式及计算程序，可帮助从业者尽快达到一些具有十数年工作经验的工程师的水平。通过认真阅、学习、应用本书的内容，大多数一线工程技术人员可以掌握真正的实用接地技术。本书并非按照高校教程的模式编写，可若参考本书，无疑将极大提升相关专业学生适应现实的能力。参加本书参写工作的还有梁祺、姚治君、杨宇、胡连锋、宗树松、张洪志、熊延瑞、任欢超、白晶龙、王晓娜、赵大海、崔丽波、常鹏宇、杨霖。丛远新2014 年5 月温 馨 提 示本书提供作者利用 Excel 编制的接地电阻计算程序，以及使用说明视频。读者可在科学网作者的个人博客搜索下载。读者 也 可 在 机 械 工 业 出 版 社 官 方 网 站（http：/）免费下载，具体操作如下：（1）进入网址 http：/，单击“服务中心”，注册成为会员（免费）。（2）在左侧“图书查询”处搜索“接地设计与工程实践”，单击作者为丛远新的本书链接。（3）在本书页面，单击图书封面右侧“相关下载”，即可免费下载相关 Excel 计算程序和使用说明视频。也可从作者科学网博客下载：http：/ 姚治君目 录序言前言温馨提示第1 章 接地基本原理1 1.1 常用配电用电设备的接地1 1.1.1 TT 接地系统2 1.1.2 TNS 接地系统4 1.2 人身安全接地6 1.2.1 总则 特殊设备6 1.2.2 总则 特殊的固定设备7 1.2.3 总则 通过线和插头连接的设备7 1.2.4 总论8 1.3 发电厂、变电所接地8 1.3.1 三峡水利枢纽工程接地8 1.4 防雷保护 接地的延伸10第2 章 土壤电阻率勘测、分析12 2.1 单极法12 2.2 温纳（winner）四极法13 2.3 视在电阻率14 2.3.1 两层土壤视在电阻率14 2.3.2 如何解析两层土壤视在电阻率16 2.4 接地地网设计中电阻率分层解析和接地电阻值计算的研究17 2.4.1 概述18 2.4.2 秦皇岛某220kV 变电站工程案例18 2.4.3 秦皇岛某220kV 变电站工程案例的进一步分析21 2.4.4 某勘测设计院的改进措施及启发意义22 2.4.5 结论23 2.5 某220kV 变电站土壤电阻率测量说明书23 2.5.1 测量概况23 2.5.2 测量方法23 2.5.3 资料解释24第3 章 接地电阻常用计算公式26 3.1 半球、圆盘工频接地电阻公式26 3.1.1 半球26 3.1.2 圆盘26 3.2 常用人工接地极工频接地电阻公式26 3.2.1 垂直接地极的接地电阻计算26 3.2.2 不同形状水平接地极的接地电阻计算27 3.3 架空线路杆塔接地电阻的计算28 3.4 网状接地极接地电阻计算式28 3.4.1 水平接地极为主边缘闭合的复合接地极（接地网）的接地电阻 精确计算28 3.4.2 水平接地极为主边缘闭合的复合接地极（接地网）的接地电阻 简化计算29 3.5 变电站接地电阻的计算30 3.5.1 简化计算30 3.5.2 复合地网接地电阻值的计算31 3.6 两层土壤的接地电阻计算公式32 3.6.1 水平地网32 3.6.2 垂直接地极34 3.7 接地模块接地电阻计算式34第4 章 接地设计原则35 4.1 系统设计原则35 4.2 垂直接地极39 4.2.1 垂直接地极对单根水平接地极接地电阻的影响40 4.2.2 垂直接地极对大中型地网（网状接地极）接地电阻的影响（均匀土壤）42 4.2.3 如何应用垂直接地极高效降阻（考虑土壤电阻率均匀的情况）44第5 章 注意从整体直观上理解接地 形状篇46 5.1 整体直观能力于接地价值意义47 5.2 最佳经济、高