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交流电气装置的接地
输变电标准讲解资料
《交流电气装置的接地》
（DL/T621-1997）
2008年8月
前言
一、本标准对交流电气装置的接地的基本要求
二、对发电厂、变电所电气装置及配电电气装置的接地电阻的要求
三、发电厂、变电所接地装置的电位计算
四、接地装置的热稳定校验
五、对发电厂、变电所电气装置中电气设备接地线的连接要求
六、线路杆塔的接地装置
七、关于接地电阻的测量
八．低压系统的接地形式
前言
本标准根据原水利电力部1979年1月颁发的《电力设备接地设计规程》SDJ8-79和1984年3月颁发的《500kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地暂行技术标准》SD119-84，经合并、修订提出的。
标准的适用范围—A类（500kV及以下电力系统发电、变电、送电和配电）B类（一般工业与民用低压）电气装置接地要求和方法。
本标准与修订前标准的重要差别：
2）补充了低电阻接地系统接地要求；
3）修改了有效接地系统要求；
4）补充了GIS变电所的接地要求；
5）修改了接地线等热稳定计算中短路电流的持续时间的要求，并且针对不同情况提出具体规定；
6）增加了变电所接地装置不均匀网格的设计和计算等的内容；
7）补充了对电气装置耐腐蚀和工作寿命的要求；
8）增补了B类（一般工业与民用低压）电气装置接地要求和方法。
下面结合本标准的原文，对上述各项问题将作简要的阐述。
一、本标准对交流电气装置的接地的基本要求。
1.在系统发生接地故障时接地装置所产生的接触电位差Vt与跨步电位差Vs，均应符合3、4条的要求。
新的标准，对“低电阻接地系统”与“有效接地系统”的要求一致。
见3、4条a中的
（1）、
（2）。
式（3.4a）来源于标准（SDJ8—79）是参照76版IEEENo80〈变电站接地安全规程〉中美国人达尔基尔（Daljiel）的“3S心颤电流曲线”，它是以统计方法综合了各种躯体和心脏大小与人体接近的动物的试验结果。
提示了在0.03~3秒的时间范围内人体开始发生心室颤动的电流（心颤电流）Io（A）有效值和人体吸收能量相关的关系式：
式中t：
电击时间S；K：
由试验导出的“能量常数”它是人体重量的函数据下包线得出，原标准采用早期公布的体重70kgK70=0.0272。
由此可导出（70kg体重）安全电流
现标准改取人体重量为50kg时安全电流
而接触电位差Ut=Ib（Rb+1.5ρf）……（1-3）
Rb：
人体电阻（取1500Ω）；ρf：
地表土土壤电阻率（Ωm）。
（1.5的意思是人脚拟为r=8cm的圆盘踏在地上因为每足的“接地电阻”Rf
两足并联取1.5ρ）
而跨步电位差Us=Ib（Rb+6ρf）……（1-4）
人承受跨步地位时相当两足的接地电阻（2Rf）与人体电阻串联，故上式中取6ρ
将（1—1）（1—2）分别代入（1-3）与（1-4）式，前者即可得到标准所取的阈值
后者可得到现标准所取的阈值
2）（3.4b）对于高阻抗接地系统，取人体安全电压为50V相当于人体电阻1500Ω的安全电流Ib=0.033A代入（1-3）（1-4）得出
瑞士规定接触电压为50伏，英国为55伏，法国和德国的保安电压为65伏。
3）（3.4C）在条件特别恶劣的场所，如水田周围或有可能手、足侵入水中做业人体电阻可降至300欧，原标准建议接触电位差允许值也应降至原标准的1/5取10伏，（水田中的耕牛跨步较大取1.4米时，跨步电压不宜大于8伏）。
我国矿山井下电力装置的多年运行经验表明接触电压允许值为40伏（约为一般场所的80%）；
国外曾不只一次发生过12伏安全供电电路触电伤亡事故，都与地面和人体严重浸湿有关；前苏联还发生过湿电缆沟中作业出汗时电缆绕在臂上，脚穿皮鞋踩在有水电缆沟中，8伏的安全电压把人电死的事故。
3、4条是接地装置能否保障人身不受电击伤害的技术依据。
2.全面考虑安全与节约统一。
1）3.1条提出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。
2）3.2条提出……不同用途和不同电压的电气装置，设施应使用一个总的接地装置，接地电阻应符合其中最小值的要求。
3）关于如何利用自然接地极在本标准6.1.1中应设置将自然接地极和人工接地极分开的测量井。
“发电厂、变电所除利用自然接地极外，还应敷设人工接地极”。
6.1.2强调“利用自然接地极和引外装置时，应采用不少于两根导体在不同地点与接地。
二、对发电厂、变电所的电气装置及配电电气装置的接地电阻的要求和相应的解决措施
1.对有效接地系统和低电阻接地系统的接地电位阈值为Ujd≤2000V；对不接地，消弧线圈接地和高阻接地系统中与低电气装置共用的接地装置要求Ujd≤120V；仅高压电气装置的Ujd≤250V
2.对于发电厂、变电所电气装置的接地装置为降低其接地电阻（实质是降低接地电位）5.11条a、6.2条提出了分流、均压；以及防止转移电位引起危害等措施：
1）有效接地和低电阻接地系统中（5.1.1中的（5）式）入地短路电流I计算依短路地点不同分两种情况：
（1）接地短路发生在站内（接地网内）流经接地点的电流
由本站提供的那部分分流
可以经过接地线直接流回本站电源中性点，由于避雷线的存在由系统提供的短路电流
其中的一部分电流
可以经避雷线及杆塔的接地电阻返回系统，如果避雷线的分流系数为Kf则经避雷线分走的
为：
经变电站接地网入地的电流为
（2）若短路发生在站外见图2-2为
上式中
为避雷线对相线的互感电阻；
为避雷线的零序自感阻抗。
计算表明良好导体（LGJ钢心铝绞线或TJ铜绞线代替钢绞线做避雷线可使分流系数提高4～5倍，从而减小变电站接地网的入地电流。
2）接地电阻低于5欧但达不到（5.1.1中（5）式的）要求时也就是说发生接地短路时对地电位大于2000伏，为了保证人身与设备安全应按6.2.2；6.2.3；规定采取措施即
a.隔离所外与接地网上导线的连接以防止低电位引入。
低压系统的中性点在站外接地以防止高电位引外。
发变电所有和站外相连的通讯线路时，站外的低电位将通过通讯线路引入站内，当地网电位升高时，人站在地网上身体的其他部位接触通讯设备时（如打电话、进行维修安装作业等）这一电位差就会作用在人体上，危及人身安全、损害通讯设备。
防止低电位引内的最有效方法是在其回路中接入隔离变压器，隔离变压器的1分钟耐压不宜小于5kV。
通向站外的铁路，金属管路均应加隔离段。
b.高电位可能导致3～10kV阀式避雷器误动或损坏时应增大其通流能力。
当系统发生接地故障时，接地短路电流存在非周期分量，计入非周期分量后地网的工频暂态电压ug′可达1.8Ijd×Rw。
站内的配电避雷器在不利的情况下（运行电压恰好与地网电位反向）其所承受的反击电压ufj是ug
′与运行相电压Ue/√3之和。
ufj=1.8Ijd×Rw+Ue/√3……（2-1）
因此应按ufj考虑选择配电避雷器的参数。
c.验算接地电位差和跨步电位差超过允许值时按6.2.3采取措施。
局部埋设水平均压带与垂直电极都是为了降低该处的地表电位密度；而铺设碎石或沥青地面可以提高地表的电阻率以限制发生接地故障时人体通过的电流，使其在安全阈值以下。
三、发电厂、变电所接地装置的电位计算
1.实验与计算表明，接地网的网孔中心，对接地网的接地极电位差最高，与网格的疏密以及布局电极埋深形状等因素相关，取其最大点算为最大接触电位差Ut；接地网外面（边角处）距网外边处0.8米电位最高取最高点为最大跨步电位差Us。
例如方格型的水平接地装置，当人站在网孔中心用手去接触接地的金属导体时，人的手和脚之间将有最大的电位差，这一电位差称为网孔电势。
接地网的最大网孔电势也就是最大接触电势Utmax,与接地网的接地电位Ug之比称为最大接触系数Ktmax。
实验与计算表明接触系数大小与网格的疏密成正比，口字型地网Ktmax≈0.46～0.56多网格地网最大接触电势总是出现在地网的边角网孔处。
当地网中平行均压带的系数为n时，模拟试验得出的n与Ktmax的关系如下表所示
n
2
3
6
9
18
方孔网
0.562
0.390
0.219
0.161
0.136
长孔网
0.419
0.257
0.204
0.167
2.在原标准依据模拟实验与推算的结果接近的情况得出均匀土壤与均匀网格的“最大接触电位差系数”Ktmax，以及“最大跨步系数”Ksmax，与计算公式。
当时法、英、保、日以及前苏联所发表的资料虽然也用类似的方法但有的过于笼统有的则在理论上不够全面，可操作性差。
参考并验证了美国变电所接地导则，Koch和Faletti的试验数据。
根据我们自己进行的模拟试验的数据整理得出具有可操作性的计算公式，现标准附录B则是在原基础上补充了模拟试验并借助
边界元程序计算出的计算公式。
即现标准中的附录B。
3.最大跨步电位差系数Ksmax，则是通过“形似比较”（圆环与方框；圆盘与方板）分析求得到方框与方板的跨步电位差系数，再用内插得到计算方形地网跨步电位差的公式（其结果与实验值比较误差在±5%范围内）。
此外本标准6.2.1中的人工接地网的外缘应闭合，外缘的各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半的要求在模拟试验中证实能使边角处的跨步电势降低5%～10%；在人行道路面下装设两条与接地网相连的均压带以及加设“帽檐式辅助均压带”也可以改善地面的电位分布，使跨步电位差下降20%～40%。
四、接地装置的热稳定校验
标准5.1.1公式（5）中提到设计时取用的入地电流I值应按5～10年发展后系统的最大运行方式确定；6.2.11提出接地线应采取防止化学腐蚀的措施。
对于已运行多年的装置而言两者应一并考虑：
1.接地网的腐蚀：
用多种试样作实验表明铜的年均失重率≤0.2%，铁与低碳钢年均失重率高于2.2%，镀锌钢为0.5%但值得注意的是镀锌钢若镀层脱落后会加快钢材的腐蚀。
然而实际情况是地网施工时回填土中
若加入了酸性土、微生物以及土壤疏密度含水量多少以及地下水情况的不同皆会加重金属的腐蚀。
统计数据表明，接地网钢材的年腐蚀速度与土壤电阻率ρ有如下的函数关系：
ρ=10Ω•m时圆钢年腐蚀速度为0.76mm/年，φ8圆钢约8年即可腐蚀断即使不断，导体截面也会大大降低。
因此必须坚持接地网中接地线的导通性能进行定期检查，及开挖检查。
金属在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀，是由接地体金属和电解液（土壤中的水）之间的化学反应引起的，交流接地电极的腐蚀主要是自然腐蚀，其腐蚀状况与其所处的土壤环境有关，研究表明
（1）接地极由一种土进入另一种土时可形成“长距离腐蚀电池”土壤电阻率越低越严重；
（2）局部土壤不均匀会形成“局部腐蚀电池”；
（3）埋深不同会形成“氧浓差”此外与接地极靠近的局部有其它管件或水泥物件如有一水泥板、杆，埋在路面，它的下面也会形成因“氧浓差”产生的“局部腐蚀电池”；
（4）与异种金属接触、温差、应力、表面状态、地下水变化等因素均可引起局部腐蚀。
对于接地装置的防腐蚀设计本标准6.1.6提出具体要求
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）防腐蚀设计宜按当地的腐蚀数据进行。
c）在腐蚀严重地区，敷设在电缆沟中的接地线，宜采用热镀锌，对埋入地下的接地极宜采取适合当地条件的防腐蚀措施。
接地线与接地极或接地极之间的焊接点，应涂防腐材料。
上述三点主要的中心是要求我们因地制宜精心施工c）款是针对钢材而言，应当补充的是回填土的土质与施工工艺如尽量筛除土中杂物铺匀夯实等环节也相当重要不可忽视。
为了确保接地线的有效截面仍能满足设计要求以及防腐措施的有效性，定期检查其地网的导通性能并开挖检查其腐蚀情况也是非常必要的。
2.接地装置的热稳定校验见本标准（附录Ｃ）接地线的最小截面mm2，是按导体短时发热最大允许温升（不会破坏应力）考虑的，有效接地系统的短路持续时间较短一般不超过2～3秒，为不考虑腐蚀情况下的校核公式。
接地极的截面可按不小于接地线截面的75%考虑。
3.中性点不接地以及消弧线圈和高阻接地系统中的接地线（6.2.8）B类电气装置的接地装置的保护线（8.3.1a）的校核是按不同材料的允许最终温度考虑（相当软化点温度）因此系数K取值则比有效接地系统的接地线K值低，应根据材料与用场不同正确运用（附录E中的）计算系数。
五、对发电厂、变电所电气装置中电气设备接地线的连接要求:
1.对一般电气设备的接地线连接，在本标准的6.2.13条中提出具体要求只要是接地线的连接，以及接地线与接地极的连接宜用焊接；管道之间应设跨接线；接地线与电气设备的连接可用螺栓连接或焊接。
用螺栓连接时应设防松螺帽或防松垫片。
电气设备每个接地部分应以单独的接地线与接地母线相连，严禁在一个接地线中串接几个需要接地的部分。
2.根据电网的发展增加了对于GIS的接地线及其连接6.2.14中提出了具体要求。
六、线路杆塔的接地装置
线路杆塔的接地电阻主要根据防雷接地的要求决定。
综合运行经验，并依土壤电阻率与环境的不同，本标准6.3条对接地装置的形式“季节系数”；“冲击接地电阻”的计算方法；“水平接地极”与“垂直接地极”以不同方式组合时冲击电阻的计算方法，依依作了具体推荐。
并可参照本标准的（附录D）架空线路杆塔接地电阻的计算进行。
七、关于接地电阻的测量
SDJ8-79对接地电阻的测量作为附录纳入标准。
6.1.7条明确接地电阻测量可按照DL475-92《接地
装置工频特性参数的测量导则》执行。
1.测量接地装置的接地电阻的方法，电位补偿法:
1）半球体的接地电阻
无论直流或工频电流在地中的流动均呈现一个恒稳电流场，这个场是和静电场相似的，所以我们可以直接利用静电场中电容C的公式写出接地电阻R的公式即
R=ερ/C……（7-1）
式中ε和ρ分别为土壤的介电系数和电阻率，C为电极对无穷远处的电容。
以半径为a半球形接地电极位例，由静电场可求得圆球的电容为4πεa，半球的电容为
C=2πεa……（7-2）
带入（7-1）可得
2）三极法测量半球接地电阻原理
如图7-1所示电流I自G流入，C流出此时电极G的电流工值在GP两点间出现的电位差为
电极C的电流-I在GP两点间承现的电位差为
用电压表量出的GP间的电压为V=V′+V′′
测得的接地电阻R为
已知半球形接地电极的实际电阻为
可见要使测得的接地电阻R符合RQ必须使
下面比较一下两种取电极距离的方法
（1）远离法
尽量增大DGC和DGP，若取DGC=10a并取DGP=DPC=DGC/2=5a比较（7-7）式和（7-8）式可知
测量结果比实际值小10%
（2）补偿法
令DGP=〆DGC于是有
DPC=DGC-DGP=（1-〆）DGC代入（7-9）得
解上式可得〆=0.618，即只要将电压极P打在DGP=0.618DGC处就能测得正确的结果。
如前所述，在远离法中即使取DGC=10a，所测得的接地电阻仍要比实际值小10%，这是由于电流极C存在起到了把无穷远零位面移到电极（G、C）连线中部所致，因此在测量接地电阻时，即使把电压极P设置在零位面处，所得的结果也是偏小的，如果把电压极由50%DGC的零位面向电流极靠近移到61.8%DGC的“负电位”处则电压表的读数V即可相应增大，从而补偿了由于零位面移近而带来的固有误差。
在均匀土壤时用补偿法进行接地电阻测量，即使取DGC=4a仍可取得满意的结果。
（3）三角形布置电极方式
仍以半球形电极为例如图7-2所示
设电压极打在地面任一点P处，显
然此时电压表量得GP间的电压仍
可以用（7-6）式表示但是
将（7-11）式代入（7-6）可得
由此可得电压极在各种位置时测得的电阻R为
仍命令DGP=〆DGC，欲使R=RQ则条件是
或
如果是把电压极P打在〆=1，θ=28.96°≈30°的点上，得出的实际接地电阻即为RQ的电阻值。
2.发、变电站地网的接地电阻测量
用三极补偿法测量半球形接地极接地电阻的方法只要土壤电阻率均匀就可以得到满意的结果。
它是否适合对发、变电站接地网的接地电阻测量？
在DJ8-79的修订过程中我们对圆盘形电极、圆环形电极进行分析验算与模拟试验。
发、变电站地网是网格状的，如果其周边接地极也围成圆形，与圆盘电极，圆环电极比较它们电极的占地面积是
S盘＞S网＞S环
它们的接地电阻计算式（估算式）如下表所示
相同半径各种形状接地电极的接地电阻比较表表7-1
接地
电极
形状
半圆
圆盘
地网
圆环
接地电
阻计算
公式R=
注：
1地网接地电阻为估算式；
圆环电极的接地电阻，与电极半圆r与圆环导体的半径a之比例相关。
当r/a=33时（相当于r=165mma=5mm）常系数为0.28。
r/a=8000时（相当于r=40m,a=5m）常系数为0.56
②验算表明用“远离法”将电流极打在10倍圆环半径处（DGC≥10r）所测得的接地电阻比真实电阻Ro小2.8%～5.8%。
对于圆盘而言，仍取DGC≥10r所测得的接地电阻比真实电阻Rp小5.4%～6.5%。
③用“补偿法”在DGC≥4r，DGP=0.618DGC的情况下，测圆环地极接地电阻比真实值小0.74%以下；测圆盘接地极的接地电阻时比真实值小0.826%以下。
上述表明用“补偿法”测圆盘或圆环的接地电阻时只要满足DGC≥4r，即可把测量误差控制在-1%的范围内。
以上结论也可应用到发、变电站地网的接地电阻测量中，只要把电流极打开在离地网中心2倍地网对角线以以远即可。
工程中应用“补偿法”各电极布置。
图7-3所示。
八．低压系统的接地形式
1．（7.2.1C）款配电的高压由低电阻接地系统的高压供电时,低压系统不得与高压系统共地…….这时因为当该配电的高压端发生对地短路故障时只要其短路电流I>62.5A通过4Ω的（其地）接地电阻时,低压中线上的电位就可升高至250V以上这是绝对不允许的.因此芬兰规定该变低压系统的接地点应至少距该变压保护接地20—50m之外.
2.低压系统的接地形式（7.1）
TN;TT;IT三种系统,第一个字母是表示电源与接地装置的关系.T是一点直接接地;I是所有带电部分与地绝缘或一点经阻抗接地.]
第二个字母是表示外露导电部分对地关系.IT系统就是我们过去俗称的:
三相三相制电源的中点不接地或经阻抗接地;TT系统电源的中点直接接地.以上两类用电设备的外露部分（金属外壳）均通过保护线（P.E）接地
。
TN-S系统即三相五线制,整个系统的中性线N（通过工作电流）与保护线（P.E）是分开的.
TN-C系统是中线N与保护线PE合一的系统即三相四线制（此种供电制当发生相线对地短路故障时PE线带电）
TN-C-S系统是系统中一部分中性线与保护线是合一的（通过P.E线对地带电）各种系统其发生故障时PE线,以及系统中用电装置外露导电部分的对地电压均不得超过50V.
3.保护线的最小截不得低于（8.3.2）的要求并要按照（8.3.2）的要求规定进行验算.
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