接地设计方案

目录

1. 工程基本情况 (1)

2.设计依据 (1)

3.设计思路和原则 (1)

3．1设计思路 (1)

3．2 设计原则 (3)

4 方案说明 (4)

4．1 地网的设计 (4)

4．2 土壤电阻率的确定 (4)

4．3 接地材料的选择 (5)

4. 4接地电阻的推导 (6)

4. 5 接触电压、跨步电压的推导 (6)

1. 工程基本情况

XXXX变电站，电压等级是330/132/33kV ，变电站站区长287.3m，宽229.5m。根据其地质勘测报告知，共测试5个点，土壤电阻率横向分布比较均匀；从测试的深度上考虑，0~0.5m为第一层，土壤电阻率为475~650Ω.m，0.5~24m左右为第二层，土壤电阻率为275~300Ω.m，以下几层的土壤电阻率更低，而在本接地设计中，主要考虑上面两层土壤对接地系统的影响。单相入地短路电流15.75KA，发生故障动作时间为1S。

2.设计依据

2.1 IEEE Std 80-2000 《IEEE Guide for Safety in AC

Substation Grounding》

2.2 客户提供的本项目相关资料：

XX 变电站土壤岩性分析

TS4000 标准：中文翻译接地网部分

XX 变电站总平面图

3.设计思路和原则

3．1设计思路

第一步：根据变电站的总平面布置图估计接地网的面积。

第二步：根据项目的地勘分析报告确定土壤电阻率及所需土壤模式（均匀土壤模式或双层土壤模式）。

第三步，计算确定接地系统中材料的尺寸。

第四步，计算可承受接触电压和跨步电压值。

第五步，确定站内主接地网设计要求的接地电阻值。

第六步，开始初步设计。

应包括围绕整个站的水平环形地网，垂直接地极的布置，设备接地引出线。并依据最大入地短路电流、地网面积等设计均压网格的大小，垂直接地极的之间的间距。

第七步，根据第二步计算的土壤电阻率确定站内主接地网的接地电阻值。分析采用均匀土壤模式还是双层土壤模式计算接地电阻，并采用相对于的计算公式。

第八步，如果原始设计的GPR低于可承受接触电压，则无需进一步分析。

第九步，对于设计好的地网，其网孔电压和跨步电压可采用IEEE Std80-2000中16.5关于均匀土壤的近似分析计算。

第十步，如果计算得到的网孔电压低于可承受接触电压，那么可以认为该地网是较安全的。如果计算的网孔电压大于可承受接触电压，那么该初步设计应进行修正（见第十二步）。

第十一步，如果计算出的接触电压和跨步电压均低于可承受电压，那么设计仅需明确表达，以满足设备接地导通的需要。否则，初步设计必须修正（见第十二步）。

第十二步，如果跨步电压或接触电压超过人能承受的，则要求修改地网设计。这些修改包括：缩小导体间距、增加垂直接地极。

第十三步，在达到了安全跨步电压或接触电压的要求后，可能需要增添地网和接地棒。如果重要设备周围没有接地网，那么就需增加地网

导体。在浪涌避雷器的底部、变压器的中性线等，需要添加集中接地装置。最终的设计应该复查以消除转移电位的危险和与特殊区域相联系的危险。

3．2 设计原则

在正常以及故障的情况下，任何变电站接地系统的设计都应达到两个主要目的：

a）不需要任何过度的运行和设备的限制，就能提供把电流耗散入地的方法（途径）。

b）确保接地设备附近的人员不被电击。

人们常常认为任何已接地的物体触摸都是很安全的。其实不然。变电站的低接地电阻本身并不是安全的保证。总的来说，接地系统的电阻和一个人可能受到的最大电击电流之间没有简单的关系。因此，一个接地电阻比较低的变电站可能是危险的，而另一个接地电阻很高的变电站可能是安全或通过合理的设计能使之安全。例如，如果一个变电站没有屏蔽或没有中性线的架空电线供电，则一个低电阻地网就显得很重要。当发生接地短路时，短路电流的大部分或全部电流入地会引起局部地电位的急剧上升。如果使用屏蔽线、中性线、气体-绝缘母线或地下电缆馈线等供电，则部分故障电流直接通过这些金属通路返回电源。既然此金属电路给回路提供了并联的低阻抗电路，因此局部地电位提升量较小。所以地网的几何结构、接地极的布置位置、当地的土壤特性和其它因素对地面的电位梯度均会起到很大的影响，而以上描述的影响因素我们可以根据相应的技术参数进行分析。

4 方案说明

4．1 地网的设计

本项目长287.3m.宽229.5m ，所以我们建议在站围墙1米内布置水平环形地网。地网长285.3m.宽227.5m 。地网网格大小设计为10m ×10m ，并将垂直接地极布置在水平接地网周边地网上，且放置在网格交叉处。同时考虑到重要设备故障电流的就近泄流和直击雷、感应雷等高频电流的快速泄放，在重要设备处、构架下、避雷器接地引下线处布置垂直接地极。并做好站内各设备、金属管道、电缆等的接地工作。

4．2 土壤电阻率的确定

从地质勘测报告中了解到，土壤电阻率横向分布均匀，众向分层很明显。所以在选择土壤模式时，我们可考虑采用均匀土壤的模式。尽管很难估算相关接地参数的误差上限，在各层间电阻率变化比较缓慢时，土壤电阻率平均值可以用做初级近似值或用来确定土壤电阻率的数量级。如下所示，取实测视在电阻率的算术平均值，可以得到均匀土壤电阻率的近似值。

()()()()()1231a a a a n a av n ρρρρρ+++???+=

式中：

ρa(1)+ρa(2)+ ρa(3)+…+ ρa(n)是在四极法中不同间距所测视在电阻率，Ω.m

n 是总测量次数

分析如下：

所在地区土壤电阻率进行了测试，并绘制了相应的图形。共测试了5个点，并在-0.5处有很明显的分层现象。

第一层：0~0.5m，视在土壤电阻率分别为ρa(av1)=641Ω.m、650Ω.m、495Ω.m、450Ω.m（原文中为45Ω.m，估计是书写错误或则此点土壤电阻率的确有些不同其他各处）、591Ω.m。根据以上公式，求平均值ρ1=564.4Ω.m（对接触电压、跨步电压计算中用的土壤电阻率取此值）。

第二层0.5~6.3m，视在土壤电阻率分别为ρa(av2)=275Ω.m、299Ω.m、300Ω.m、307Ω.m、280Ω.m。根据以上公式，求平均值ρ2=292.2Ω.m（对接地电阻计算中用的土壤电阻率取此值）。

4．3 接地材料的选择

每一接地系统的元件，包括地网导体、连接、连接导线和所有的主电极，其设计都应该符合装置的预期寿命要求，这些元件应具备如下特点：

a）具备足够的电导率，这样就不会形成明显的局部电位差。

b）在最不利的故障大小和持续时间的共同作用下，元件能避免熔化和机械损伤。

c）元件应具备机械稳定性和高度的坚固性。

d）即使暴露在腐蚀环境中或使用不当，元件也能保持它们的功能。

同时对于接地线材截面的选择可根据一定的技术参数推算。在本方案中不再计算，我们直接参照客户提供的采购单上要求的接地产

品，以及TS4000中描述的。水平接地极采用120mm2镀锡铜导线，垂直接地极采用铜包钢接地极，直径需≥16mm，长度为3000mm。结合我公司产品，在设计中选用Φ17.2mm×3000mm的铜包钢接地极。

4.4接地电阻的推导

尽管一个很低的接地电阻不是一个地网安全性的标志，但对于变电站，一个低电阻地网是必须的。《TS 4000 中文标准》中提到，发生接地故障时，地电位的上升不能超过5KV，而单相入地短路电压最大为15.75KA，则要求的接地电阻为5/15.75=0.317Ω。但要使站内主接地网的接地电阻≤0.317Ω，从经济上是不合算的，在接触电压和跨步电压满足要求的情况下，以及其它附加条件允许的情况下，接地电阻值可放宽。根据IEEE Std 80-2000，可以将接地电阻值放宽到1Ω，所以我们在本地网设计中，接地电阻允许值定为≤1Ω。

根据初步设计，可按照均匀土壤的模式计算所设计的地网接地电阻值（详见计算书）。

4.5 接触电压、跨步电压的推导

正常情况下，接地的电气设备工作于接近零地电位。也就是说，接地中性线的电位与远地点的电位几乎相等。接地故障期间，部分故障电流经由变电站地网入地，提高了地网相对于远地点的电位。这样当人处于之中，两脚之间就会产生电位差。同时人站立如有一手触及接地的设备时，地电位提升（GPR）使手触及点与人站立点地面之间有电位差。这就是跨步电压、接触电压的定义。而合理的地网设计，可以使在故障电流发生时，人通过的电流不大于其自身能承受的值。

如不能满足要求，则需增大人脚所站土壤电阻率的值，一般会在站内铺设沥青、砾石等。同时根据相关技术参数进行推导，详见计算书。