江苏安全技术职业学院接地系统的设计

王庆海（江苏安全技术职业学院，江苏　徐州　221011）

江苏安全技术职业学院接地系统的设计

王庆海
（江苏安全技术职业学院，江苏徐州221011）

摘要：学校是人群较集中的地方，职业学校除了传统的理论教学场所外，还有大量的实习实训车间，电源电压等级较多，高低压设备都有；江苏安全技术职业学院建在山坡上，校园南北高差达30多米，整体地势较高，春夏季节落雷现象时有发生。因此，只有健全接地系统，才能达到安全教学的目的。本文结合江苏安全技术职业学院接地系统改造方案和效果进行阐述。

关键词：保护接地;防雷接地系统;TN-S系统;水平接地极;垂直接地极;复合接地极

0　引言

江苏安全技术职业学院高压采用10KV供电。变电所在学校中部，有两台S9-630/10型电力变压器，联结组别为Y，yn0方式，平时一台供电，一台备用，变电所内用联络开关进行切换。

学校原有的接地系统仅是防雷接地，且原有的防雷接地系统中很多引下线和接地体锈蚀严重，接地电阻的阻值超标，尽管每年都进行接地电阻测量，但缺陷仍在，无法根除。

实训车间的保护接地仅是将设备外壳用10mm2独股线与一块钢板连起来，将钢板直接打入地下，这种方法根本达不到有效的保护目的。所以，接地系统必须进行完善。

1　防雷接地系统的设计

1.1校内土壤电阻率的计算

采用四极等距法对校内土壤电阻率进行测定，如图1所示。

图1　四极法测量土壤电阻率

探针间距a为5米，测量出电阻值R后，用下式计算电阻率：

其中：

ρ---土壤电阻率（Ω·m）；

R---所测电阻（Ω）；

a---探针间距（m）；

b---探针入地深度（m）。

一般探针入地深度不会超过2米，也就是：

b＜0.2 a，此时，b可假设为0

式(1-1)可简化为：

ρ=2πaR--------式(1-2)

经多次测量计算，取其平均值约为251Ω·m

1.2接地装置型式的选择

由于土壤电阻系数ρ＜3×104Ω·m，故可采用扁钢作为接地体。

1.3引下线的选择与安装

引下线材质采用φ8mm圆钢。引下线与避雷带采用焊接连接，沿建筑外墙垂直安装。每隔1～1.5m用卡钉固定。(如图2所示)

图2　防雷引下线装置图

1.4江苏安全技术职业学院所有教学楼、办公楼、实训楼及附属设施均属于第三类建筑物[1]。

因此，在教学楼及实训楼顶部可以用敷设环状避雷带的形式以防直击雷。

避雷带材质采用25×4mm热镀锌扁钢，沿教学楼或实训楼顶部边缘环状敷设，在教学楼或实训楼的四周各敷设一条接地引下线。

1.5接地极的选择

接地极是接地的工作主体，金属接地极是一种传统的接地极。我校采用角钢作为接地体，角钢规格：40×40×5mm，长度为2.5米。

1.6接地装置的施工

接地装置的施工严格按GB50169-92来进行，整个接地施工流程：

施工准备→接地装置安装→引下线安装→避雷带支架制作安装→避雷网安装→接地电阻测试。施工完毕后，一定要进行接地电阻的测量，校内一百一十二处防雷接地点经摇测，全部符合标准。

2　安全接地系统的设计

根据美国国家电气法规(NationalElectricalCode，简称NEC)规定，不得将大地作为接地故障电流的返回电源的通路，即不得采用TT系统，它认为TT系统中的接地电阻限制了接地故障电流，使系统中的过电流保护器不能有效切除接地故障，从而引起电气故障[2]。

为了降低电气事故，保障教学安全，我校拟采用TN-S系统，即变电所中变压器二次侧中性点直接接地。各电气教学设备金属外壳接地的形式。

2.1TN-S系统的特点

（1）N线和PE线全部分开。

（2）在电源中性点工作接地，而用电设备外壳等可导电部分通过专门设置的保护线PE连接到电源中性点上。

（3）供配电系统的过流保护也可兼作单相接地故障保护

（4）PE线与N线分开,PE线中无电流流过，因此对接PE线的设备无电磁干扰。

但TN-S系统也有其缺陷：PE线断线时，正常情况不会使PE的设备外露可导电部分带电，但在有设备发生一相接壳故障时，将会带电，危及人身安全。

2.2资料的收集

徐州机电工程高等职业学校建在山坡上，土壤中砂石较多。每年七、八月份雨水较多，但不存水，地下水位在25米以下。四、五、六三个月份雷电天气在十五天左右。全校除学生宿舍照明为架空线外，实训车间均为地埋电缆供电。

2.3接地电阻的计算

接地电阻是接地的流散电阻与接地线、接地体的电阻之和。接地线、接地体电阻一般很小，可以忽略不计。因此，可以认为流散电阻就是接地电阻。一般认为，接地电阻只有在小于4Ω的情况下，才能既保证操作人员的安全又能使上端开关跳闸[3]。

2.3.1水平单根接地极埋设

若实训车间的接地极采用50×50×5mm的角钢，假定接地体在车间外水平埋设，长度为5米，埋深为1.5米。

角钢的等效直径：d=0.84b,b=40mm。d=0.84×0.05=0.042m，接地电阻的大小计算：

其中：

Rh—水平接地极的接地电阻，Ω；

l---水平接地极的总长度，m；

h----水平接地极的埋深，m；

d---接地极的直径或等效直径，m；

A---水平接地极的形状系数，可采用表1所列数值。

表1　水平接地极的形状系数A取值表

土壤电阻系数ρ前面已算出，ρ=251Ω·m

根据式(1-3)计算出Rh的值为=17.28Ω＞4Ω

可见，单根水平接地不能保证实习实训教学的安全性，必须采用多根并联的方式或用降阻剂减小接地电阻。

2.3.2单根接地体垂直埋设

若实训车间的接地极采用直径40mm，长2米的镀锌管。

则：

RV--垂直接地的接地电阻，Ω。

ρ--土壤电阻系数，Ω·m。

l--垂直接地极的长度，m。

可以看出，单根接地体垂直埋设的接地电阻值也达不到安全要求。

2.3.3复合式接地极的敷设

若采用复合式接地，即在实训车间区域中心位置埋敷长方形接地网，如图3所示。

假设埋敷接地网长20m，宽5m，S＞100m2，则接地电阻为：=1.25Ω＜4Ω

符合接地电阻要求。

图3　接地网接线图

2.4几种接地形式的比较

2.4.1接地极水平埋设。

单根接地极水平埋设接地电阻大，达不到安全接地的目的，若想让接地电阻小于4Ω，必须采用多根水平接地极并联，由计算来看，须5根水平接地极并联敷设，也就是说在实训车间区域，必须敷设5处重复接地极，且要保证接地线不得断线。

2.4.2接地体垂直埋设

单根接地体垂直埋设，接地电阻约为100Ω，若想让接地电阻达到小于4Ω的要求，则须25根接地极并联敷设，但土壤下砂石多，敷设难度大，用料多。接地线断线情况不好保证。

2.4.3复合式接地极

用面积为100m2的复合接地网作为实训区域的接地极，接地电阻小，接地效果好。对于江苏安全技术职业学院这种建设在山坡上的单位来说，是一种较理想的选择。

3　复合式接地极的敷设

（1）复合式接地极的选材。采用40mm×40mm×4mm角钢，在埋设前，进行镀锌处理。在进行焊接时，对焊接点要进行重点防腐处理。

（2）按接地极形状开挖接地体埋设沟，宽0.5m，深0.8m，为保证接地效果，沟内填入适量降阻剂。

（3）由接地体向各实训车间安装连接线，车间内各电气设备金属外壳的接地线用焊接的方式与接地网相连接。

4　结束语

防雷接地和电气安全接地是安全技术中重要的一环，接地是否合理，影响到人身安全和电气系统的正常运行。因此，正确地选择接地方式及安装方法是至关重要的。

参考文献：

[1]陈家斌.接地技术与接地装置[J]. 中国电力出版社,2006(11).

[2]王坚.TT系统的安全性[M]. 电气时代, 2008(04).

[3]王厚余.接地系统的选用[J]. 建筑电气, 2007(01)

作者简介：王庆海（1967-）,男，江苏徐州人，电气高级讲师。