个人工具

接地极的施工和测定

来自电气装置应用(设计)指南

跳转至: 导航搜索

目录


获得低电阻接地的一个十分有效的方法是在建筑物基础坑底的土壤内埋入一封闭环形导体。
在均质土壤内,这种接地极电阻 R 的电阻值可用下式粗略估算, \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\mbox{R}=\frac{2\rho}{\mbox{L} }\ ,

式中:

L = 埋入的导体的长度,m;

ρ = 土壤电阻率,Ωm。



接地极的接地质量 (接地电阻应尽量小) 主要决定于两个因素:

  • 施工方法;
  • 土壤类别。


施工方法

下面讨论三种常用的施工方法:

埋地环

(见图表 E20)

这种方法被强烈推荐采用,特别是对新建的建筑物。接地极宜沿基础开凿坑周长埋设,重要的是裸导体需与土壤紧密接触 (不要埋设在作为混凝土基础的砾石或硬核质填充料中)。因此接地极至少需有 4 根互相远离的垂直导体,以便连接电气装置。只要可能就需将钢筋混凝土内的钢筋与接地极连接。

作为接地极的导体,特别是当它埋设在基础坑内时,必须在土地内,至少在混凝土基础的砾石或混合硬质填充料下面 50 cm 处埋设。接地极和垂直引出至建筑物底层的导体都不宜和基础混凝土钢触。

对于已有建筑物,作为接地极的导体,应在沿房屋周边的墙外至少 1 m 深处埋设。
按常规,所有从接地极至地面上的垂直引线宜按低压标称电压 (600 ~ 1000 V) 绝缘。
此导线可以是:

  • 裸铜缆 (≥ 25 mm2) 或多层铜带 (≥ 25 mm2,厚度 ≥ 2 mm);
  • 铅包铝芯:电缆 (≥ 35 mm2);
  • 镀锌钢缆:裸缆 (≥ 95 mm2) 或多层钢带 (≥ 100 mm2,厚度 ≥ 3 mm)。

接地极电阻 R 的估算值为

\mbox{R}=\frac{2\rho}{\mbox{L} }\ ,

式中:
L = 导体长度,m;
ρ = 土壤电阻率, Ωm (见下文中“各类土壤的电阻率”).


图表 E20.jpg


图表 E20 : 导体埋在基础底之下,不在混凝土内


接地棒

(见图表 E21)

如为 n 根接地极 :  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\mbox{R}=\frac{1\rho}{\mbox{nL} }


垂直打入地下的接地棒常用于已有建筑物,也用于改进现有的接地极 (即降低其电阻)。

接地棒可以是:

  • 铜质或 (更常用的) 铜包钢,后者通常是 1 m 或 2 m 长,其端头攻有螺纹并配有承窝,以便需要时将它打至地下一定的深度 (例如在高土壤电阻率处到达有地下水的深处);
  • 镀锌钢管 [见注 (1)],直径 ≥ 25 mm,或镀锌铁棒,直径 ≥ 15 mm,长度皆 ≥ 2 m。

常需采用多根接地棒,这时棒间的距离应大于棒打入地内的深度,即乘以 2 ~ 3 的倍数。
总接地电阻 (土质均质条件下) 等于 1 根棒的接地电阻除以棒的根数。如果棒间距离为 4L,则电阻 R 值 (Ω) 约为

\mbox{R}=\frac{1\rho}{\mbox{nL} },

式中:
L - 接地棒的长度,m;
ρ - 土壤电阻率,Ωm (见下文“各类土壤的电阻率”);
n - 接地棒根数。


图表 E21.jpg


图表 E21 : 接地棒

垂直接地板

(见图表 E22)

垂直板状接地极:  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\mbox{R}=\frac{0.8\rho}{\mbox{L} }


每边长度 ≥ 0.5 m 的长方形板常被用作接地极,它埋入一垂直平面内,其中心点至少在地表面的 1 m 以下。 这块板可为:

  • 铜板,厚 2 mm;
  • 镀锌 [1] 钢板,厚 3 mm。

其电阻 R 值 (Ω)可依下式粗略计算

\mbox{R}=\frac{0.8\rho}{\mbox{L} } ,

式中:
L = 板的周边总长,m;
ρ = 土壤的电阻率,Ωm (见下文中“各类土壤的电阻率”)。


图表 E22.jpg


图表 E22 : 垂直接地板


各类土壤的电阻率

同一种土壤多次测定接地极电阻对确定设计接地极系统需用的土壤电阻率值是很有用的。


土壤种类 电阻率平均值 (Ωm)
沼泽土壤 1 - 30
淤积的冲击土层 20 - 100
腐蚀的土壤,树叶土壤 10 - 150
泥炭地 5 - 100
软泥土 50
泥灰质压缩粘土 100 - 200
侏罗系灰泥 30 - 40
含粘土的砂地 50 - 500
硅质砂地 200 - 300
石头地 1500 - 3000
草地下的多石底土 300 - 500
白垩质土壤 100 - 300
石灰石 1000 - 5000
有裂纹的石灰石 500 - 1000
页岩 50 - 300
云母页岩 800
花岗石和砂石 1500 - 10000
风化的花岗石和砂石 100 - 600


图表 E23 : 各类土壤的电阻率 (Ωm)


土壤种类 电阻率平均值 (Ωm)
压实且湿润的肥沃土壤 50
未压实不均匀的干燥土壤、卵石 500
多石土壤、暴露的干燥砂土、龟裂的岩石 3000


图表 E24 : 几种土壤的粗略电阻率平均值 (Ωm)


接地极和大地间的电阻值测定及其稳定性

接地极 / 大地交界面的电阻极少稳定不变

影响接地电阻的某些主要因素如下:

  • 土壤的湿度。

深度 2 m 以内的土壤,其潮气含量的季节性变化幅度是很大的。
在潮湿的冬天和干燥的夏天的温度变化范围内,深度 1 m 处的土壤电阻率的变化以及由此引起的接地电阻的变化其比值在 1 ~ 3 倍间。

  • 冰冻。

土壤被冻结后其电阻率将增大几个数量级,这就是推荐采用深埋接地极的一个原因,特别是在寒冷气象区内。

  • 老化。

用作接地极的材料由于种种原因,其性能会在一定程度上变劣,例如:
  -   化学反应 (在酸性或碱性的土壤内);
  -   电流的作用:它因地下的直流杂散电流而引起,例如来自电气化铁路等,或因不同金属形成的原电池而引起。不同性质的土壤作用在同一导体的不同部位上也可形成阴极和阳极区域,从而使阳极区域的金属表面被损耗,不利的是达到低接地电阻 (也即低土壤电阻率) 的最有利条件也是最容易发生电流流动最有利的条件。

  • 氧化。

焊接的接头和连接点是最易受氧化的部位,将新的接头或连接点彻底擦拭干净并用合适的油浸条带加以捆绑包裹是一个常用的防氧化措施。

接地极电阻的测定

必须安装一个或多个可拆卸的断接卡,以便将一接地极加以隔离来对它进行测定。

必须安装可拆卸的断接卡,它能使接地极与电气装置隔离开,从而可进行对接地电阻周期性的测定。为作这一测定,要求打两个垂直的辅助接地极。

  • 电流表法(见图表 E25):


图表 E25.jpg


图表 E25 : 用一个电流表测定电气装置接地极的对地电阻


A = R_T+{R_{t1} } = \frac{U_{Tt1} }{i_1}

B = R_{t1}+R_{t2} = \frac{U_{t1t2} }{i_2}

C = R_{t2}+R_T = \frac{U_{t2T} }{i_3}

如果电源电压 U 恒定不变 (每次测定时调整至同一电压值),则:

R_T=\frac{U}{2}\left ( \frac{1}{i_1} + \frac{1}{i_3} - \frac{1}{i_2}\right )

为了避免地下杂散电流 (直流电流或电力和通信网络的泄漏电流等) 引起的误差,测试电流宜用交流,但其频率应与电源系统的频率或其谐波的频率不同。用手摇发电机的仪表进行这类测定时通常产生的交流电压的频率为 85 ~ 135 Hz。

各接地极之间的距离并不重要,它们与被测定的接地极的方向也可不同,视现场情况而定,一般用不同间距和不同方向进行多次测定,从而对测定的结果互相校核。

  • 直读式接地电阻欧姆表的应用。

这类仪表有一个手摇式或电子式的交流发电机,并配套有两个辅助电极,其间距要求是:被测定的接地极的作用范围不与测试电极 (C) 的作用范围相重叠。离被测定接地极 (X) 远的电极 (C) 用以通过一电流,经大地到达被测定的接地极,第二个测试电极(P) 则用以检测电压,在接地极 (X) 和测试电极 (P) 间测得的电压是测试电流产生的,可用它得出被测接地极与大地间的接触电阻。很明显,必须小心地选定 (X) 至 (P) 的距离以出准确的结果。如果增大 (X) 至 (C) 的距离,电极 (X) 和 (C) 的电阻区域相互离开越远,电位 (电压) 曲线在 (O) 点处将越趋近水平。

因此在实际测定中是将 (X) 和 (C) 之间的距离加大,直到能用电极 (P) 测出三个点的读数,即在 (P) 点和在 (P) 点两侧距离约 5 m 处,测出三个接近的读数。(X) 至 (P) 的距离通为 0.68 倍的 (X) 至 (C) 的距离 (见补充图表 26)。


图表 E26a.jpg


a) 测量原理是基于假定在均质土壤条件下,电极 P 的位置要使电极 C 和 X 的影响区不重叠,因而要得到满意测量结果,则很难确定测试电极 P 的定位



图表 E26b.jpg


b) 表示当 (X) 和 (C) 相距较远时的电位梯度效应,测试电极 P 的定位无关紧要且易于确定。


图表 E26 : 使用一个地一电极试验的欧姆表来测量接地极 (X) 的对大地的电阻


备注:

  1. ^ 当镀锌的导电材料用作接地极时,如果土壤有腐蚀性,阴极保护中被腐蚀的阳极材料需延缓其腐蚀速度。可专门制作一镁阳极 (置于一装满合适“土壤”的能渗透的套袋内) 将其与接地极直接连接,实施这一举措时需找专家咨询。