电器试验站接地系统设计探讨

李 威, 李伟昭, 孙晓敏

(中国新时代国际工程公司, 陕西 西安 710054)

电器试验站接地系统设计探讨

李 威, 李伟昭, 孙晓敏

(中国新时代国际工程公司, 陕西 西安 710054)

开关电器试验是检验与研究开关电器运行可靠性的重要环节。分析了电器试验站接地系统的特点,探讨了试验站接地系统在设计过程中需要注意的几个问题。指出要充分重视电器试验站接地系统设计,以保证接地系统的可靠性。

开关电器试验; 接地系统; 地下接地网; 电阻率

0 引 言

目前,国内的开关电器试验站,不论规模及能力的大小,都需要可靠的接地系统。试验站的接地通常与电力系统的接地作用基本一致,主要分为功能性接地与保护接地两种。但区别于一般变电站,试验站的接地系统一般多采用复合接地系统,也叫联合接地系统。

开关电器试验站除在电气系统上的特殊性外,在土建结构上也明显地区别于一般的工业民用建筑。一般建筑物内常见的接地系统有电气设备的工作接地、保护接地、弱电接地、防雷接地等。由于存在多个用于不同目的的接地系统,使分开接地方式不同电位所带来的不安全因素日益严重,不同接地体导体间的耦合影响又难以避免,会引起相互干扰。因此,对于开关电器试验站有必要采取复合接地的方式。

1 试验站接地系统设计过程中应注意的几个问题

对于开关电器试验站,接地系统分为地上明敷接地干线系统和地下接地网(由水平接地体和垂直接地极组成)系统。这两部分系统通过接地引上线上下互相连通,引上线的材料与明敷接地干线一致。因此,对于试验站的复合接地系统,既要统一规划设计,又要区别有所选取。

(1) 在设计前一定要了解当地土壤的电阻率,准确计算接地电阻。

由于试验站的特殊性,其对接地系统接地电阻的要求非常严格,一般为0.5 Ω左右,一些高压开关电器试验站要求的更严格,有的达0.2 Ω。如此高的标准,在某些接地电阻率较大的地区,仅靠建筑物的钢筋混凝土基础、金属管道、电缆金属外皮、深井井管等难以满足要求,还应敷设地下接地网,并将其与建筑物的柱内钢筋及一些大型重要设备的基础,如短路发电机的独立基础、变压器的基础、发电机保护断路器的基础、试品承台等连通,这样可以对人员及设备起到保护作用及满足试验相关标准的要求。

地下接地网的外缘应闭合,外缘各角应做成圆弧形,圆弧的半径不宜小于3 m。对于该类以水平接地体为主、且边缘闭合的复合接地系统,接地电阻为

式中:Rw——复合接地系统接地电阻;

S——接地网的总面积;

L——接地体的总长度,包括垂直接地体;

d——水平接地体的直径或等效直径。

试品室基础与水平接地体和垂直接地极的连接示意图如图1所示。

图1 试品室基础与水平接地体和垂直接地极的连接示意图(mm)

A-A剖面示意图如图2所示。

(2) 了解试验站布局,优化接地系统设计。在开关电器短路试验过程中,被测试品要接地。特别是对于高电压、大电流的试验,为了满足标准规定的试验方法及试验前后人员出入的安全性,在设计中应针对试验站内不同功能区域分别布置地下接地网系统。当接地电阻不满足要求时,应适当增加垂直接地极,并将其与水平接地体牢固焊接。为了减小垂直接地极间的屏蔽作用,垂直接地极间的距离不应小于4 m,如在试验小室就应加密水平接地体,并增加垂直接地极,如图3所示。

图2 A-A剖面示意图(mm)

图3 加密水平接地体并增加垂直接地极示意图(mm)

(3) 接地材料的选择应格外重视,满足电器试验站的接地要求。

低压电器试验站,一般其地下接地网系统优先选择80 mm×8 mm的镀锌扁钢作为地下水平接地体,选择∠63 mm×63 mm×8 mm,长度为2 000 mm的镀锌角钢作为垂直接地极;地上明敷接地干线系统选择25 mm×4 mm的镀锌扁钢作为接地材料。高压大容量试验站,其接地电阻0.2 Ω,所以一般选用80 mm×8 mm的镀锌扁钢作为地下水平接地体,选用22 mm×4 mm的扁铜或30 mm×5 mm的镀锌扁钢作为明敷接地干线。一般应优先采用敷设地下水平接地体,且埋入地下深度一般不小于0.8 m。

由于地下接地网系统建成后,常年埋于地下,因此接地材料的防腐措施一定要予以重视。为做到接地装置的设计使用年限与地面工程的设计使用年限相当,应根据当地情况采取以下措施:① 表面热镀锌;② 接地体间的焊接点涂防腐材料;③ 腐蚀严重的地区可采用阴极保护、牺牲阳极保护等适合当地条件的防腐措施。

(4) 一般试验站的接地系统是由建筑物柱内钢筋、地梁内钢筋、桩基内钢筋、地下接地网和明敷接地干线组成的。在土建厂房施工时,通过预埋扁钢将柱内或基础内的至少3根通长钢筋引出,然后将地下水平接地体及明敷接地干线与预埋件牢固焊接连通,组成一个大的人工复合接地网,以满足接地系统的要求。人工接地体与自然接地体的连接如图4所示。

图4 人工接地体与自然接地体的连接

电器试验站的接地系统属于一种特殊的接地系统。区别于一般电站,试验站对接地电阻、接地材料、接地方式有更高的要求。整个系统是一个比较复杂的系统,从设计到施工,都与土建密不可分。因此,一定要做好各专业的配合,以实现一个设计合理、结构合理的试验站专用接地系统。

2 结 语

针对电器试验站接地系统的特点,探讨在设计过程中需要关注的几个问题,研究如何合理地设计接地系统;并结合实际经验,提出了具体的技术方案,以期对相关人员提供参考。

[1] 03D501-4 接地装置安装[G].

[2] GB 50169—2006 电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范[S].

[3] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社,2005.

[4] 卞洪磊.施工临时用电系统接地的选择[J].现代建筑电气,2014,5(9):1-4.

Discussion about Design of Grounding System in Apparatus Laboratory

LI Wei, LI Weizhao, SUN Xiaomin

(China New Era International Engineering Corporation, Xi’an 710054, China)

The test in the laboratory is very important for checking and researching on operation reliability of switchgear and apparatus.This paper analyzed the characteristics of grounding system,and discussed the several attention problems in the design process of grounding system in apparatus laboratory.It is pointed out that the grounding system design should be full attention in apparatus laboratory,in order to ensure the reliability of grounding system.

switchgear test; grounding system; underground grounding net; resistivity

李 威(1982—),男,高级工程师,从事电气试验方面的研究。

TU 852

B

1674-8417(2015)02-0031-04

2014-10-30

李伟昭(1985—),男,工程师,从事电气试验方面的研究。

孙晓敏(1985—),女,工程师,从事电气试验方面的研究。