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变电所防雷接地电阻允许值的分析计算

发布于：2015-06-24 09:57:24 来自：电气工程/防雷减灾 [复制转发]

变电所防雷接地电阻不能满足对地电位允许电阻值的要求，满足接地电势、跨步电势和暂态电压允许电阻值的要求。对于变电站，周围没有低土壤电阻率地区或水源，不具备采取引外接地措施降低接地电阻的条件；采用人工降阻、电解接地、爆破接地等其他降阻费用很大且影响变电站的正常运行，有必要对地电位接地电阻允许值进行分析计算，合理选择确定接地电阻允许值。
接地装置的对地电位，是指发生接地故障时，接地装置与大地零电位之间的电位差。对地电位要求R≤2000/I，规定对地电位为2000V，对于大部分110~500KV变电所，入地短路电流很大，要求接地电阻很小。对接地电阻大于对地电位要求值时，接地装置的对地电位超过2000V，例如某站接地电阻允许值为0.951欧姆，对地电位达到55800×0.951=5306V，因此，有必要分析对地电位升高对人体和设备的影响。
1）对设备的影响：
当接地网采用均压措施后，所区各处的地电位基本相同，在共用接地系统中，所以设备均以接地装置的电位作为等电位。当接地装置对地电位升高时，在设备接地线良好的情况下，设备的零电位和设备外壳的电位随之升高。采取均压措施，通过共用接地系统，可以防止地电位升高对低压设备绝缘的危害影响。
2）对人体的影响：
虽然接地网采取均压措施可以使得所区各处的对地电位基本相同，但是接地网并非密实的金属板，均压带直接以及接地网边缘仍然存在电位差，因此接地电阻需要满足接触电势和跨步电势的规定要求。
3）对电缆的影响：
采取沿电缆沟两侧敷设接地线的屏蔽措施，可以限制电缆绝缘层的感应电流和电位。根据国内实验测量结果，当接地网网格为10×12m时，网格内最大电位梯度为7.5V/m，对于一点接地的控制电缆，其绝缘水平为3500V时允许敷设长度可达450M以上。采取均压措施，通过减小均压带间距限制接地网电位梯度，可以防止电位升高对电缆绝缘的危害影响。
4）对雷击的分析：
事实上，雷击电流对低压设备的危害远大于短路电流，这是因为雷击次数较多和雷击电流较大，雷击时的对地电位远大于短路时的对地电位。然而，国内接地技术表对对防雷接地并未要求很低的接地电阻，一般要求1~10欧姆以内，注意通过采取防护措施防止雷击危害。例如设置放电管限压防止高电位通过电缆进入低压设备，设置均压接地系统减少设备之间的电位差和防止跨步电势危害，要求避雷针与建筑物和设备保持足够距离等。通过短路电流与雷击电流的比较分析可知，降低接地电阻并非保证接地安全的根本措施，应该积极采取防护措施和加强运行维护才能保证接地安全。
5）对分流分析：
流经变电所接地网的入地短路电流，不等于接地短路点的全部短路电流。当接地短路发生在接地网内时，一部分短路电流与接地网连接的架空线的“地线杆塔”接地系统分流；另一部分短路电流，经由接地网直接流回变电所变压器接地的中性点；剩下的一部分短路电流，才经过接地网入地中，经大地流回系统变压器接地中性点。最后的这部分电流，称为计算用的流经接地装置的入接短路电流。例如，某站最大单相接地短路电流发生在110KA母线侧为10.83KA，经主变中性点和线路避雷线分流后，最大入地短路电流为5.58KA。如果不考虑分流，某站对地电位要求的接地电阻值为R≤2000/10830=0.18欧姆，对这样小的接地电阻，不仅与理论和实践不相符合，而且在技术上难以实现。
6）加强防护措施：
为了防止设备接地引线烧断产生高电位对低压设备构成危害，设备应采取两根接地引线并适当增加截面。为了防止接地体腐蚀破坏接地网均压作用，运行应定期检查维护，设计应适当增加接地体截面，必要时可以采用非金属材料接地体。为了减小地电位梯度，均压带最大间距不宜大于12m，接地网边缘均压带应适当加密。为了限制电缆外层的感应电流和电压，电流沟两侧敷设屏蔽接地体，对于进入所内的高频通信电缆应增加敷设扁钢屏蔽接地线。为了加强泄流降低暂态电压反击，要求在主变压器、避雷器、避雷针的接地处设置集中垂直接地体。为了降低设备绝缘层之间以及不同设备之间的电位差，要求在所区建筑物周围设置环形均压接地体，所以设备采用共用接地，避雷针与接地网的连接线长度应大于15m。为了防止接触电势、跨步电势、转移电位对人体和设备的危害，应根据具体情况合理采取绝缘、隔离和降阻措施。
理论和实践证明，国内许多接地电阻较高的变电所，在发生接地短路时，虽然对地电位大大超过2000V，由于采取均压、绝缘盒隔离防护措施，没有发生人体电击和设备击穿的事故。因此，美国和苏联的接地技术标准没有规定对地电位的接地电阻要求值，我国接地技术标准实际上也等于没有规定，因为变电所接地电阻允许值会受到接触电势、跨步电势和暂态电压的限制，不可能按照5欧姆设计。
变电所接地电阻允许值通常由接地设计提出，作为施工验收和运行维护的技术指标，其大小应满足对地电位、接触电势、跨步电势和暂态电压的规定要求。对于均压共用接地系统，由于对地电位并非作用在设备绝缘层的电位差，因此对地电位不宜作为接地电阻允许值的控制条件，接地电阻允许值应满足接触电势、跨步电势和暂态电压三者中的最小要求值。某站接地电阻值对地电位、接触电势、跨步电势和暂态电压的规定要求，地网可不做改造。

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