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正确理解接地的意义,确定接地电阻值
作者:admin    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2008-1-19    

正确理解接地的意义,合理确定接地电阻值

1.正确理解接地的意义
    1.1“地”的定义
  “地”是电气工程中的电位参考点(经常作为零电位)。电气工程包括电力工程和电子工程。
  “地”可以是大地(Earth),“点”的尺度为三维地球;“地”也可以是电路中的某一点(Ground),其尺度是一个有限的导体面、线、点。
    电位参考点就是电位的基准点,可以是电力系统中的某一点,如变压器中性点;也可以是直流电源的正、负极或其中间某一点。
    1.2接地的作用
    接地通常分为系统接地和保护接地。有的分为功能性接地和保护性接地。保护也是一种功能,所以前一分法更为确切。系统接地是为了使系统稳定运行,如变压器中性点接地,信号交流时的公共电位参考点等:保护接地如电源接地故障保护、静电接地、屏蔽接地、防雷接地等:也有的接地具有上述两种作用。接地是电气工程中必不可少的措施。
    1.3接地方式
    接地有的是与直接与大地连接,如防雷引下线、变压器中性点接地等;有的是经过阻抗器件与接地体连接,如经电阻、电抗器、消弧线圈等接地:有的“地”不与大地相连接,如某些电子设备的信号地(主要是模拟量信号)往往不与大地连接,此时称为悬浮地。
    2.接地电阻属于工程术语,“不可测论”的说法错误
    2.1接地电阻值是接地系统性能的基本量化标志
    接地是电气工程中重要的技术措施,接地系统的检测是必要的。接地电阻是接地系统性能最常用的、首要的基本量化标志。在非直流系统中采用接地阻抗更为准确,但其测量比较困难。
    2.2接地电阻的定义
    接地电阻的定义有多种。例如:接地电阻是接地体对地电阻和接地引线电阻的总和,数值上等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值(辞海);工频接地电阻是工频电流流过接地装置时,接地极与远方大地之间的电阻,其数值等于接地装置相对远方大地的电压与通过接地极流入地中电流的比值(GB/T19663-2005);接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆定律;当一个接地极通过接地电流I时,接地极的电位比接地电流通入前的电位升高到U,将U/I作为接地极的接地电阻(日本):常规接地阻抗是接地电压峰值与接地电流峰值的比,通常不会同时发生,接地端子电压是接地装置与远方大地之间的电位差(1EC62305-3)等等。
    从纯物理学角度看,上述定义都不严密。定义都与“远方”相关。远方在哪里?而且有的定义的数值应当是接地阻抗,不仅是电阻。尽管如此,“接地电阻“一词在世界上使用了100多年,而且还继续使用。其原因是接地电阻不是纯物理概念,它是工程术语。
    2.3接地电阻属于工程术语范畴
    在电气工程中许多场合可以忽略接地电感和电容的影响,用接地电阻代替接地阻抗:通常在远离接地极20~40m之后,便可称为远方零电位点,其计算误差能满足工程要求。例如接地电阻经常用于电源接地故障保护计算,并为实践所证明。
    工频接地电阻测量方便;在雷闪放电的主要频谱内,则使用冲击电阻这一术语,也容易从工频接地电阻近似换算出来。地电阻的定义的不严密性,工程可以接受。接地电阻这一术语广泛用于电气工程中,这是不可质疑的。
    2.4接地电阻“不可测论”有害于工程建设
    在工程实践中,接地电阻的测量出现过一些问题。一是使用不同型式的仪器对同一地点测试结果不同;二是同一仪器向不同方向测量的结果不同。
    第一种情况产生的原因可能有:仪器都是否都通过认证;操作是否正确;不同的仪器测量原理设计与被测对象特性的匹配差异;不同仪器对于土壤中杂散电流的敏感程度不一;第一次测量之后土壤化学及物理结构发生可逆或短时不可逆性变化,换仪器测量时土壤状况已有所变化。第二种情况产生的原因可能有:仪器的电流极、电压极在不同的方向上受到地下管道布局的影响不同;各个方向上的土壤物理、化学结构未必完全相同;各次测量对土壤化学结构的影响也有差异等。
    测量中出现的差异可以通过对仪器的矫正和正确的统计方法处理,接地电阻是可以测量的,其精度满足工程要求。这已为国内外无数的工程实践所验证。接地电阻“不可测论”会造成思想混乱而不知所措,丧失查找原因的信心,这不利于工程建设。接地电阻“不可测论”应当抛弃。
    3.接地电阻值的确定要有根据,要讲究经济效益
    接地电阻值的定量要求要有定量的公式计算为依据。
    3.1接地电阻值与接地电流密切相关
    接地阻抗取决于接地电流大小及频率。在频率较低时电阻为阻抗的主要分量。
    3.2工频电源系统接地电阻
    低压配电系统接地电阻R取决于电源接地电流,它应限制接地电流在设备外露导电部分产生的接触电压小于50V的(一般环境)。TN系统忽略感抗时应满足R≤<50/I(1为保护器件动作的接地故障电流A);TT、IT系统为R×ld≤50V(Id为接地电流A)。10kV小电阻接地系统为R≤(1500-250)/Id(1d为10kV接地电流A)。
    在35kV以上的高压变电所还有个跨步电压问题,也是通过计算高压线路接地时产生的跨步电压来提出接地接地电阻要求的。
    3.3电子系统接地电阻
    在接地线不作为信号的通路时(目前几乎极少用大地作为信号回路的设备),地面上的电子系统有的“地”是悬浮的,但易受干扰;航天器的电子系统不可能接大地,但信号系统的防干扰措施十分完善,代价高;地面电子系统的“地”基本都与大地相接,主要是防止外界电磁干扰和消除静电危害,取得更加稳定的信号参考点。
    电子系统防止干扰的接地电阻计算公式极为少见。防静电的接地电阻可以几百欧以上;空间干扰信号恒压源分量不受接地电阻影响;其恒流源分量数值极小,其中低频率分量在接地电阻控制在一定数值内时不会超过电子电路误动作阈值(笔者曾有过论述),高频分量的影响与接地电阻关系不大,因为接地系统的感抗远远大于电阻。例如在1MH###Z下3m长的25mm铜导体电阻为0.05Ω,感抗为26Ω:在100MH###Z下电阻为0.5Ω,感抗为26kΩ。盲目降低接地电阻代价高而无意义。
    3.4防雷接地电阻
    防雷接地目的是使雷电流顺利入地。为了减小地面电压,特别是采用A型接地装置时接地电阻在可能条件下不宜大于10Ω(1EC62305-3)。从等电位角度说,接地装置的形状和尺寸更为重要,特别是对于安装有电子系统或高火险建筑物以及在裸露坚硬岩石地区,最好采用B型接地装置。
    3.5共用接地系统的接地电阻
    3.5.1共用接地系统接地电阻值取各类接地设备接地要求的最小值

    设备接地有工作接地(系统接地)和电源接地故障保护两种。在安装高频电子设备的建筑物,后者接地电阻要求最小,应以电源接地故障保护为主,并且已经有公式计算。
    3.5.2共用接地系统接地电阻的误区
    某些标准规定共用接地的接地电阻要小于单独接地的电阻值,没有道理。一是不了解接地系统“三——二——一”的发展过程。当年三个地时,设计人员将电子设备制造商管不着的防雷和电源接地合二为一,后来向电子设备制造商妥协,将共用接地装置接地电阻降低为1Ω,才实现了三合一:其二是某些标准相互“克隆”。当年提出1Ω的制造商早不再提1Ω了,但我国的标准没有及时修订,后面的标准照抄,如GB50116-98、GB50038-2005等。应当走出共用接地电阻1Ω的误区。

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