综合接地电阻计算
- 格式:doc
- 大小:60.50 KB
- 文档页数:14
接地电阻计算方法:
首先要用仪器测试土壤电阻率是多少,然后要知道水平接地体的电阻,采用垂直接地体的电阻是多少,最后才能计算。
比如:普通压制非金属接地模块,成本低但不容易降低电阻,铜包钢、热镀锌材料寿命短。
腾辉烧制接地模块是理想的垂直接地体,寿命长、无污染、不容易碎并且运输方便。
烧制模块相当于一个金属导体。
国内烧制模块推荐品牌:万佳防雷、扬博防雷、腾辉智能防雷、捷力通防雷等
根据地网土层的土壤电阻率,采用下式计算接地模块用量:水平埋置,单个模块接地电阻:
Rj =0.068×[ρ÷(a×b)-2]
并联后总接地电阻:Rnj = Rj /nη
式中:ρ―土壤电阻率(Ω/m)
a、b―接地模块的长、宽(m);
Rj―单个模块接地电阻(Ω);
Rnj―总接地电阻(Ω);
n―接地模块个数;
η―模块调整系数,一般取0.6―0.9。
接地电阻:50欧姆、30欧姆、20欧姆、10欧姆、4欧姆、1欧姆、0.5欧姆、0.2欧姆、0.1欧姆。
编辑:
河南扬博防雷科技有限公司宋利源
山西捷力通防雷科技有限公司杨利涛徐启贵。
接地电阻的计算一.变电站接地网接地电阻的计算1.水平接地极为主边缘闭合的复合接地网的接地电阻可利用下式计算:R n=α1R eα1=[3ln(L0/√S ̄ ̄)-0.2]√S ̄ ̄/ L0R e=0.213ρ/√S ̄ ̄*(1+B)+ρ/2πL*[ ln(S/9hd)-5B]B=1/(1+4.6h/√S ̄ ̄)----任意形状边缘闭合接地网的接地电阻,Ω;式中: RnR e----等值方形接地网的接地电阻,Ω;S-----接地网的总面积,m2;ρ----土壤电阻率,Ω·m;d-----水平接地极的直径或等效直径,m2;h-----水平接地极的埋设深度,m;L0----接地网的外边缘线总长度, m;L----水平接地极的总长度, m。
由于新建变电站中:ρ=1000~2000Ω·m, S=2943m2, h=0.8m, d=b/2=0.02m, L0=292m, L=1124m 故可计算出: B=0.936R e=0.00760ρ+0.000743ρ=0.008343ρα1=0.90096R n=0.0075167ρ=7.5167~15.0334Ω≤0.5Ω的要求。
不能满足接地电阻Rn2.采用接地沟置换土壤的办法后,土壤的电阻率ρ=100Ω·m,R n=0.75167Ω可见仍不能满足接地电阻R≤0.5Ω的要求。
要使站区电阻不大于0.5Ω,就要求:0.0075167ρ≤0.5Ω,即要求置换的土壤电阻率不大于66.5Ω.m 。
3.现采取将新建变电站的接地网与原站址接地网相连接的办法,来增大接地网的总面积S。
与原站址接地网连接后: S=8478m2, L0=451m, L=1358m可求得: B=0.96157R e=0.00526ρα1=0.932故: R n=0.00490232ρ按置换土壤后,土壤的电阻率ρ=100Ω·m计算: R n=0.490232Ω满足接地电阻Rn≤0.5Ω的要求。
一、人工接地体接地电阻值的计算
1、垂直接地体的接地电阻计算
当L>>d时
表一
土壤电阻率-ρ(Ω·m)ρ =100接地体的长度-L(m)L = 2.5接地体的直径或等效直径-d(m) d =0.05接地电阻-R(Ω)R =33.75
2、水平接地体的接地电阻计算
表二
土壤电阻率-ρ(Ω·m)ρ =150接地体的长度-L(m)L =25接地体的直径或等效直径-d(m) d =0.02水平接地体埋深-h h =0.8水平接地体的形状系数-A A =0.378接地电阻-R(Ω)R =10.46
3、复合接地体的接地电阻计算
以水平接地体为主,且边缘闭合的复合接地体接地电阻
表三
土壤电阻率-ρ(Ω·m)ρ =3000接地网总面积-S(㎡)S =10000接地体的长度(含垂直接地体)-L(m)L =1000水平接地体直径或等效直径-d(m) d =0.15水平接地体埋深-h h =3接地电阻-R(Ω)R =15.65
4、工频接地电阻与冲击接地电阻的换算
表四
工频接地电阻-R~(Ω)R~ =10
换算系数-A A =3
冲击接地电阻-R i(Ω)R i = 3.33
表五
形状——L
A00.378
5、接地体有效长度的计算
表六
敷设接地体处的土壤电阻率-ρ(Ω·m)ρ =1500
接地体有效长度-Le Le=77.46
Y+**□○0.867 2.14 5.278.81 1.690.48。
第猿章摇接地电阻常用计算公式本章计算式基本被编入作者提供下载的耘曾糟程藻序造中,读者可直接采用。
猿郾员摇半球、圆盘工频接地电阻公式猿郾员郾员摇半球如图猿鄄员所示,与地表齐平的均匀土壤中半球接地电阻公式为砸越ρ(猿鄄员)圆则式中摇ρ———土壤电阻率(Ω·皂);图猿鄄员半摇球模型则———半球半径(皂)。
半球接地最不经济,其公式几无实际意义,但可以用来更好地帮助理解接地,后面会有详述。
猿郾员郾圆摇圆盘与地面齐平的置于均匀土壤中的圆盘接地电阻公式为π ρ槡摇砸越源槡杂(猿鄄圆)ρ越源则式中摇ρ———土壤电阻率(Ω·皂);杂———圆盘面积(皂圆);则———圆盘半径或者与接地网面积杂等值的圆半径(皂)。
圆盘(或平板)接地极不经济,其公式也无实际意义,但有助更好地理解接地,另外,在此基础上衍生出来的网状接地电阻公式被广为采纳(参见后面的式(猿鄄远)、式(猿鄄苑))。
猿郾圆摇常用人工接地极工频接地电阻公式猿郾圆郾员摇垂直接地极的接地电阻计算当造跃跃凿时,有第猿章摇接地电阻常用计算公式· 圆苑·砸越ρ(造灶愿造(猿鄄猿)圆π造凿原员)式中摇砸———垂直接地极的接地电阻(Ω);———土壤电阻率(· 皂);ρΩ造———垂直接地极的长度(皂);凿———接地极用圆钢时,圆钢的直径(皂)。
当用其他形式钢材时,凿等效直径应按下式计算(见图猿鄄猿):钢管摇摇摇摇摇摇摇凿越凿员扁钢凿越遭圆等边角钢凿越园郾愿源遭不等边角钢源)槡员圆员垣遭圆图猿鄄圆垂摇直接地图猿鄄猿几摇种形式钢材极的示意图的计算用尺寸猿郾圆郾圆摇不同形状水平接地极的接地电阻计算计算式如下:ρ造砸越圆(造灶澡凿(猿鄄源)圆π造垣粤)式中摇砸———水平接地极的接地电阻(Ω);造———水平接地极的总长度(皂);澡———水平接地极的埋设深度(皂);凿———水平接地极的直径或等效直径(皂);粤———水平接地极的形状系数。
水平接地极的形状系数可采用表猿鄄员所列数值。
1 计算说明1.1 计算目的(1)导体和电器的热稳定,热稳定以及电器的开断电流,一般按三相短路验算;若中性点直接接地分流中的单相、两相接地短路电流较三相短路严重时,则应按最严重情况计算。
(2)通过接地装置接地电阻的计算以确定变电站的接地装置布置方式。
1.2 计算依据(1)电力工程设计手册(电气一次部分)第十六章“接地装置”;(2)交流电气装置的接地(DL/T 621-1997)”。
2 接地装置电阻的计算2.1 等值土壤电阻率的选取根据本站的土壤电阻率测定报告(附件),5m深度的土壤电阻率计算值如下:82979737374747987941029876543211=++++++++=+++++++=IIIIIIIIlρ12981811601381191151101051029111111112=+++++++=+++++++=PONMLKJIlρ10493037458111813315016418199876543213=++++++++=++++++++=PPPPPPPPPlρ44930303536344763799999999994=+++++++=+++++++=P O N M L K J I l ρ 7768.328257.169.054.088.0282446910472129698272697269724433221154321==+++=++++++=+++++++=∑l l l l ll l l l l l l l ρρρρρ 根据岩土报告以及测量时的天气情况,本站考虑土壤季节系数为2,即本站计算采用5m 层等值土壤电阻率为ρ f =77×2.4=185。
2.2 入地短路电流1)最大接地短路电流为110kV 母线接地短路电流为: I max = 6.88(kA )(A )式:I=(I max -I n )(1-k e1) =(5.77-0)(1-0.5)=3.44(kA ) ke1=0.5 (B )式:I = I n (1-k e2) = 0(1-0.1)=0(kA ) ke2=0.1 取上述两式中最大值为入地短路电流 I 入地 = 3.44(kA ) 2.3 接地电阻R ≤2000 / I 入地 R ≤2000 / 3440 R ≤0.581(Ω•m ) ρ f = 185Ω•mT =200ms(断路器失灵保护时间)= 0.2s)(V tU f t 227545.0 10242.0500017.017417.0174==⨯+=+=ρ(说明:本站做“沥青+混凝土”操作绝缘地面,接触电位差按ρf = 5000Ω•m ))(V t U f s 67545.0 52.422.0 1857.0174 7.0174==⨯+=+=ρ 2.4接地极材料的选取及校验 2.4.1 热稳定校验 接地线的最小截面:)(9.3966.07034402m m t c I S egg ≥≥≥根据规程,未考虑腐蚀时,接地装置接地极的截面不宜小于连接至接地装置的接地线截面的75%。
(一)接地系统要求与计算1.1 接地电阻的构成概述接地电阻主要取决于以下三个因素:1)导体本身的电阻,这部分电阻基本可以忽略不计;2)导体与土壤的接触电阻,这部分电阻占整体接地电阻的10%;3)土壤的散流电阻,这部分电阻占整体接地电阻的90%左右。
所以土壤电阻率的大小是决定一个接地系统电阻高低的决定性因素,影响土壤电阻率的因素为该处土壤的地质结构、降雨量、环境温度及地理环境。
在改造不良接地系统时,只能通过改善土壤的地质结构来改善土壤电阻率,而后三者我们是无法改变的。
目前,改善土壤电阻率的方法就是用土壤导电增强材料(俗称降阻剂),来替代与地网接触的部分土壤。
降阻剂分为物理降阻剂和化学降阻剂,前者的主要成分为不具备腐蚀性的炭灰电石等成分,后者的主要成分为易分解电解盐。
化学降阻剂不稳定的电解盐会随时间改变和地下水冲刷而分解失效,不但污染环境并且电解盐的存在加速了接地材料的腐蚀速度,长期使用后果严重,物理降阻剂则不存在这些缺点。
目前欧美国家已严格禁止使用化学降阻剂,而只可以使用物理降阻剂来改良土壤的导电率。
使用物理降阻剂务必选择拥有国际认证证书的生产厂家,以避免不合格及假冒的产品。
1.2 接地网合理设计对比接地方案设计的合理性和科学性同样决定地网接地电阻的大小。
设计方案时要充分考虑土壤的地质结构,地网铺设的面积,周边的环境等,在此基础上参照相关标准设计出理论上合理、合格的方案,并在施工的过程中,配合施工方让方案的设计落到实处。
对于地网而言,决定其接地电阻的大小主要是其所包围的面积的大小,GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》中列出的计算公式为: R n =α1*Re0012.0ln 3L S S L a ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=()R S B L S hd B e =++-⎛⎝ ⎫⎭⎪02131295.ln ρρπB h S=+1146.式中: R n ——任意形状边缘闭合接地网的接地电阻Ω;R e ——等值方形接地网的接地电阻Ω;S ——接地网的总面积m 2;d ——水平接地极的直径或等效直径m ;h ——水平接地极的埋设深度m ;L 0——接地网的外缘边线总长度m ;L ——水平接地极的总长度m 。
接地电阻计算方法单根垂直接地体(棒形):RE1≈σ/l单根水平接地体:RE1≈2σ/l多根放射形水平接地带(n≤12,每根长l≈60m): RE≈0.062σ/n+1.2 环形接地带: RE≈0.6σ/√Aσ值(参考):土壤类别Ω.m 较湿时较干时黑土、田园土50 30~100 50~300粘土60 30~100 50~300砂质粘土、可耕地100 30~300 80~1000黄土200 100~200 250含砂粘土、砂土300 100~1000 >1000多石土壤400砂、砂砾100 250~1000 1000~2500接地体及接地线的最小尺寸规格类别材料及使用场所最小尺寸接地体圆钢直径10mm角钢厚度4mm钢管壁厚3.5mm扁钢截面48mm2 厚度4mm接地线圆钢室内直径6mm室外直径8mm扁钢室内截面48mm2 厚度3mm室外截面48mm2 厚度4mm垂直接地体根数确定:n≥RE1/ηRE垂直接地体的利用系数η值(环形敷设)根数10 20 301 0.52~0.58 0.44~0.50 0.41~0.47 垂直接地体的间距与其长度比2 0.66~0.71 0.61~0.66 0.58~0.633 0.74~0.78 0.68~0.73 0.66~0.71 满足热稳定的最小截面:Smin=4.52I(1)k接地电阻的计算与测量路灯设施的接地保护事关国家财产和人民生命安全的大事.为做好接地保护并有效地设置接地电阻,必须正确计算和测量接地电阻.理论上,接地电阻越小,接触电压和跨步电压就越低,对人身越安全.但要求接地电阻越小,则人工接地装置的投资也就越大,而且在土壤电阻率较高的地区不易做到.在实践中,可利用埋设在地下的各种金属管道(易燃体管道除外)和电缆金属外皮以及建筑物的地下金属结构等作为自然接地体.由于人工接地装置与自然接地体是并联关系,从而可减小人工接地装置的接地电阻,减少工程投资.一、接地电阻值的规定在1000V以下中性点直接接地系统中,接地电阻Rd应小于或等于4Ω,重复接地电阻应小于或等于10Ω.而电压1000V以下的中性点不接地系统中,一般规定接地电阻R为4Ω.因此,根据实际安装经验,在路灯照明系统中接地电阻Rd应小于或等于4Ω.二、人工接地装置接地电阻的计算人工接地装置常用的有垂直埋设的接地体、水平埋设的接地体以及复合接地体等.此外,接地电阻大小还与接地体形状有关,在路灯施工应用中,通常使用垂直、水平接地体,这里只简要介绍上述两种接地电阻的计算.1、垂直埋设接地体的散流电阻垂直埋设的接地体多用直径为50mm,长度2-2.5m的铁管或圆钢,其每根接地电阻可按下式求得: Rgo=[ρLn(4L/d)]/2πL式中:ρ—土壤电阻率(Ω/cm)L—接地体长度(cm)d—接地铁管或圆钢的直径(cm)为防止气候对接地电阻值的影响,一般将铁管顶端埋设在地下0.5-0.8m 深处.若垂直接地体采用角钢或扁钢(见图1),其等效直径为:等边角钢d=0.84b扁钢d=0.5b为达到所要求的接地电阻值,往往需埋设多根垂直接体,排列成行或成环形,而且相邻接地体之间距离一般取接地体长度的1-3倍,以便平坦分布接地体的电位和有利施工.这样,电流流入每根接地体时,由于相邻接地体之间的磁场作用而阻止电流扩散,即等效增加了每根接地体的电阻值,因而接地体的合成电阻值并不等于各个单根接地体流散电阻的并联值,而相差一个利用系数,于是接地体合成电阻为Rg=Rgo/(ηL*n)式中,Rgo—单根垂直接地体的接地电阻(Ω);ηL—接地体的利用系数;n—垂直接地体的并联根数.接地体的利用系数与相邻接地体之间的距离a和接地体的长度L的比值有关,a/L值越小,利用系数就越小,则散流电阻就越大.在实际施工中,接地体数量不超过10根,取a/L=3,那么接地体排列成行时,ηL在0.9-0.95之间;接地体排列成环形时,ηL约为0.8.2、水平埋设接地体的散流电阻一般水平埋设接地体采用扁钢、角钢或圆钢等制成,其人工接地电阻按下式求得:Rsp=(ρ/2πL)*[Ln(L2/dh)+A]式中,L—水平接地体总长度(cm);h—接地体埋没深度(cm);A—水平接地体结构型式的修正系数三、接地电阻的测定接地电阻的测定有多种方法,如利用接地电阻测量仪、电流-电压表法等,其基本方法是测出被接地体至“地”电位之间的电压和流过被测接地体的电流,而后算出电阻值.图2为电流-电压表法的原理图.其中A、B为长约1m、直径为50mm的临时检测用的辅助钢管,打入地中位置必须距被测接地装置在20m以上,A、B间距也应保持在20m以上.一般采用一根钢管作为辅助极即可达到准确测量的目的.将电压表和电流表的读数分别记下,并列出下式RdA=Rd+Rn=U1/I1RdB=Rd+RB=U2/I2RAB=RA+RB=U3/I3因为RdA+RdB-RAB=2Rd所以Rd=(RdA+RdB-RAB)/2Ω用该方法测电阻不受测量范围的限制,但需要有独立的交流电源|稳压器,在没有电源的地方,可利用电阻测量仪进行实测.值得一提的是,在测量接地电阻时,应考虑季节性的影响,即在最不利的条件下所测得的结果更符合检测要求.变电所接地网的设计与安装随着电力事业的快速发展,电力系统中对接地装置的要求越来越严格,变电所接地系统直接关系到变电所的正常运行,更涉及到人身与设备的安全。
然而由于接地网设计考虑不全面、施工不精细、测试不准确等原因,近年来,发生了多起地网引起的事故,有的不仅烧毁了一次设备,而且还通过二次控制电缆窜入主控室,造成了事故扩大,故接地网对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。
1 地网设计目前的情况是,变电所网络仅有一张接地网总平面布置图及其简要说明,在布置图中只画出了主干线,一些特殊设备的接地线未标出,也未考虑设备密集区的地线连接,控制室、高压室及穿墙套管的接地网无单独的接地设计图,且设计部门既没有提供接地网设计计算说明书,也不标明一些重要参数是如何取得的。
有的设计人员并不知道土壤电阻率是由哪个部门提供、如何测量、是否能反映土壤的分层情况等,计算接地短路电流时,未能合理选择点分流和避雷线分流系数,致使设计的接地网电阻值可信度很低。
对接地网设计是否全面、合理关系到接地网的安全稳定运行,设计参数决定了接地网的基本状况,设计参数包括入地短路电流、土壤电阻率、接地电阻值等,现分析如下。
1.1 关于接地短路电流的计算电力行业标准DL/T 6211997中的计算公式为I = (Imax - In)(1 - Kel) 和I = In(1 - Ke2),取其最大值,式中I为接地短路电流,即通过接地网进行散流的电流。
Imax为接地短路时的最大接地短路电流,上述公式仅适用于有效接地系统,该值可向运行部门或继电保护部门索取,也可自己计算,一般采用单相接地时,最大运行方式下的最大短路接地电流。
In 为发生最大接地短路时,流往变电所主变压器中性点的短路电流。
当所内主变压器中性点不接地时,In = 0,此是上述可简化为I = Imax(1 - Kel);当变压器只有1个中性点,发生所内接地时,In =30%Imax,有2个中性点时,In 约等于50% Imax,实际值应以继电保护部门计算和实测为准。
Kel为短路时,与变电所接地网相连的所有避雷线的分流系数,据专家分析,Kel应由避雷线的出线回路数确定,出线为1路时,取0.15,2路时取0.28,3路时取0.38,4路时取0.47,5路以上时取0.5~0.58,且应根据出线所跨走廊的分流效果做出相应的增减。
Ke2为所外接地时,避雷线向两侧的分流系数,一般取0.18,这仅适于变电所内有变压器中性点接地的所外接地。
取值时,要考虑10年以上的发展规划,需乘以1.2~1.5的发展系数;在散流比较困难的地方,还应乘以散流系数1.25。
由上述取值可得出,只有当变电所内有两个中性点接地时,所外接地时的入地短路电流才有可能大于所内短路的入地短路电流。
1.2 土壤电阻率ρ的取值土壤电阻率ρ是决定接地网的关键参数,选择变电所所址时,要考虑所在地的土质情况,接地网处的土壤分层情况,不能仅取表层土壤的电阻率ρ,若土壤电阻率?太大,接地网的接地电阻值满足不了R≤2000/I 的要求。
1.3 接地电阻值的要求根据电力行业标准DL/T 621197规定,接地装置的接地电阻值应满足R≤2000/I,即IR < 2000V。
由于现在普遍采用微机保护,其对接地电阻值的要求很高,即R < 1ρ,2000V难以满足要求,故有的采取铺设接地铜排等措施来降低接地电阻值,国外有的已要求IR < 650V。
2 接地网施工安装由于部分施工单位的技术水平较差,在工程监理水平有限的情况下,难以保证接地网的施工质量,如虚焊、断开、主网未留活动检查点,甚至设备接地引下线都未接到主网干线上。
另外,施工单位将总体布置图当作竣工图给运行单位,未标出施工过程中改动的地方。
为防止上述违规事件的发生,接地网的检查、试验应由专业人员认真进行通电检查,做好中间验收和竣工验收,发现不规范的地方,及时要求施工队返工,这样才能保证工程质量。
施工时,还应注意以下问题:·主网干线上的镀锌扁钢应竖直放置,减少锈蚀速度。
·控制室的接地应形成环网,主干线穿过控制室时,应从两侧往楼上引接地线,且楼房的基石钢筋应与接地主干线连接,以改善接地效果。
·穿墙套管的接地应设在室外,且每组的接地线都应引至主干线,以提高运行人员和室内二次设备的安全性。
·一次设备的接地线不得往电缆沟内的接地扁钢上连接,也不应悬空穿越电缆沟。
·接地网水平接地极铺设后,回填土时,接地网下要用干净的原土,不得将脏土或碎石填到下部。
3 接地网阻抗的测试接地网施工完后,必须准确测试接地电阻值,以验证设计计算的准确程度,为运行单位提供确切的接地网参数。
由于接地网的特性,随土壤的成分和物理状态,以及随接地极的延伸范围和形状而变化,还随季节变化。
测试接地电阻时,接地棒离变电所较远,其间的土壤情况可能很复杂,有分层或埋有金属物等现象,引起电阻值测试不准确,或与设计计算值相差较远。
因此,测试接地网的接地电阻值时应在相似气侯和湿度条件下进行。
接地网的质量是保证变电所安全、可靠运行的重要因素,应引起电力有关部门的重视,并且从设计上、施工上、测量验收上下功夫,尽可能做到设计合理、施工精细、测试准确。
接地电阻测试方法(图解)一、接地电阻测试要求:a. 交流工作接地,接地电阻不应大于4Ω;b. 安全工作接地,接地电阻不应大于4Ω;c. 直流工作接地,接地电阻应按计算机系统具体要求确定;d. 防雷保护地的接地电阻不应大于10Ω;e. 对于屏蔽系统如果采用联合接地时,接地电阻不应大于1Ω。