江蘇安全技術職業學院接地系統的設計

王慶海（江蘇安全技術職業學院，江蘇　徐州　221011）

江蘇安全技術職業學院接地系統的設計

王慶海
（江蘇安全技術職業學院，江蘇徐州221011）

摘要：學校是人群較集中的地方，職業學校除了傳統的理論教學場所外，還有大量的實習實訓車間，電源電壓等級較多，高低壓設備都有；江蘇安全技術職業學院建在山坡上，校園南北高差達30多米，整體地勢較高，春夏季節落雷現象時有發生。因此，只有健全接地系統，才能達到安全教學的目的。本文結合江蘇安全技術職業學院接地系統改造方案和效果進行闡述。

關鍵詞：保護接地;防雷接地系統;TN-S系統;水平接地極;垂直接地極;復合接地極

0　引言

江蘇安全技術職業學院高壓采用10KV供電。變電所在學校中部，有兩臺S9-630/10型電力變壓器，聯結組別為Y，yn0方式，平時一臺供電，一臺備用，變電所內用聯絡開關進行切換。

學校原有的接地系統僅是防雷接地，且原有的防雷接地系統中很多引下線和接地體銹蝕嚴重，接地電阻的阻值超標，盡管每年都進行接地電阻測量，但缺陷仍在，無法根除。

實訓車間的保護接地僅是將設備外殼用10mm2獨股線與一塊鋼板連起來，將鋼板直接打入地下，這種方法根本達不到有效的保護目的。所以，接地系統必須進行完善。

1　防雷接地系統的設計

1.1校內土壤電阻率的計算

采用四極等距法對校內土壤電阻率進行測定，如圖1所示。

圖1　四極法測量土壤電阻率

探針間距a為5米，測量出電阻值R后，用下式計算電阻率：

其中：

ρ---土壤電阻率（Ω·m）；

R---所測電阻（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超過2米，也就是：

b＜0.2 a，此時，b可假設為0

式(1-1)可簡化為：

ρ=2πaR--------式(1-2)

經多次測量計算，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ρ＜3×104Ω·m，故可采用扁鋼作為接地體。

1.3引下線的選擇與安裝

引下線材質采用φ8mm圓鋼。引下線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　防雷引下線裝置圖

1.4江蘇安全技術職業學院所有教學樓、辦公樓、實訓樓及附屬設施均屬于第三類建筑物[1]。

因此，在教學樓及實訓樓頂部可以用敷設環狀避雷帶的形式以防直擊雷。

避雷帶材質采用25×4mm熱鍍鋅扁鋼，沿教學樓或實訓樓頂部邊緣環狀敷設，在教學樓或實訓樓的四周各敷設一條接地引下線。

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的接地極。我校采用角鋼作為接地體，角鋼規格：40×40×5mm，長度為2.5米。

1.6接地裝置的施工

接地裝置的施工嚴格按GB50169-92來進行，整個接地施工流程：

施工準備→接地裝置安裝→引下線安裝→避雷帶支架制作安裝→避雷網安裝→接地電阻測試。施工完畢后，一定要進行接地電阻的測量，校內一百一十二處防雷接地點經搖測，全部符合標準。

2　安全接地系統的設計

根據美國國家電氣法規(NationalElectricalCode，簡稱NEC)規定，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，它認為TT系統中的接地電阻限制了接地故障電流，使系統中的過電流保護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，保障教學安全，我校擬采用TN-S系統，即變電所中變壓器二次側中性點直接接地。各電氣教學設備金屬外殼接地的形式。

2.1TN-S系統的特點

（1）N線和PE線全部分開。

（2）在電源中性點工作接地，而用電設備外殼等可導電部分通過專門設置的保護線PE連接到電源中性點上。

（3）供配電系統的過流保護也可兼作單相接地故障保護

（4）PE線與N線分開,PE線中無電流流過，因此對接PE線的設備無電磁干擾。

但TN-S系統也有其缺陷：PE線斷線時，正常情況不會使PE的設備外露可導電部分帶電，但在有設備發生一相接殼故障時，將會帶電，危及人身安全。

2.2資料的收集

徐州機電工程高等職業學校建在山坡上，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、六三個月份雷電天氣在十五天左右。全校除學生宿舍照明為架空線外，實訓車間均為地埋電纜供電。

2.3接地電阻的計算

接地電阻是接地的流散電阻與接地線、接地體的電阻之和。接地線、接地體電阻一般很小，可以忽略不計。因此，可以認為流散電阻就是接地電阻。一般認為，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關跳閘[3]。

2.3.1水平單根接地極埋設

若實訓車間的接地極采用50×50×5mm的角鋼，假定接地體在車間外水平埋設，長度為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，接地電阻的大小計算：

其中：

Rh—水平接地極的接地電阻，Ω；

l---水平接地極的總長度，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，可采用表1所列數值。

表1　水平接地極的形狀系數A取值表

土壤電阻系數ρ前面已算出，ρ=251Ω·m

根據式(1-3)計算出Rh的值為=17.28Ω＞4Ω

可見，單根水平接地不能保證實習實訓教學的安全性，必須采用多根并聯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

若實訓車間的接地極采用直徑40mm，長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，Ω·m。

l--垂直接地極的長度，m。

可以看出，單根接地體垂直埋設的接地電阻值也達不到安全要求。

2.3.3復合式接地極的敷設

若采用復合式接地，即在實訓車間區域中心位置埋敷長方形接地網，如圖3所示。

假設埋敷接地網長20m，寬5m，S＞100m2，則接地電阻為：=1.25Ω＜4Ω

符合接地電阻要求。

圖3　接地網接線圖

2.4幾種接地形式的比較

2.4.1接地極水平埋設。

單根接地極水平埋設接地電阻大，達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，由計算來看，須5根水平接地極并聯敷設，也就是說在實訓車間區域，必須敷設5處重復接地極，且要保證接地線不得斷線。

2.4.2接地體垂直埋設

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

2.4.3復合式接地極

用面積為100m2的復合接地網作為實訓區域的接地極，接地電阻小，接地效果好。對于江蘇安全技術職業學院這種建設在山坡上的單位來說，是一種較理想的選擇。

3　復合式接地極的敷設

（1）復合式接地極的選材。采用40mm×40mm×4mm角鋼，在埋設前，進行鍍鋅處理。在進行焊接時，對焊接點要進行重點防腐處理。

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

（3）由接地體向各實訓車間安裝連接線，車間內各電氣設備金屬外殼的接地線用焊接的方式與接地網相連接。

4　結束語

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

參考文獻：

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

[2]王堅.TT系統的安全性[M]. 電氣時代, 2008(04).

[3]王厚余.接地系統的選用[J]. 建筑電氣, 2007(01)

作者簡介：王慶海（1967-）,男，江蘇徐州人，電氣高級講師。