接地的设计(编辑修改稿)

接地的设计(编辑修改稿)内容摘要：

率，％ K4 ──利用系数 ,一般采用外 I ──阳极输出电流， A 对于镁合金阳极 A=2205A˙h/kg, η=60％ , Ki =，则上式可简化为 I G T = 121 (10) 按以上计算公式分析。 设计牺牲阳极法阴极保护时。 应考虑以下几点； （ 1）牺牲阳极应设在土潮湿润、地势低洼，且透气性差的地区。 土壤电阻率以50～ 60Ωm 为宜， 不超过 80Ωm。 （ 2）被保护物外护层的绝缘层越好，所需保护电流越小，阳极间距越大。 （ 3）为了减少屏蔽作用，阳极间距以 3m 为宜，阳极与被保护物的间距也以 3m 为宜。 阳极组适于小 集中、大分散布置。 每组阳极根数以 6 根为宜，可水平或垂直敷设。 阳极组的间距一般为 1～ 2km。 （ 4）穿越河流等的地下钢质物体，如水下管道，不宜采用牺牲阳极保护。 12 4．接地级的最小规格 通常人们以为土壤中的交流 电是使多处产生侵蚀破坏的原因。 然而。 一些试验证明当交流电为 162/3 和 50Hz。 等频率时，如电流符合标准，而且接地极选用得当的话，则不会产生危险。 为防止对接地极侵蚀的危害，其最小尺寸和最小截面按各有关标准列于表 17。 （三）自然接地极的计算 自然接地极一般较长，与地的接触面积较大，因此流散电阻较小，有时能够达到采用专门接地极所不 能达到的效果。 同时由于自然接地极在大多数情况下与用电设备已经相连，大部分事故电流从自然接地极 的开始段即行流散，所以已很安全。 而且自然接地极在地下纵横交叉，如将其连接起来作为 接地极，又可 以作等电位联结，降低接触电压及跨步电压。 在投资方面。 仅需一些联结导体，又可节约投资。 因此在 1000V 以下的系统以及 1000V 以上的小接地短路电流的系统中，可以利用自然接地极作为唯一的接地极，只要达 到所要求的接地电阻值，就不必另行敷设人工接地极。 当采用电缆外皮作为唯一的接地极时。 为了防止电 缆外皮折断或腐蚀以致不能成为连续导体而发生危险，必须采用两条电缆的外皮作为接地极。 在大接地电 流系统中，因为所要求的接地电阻值较低，防止自然接地极因各种原因造成不连续或增加电阻值，因此不 论自然接地极电 阻值多大，都要敷设电阻不大于 lΩ 的人工接地极。 在直流回路中，除了作为工作电流流 过的接地极以外，均可采用自然接地级。 但要考虑土壤有无腐蚀情况，以免自然接地极腐蚀。 凡是敷设在地下的水管和其它非可燃液体及非可燃或非爆炸气体的金属管道、自流井插入管、钻管， 以及建筑物和构筑物的地下金属结构和电缆外皮等部可作为自然接地极。 按以下方法计算流散电阻。 1．电缆的金属外皮 电缆外皮的流散电阻 RId 根据下式计算： ( ) 1 1 l R R R K R R cth P ld P = (11) 式中： K──考虑到电 缆外皮麻层对接地电阻的影响的系数 ,见表 18 R1──沿电缆直线方向每 1m 的土壤的流散电阻 ,该值一般采用 , ρ 为土壤电阻率， Ωm RP──沿电缆直线方向的电缆外皮电阻 Ωm ，常用的电缆外皮电阻见表 19 l─_________─电缆长度， m cth──双曲线函数的余切 13 如为一束 n 条同样截面的电缆 ,其总接地电阻 Re39。 可按下列公式近似确定： n R R e e162。 = (12) 为计算简便起见，一般采用表 20 所示的疏散电阻值乘以表 21 所示的修正系数K39。 铝包电缆的外皮因为容易腐蚀，一般 不作为接地极。 2．水管 2km 及以上的水管（包括钢管和钢筋混凝土管）也可按式（ 11）计算，但 Rp 为沿水管直线方向的水管 电阻， R1 仍采用 ， K 为 1。 当水管长度在 2km 及以下时，则按下式计算： r h l l R s ls 2 2 lg r = (13) 式中： ρ──土壤电阻率， Ωm2 l──水管长度， m rs──水管半径， m h──埋设深度， m 因为水管的按地电阻计算起来很复杂，而且也不易准确，为了简化起见，根据实测结果。 当土壤电阻 率为 100Ωm 时，水管的流散电阻如 表 22 所示。 当土壤电阻率为其他数值时，应乘以表 21 中的修正系 数 K’。 3．自流井插入管 自流井插入管的流散电阻，根据测量结果，如表 23 所示。 钻井的加固管道的流散电阻通常不超过 2Ω。 在设计时可采用此数值，不必计入其它修正系数。 4．电杆的基础及其上的架空避雷线和中性线 当利用钢筋混凝土电杆的埋地部分作为接地极时，其接地电阻 d h h R 4 lg = r (Ω) (14) 式中： ρ──土壤电阻率， Ωm 14 h──电杆埋地深度， m d──电杆埋地部分的平均直径， m 当电杆上的架空避雷线 或中性线在适当地点进行接地时，如果把这些接地极与架空地线或中性线连接 起来，可以有效地降低接地电阻，并能大量地节约接地费用。 一般说来，如每个接地极的接地电阻不超过 300Ω 时，可以得到良好的效果；如超过 300Ω 时，效果就不显著。 当这种接地系统的接地极的数目大于 20 时，其总接地电阻 4 1 2 1 + + = t d d R R R R (Ω) （ 15） S L R s t r = （ 16） 式中： Rd──每个接地极的电阻， Ω Rt──每段架空地线或中性线的电阻， Ω ρs──避雷线或中性线的电阻系数， 如为钢材，则为 106Ωm L──档距长度， m S──避雷线或中性线截面积， mm2 为简化计，也可按下式计算。 t d R = R R (17) 当接地极数目小于 20 时，系统总接地电阻按下式计算 ( n) R R R R R cth d t t d = （ 18） 式中： n──带避雷线或中性线的杆数 5. 建筑构或构筑物基础 利用建筑构或构筑物基础中的钢筋作为接地极，是最有效、最方便和最节约投资的方法。 建筑物或构 筑物基础中的钢筋虽然在混凝土中，但在很多地区，钢筋混凝土基础经常在地下水位以下，由 于毛细管作 用，混凝土经常保持潮湿状态。 混凝土的电阻率与其所在土壤的潮湿程度有关：土壤越潮湿，混凝土的电 阻率就越低。 即使混凝土基础理设在地下水位以上，在一般情况下，混凝土的电阻率也不大于当地土壤的 电阻率。 因此除了土壤电阻率特别高的地区以外，采用建筑物或构筑物中的钢筋作为接地极，一般不必另 设人工接地极。 即使在土壤电阻率非常高的地区，也可以利用建筑物基础中的钢筋作为主要接地极，另外 再埋设辅助极地极，这样可以节约大量钢材。 利用建筑物或构筑物基础中的钢筋作接地极时，其接地电阻最好实测确定。 在敷设前可利用下 式估算： 2 2 1 2 1 1 2 lg 2 ( ) bh l bl l h R r r r + = (19) 式中： R──钢筋基础的援地电阻值， Ω h1──基础底层钢筋网到混凝土顶层表面的高度， cm ρ1──土壤的电阻率， Ωm ρ2──混凝土的电阻率， Ω˙m b──基础底层钢筋网的宽度， m l──基础底层钢筋网的长度， m h2──基础底层钢筋网离地面的深度， m 在非常潮湿的土壤中， ρ2 的值在 75～ 100Ωm 范围内；在中等潮湿的土壤中， ρ2 的值在 100～ 15 200Ω˙m 范围 之间；在较干燥的土壤中， ρ2 的值在 200～ 400Ωm 范围内；如混凝土基础在特别干燥的 土壤中，即在地下水位以上；则 ρ2 可看成与 ρ1 相等。 式 (19)右侧第一项等于零，就相当于钢筋网直接埋 设在干燥土壤中。 利用建筑物或构筑物基础中的钢筋作接地极时，最好将钢筋焊接，但在土建施工中，往往不容易做到 这一点。 经过实际测定证明，利用一般扎结的钢筋基础作为接地极，也能达到较好的效果。 经测定，在一 般土壤中（电阻率 100～ 400Ωm ），中型厂房和多层建筑物的基础作为接地极时，其接地电阻都在 以下。 当整个建筑物的基础钢筋连续焊接或绑扎成网，接地电阻 ab K R r = (20) 当整个建筑物的基础钢筋连续焊接或绑扎成网，接地电阻 式中： a、 b──建筑物的长和宽 ,m ρ──土壤电阻率 , Ωm K──系数，由表 24 查得 对于一个厂区或一个建筑群，如所有基础用 40mm4mm 扁钢在地下相连，则总的接地电阻： Rs =βR (21) 式中； R──按式（ 20）计算而得，但 a 和 b 为全厂或整个建筑物群的长度和宽度，均以 m 计 β──系数，由表 25 查得 表中 λ 为建筑密度，由下式求得： S SS l = (22) 式中 :ΣS──厂区内或建筑物内具有钢筋混凝土基础且采取焊接或绑扎成网的建筑物占地面 S──厂区或建筑物总平面面积，即 ab， m2 如该建筑为钢筋混凝土衬砌的地下式厂房，则其接地电阻 p p r A d h d d R 6 )( ) 4 1 ( 2 = = + W (23) 式中； ρ──地下厂房四周土壤或岩石电阻率， Ωm d──地下厂房的等效直径， m A──地下厂房的体积， m3 16 h──地下厂房中心距地面距离， m，一般 h≥d /4 6．钢筋混凝土或钢板衬砌的地下竖井 当竖井直径为 d（ m） 、深度为 l（ m），竖井周围岩石或土壤电阻率为 ρ（ Ωm）时，其接地电阻 d l d l l R 4 2 ln 2 2 + 2 + = p r （ Ω） (24) 7．金属板板桩 当金属板板桩的中心线与地面距离为 h（ m），其面积为 S（ m），埋设处的土壤电阻率为 ρ（ Ωm）时， 其接地电阻 249。 234。 234。 234。 234。 235。 233。 249。 234。 234。 234。 234。 235。 233。 + = + p p p p r S h S S R 2 sin 1 2 1 8 (25) （四）接地极的计算 设置要求 当采用自然接地极时，如其接地电阻值 R4 不能满足接地电阻容许值 Rds,必须采用人工接地极。 此时人 工接地极的电阻值 d ds d ds dx R R R R R = (26) 对于人工接地极接地电阻的要求，除了按式（ 26）计算外，对于有些必须设置人工接地极的系统或设 备，如大接地电流系统及部分直流设备等，还必须根据其对接地电阻的要求设置入工接地极。 常用的人工接地极有垂直埋入地下的钢管、角钢以及平放的圆钢、扁钢等，也有采用环形接地极及圆 板状或方板状接地极的。 常用人工接地极 的计算公式如表 26 所示。 由该表可见，在一般情况下以采用管 形接地极为最有利，其优点如下： （ 1）达到同样的接地电阻时，较其它接地极便宜； （ 2）当土壤表面层是砂或水冻层时。 管形接地极可以放在电阻率较低的深处； （ 3）管形接地极容易埋入地下较深的地方 ,由于在管形接地极附近的土壤冬季不会结冻，夏季不会晒 干，因此土壤电阻率变化较小； （ 4）管形接地极的机械弧度较高，可以采用机械方法打入土壤中，尤其在水泥路面下埋设时，可利 用特种工具不需大面积破坏道路即可施工； （ 5）管形接地极与接地线连接简单，而且易于观察； （ 6）当采用人工处理土壤时，加入盐类溶液比较容易。 在实际设计中。 人工接地极常采用直径 50mm、长度为 的钢管。 因为从埋设方便来考虑。 比 50mm 直径更小的钢管机械强度较小，容易发生弯曲，不适宜采用机械方法打入土中。 直径大于 50mm，根据试验 结果，直径由 50mm 增加到 100mm 时，流散电阻仅减少 15％，所以从经济效果来看，不合算。 接地极的长 度如小于 时，流散电阻增加较多；反之，如接地极的长度再增加，流散电阻减少得并不显著。 同时， 为了减少外界温度变化对流散电阻的影响，管顶一般离开地 面 ～。 根据施工经验，在施工工地中往往有零碎的角钢余料，如利用作为接地极，既经济。 又方便。 常用的 角钢有 50mm50mm5mm 及 40mm40mm5mm 两种，其长度均为。 角钢顶端离地面的深度为 ～。 在有些地区埋管有困难时，可采用扁钢作为接地极。 扁钢的流散电阻主要根据长度决定，宽度对流散 电阻的影响很小，厚度影响更小。 扁钢的厚度一般根据承受腐蚀的要求决定，最小为 4mm，在易于腐蚀的 地区为 5mm 或更大。 宽度最小采用 20mm，当机械强度要求较高或在重要地区。 可增加 到 25 或 40mm。 扁钢 的埋设深度一般在地下 500～ 700m 处，主要是为了避免挖掘大量的土方。