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1、高压实验室接地系统研究与分析汇编1、高压实验室接地系统方案简析【摘 要】本文探讨了如何在高压实验室内建立接地电阻0.5的接地体，通过分析计算，由水平地网和多根垂直接地体组合式的接地系统方案是可行的。 中国论文网 http:/ 1 引言 我单位第二基地高压实验室大厅的基础建设已经完工，目前正在处于设备安装前的准备阶段，高压大厅内装备有1050kV冲击电压发生器等设备，用于电力设备的高电压试验，需要有良好的接地和屏蔽措施。 冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，在冲击电压发生器放电的瞬间，杂散电流流过接地系统的接地电阻，会造成接地点的电位浮动，所以接地体的接地电阻越小越好，按照标准和设备
2、制造方提出的要求，接地电阻应0.5，最好有相对于独立的接地系统。 高压大厅基础为18m15m，要在现有的条件下，建立接地电阻0.5的接地系统；通过论证，提出的技术方案是做成水平地网和多根垂直接地体焊接成组合式的接地系统，垂直接地体选用热镀锌钢管，水平地网选用镀锌扁铁。 2 测量土壤层的土壤电阻率值 从大厅现有的土壤条件分析，土壤为含水率较高的带砂砾黄粘土，查有关资料，此种土壤的电阻率值一般为（30300） m；在设计接地系统之前，需要验证选取的值。 在地面上挖深度1m的坑，打入一根40、3m长的镀锌钢管，用接地电阻测试仪测得接地电阻值为27.3。根据垂直接地的简易计算法推算出其土壤电阻率：27
3、.3/0.3=91m，与有关资料数据基本一致。 3 设计方案 根据以上取得的有关数据和有关资料，决定在地面下1m的深度做水平、垂直复合接地体，以垂直地极为主，垂直接地体选用75、4m的热镀锌钢管，水平接地体选用404镀锌扁铁。 3.1 对单根垂直接地体的接地电阻按下式计算 其中： 垂直接地极的接地电阻，； 土壤电阻率，m； 垂直接地极的长度，m； 接地极用圆钢时，圆钢的直径，m。 选择20根垂直接地极时的接地电阻R=18.3/20=0.92。在每根垂直接地极的部位加用稀土降阻剂，降阻剂的降阻效率一般可认为是60%，此时的接地电阻R=0.77（1-60%）=0.37， 基本可以达到0.5的要求。
4、 3.2 水平接地体是边缘闭合的矩形网状结构 利用20根垂直接地体作为基桩焊接而成，周边为15m12m。边缘闭合水平接地极的接地电阻可利用下式计算。 其中：Rn任意形状边缘闭合接地网的接地电阻，； Re等值（即等面积、等水平接地极总长度）方形接地网的接地电阻，； S接地网的总面积，O； d水平接地极的直径或等效直径，m； h水平接地极的埋设深度，m； L0接地网的外缘边线总长度，m； L水平接地极的总长度，m。 由此可以计算出水平接地体的接地电阻Rn3.4， 采用稀土降阻剂降阻后接地电阻Rn=3.4（1-60%）1.4。 3.3 采用水平、垂直复合接地体模式的总接地电阻可以达到0.3。 4 小
5、结 通过以上分析计算和研究，我们认为：做成水平地网和多根垂直接地体焊接成组合式的接地系统方案是经济可行的，可以达到标准和安装设备的要求。 按照以上的设计我们组织了接地体的施工，通过实际测量，地网的接地电阻为0.4，达到了要求的技术指标。 参考文献： 1DL/T 6211997：交流电气装置的接地S. 作者简介： 耿立峰，（1965-），男，河北石家庄人，高级工程师，毕业于重庆大学，从事电磁计量技术的研究。转载请注明来源。原文地址：http:/ 导论已经设计了高压测试试验室来进行有局部放电测量的低频试验、操作和雷击冲击试验及电力装置的潮湿试验。试验厅的设计按照限定验收试验的标准与规范来进行。例如
6、，必须安装一个高频电磁屏蔽和特殊的接地系统以确保高压交联聚乙烯电缆测试的局部放电测量中有极小的背景噪音。试验厅需要有大的尺寸和足够高以防止物质喷溅到墙壁和房顶的间隙来进行超高压断电的操作冲击试验。需要在试验厅的大部分地板上嵌入紧密的铜丝编织层且需要有敷设待测电缆的屏蔽管道来进行雷击冲击试验。试验室地面必须是倾斜的且必须提供一个合适的排水系统来收集潮湿试验时溅在绝缘体上的水。大功率变压器的试验需要有大举重能力的起重机或可以用气垫层运送大变压器的涂有树脂的地面。必须提供特殊的污染室来进行线、柱或绝缘体的人工污染试验。要符合所有这些要求是困难的且耗资巨大，因此一个工业高压试验室经常用来测试一种类型的
7、装置。尽管如此，局部放电测量和脉冲试验仍必须在同一个试验室厅内进行而且该试验室厅的电磁屏蔽必须由一个等电势的平面来完善。本文回顾了器械制造商、公共事业单位及研究中心使用的高压试验室所实施的不同设计方法和技术解决措施。电磁屏蔽 理想的屏蔽能形成一个可以覆盖试验厅墙、屋顶及地面的连续的金属罩。法拉第发现影响这种屏蔽的外部电磁场能感应出一种在墙壁、屋顶或地面流动的电流。这种电流使外部磁场不能穿透金属罩。用AM模式播音的无线电站发射此种干扰性电磁场。此外，可以通过内部燃烧引擎的点火系统，通过电机车缩放仪和牵引线间的燃火，通过电弧焊以及通过许多别的方法来产生一个瞬间电磁场。实际上，电磁屏蔽不可能是连续且
8、完全封闭的。因为它是由边缘连在一起的金属板，由门和窗构成的。必须保证金属板间及门的边缘有低阻抗的接触点。屏蔽内由，比如说广播电站感应出的非常小的电流可以通过门与框间的润滑接触或通过由螺栓连在一起的金属板上的一层氧化层而改变方向。电磁场通过屏蔽的这种不连续性或“打开”进入高压试验厅从而在局部放电测量线路中产生类似于天线的干扰。这种干扰掩盖了微弱的局部放电信号且使已检测的高压绝缘物不能被识别。屏蔽效率指屏蔽区内部与外部电/磁场元件之比。屏蔽效率越高，背景干扰效率越低。当然，屏蔽效率越高，高压试验厅的花费就越高。每种器械都界定有容许的局部放电值，大小从电力变压器的几百pC到交联聚乙烯电缆的单个pC。
9、高压电力变压器的背景干扰不应超过几十pC；而测试交联聚乙烯电缆时背景干扰应降到接近1pC。 由供电电缆和控制电缆及接地系统传导的干扰设计良好的电磁屏蔽能有效的减少局部放电测量线路中产生的干扰。然而，供电电缆和控制电缆或试验室地表也能传导干扰。电力电缆和控制电缆带有工频电流和含有高频光谱元件的叠加传导干扰。置于串联馈电线内的射频过滤器阻止这些高频电流进入屏蔽罩。此外，在工业环境中，零星的电流在土壤上层，在供电变压器不同的接地点间，在大的发电机及安装在不同工厂内别的负载上循环。高压试验厅的屏蔽金属罩为这些零星的电流提供了一个低阻抗通道。接通与断开这种电流会在局部放电测量线路中产生瞬间干扰。据报道，
10、由单一正弦电压波测出的局部放电量要低于在同一物体上用曲形电压波测出的值。然而，工厂经常使用配有可控硅速控驱动的大型发电机。这种驱动在供电系统中产生出电流与电压较高的和谐性。变形的电源电压影响测试电压波形，并且使在已测物体上测出的局放值变大。 高压供电变压器感应电压测验中的局部放电测量 需要有一个非常大的试验室来检测超高压供电变压器。这个大的试验厅需要由一个能进行宽带局放测量的电磁屏蔽来保护。已经为Montreal世界上最大的IREQ高压试验室设计了此种屏蔽。从该屏蔽调试起就已经收集了重要的实践经验。对这些经验及有关该屏蔽性能的一些发现的评论可能对进行新安装工程的设计者有利用价值；这些在本文中将
11、有所阐述。将以一个备有电磁屏蔽的大型高压试验厅（8267m，到厅顶的间隙为52m）为例来论述此电磁屏蔽的识别特征。电磁场部件的屏蔽效率在690kHz下测量且以如图1所示的等衰减线的形式来表示。变压器测试试验室的经验表明磁场部件衰减60dB一般上足以把局放的背景干扰降到所需的10pC。一些制造商使用起重机把变压器从生产地运到高压试验区。起重机横杆和馈线进入屏蔽测试厅，从而降低屏蔽效率。现代化的工厂用气垫层移动变压器，从而可以有效的关闭屏蔽测试厅。应该考虑足够大可以进行400kV供电变压器试验且有到厅顶和墙壁必需间隙的高压试验厅内电磁屏蔽的耗资问题。一些小的制造商无力支付这项巨资，从而尝试在八小时
12、内进行感应电压试验；因为在此时间段内，大部分干扰源处于不活跃状态。然而，干扰的存在和强度是随意且不可预见的。大的制造商必定要根据紧凑的日程安排来运送变压器从而不能进行“合适时间”测试。 滤除传导干扰 设计且安装良好的屏蔽把外部磁场产生的干扰降到可以忽略不计。高质量的高压试验设备提供没有局部放电的试验电压。这时，主要的干扰是由供电、控制及接地系统传导出的。要有一个很低干扰的要求使试验厅设计者们注意到另一种进入到测试回路中的干扰。这种干扰是由供电、控制及测量电缆传导出的。接入已屏蔽高压试验厅的所有线路都被装上了特殊的过滤器来衰减传导出的干扰信号。过滤器的复杂程度和花费取决于所需的衰减性和必须流过该
13、过滤器的工频电流。气核反应器衰减有区别的传输模干扰而有双线缠绕的磁核反应器则减小普通传输模干扰。后一种干扰由相导线传导且通过地面返回。原则上来说，载流电流不应渗透反应器的核，因为双线缠绕抵消了往返电流产生的磁流量。此外，高压过滤器与局放测量线路中的阻塞阻抗和耦合电容器一起同时起作用。 由和声引起的测试电压波形的变形 工业试验室要解决的一个实际问题是保持试验电压光谱上的单一波形。 通常情况下，高压试验室建在生产地附近。它们由同一个变电站供电，有时甚至由同一个变压器供电。大型机器和其它非线性负载的可控硅控制驱动使电流变形从而使供电电压的波形变形。这种变形被转移到试验电压上，从而破坏局部放电测量。
14、例如，实心绝缘体内气泡的局放强度随测试电压的升高而增大。较高和声量的增加使电压曲线变得更陡，从而产生较高的局放强度。该问题已被查明；有关这种变形的典型例子示于图5中。高压试验室应由不同的电力变压器供电来减小此问题带来的影响。 “法拉第绞笼”的接地 在工业生产环境中，上层土壤传导接地电流特别是工频电流的较高和声。这种电流由可控硅控制负载，比如电气发动机或整流器，产生出。 应该注意，第三和第九和声电流在同一相位内流过三相导线。 因此，这些和声电流像流过一个普通导体一样流过三相导线。（正好相反的）如图6所示。 这种电流通过“零”线也通过与“零”导体平行的接地系统流回供电处。（变电站的电力变压器）较高频率下，“零”导体阻抗一般上高于接地回路的阻抗。 例如，截面为300m“零”线的电抗在第三次和声时为X0=2.3.50Hz.1mH/m.300m0.3 W而在第九次时X0接近1W。 接地系统一般上有较低的阻抗和较高的和声而且瞬间普通干扰电流易于流过上层土壤。这种瞬间干扰电流是由弧焊接，接触断开处的火花，电牵引电机车的火花和类似物产生的。埋在地下的任何金属物都能提供有较低阻抗的路径而且“聚集”接地电流。例
