接地装置标准化设计课件.ppt

.,0,中国电力工程顾问集团西北电力设计院2012年5月,接地装置标准化设计,.,1,主要内容,一、 接地的作用二、 接地电阻的基本概念三、 输电线路接地的一般规定四、 接地装置型式五、 接地装置的接地电阻计算,.,2,主要内容,六、 接地装置型式选择七、 新材料的应用八、 接地装置标准化设计九、 杆塔接地电阻测量,.,3,一、 接地的作用,接地通常分为系统接地和保护接地。系统接地是为了使系统稳定运行，如变压器中性点接地，信号交流时的公共电位参考点等；保护接地如电源接地故障保护、静电接地、屏蔽接地、防雷接地等；也有的接地具有上述两种作用。接地是电气工程中必不可少的措施。 防雷接地目的是使雷电流顺利入地。,.,4,一、 接地的作用,工作接地：是为了保证电力系统正常运行所需要的接地。例如中性点直接接地系统中的变压器中性点接地，其作用是稳定电网对地电位，从而可使对地绝缘降低。防雷接地：是针对防雷保护的需要而设置的接地。例如避雷针（线）、避雷器的接地，目的是使雷电流顺利导入大地，以利于降低雷过电压，故又称过电压保护接地。保护接地：也称安全接地，是为了人身安全而设置的接地，即电气设备外壳(包括电缆皮)必须接地，以防外壳带电危及人身安全。,.,5,一、 接地的作用,跨步电位差：接地短路（故障）电流流过接地装置时，地面上水平距离为0.8m的两点间的电位差，称为跨步电位差。接装置外的地面上水平距离0.8m处对接地装置边缘接地极的电位差，称为最大跨步电位差。接触电位差： 接地短路（故障）电流流过接地装置时，大地表面形成分布电位，在地面上离杆塔水平距离0.8m处与杆塔离地面的垂直距离1.8m处两点间的电位差，称为接触电位差。接地装置中心对接地装置接地极的最大电位差，称为最大接触电位差。,.,6,二、 接地电阻的基本概念,接地电阻一般指接地体上的工频交流或直流电压与通过接地体而流入地下的电流之比。散泄雷电冲击电流时的接地电阻指电压峰值与电流峰值之比，称为冲击接地电阻。接地电阻主要是电流在地下流散途径中土壤的电阻。接地体与土壤接触的电阻以及接地体本身的电阻小得可以忽略。电网中发生接地短路时，短路电流ID通过接地体向大地近似作半球形流散（接地体附近并非半球形，流散电流分布依接地体形状而异）。越接近接地体的等位线其电位越高。因为球面积与半径平方成正比，所以流散电流所通过的截面随着远离接地体而迅速增大。因电阻与电流通道的截面积成反比，故同半球形面积对应的土壤电阻随着远离接地体而迅速减小。,.,7,二、接地电阻的基本概念,一般情况下，接地装置散泄电流时，离单个接地体20m处的电位实际上已接近零电位。 接地电阻值与土壤电导率、接地体形状、尺寸和布置方式、电流频率等因素有关。通常根据对接地电阻值的要求，确定应埋置的接地体形状、尺寸、数量及其布置方式，对于土壤电阻率高的地区（如山区），为了节约金属材料，可以采取改善土壤电导率的措施，在接地体周围土壤中填充电导率高的物质或在接地体周围填充一层降阻剂（含有水和强介质的固化树脂）等，以降低接地电阻值。接地体流入雷电流时，由于雷电流幅值很大，接地体上的电位很高，在接地体周围的土壤中会产生强烈的火花放电，土壤电导率相应增大，相当于降低了散流电阻。,.,8,二、 接地电阻的基本概念,接地点处的电位Um与接地电流I的比值定义为该点的接地电阻R，R=Um/I。当接地电流为定值时，接地电阻愈小，则电位Um愈低，反之则愈高。接地电阻主要取决于接地装置的结构、尺寸、埋入地下的深度及当地的土壤电阻率。因金属接地体的电阻率远小于土壤电阻率，故接地体本身的电阻在接地电阻中可以忽略不计。,.,9,三、 输电线路接地的一般规定,设计接地装置时，应考虑土壤干燥或冻结等季节变化的影响，接地电阻在四季中均应符合本规定的要求，但雷电保护接地的接地电阻，可只考虑在雷季中土壤干燥状态的影响。确定输电线路的接地装置型式和布置时，考虑保护接地的要求，应降低接触电位差和跨步电位差。输电线路的下列金属部分，均应接地。 A）装有地线的架空输电线路杆塔； B）除沥青地面的居民区不接地外；其它居民区内，消弧线圈接地和高电阻接地系统中无地线的架空输电线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔。 C）装在输电线路杆塔上的开关设备、电容器等电气设备。,.,10,三、 输电线路接地的一般规定,有地线的输电线路，每基杆塔不连地线的工频接地电阻，在雷季干燥时，不宜超过下表所列数值。 有地线的输电线路杆塔的工频接地电阻,.,11,三、 输电线路接地装置的一般规定,接地装置应充分利用自然接地极接地，但应校验自然接地极的热稳定。在高土壤电阻率地区，可采取下列降低接地电阻的措施： A）当在杆塔附近(在放射形接地极每根长度的1.5倍范围内)有较低电阻率的土壤时，可敷设外引接地极； B）填充电阻率较低的物质、换土、降阻剂； C）采用新型接地装置，如接地模块等； D）当地下较深处的土壤电阻率较低时，可采用深埋式接地极。,.,12,三、 输电线路接地装置的一般规定,降阻剂或接地模块应因地制宜地用在高土壤电阻率地区、林区或地形受限制地区。降阻剂、接地模块材料的选择及施工工艺应符合下列要求： A）使用的材料必须符合国家现行技术标准，通过国家相应机构对降阻剂或接地模块的检验测试，并有合格证件。且应选用长效防腐物理性降阻剂或接地模块。 B）严格按照生产厂家使用说明书规定的操作工艺施工。,.,13,三、 输电线路接地装置的一般规定,人工接地极，水平敷设的可采用圆钢、扁钢，垂直敷设的可采用角钢、钢管、铜包钢棒等。接地装置的导体，应符合热稳定与均压的要求，还应考虑腐蚀的影响。接地装置导体的最小尺寸应符合下表所列规格。接地装置导体的最小尺寸,.,14,三、 输电线路接地装置的一般规定,接地装置的防腐蚀设计，应符合下列要求： A）计及腐蚀影响后，接地装置的设计使用年限，应与地面工程的设计使用年限相当； B）接地装置的防腐设计，宜按当地的腐蚀数据进行； C）接地装置应采用热镀锌钢材。在腐蚀严重地区，宜采用适合当的防腐措施或加大接地极截面。接地线与接地极或接地极之间的焊接点，应涂防腐材料。,.,15,三、 输电线路接地装置的一般规定,钢筋混凝土杆铁横担和钢筋横担线路的地线支架、导线横担与绝缘子固定部分或瓷横担固定部分之间，宜有可靠的电气连接并与接地引下线相连。主杆非预应力钢筋如上下已用绑扎或焊接连成电气通路，则可兼作接地引下线。利用钢筋兼作接地引下线的钢筋混凝土电杆，其钢筋与接地螺母、铁横担间应有可靠的电气连接。架空线路杆塔的每一腿应与接地体引下线连接，与塔腿通过多点接地以保证可靠性。接地引下线与杆塔的连接应接触良好，并应便于打开测量接地电阻。,.,16,三、 输电线路接地装置的一般规定,接地极的连接应采用焊接，焊接必须牢固无虚焊。焊接应采用搭接焊，其搭接长度必须符合下列规定：A）圆钢之间搭接长度应大于圆钢直径的6倍，并双面施焊；B）圆钢与扁钢搭接长度不宜小于圆钢直径的6倍。接地装置采用接地模块或接地极（线）为铜与铜或铜与钢的连接工艺应采用热剂焊（放热焊接），其熔接接头必须符合下列规定：A）被连接的导体必须完全包在接头内；B）要保证连接部位的金属完全熔化，连接牢固；C）热剂焊（放热焊接）接头的表面应平滑；,.,17,三、 输电线路接地装置的一般规定,热剂焊（放热焊接）的接头应无贯穿性的气孔。接地引下线的垂直部分和接地装置连接（焊接）部位外侧100mm范围内应做防腐处理；在做防腐处理前，表面必须除锈并去掉焊接处残留的焊药。,.,18,四、 接地装置型式,方框带射线接地装置图,.,19,四、 接地装置型式,L型接地装置图,.,20,四、 接地装置型式,垂直(方框深埋)接地装置图,.,21,五、 接地装置的接地电阻计算,土壤和水的电阻率参考值,.,22,五、 接地装置的接地电阻计算,土壤和水的电阻率参考值,.,23,五、 接地装置的接地电阻计算,土壤和水的电阻率参考值,.,24,五、 接地装置的接地电阻计算,土壤和水的电阻率参考值,.,25,五、 接地装置的接地电阻计算,接地装置设计原理： 采用静电分析法计算接地电阻，复合接地装置的接地电阻用下式计算： R=U/I=1/B式中：U接地体元件的电位 I接地体元件中的扩散电流 B元件及元件间电导系数，由电位系数矩阵求逆获得。,.,26,五、 接地装置的接地电阻计算,设计计算雷电保护接地装置所采用的土壤电阻率，应采用雷季中最大可能的数值，并按下式计算： 0 式中：土壤电阻率，m；0雷季中无雨水时所测得的土壤电阻率，m；考虑土壤干燥所取的季节系数。采用表61所列数值。,.,27,五、 接地装置的接地电阻计算,雷电保护接地装置的季节系数,.,28,五、 接地装置的接地电阻计算,杆塔水平接地装置的工频接地电阻可按下式计算：,R= / (2L) ln L2 / (hd)+ At ,式中的h为接地装置埋深，d为接地装置等效直径，At 和L 的意义及取值见下表。,.,29,五、 接地装置的接地电阻计算,.,30,五、 接地装置的接地电阻计算,工频接地电阻计算算例：,.,31,六、 接地装置型式选择,在土壤电阻率100m的潮湿地区，可利用铁塔和钢筋混凝土杆自然接地。当自然接地电阻符合要求时，可不设人工接地装置。 在土壤电阻率100m300m的地区，除利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地外，并应增设人工接地装置，接地装置的埋设深度不宜小于0.6m。在土壤电阻率300m2000m的地区，可采用水平敷设的接地装置，接地极埋设深度不宜小于0.5m。,.,32,六、 接地装置型式选择,在土壤电阻率2000m的地区，可采用68根总长度不超过500m的放射形接地极或连续伸长接地极。放射形接地极可采用长短结合的方式。接地极埋设深度不宜小于0.3m。接地电阻可不受眼制。 居民区和水田中的接地装置，宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形。 在农业耕作区，接地极的埋设深度应大于耕作深度。 在沙漠地区，考虑到较深处的沙子比较潮湿，宜适当加大接地极的埋深。 放射形接地极每根的最大长度，应符合下表的要求。,.,33,六、 接地装置型式选择,放射形接地极每根的最大长度,.,34,六、 接地装置型式选择,水平埋设的接地装置适用于居民区和非居民区的铁塔，但在埋设场地受限制的地方，可用垂直埋设；垂直埋设的接地装置还适用于冻土深度大于0.8m的地区。 在山坡等倾斜地形敷设水平接地极时宜沿等高线开挖，接地沟底面应平整，沟深不得有负误差，并应清除影响接地极与土壤接触的杂物，以防止接地极受雨水冲刷外露，腐蚀生锈；水平接地极敷设应平直，以保证同土壤更好接触。 大根开并采用高低腿（高差超过2m）杆塔接地装置的敷设，可因地制宜采用两个或两个以上独立的接地装置。,.,35,七、 新材料的应用,物理接地模块 采用经防腐处理的金属支架为电极芯，以高导电石磨粉和含电解质导电物的硅酸盐为主要原料，再经高压压制成型，最后经陈化处理的无极接地体。 防腐离子接地体 防腐例子接地体是由电极单元、HC高能回填料和防腐罩三部分组成。具有稳定性高、降阻、防腐、寿命长、占地少和施工量小等优点。CET专用接地装置 具有降阻高效、接地电阻稳定、安装方便、使用寿命长、安全性高等特点。铜包钢接地级锌包钢接地级,.,36,八、 接地装置标准化设计,标准化设计的主要原则： 安全可靠、技术先进、保护环境、控制成本、提高效率。在典型设计中，着重要处理和解决好典型设计方案的统一性、适应性、灵活性、先进性、可靠性和经济性及其相互之间的辩证统一关系。,.,37,八、 接地装置标准化设计,设计依据：交流电气装置的接地设计规范（GB 50065-2011）电气装置安装工程接地装置施工及验收规范（GB501692006） 110 750kV架空输电线路设计规范（GB 50545-2010）交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（DL/T 6201997 ）1000kV架空输电线路设计规范（送审稿）1000kV特高压交流输变电工程过电压和绝缘配合（GB/Z 24842-2009）,.,38,八、 接地装置标准化设计,接地装置标准化设计的主要内容：在标准化设计中考虑了110kV、220kV、330kV、500kV四种电压等级。标准化设计的土壤电阻率按六档划分，即：100、300、600、1000、1500、2000（.m）。接地装置埋设型式基本分为两大类：即：水平埋设、垂直埋设。,.,39,八、 接地装置标准化设计,1T模块：110kV接地装置,.,40,八、 接地装置标准化设计,.,41,八、 接地装置标准化设计,.,42,八、 接地装置标准化设计,.,43,八、 接地装置标准化设计,2T模块：220kV接地装置,.,44,八、 接地装置标准化设计,.,45,八、 接地装置标准化设计,.,46,八、 接地装置标准化设计,.,47,八、 接地装置标准化设计,3T模块：330kV接地装置,.,48,八、 接地装置标准化设计,.,49,八、 接地装置标准化设计,.,50,八、 接地装置标准化设计,.,51,八、 接地装置标准化设计,5T模块：500kV接地装置,.,52,八、 接地装置标准化设计,.,53,八、 接地装置标准化设计,.,54,八、 接地装置标准化设计,.,55,九、 杆塔接地电阻测量,杆塔工频接地电阻的测量方法分为两种：三极法钳表法 杆塔工频接地电阻测量宜采用三极法。对于新建杆塔接地装置的验收应采用三极法测量。使用三极法测量时，应采用合理的电极布置方式，以提高测量结果的可信度。 测量应安排在干燥季节和土壤未冻结时进行，不应在雨后立即进行。,.,56,九、 杆塔接地电阻测量,三极法的测量布置： 三极法测量杆塔工频接地电阻的电极布置图和接线图见图1和图2。电压极P和电流极C分别布置在离杆塔基础边缘dGC=4.0l处和dGP=2.5l处。l为杆塔接地装置放射形接地极的最大长度。dGC为接地装置G和电流极C之间的直线距离，dGP为接地装置G和电压极P之间的直线距离。,.,57,九、 杆塔接地电阻测量,.,58,九、 杆塔接地电阻测量,三极法测量的注意事项：采用三极法测量前，应杆塔塔身与接地极之间的电气连接全部断开；电流极和电压极的辅助接地电阻不应超过测量仪表规定的范围，否则会使测量误差增大。可以通过将测量电极更深地插入土壤与土壤接触良好、增加电流极导体的根数、给电流极泼水等方式降低电流极的辅助接地电阻。,.,59,谢谢！,