王慶海（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇　徐州　221011）

江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王慶海
（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇徐州221011）

摘要：學(xué)校是人群較集中的地方，職業(yè)學(xué)校除了傳統(tǒng)的理論教學(xué)場(chǎng)所外，還有大量的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)車(chē)間，電源電壓等級(jí)較多，高低壓設(shè)備都有；江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院建在山坡上，校園南北高差達(dá)30多米，整體地勢(shì)較高，春夏季節(jié)落雷現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此，只有健全接地系統(tǒng)，才能達(dá)到安全教學(xué)的目的。本文結(jié)合江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院接地系統(tǒng)改造方案和效果進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：保護(hù)接地;防雷接地系統(tǒng);TN-S系統(tǒng);水平接地極;垂直接地極;復(fù)合接地極

0　引言

江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院高壓采用10KV供電。變電所在學(xué)校中部，有兩臺(tái)S9-630/10型電力變壓器，聯(lián)結(jié)組別為Y，yn0方式，平時(shí)一臺(tái)供電，一臺(tái)備用，變電所內(nèi)用聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。

學(xué)校原有的接地系統(tǒng)僅是防雷接地，且原有的防雷接地系統(tǒng)中很多引下線(xiàn)和接地體銹蝕嚴(yán)重，接地電阻的阻值超標(biāo)，盡管每年都進(jìn)行接地電阻測(cè)量，但缺陷仍在，無(wú)法根除。

實(shí)訓(xùn)車(chē)間的保護(hù)接地僅是將設(shè)備外殼用10mm2獨(dú)股線(xiàn)與一塊鋼板連起來(lái)，將鋼板直接打入地下，這種方法根本達(dá)不到有效的保護(hù)目的。所以，接地系統(tǒng)必須進(jìn)行完善。

1　防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1校內(nèi)土壤電阻率的計(jì)算

采用四極等距法對(duì)校內(nèi)土壤電阻率進(jìn)行測(cè)定，如圖1所示。

圖1　四極法測(cè)量土壤電阻率

探針間距a為5米，測(cè)量出電阻值R后，用下式計(jì)算電阻率：

其中：

ρ---土壤電阻率（Ω·m）；

R---所測(cè)電阻（Ω）；

a---探針間距（m）；

b---探針入地深度（m）。

一般探針入地深度不會(huì)超過(guò)2米，也就是：

b＜0.2 a，此時(shí)，b可假設(shè)為0

式(1-1)可簡(jiǎn)化為：

ρ=2πaR--------式(1-2)

經(jīng)多次測(cè)量計(jì)算，取其平均值約為251Ω·m

1.2接地裝置型式的選擇

由于土壤電阻系數(shù)ρ＜3×104Ω·m，故可采用扁鋼作為接地體。

1.3引下線(xiàn)的選擇與安裝

引下線(xiàn)材質(zhì)采用φ8mm圓鋼。引下線(xiàn)與避雷帶采用焊接連接，沿建筑外墻垂直安裝。每隔1～1.5m用卡釘固定。(如圖2所示)

圖2　防雷引下線(xiàn)裝置圖

1.4江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院所有教學(xué)樓、辦公樓、實(shí)訓(xùn)樓及附屬設(shè)施均屬于第三類(lèi)建筑物[1]。

因此，在教學(xué)樓及實(shí)訓(xùn)樓頂部可以用敷設(shè)環(huán)狀避雷帶的形式以防直擊雷。

避雷帶材質(zhì)采用25×4mm熱鍍鋅扁鋼，沿教學(xué)樓或?qū)嵱?xùn)樓頂部邊緣環(huán)狀敷設(shè)，在教學(xué)樓或?qū)嵱?xùn)樓的四周各敷設(shè)一條接地引下線(xiàn)。

1.5接地極的選擇

接地極是接地的工作主體，金屬接地極是一種傳統(tǒng)的接地極。我校采用角鋼作為接地體，角鋼規(guī)格：40×40×5mm，長(zhǎng)度為2.5米。

1.6接地裝置的施工

接地裝置的施工嚴(yán)格按GB50169-92來(lái)進(jìn)行，整個(gè)接地施工流程：

施工準(zhǔn)備→接地裝置安裝→引下線(xiàn)安裝→避雷帶支架制作安裝→避雷網(wǎng)安裝→接地電阻測(cè)試。施工完畢后，一定要進(jìn)行接地電阻的測(cè)量，校內(nèi)一百一十二處防雷接地點(diǎn)經(jīng)搖測(cè)，全部符合標(biāo)準(zhǔn)。

2　安全接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)美國(guó)國(guó)家電氣法規(guī)(NationalElectricalCode，簡(jiǎn)稱(chēng)NEC)規(guī)定，不得將大地作為接地故障電流的返回電源的通路，即不得采用TT系統(tǒng)，它認(rèn)為T(mén)T系統(tǒng)中的接地電阻限制了接地故障電流，使系統(tǒng)中的過(guò)電流保護(hù)器不能有效切除接地故障，從而引起電氣故障[2]。

為了降低電氣事故，保障教學(xué)安全，我校擬采用TN-S系統(tǒng)，即變電所中變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)直接接地。各電氣教學(xué)設(shè)備金屬外殼接地的形式。

2.1TN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）N線(xiàn)和PE線(xiàn)全部分開(kāi)。

（2）在電源中性點(diǎn)工作接地，而用電設(shè)備外殼等可導(dǎo)電部分通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)置的保護(hù)線(xiàn)PE連接到電源中性點(diǎn)上。

（3）供配電系統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)也可兼作單相接地故障保護(hù)

（4）PE線(xiàn)與N線(xiàn)分開(kāi),PE線(xiàn)中無(wú)電流流過(guò)，因此對(duì)接PE線(xiàn)的設(shè)備無(wú)電磁干擾。

但TN-S系統(tǒng)也有其缺陷：PE線(xiàn)斷線(xiàn)時(shí)，正常情況不會(huì)使PE的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分帶電，但在有設(shè)備發(fā)生一相接殼故障時(shí)，將會(huì)帶電，危及人身安全。

2.2資料的收集

徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校建在山坡上，土壤中砂石較多。每年七、八月份雨水較多，但不存水，地下水位在25米以下。四、五、六三個(gè)月份雷電天氣在十五天左右。全校除學(xué)生宿舍照明為架空線(xiàn)外，實(shí)訓(xùn)車(chē)間均為地埋電纜供電。

2.3接地電阻的計(jì)算

接地電阻是接地的流散電阻與接地線(xiàn)、接地體的電阻之和。接地線(xiàn)、接地體電阻一般很小，可以忽略不計(jì)。因此，可以認(rèn)為流散電阻就是接地電阻。一般認(rèn)為，接地電阻只有在小于4Ω的情況下，才能既保證操作人員的安全又能使上端開(kāi)關(guān)跳閘[3]。

2.3.1水平單根接地極埋設(shè)

若實(shí)訓(xùn)車(chē)間的接地極采用50×50×5mm的角鋼，假定接地體在車(chē)間外水平埋設(shè)，長(zhǎng)度為5米，埋深為1.5米。

角鋼的等效直徑：d=0.84b,b=40mm。d=0.84×0.05=0.042m，接地電阻的大小計(jì)算：

其中：

Rh—水平接地極的接地電阻，Ω；

l---水平接地極的總長(zhǎng)度，m；

h----水平接地極的埋深，m；

d---接地極的直徑或等效直徑，m；

A---水平接地極的形狀系數(shù)，可采用表1所列數(shù)值。

表1　水平接地極的形狀系數(shù)A取值表

土壤電阻系數(shù)ρ前面已算出，ρ=251Ω·m

根據(jù)式(1-3)計(jì)算出Rh的值為=17.28Ω＞4Ω

可見(jiàn)，單根水平接地不能保證實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的安全性，必須采用多根并聯(lián)的方式或用降阻劑減小接地電阻。

2.3.2單根接地體垂直埋設(shè)

若實(shí)訓(xùn)車(chē)間的接地極采用直徑40mm，長(zhǎng)2米的鍍鋅管。

則：

RV--垂直接地的接地電阻，Ω。

ρ--土壤電阻系數(shù)，Ω·m。

l--垂直接地極的長(zhǎng)度，m。

可以看出，單根接地體垂直埋設(shè)的接地電阻值也達(dá)不到安全要求。

2.3.3復(fù)合式接地極的敷設(shè)

若采用復(fù)合式接地，即在實(shí)訓(xùn)車(chē)間區(qū)域中心位置埋敷長(zhǎng)方形接地網(wǎng)，如圖3所示。

假設(shè)埋敷接地網(wǎng)長(zhǎng)20m，寬5m，S＞100m2，則接地電阻為：=1.25Ω＜4Ω

符合接地電阻要求。

圖3　接地網(wǎng)接線(xiàn)圖

2.4幾種接地形式的比較

2.4.1接地極水平埋設(shè)。

單根接地極水平埋設(shè)接地電阻大，達(dá)不到安全接地的目的，若想讓接地電阻小于4Ω，必須采用多根水平接地極并聯(lián)，由計(jì)算來(lái)看，須5根水平接地極并聯(lián)敷設(shè)，也就是說(shuō)在實(shí)訓(xùn)車(chē)間區(qū)域，必須敷設(shè)5處重復(fù)接地極，且要保證接地線(xiàn)不得斷線(xiàn)。

2.4.2接地體垂直埋設(shè)

單根接地體垂直埋設(shè)，接地電阻約為100Ω，若想讓接地電阻達(dá)到小于4Ω的要求，則須25根接地極并聯(lián)敷設(shè)，但土壤下砂石多，敷設(shè)難度大，用料多。接地線(xiàn)斷線(xiàn)情況不好保證。

2.4.3復(fù)合式接地極

用面積為100m2的復(fù)合接地網(wǎng)作為實(shí)訓(xùn)區(qū)域的接地極，接地電阻小，接地效果好。對(duì)于江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院這種建設(shè)在山坡上的單位來(lái)說(shuō)，是一種較理想的選擇。

3　復(fù)合式接地極的敷設(shè)

（1）復(fù)合式接地極的選材。采用40mm×40mm×4mm角鋼，在埋設(shè)前，進(jìn)行鍍鋅處理。在進(jìn)行焊接時(shí)，對(duì)焊接點(diǎn)要進(jìn)行重點(diǎn)防腐處理。

（2）按接地極形狀開(kāi)挖接地體埋設(shè)溝，寬0.5m，深0.8m，為保證接地效果，溝內(nèi)填入適量降阻劑。

（3）由接地體向各實(shí)訓(xùn)車(chē)間安裝連接線(xiàn)，車(chē)間內(nèi)各電氣設(shè)備金屬外殼的接地線(xiàn)用焊接的方式與接地網(wǎng)相連接。

4　結(jié)束語(yǔ)

防雷接地和電氣安全接地是安全技術(shù)中重要的一環(huán)，接地是否合理，影響到人身安全和電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，正確地選擇接地方式及安裝方法是至關(guān)重要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家斌.接地技術(shù)與接地裝置[J]. 中國(guó)電力出版社,2006(11).

[2]王堅(jiān).TT系統(tǒng)的安全性[M]. 電氣時(shí)代, 2008(04).

[3]王厚余.接地系統(tǒng)的選用[J]. 建筑電氣, 2007(01)

作者簡(jiǎn)介：王慶海（1967-）,男，江蘇徐州人，電氣高級(jí)講師。