淺談城市電網(wǎng)中變電所接地設(shè)計(jì)
摘要:對(duì)接地電阻的要求進(jìn)行分析,提出了接地設(shè)計(jì)中常見的問題及解決措施。
關(guān)鍵詞:變電所;接地;淺談
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)，農(nóng)業(yè)的電氣化程度大幅提高，城市的用電負(fù)荷也隨之迅猛增長。為保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力的需求，城市電網(wǎng)中變電所的數(shù)量不斷增加，容量也相應(yīng)擴(kuò)大，因此接地作為人身和設(shè)備安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，具有重要意義。以下將對(duì)城網(wǎng)中高壓變電所接地設(shè)計(jì)的問題作簡要討論。
1接地裝置的設(shè)計(jì)問題
（i）工程土壤電阻率的測量
由于受到測量設(shè)備、方法等條件的限制,土壤電阻率的測量往往不夠準(zhǔn)確。為提高測量精度,采用《電氣工程電氣設(shè)計(jì)手冊》中提供的計(jì)算平均電阻率的方法,使設(shè)計(jì)誤差值減小。
�。╥i）接地網(wǎng)布置
根據(jù)地網(wǎng)接地電阻的估算公式:R≈0.5ρ/√S
式中:ρ—土壤電阻率(Ω•m);
S—接地網(wǎng)面積(m2);
R—地網(wǎng)接地電阻(Ω)。
地網(wǎng)面積一經(jīng)確定,其接地電阻也就基本一定。因此,在地網(wǎng)布置設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分利用變電所的全部可利用面積。
（iii）垂直接地極的作用
在110kV變電所中,一般采用水平接地線為主,附帶垂直接地極復(fù)合型地網(wǎng)。根據(jù)R≈0.5ρ/√S可知,接地網(wǎng)的接地電阻與垂直接地極數(shù)關(guān)系不大。理論分析和試驗(yàn)證明,面積為30㎡~(100×100)㎡的水平地網(wǎng)中附加(40×40×5)長2.5m的垂直接地極若干,其接地電阻僅下降2.8%~8%。但是,垂直接地極對(duì)沖擊散流作用較好,因此,在獨(dú)立避雷針、避雷線、避雷器的引下線處應(yīng)敷設(shè)垂直接地極,以加強(qiáng)集中接地和散泄雷電流。
（iv）地網(wǎng)均壓網(wǎng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定,當(dāng)包括地網(wǎng)外圍4根接地線在內(nèi)的均壓帶總根數(shù)在18根以下時(shí),宜采用長孔接地網(wǎng),由于110kV變電所占地面積一般不超過(100×100)m2,考慮均壓線間屏蔽作用,均壓線總根數(shù)一般為8根~12根左右,故根據(jù)規(guī)程規(guī)定,一般采用長孔方式布置,但存在以下幾個(gè)方面的問題。長孔地網(wǎng)均壓線與主網(wǎng)連接薄弱,均壓線距離較長,發(fā)生接地故障時(shí),平均壓降較大,易造成二次控制電纜和設(shè)備損壞。當(dāng)某一條均壓線斷開時(shí),均壓帶的分流作用明顯降低。而方孔地網(wǎng)的均壓帶縱橫交錯(cuò),當(dāng)某條均壓線斷開時(shí),對(duì)地網(wǎng)的分流效果影響不大。因此,建議在變電所地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí),采用正方孔均壓網(wǎng)設(shè)計(jì),以提高接地安全性。
�。╥v）接地網(wǎng)的防腐設(shè)計(jì)
關(guān)于地網(wǎng)材料的選用問題,常規(guī)選用扁鋼和圓鋼兩種,相同截面的扁鋼與圓鋼與周圍土壤介質(zhì)的接觸面不一致,但由于其腐蝕機(jī)理不完全一致,腐蝕結(jié)果基本一致。而且規(guī)程中也提供了不同的腐蝕數(shù)據(jù)。因此,關(guān)于接地材料選用扁鋼還是圓鋼沒有很大差別。關(guān)于防腐的設(shè)計(jì)問題,一般應(yīng)考慮在設(shè)計(jì)年限內(nèi),采用熱鍍鋅材料。
2.6接觸電勢與跨步電壓
接觸電勢與跨步電壓是地網(wǎng)安全性設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要參數(shù),新規(guī)范中指出這兩參數(shù)不應(yīng)超過下列數(shù)值:
Ut=(174+0.17ρf)/√t
Us=(174+0.7ρf)/√t
式中:Ut—最大允許接觸電勢(V);
Us—最大允許跨步電勢(V);
ρf—人站立處地表面土壤電阻率(Ω•m);
t—接地短路持續(xù)時(shí)間(s)。
�。╲i）地網(wǎng)的敷設(shè)深度
規(guī)程和新規(guī)范中明確指出,接地網(wǎng)的埋設(shè)深度宜采用0.6m,《設(shè)計(jì)手冊》中又補(bǔ)充到,在凍土地區(qū)宜敷設(shè)于凍土層以下,現(xiàn)設(shè)計(jì)中一般將地網(wǎng)全部埋設(shè)于凍土層以下。最大接觸電勢是地網(wǎng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù),地網(wǎng)設(shè)計(jì)的問題之一就是如何降低地網(wǎng)的最大接觸電勢。接地網(wǎng)的埋深由零開始增加時(shí),其接觸系數(shù)是減少的,但埋深超過一定范圍后接觸系數(shù)又開始增大。
目前所遇到的變電所一般都是處于季節(jié)性凍土地區(qū)。將地網(wǎng)敷設(shè)在0.6m深度時(shí),冬季將使地網(wǎng)處于凍土層中。由于土壤凍結(jié)后其電阻率將增大為原來的3倍以上,對(duì)地網(wǎng)接地電阻有一定的影響。目前采用的地網(wǎng)是以水平接地線為主邊緣帶有垂直接地極數(shù)復(fù)合型地網(wǎng),冬季垂直接地極大部分伸于下層非凍結(jié)土壤中。此時(shí)土壤結(jié)構(gòu)可以等效為兩層電阻率不同的土壤結(jié)構(gòu)。有研究表明,對(duì)于處于雙層土壤介質(zhì)中的垂直電極,其各部分的散流密度與周圍介質(zhì)的電阻率成反比,除了在電極尖端處,具有ρiJi=常數(shù)(其中Ji為處于電阻率為ρi土壤中的電極部分的散流密度)。此時(shí),當(dāng)電極有一部分進(jìn)入下層土壤時(shí),整個(gè)電極的散流電阻將主要取決于下層土壤。因此,在季節(jié)性凍土地區(qū),采用這種帶有垂直接地極復(fù)合型地網(wǎng)有很大優(yōu)點(diǎn)。將地網(wǎng)埋于凍土層以下,對(duì)地網(wǎng)的接地電阻來講肯定有利。
�。╲ii）降阻劑的使用
近年來,降阻劑在電力系統(tǒng)接地工程中得到了廣泛的應(yīng)用,降阻劑的主要作用是降低與地網(wǎng)接觸的局部土壤電阻率,換句話說,是降低地網(wǎng)與土壤的接觸電阻,而不是降低地網(wǎng)本身的接地電阻。其次,對(duì)于大型地網(wǎng),由于均壓帶和垂直接地極的存在,屏蔽作用較大,降阻劑的作用一般很小。
變電所地網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行,在具體工程設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮地網(wǎng)布置,敷設(shè)深度,腐蝕及熱穩(wěn)定校驗(yàn)等方面。對(duì)合格地網(wǎng)的概念應(yīng)有全面的認(rèn)識(shí),接地電阻應(yīng)按實(shí)際的流經(jīng)地網(wǎng)入地的短路電流計(jì)算,降低接地電阻、降低接觸電勢和跨步電壓等都是合格地網(wǎng)要求的主要因素。因此,在保證變電所接地的安全條件下,應(yīng)綜合考慮各種因素,合理地設(shè)計(jì)接地裝置以便于變電所的安全運(yùn)行和施工。
參考文獻(xiàn):
[1]DL/T621-1997,交流電氣裝置接地的規(guī)定[S].
[2]DL/T620-1997,交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合[S].
[3]電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊（電氣一次部分）.
[4]城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則.
