1、接地基本知識中鐵電氣化局集團第三電氣試驗室編第一節 接地基本概念一接地的定義接地的含義是為電路或系統提供一個參考的等電位點或面。接地的另一個含義從原理上看是為電流流入大地提供一條低電阻（或低阻抗）路徑。從工程實用觀點來看就是在線路或電氣設備發生接地故障時為故障電流流回電源提供一條低電阻（或低阻抗）路徑。在電力系統中接地通常指的是接大地即將電力系統或電氣設備的某一金屬部分經金屬接地線連接到接地電極上，稱為接地。電力系統中的接地，通常是指中性點或相線上某點的金屬部分，而電氣設備的接地通常情況下是指不帶電的金屬導體（一般為金屬外殼或底座）。此外，不屬于電氣設備的導體即電氣設備外的導體，例如，金屬水管

2、、風管、輸油管及建筑物的金屬構件經金屬接地線與接地電極相連接，也稱為接地。接地的目的主要是防止人身觸電傷亡、保證電力系統正常運行、保護輸電線路和變配電設備以及用電設備絕緣免遭損壞；預防火災、防止雷擊損壞設備和防止靜電放電的危害等。接地的作用主要是利用接地極把故障電流或雷電流快速自如地泄放進大地土壤中，以達到保護人身安全和電氣設備安全的目的。接地按其作用可分為功能性接地和保護性接地兩大類。1、功能性接地功能性接地可分為工作接地、邏輯接地、信號接地和屏蔽接地4種。2、保護性接地保護性接地可分為保護接地、防雷接地、防靜電接地和防電腐蝕接地4種。二、接地四要素一般地說，電力系統中構成接地必須滿足如下四

3、個條件：被接地體、接地線、接地電極和大地，如圖2-1所示。被接地體、接地線、接地電極和大地構成接地四要素。 被接地體接地線大地 接地電極 圖一 接地系統構成四要素第二節 施工工藝及材料選擇接地網施工工藝正確與否是保證所設計的接地網能否達到最佳效果的關鍵環節。如果不重視接地網施工的各個環節，將會造成嚴重的后果。因為接地工程的效能是不能僅用測試來評估的，并且接地工程是隱蔽工程，當施工完成后存在的問題不一定能馬上檢測到，即使發現了問題，進行補救也是相當麻煩的，比如說其中的防腐細節。歸納起來造成事故的主要原因有如下幾點。（1）在施工安裝過程中沒有按照設計的要求進行，而是根據現場工作的方便予以隨便更改，

4、尤其對要求比較高的地方，若不按規定進行施工，則很容易發生事故。（2）在施工安裝過程中雖然按照設計的要求進行，但不夠嚴格，尤其是很多隱蔽工程，事后也不容易發現施工中的缺陷，這也是造成事故的原因之一。（3）有些簡單的安裝工作常由一些不懂電氣的人員安裝，比如家用電器的接地工作，如不注意則也容易造成事故。為了防止事故的發生，杜絕以上原因，在接地施工開始前，必須首先熟悉設計，對簡單的安裝工作也要熟悉相關規程，并嚴格按設計或規程進行施工。對隱蔽工程，安裝完成后，必須先檢查，然后再進行后續的混凝土澆灌等工作，以免在土建完成后無法再檢查或發現問題時會付出更大的代價。使用非金屬接地塊時，應盡量選擇合適的土層進行

5、埋設，預先開挖8-10cm的土坑（平埋），底部盡量平整，使埋設的接地塊受力均勻。接地塊水平設置時，先用連接導線將連接頭與接地網連接在一起，用螺栓擰緊后進行熱焊或熱融接，焊接完成以后應去除焊渣等，再用防腐瀝青或防銹漆進行焊接表面的防銹處理。回填時需要分層夯實，保證土壤密實以及接地塊與土壤緊密的接觸。底部回填40-50cm后，應適量加水，保證土壤濕潤，令接地塊充分吸濕，使用降阻劑時，為了防腐，包裹厚度應在30mm以上。 接地用的鋼材一般可用50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm的角鋼， 40mm×5mm或40mm×4mm的

6、扁鋼，50mm、壁厚大于3mm的鋼管。角鋼對角線長的約 為70mm，短的約是566mm。若包裹厚度為30mm，則地網開挖直徑應為130mm。 對于水平扁鋼來說，由于地面開挖高低不平，而且扁鋼本身彎曲不直，在施工中很多部位剛好被降阻劑蓋住，這樣，鋼材實際上處在兩種介質的交界處，會大大加快其腐蝕的程度，因此地網開挖尺寸也應該加大。 對于垂直澆灌的降阻劑，直徑以130200mm為好，水平溝以150mm×100mm為好 (扁鋼豎放)。這樣做的結果是開挖工程量和降阻劑用量都會增加，但從整體降阻、防腐效果來看是合理的。離子接地系統的埋深一般為30004000mm，當接地體需要加長時，其相應的埋深

7、也應增加，有條件的可用鉆機進行施工，孔徑保證為100250mm(根據接地系統的形式進行選擇)。施工中應保證導電體被輔料包裹密實，消除空隙和氣泡。一、接地材料的選擇接地材料是接地的工作主體，材料的選擇至關重要。下面對常用接地材料的屬性進行簡單的介紹。使用廣泛的接地工程材料有金屬材料(常用的如扁鋼)接地體、降阻劑和離子接地系統等。多數接地工程都會選用銅作為金屬材料，主要用于接地環的建設。金屬接地體(角鋼、銅棒和銅板)的壽命較短，接地電阻上升快，接地網改造頻繁(有些地方年年都需要改造)，維護費用較高。但是在傳統金屬接地體(極)基礎上研制出來的特殊結構的接地體 (帶電解質材料)的使用效果就比較好，一般

8、稱之為離子接地系統。非金屬接地體使用起來比較方便，幾乎沒有壽命的約束。為使接地電阻達到一定值的要求，在有些地方采用降阻劑不失為一種好辦法。降阻劑分為化學降阻劑和物理降阻劑兩種類型。化學降阻劑因其會污染水源和腐蝕地網，現在基本上已不再使用，現在廣泛使用的是物理降阻劑(也稱為長效降阻劑)。物理降阻劑屬于材料學、中的不定性復合材料，可根據使用環境形成不同的形狀和包裹體，使用范圍廣泛，可以和接地環或接地體同時運用，用來包裹在接地環或接地體周圍，起到降低接觸電阻的作用。另外，降阻劑含有可擴散成分，可以改善周邊土壤的導電屬性。現在較先進的降阻劑都具有一定的防腐能力，可以延長接地網的使用壽命。物理降阻劑在工

9、程上的運用已經有20多年的歷史，經過不斷的實踐和改進，現在無論是性能還是施工工藝都已相當成熟。非金屬接地體是在通信、廣電等部門廣泛使用的工程材料，由導電能力優越的非金屬材料復合加工成型，加工方法有澆注成型和機械壓模成型兩種。一般來說，澆注成型的產品結構松散，強度低，導電性能差，而且質量不穩定。機械壓模成型是使用設備在幾至十幾噸的壓力作用下將構件擠壓成型。采用機械壓模法生產的產品不僅尺寸精度較高、外觀好看，更為重要的是材料結構致密，電學性能好，抗大電流沖擊能力強，質量也相當穩定，但生產成本較高。批量生產時多采用這種方法。在選用時應盡量采用后者，特別是接地體有抗大電流或抗大沖擊電流的要求(如電力工

10、作接地、防雷接地)時，不宜采用澆注成型非金屬接地體。非金屬接地體的特點是穩定性好，不會腐蝕，所以無需接地網的維護工作，也不需要定期的改造。非金屬接地體施工所需要的接地網面積比傳統接地面積要小很多，但在不同地質條件下也需要保證有足夠的接地面積，這樣才可能達到良好的接地效果。離子接地系統是由傳統的金屬接地系統改進而來的，其工作原理和材料的選用都有很大的變化，形成了各種形狀的結構。這些接地系統的共同點是主體部分采用防腐性更好的金屬，內部填充由電解質及其載體組件組成的內填料，外部包裹導電性能良好的不定性導電復合材料，一般稱為外填材料。接地系統中已使用的金屬材料有不銹鋼、銅包鋼和純銅材。不銹鋼的防腐性能

11、較鋼材好，但埋在地下依然會或多或少地發生銹蝕，以不銹鋼為主體的接地系統不宜在腐蝕性嚴重的環境中使用。表面做過處理的銅是很好的抗銹蝕材料。銅包鋼為銅一鋼復合材料，鋼材表面覆蓋銅，可以節約大量的貴金屬銅材。銅包鋼多采用套管法或電鍍法生產，表面銅層的厚度為001050mm，銅層越厚，防腐效果越好。純銅材料防腐性能最好，但會消耗大量的貴金屬銅，因此只在接地性能要求較高的工程中使用。由于接地系統大多向垂直方向伸展，接地面積要求越來越小，以滿足地形嚴重局限的工程需要。特別是補償類型的接地系統有加長的設計，輔以深井法施工，可以達到非常好的效果。第三節接地裝置施工中銅管和銅排的焊接施工前要認真閱讀設計圖紙，根

12、據設計要求選用指定的焊接方式。施焊前將焊接處及周圍污物清除干凈并用鋼刷打磨除去氧化物，所有焊點必須焊接牢固無虛焊。焊接方式一般有銅焊（氧氣乙炔焰焊接）、氬弧焊、放熱焊。銅焊就是利用氧氣乙炔火焰將焊接用的銅焊條和要焊接的部位加熱融化焊接在一起。氬弧焊要用專門的氬弧焊機，焊接時銅焊絲通過絲輪送進，導電嘴導電，在母材與焊絲之間產生電弧，使焊絲和母材熔化，并用惰性氣體氬氣保護電弧和熔融金屬來進行焊接的。放熱焊是利用一種反應性較強的金屬（通常是鋁）來還原另一種金屬或金屬氧化物（氧化銅），放熱焊接時發生還原反應釋放熱量將待焊接部位融化焊接在一起。接地材料為銅排及銅管.銅排和銅管的焊接難度較大，要求焊接人員

13、要有中級以上焊接技術資質。放熱焊接時，最好對焊接人員進行技術培訓。 有的工地在進行焊接時反映焊接不上或者假焊，后來我們現場分析發現，焊接時由于銅管插在含水量很大的土壤里面散熱很快，是造成焊接因難或假焊的原因。根據實際情況進行了焊接部位的焊前預熱后，改善了焊接條件，焊接的質量明顯得到提高。第四節工頻接地電阻和沖擊接地電阻根據接地所起的作用，接地電阻分為工頻接地電阻和沖擊接地電阻兩類。1、工頻接地電阻工頻電流流過接地裝置時所呈現的電阻稱為工頻接地電阻。通常指用于電氣接地的接地裝置的接地電阻。2、沖擊接地電阻當有沖擊電流，通過接地體注入大地時，土壤會被電離，此時求得的接地電阻為沖擊接地電阻礙。通常指

14、用于防雷接地的接地裝置的接地電阻。每個地鐵站都在站臺板的底部鋪設一個大型地網，相應的設計圖紙里設計依據列有接地裝置工頻特性參數的測量導則（DL475-92）一條，根據這個導則所測試的接地電阻礙就是接地裝置的工頻接地電阻。一般地當我們做電氣設備的接地裝置時，要檢測它的工頻接地電阻；做防雷設施的接地裝置時就要檢測它的沖擊接地電阻。地鐵站接地網圖紙設計要求我們檢測的就是工頻接地電阻第五節 降低接地電阻的措施綜合接地電阻理論以及根據技術設計、工程施工管理經驗等，目前所采取的降低接地裝置接地電阻的方法主要有以下幾種。 1更換接地裝置周圍的土壤該方法是使用土壤電阻率較低的土壤（如黏土、黑土等）替換掉原有的

15、土壤電阻率較高的土壤。土壤置換范圍為接地體周圍05m以內和接地體所埋深度的13處。取土置換方法的缺點是人力和工時耗費都比較大。2對接地裝置周圍的土壤進行化學處理在接地體周圍的土壤中加人一定量的化學物質，如食鹽、木炭、爐灰、氮肥渣、石灰等，以提高接地體周圍土壤的導電性，亦即降低土壤的電阻率。如采用食鹽時，對不同的土壤其效果也是不同的，例如砂質黏土用食鹽處理后，其土壤電阻率可減小為原來的1223，砂土的電阻率減小3534，砂的電阻率減小為原來的1829；對于多巖土壤，用：1 食鹽溶液浸漬后，其導電率可增加70。采用這種方法的特點是，工程造價較低且效果明顯，但土壤經人工處理后，會降低接地的熱穩定性，

16、加快接地體的腐蝕程度，從而減少接地體的使用壽命。因此，一般而言，在萬不得已的條件下才采用這種方法來降低接地裝置的接地電阻。3深埋接地極如果地下較深處的土壤或水的電阻率較低時，可采用深埋接地極的方法來降低接地電阻。對含砂土壤采用此法效果尤為明顯。據有關資料記載，在3m深處的土壤電阻率為100，4m深處為75，5m深處為60，6rn深處為60，6.5m深處為50，9m深處為20%。這種方法的特點是，可以不用考慮土壤凍結和干枯所增加的電阻率，但施工困難，要挖的土方量大，造價也相對較高，在巖石地區更難實現。4采用多支外引式接地裝置如果接地裝置附近有導電良好的河流湖泊時，可考慮采用此法。但要注意在設計、

17、施工時，必須考慮到連接接地極干線（銅或鋼）自身電阻所帶來的影響，因此，外引式接地極長度不宜超過100m。5利用降阻劑降低接地電阻降阻劑是由幾種化學物質配制而成的接地專用高新技術產品，包含具有導電性能良好的強電解質和水分。強電解質和水分被網狀膠體包圍著，網狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不會隨地下水和雨水而流失，所以能長期保持良好的導電性能。降阻劑因具有較高的導電性、吸水性和保水性等特點而成為接地裝置中實現降阻的首選產品。在接地極周圍敷設了降阻劑后，可以起增大接地體外形尺寸，擴大接地體的有效截面的作用，從而使接地體的有效散流面積增大，進而降低了接地電阻；此外，降阻劑因其膨脹特性會減小接

18、地體與土壤之間的接觸電阻，最后，降阻劑的滲透性會改善接地體周圍土壤的電阻率，會在接地體周圍的土壤形成一個變化緩慢的低電阻區，因而能在一定程度上降低接地極的接地電阻。降阻劑用在小面積的集中接地、小型接地網時，其降阻效果最為顯著，特別適合北方干旱地區和缺水的高山地區使用。6利用水和水接觸的鋼筋混凝土體作為流散介質充分利用水工建筑物（如水池等）和其他與水接觸的混凝土內的鋼筋等作為天然接地體也有助于降低接地體的接地電阻。在水下鋼筋混凝土結構物內的許多鋼筋網中，選擇一些縱橫交叉點加以焊接，再與接地網連接起來。如果利用水工建筑物作為自然接地體仍不能滿足要求，或者利用水工建筑物作為自然接地體不太容易時，應優

19、先在就近的水中（河水、池水等）敷設外引人工接地裝置（即水下接地網），接地裝置應敷設在水流速不大的地方或靜水中，并要壓上一些大石塊加以固定。7延長水平接地體結合接地工程的實際運用，分析的結果表明，當水平接地體長度增大時，電感的影響也會隨之增大，從而使沖擊系數增大。當接地體達到一定長度后，沖擊接地電阻也不再隨其長度的增加而下降。一般來說，水平接地體的有效長度不應超過100m接地體的有效長度要根據土壤電阻率來確定，見下表。不同土壤電阻率下水平接地體的有效長度土壤電阻率/·m50010002000水平接地體有效長度/m30-4045-5560-808引入污水為了降低接地體周圍的土壤電阻率，可

20、將污水引到埋設接地體的地方。若接地體采用的是鋼管，則可在鋼管上每隔20cm的地方鉆一個直徑5mm的小孔，使污水滲入土壤中。9深井接地條件允許時還可采用深井接地。即用鉆機鉆孔（或勘探鉆孔），把鋼管接地極打入井孔內，再向鋼管內和井內灌注泥漿。在確定降低高土壤電阻率地區接地電阻的具體措施時，應根據當地原有運行經驗、氣候狀況、地形地貌的特點和土壤電阻率的高低等條件進行全面、綜合的分析，再經過技術經濟比較后來確定，因地制宜地選擇合理的經濟的方法。這樣，既可保障線路、設備的正常運行，又可避免接地裝置工程投資過高情況的發生。第六節 地網工頻接地電阻工程實用測量法1測量原理接地裝置的工頻接地電阻的數值，等于接

21、地裝置的對地電壓與通過接地裝置流入地中的工頻電流的比值。接地裝置的對地電壓是指接地裝置與地中電流場的實際零位區之間的電位差。圖二是測量工頻接圖二 測量接地裝置工頻接地電阻的電極布置和電位分布示意圖G-被測接地裝置；P-測量用的電壓極，C 測量用的電流極，D-被測接地裝愛的最大對角線長度地電阻的電極布置和電位分布的示意圖，圖上點P是實際零電位區中的一點，實際零電位區是指沿被測接地裝置與測量用的電流極C之間連接線方向上電位梯度接近于零的區域。實際零電位區范圍的大小，與測量用的電流極離被測接地裝置的距離dGc的大小、通過被測接地裝置流入地中測試電流的大小及測量用的電壓表的分辨率等因素有關。 用電壓表

22、和電流表分別測量接地裝置G與電壓極P之間的電位差UG和通過接地裝置流入地中的測試電流I，由UG和I得到接地裝置的工頻接地電阻為：接地裝置接地電阻的工程竣工驗收測量，中國電力行業標準DL 4751992接地裝置工頻特性參數的測量導則推薦的測量方法是三電極法（簡稱三極法）和四電極法（簡稱四極法）兩種，其他測量方法僅供參考。2、測量工頻接地電阻的三極法 三極法的三極是指圖三所示的被測接地裝置G、測量用的電壓極P和電流極C。圖中測量用的電流極C和電壓極P離被測接地裝置G邊緣的距離為dGC（45）D和dGp=(0. 50.6)dGc, D為被測接地裝置的最大對角線長度，點P可以認為是處在實際的零電位區內

23、。如果想較準確地找到實際零電位區，可以把電壓極沿測量用電流極與被測接地裝置之間的連接線方向移動二次，每次移動的距離約dGC的5%,圖三 三極法的原理接線圈（D電極布透圖；（D原理接線圖喇測接地裝受；P測量用的電壓極，c：測鱟用的電流極；E溺童用的王頻電源，PA交流電流表；PV交流電壓表D被測接地裝置的攝大對角線長度測量電壓板P與接地裝置G之間的電壓。如果電壓表的三次指示值的相對誤差不超過5，則可以把中間位置作為測量用電壓極的位置。把電壓表和電流表的指示值UG和I代入RG=UG/I式中去，得到被測接地裝置的工頻接地電阻RG。當被測接地裝置的面積較大而土壤電阻率不均勻時，為了得到較可信的測試結果，

24、建議把電流極離被測接地裝置的距離增大，例如增大到10km，同時電壓極離被測接地裝置的距離也相應地增大。如果在測量工頻接地電阻時，dGC取（45）D值有困難，那么當接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻時，dGC可以取2D值，而dGP取D值，當接地裝置周圍的土壤電阻率不均勻時，dGc可以取3 D值，dGP取1.7 D值。如果接地裝置周圍的土壤電阻率較均勻，也可以用圖四所示的三角形布置電極的方式測量工頻電阻。當dGPdGC和30°時，測得的接地電阻按RG=UG/I式計算；當不滿足上述條件時，被測接地裝置的工頻接地電阻值由下式決定其中:r為被測接地網的等效半球的半徑，對于水平地網，等效半球半徑可按式r=計算；A為水平地網的面積。圖四 測量接地裝置的工頻接地電阻的三角形布置電極方式G被測接地裝置；P測量用的電壓極；C測量用的電流極；D被測接地裝置的最大對角線長度對測量儀表和引線截面的要求為了保證按地電阻的測量精確度，要求電壓表和電流表的準確度不低于1級，電壓表的輸人阻抗不小于100k，最好采用分辨率不大于1的數字電壓表（滿量程約50V）。測量引線的截面積，要求電壓極引線的截面積不小于11.5mm2；電流極引線的截面積按測