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1、变电站接地设计-离子接地极的计算一、概述：接地的目的是保证人员安全和设备的安全以及设备的正常运营。根据康定变电站站址地勘报告,地质条件较为恶劣，土壤电阻率值约为2041.m(土壤电阻率报告推荐值），可供敷设的地网面积约为22,规定按照土壤电阻率计算,在站内能达到的最安全的接地电阻值。二、参照原则：.1 GB0169- 接地装置施工验收规范 中国国标.2 D/T621997 交流电气装置的接地 中国电力行业原则13 DL51、6 接地装置施工质量检查 中国电力行业原则1. ANIIEE Sd 交流变电站安全导则 美国国标 BS740-191 接地装置设计规范 英国国标 三、技术规定：根据DLT
2、21规范规定,一般状况下，有效接地和低电阻接地系统中发电厂、变电所电气装置保护接地的接地电阻宜符合如下规定： /I-考虑到季节变化的最大接地电阻，；I计算用的流经接地装置的入地短路电流,A。在该变电站中，入地短路电流I14A。因此可计算出接地电阻为R/I=/1300=0.192。由于该站接地条件恶劣,接地电阻很难满足R=0492。一般状况下，22K变电站设计时多规定接地电阻不不小于0.5,但是该变电站站址土壤电阻率很高,同样接地电阻很难满足R不不小于05。根据设计规范:当接地装置的接地电阻不符合式规定期，可通过技术经济比较增大接地电阻,但不得不小于5，同步跨步电势、接触电势都应满足有关规定。、
3、全站接地电阻按接触电势和跨步电势规定反推接地电阻：已知量:表面土壤电阻率.m;t0.2接触电势不得不小于：跨步电势不得不小于：根据接触电势反推接地电阻:已知量:地网所用材料量=5450m;地网周长LO=780；地网面积=2300 m2；接地线等效直径d=0.013m；可得出：根据接触电势反推接地电阻:已知量：接地网埋深h=.8m；跨步距离T.8m;n=16可得出：2、在设备支架周边以设备支架为中心,敷设mm的碎石加沥青，敷设的厚度不小于20cm。根据接触电势反推接地电阻:取=60 ； t2s根据跨步电势反推接地电阻:根据计算,变电站接地电阻规定不不小于或等于0.1492欧姆;全站接地电阻按接触
4、电势和跨步电势规定值取0.4759欧姆，采用提高表面接触电阻率的方式，场地地面设备支架和构架上有接地线引下处2米见方铺设厚0m的碎石加沥青,在水泥地面外的其他场地敷设碎石。经校核,采用上述措施后,能满足接触电势和跨步电势的规定的接地电阻值为1.1057欧姆。接地体截面选择：根据热稳定条件，未考虑腐蚀时,接地线的最小截面应符合下式规定 式中:Sg接地线的最小截面,mm2； Ig流过接地线的短路电流稳定值，A（根据系统5发展规划,按系统最大运营方式拟定)； te短路的等效持续时间,;c接地线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高容许温度和短路前接地线的初始温度拟定。紫铜绞线的热稳定系数为10
5、,此变电站的短路电流稳定值为27A,等效持续时间为0.4s,代入上面公式得出因此选用2mm2 截面紫铜绞线符合规定！四、设计参数（1） 根据岩土勘察报告，土壤电阻率推荐值为201.m。（2） 可使用地网面积23500(m)2（3） 年平均温度21.6，全年无结冰期；年降雨量13.,年平均相对湿度79%,其中,降雨量重要集中在月，122月各月的降雨量50m;相对湿度28月为0%82%，其他月份为77%,可见降雨量和湿度的季节变化基本一致，因此可以推断该变电站土壤电阻率基本稳定,一年之中无大变化。五、方案设计：在对变电站接地网的设计中,增大变电站接地网面积会导致投资过大,在有限的区域使用增设长的垂
6、直接地体，并开机钻孔添加降阻剂是一种好的措施。而在此类垂直接地体中，电解离子接地系统是一种好的的选择。综合考虑变电站接地网的使用年限、地网材料、接地电阻、地质状况、湿度温度等自然因素的影响,采用铺设水平网,地网四周安装1组离子接地极,每组离子接地极都配合降阻剂使用的措施来设计本接地方案。.1 在变电站围墙内敷设水平接地网，接地网的外缘应闭合。水平地网材料采用mm2紫铜绞线,平均间隔宽度约为9米左右。6.2 在水平网四周安装组离子接地极，每组离子接地极均由两根离子接地棒通过连接导体构成(安装措施详见接地平面图）。离子接地极安装于口径12cm深15米深井内，深井内同步敷设EM降阻剂,用于减少接地电
7、阻及消散故障电流。6 在水平网交点处及地网四周埋设5/8 inch , 5米长镀铜钢棒作为垂直接地极,用于泄流用与减少接地电阻，同步避免跨步电压与接触电势。6.4 铜绞线与铜绞线、铜绞线与镀铜钢接地极、铜绞线与离子接地极之间的连接均采用放热焊接。六、接地电阻计算:1、 水平网接地电阻计算： :水平接地网的接地电阻，: 土壤电阻率，m：地网面积,m2；已知量：=2041m; S=2500 m2代入公式可计算得出：2、 垂直网接地电阻计算=有关离子接地系统在工程设计中的工频接地电阻计算问题始终存在争议,许多国外和国内的制造商始终使用以上公式的计算方式对电解离子接地系统的工频接地电阻进行计算，其等于
8、假设整个电解离子接地系统为一种垂直埋设的金属接地体,按垂直接地体的工频接地电阻计算公式来计算，然后再给出一种修正的系数,这样的计算和设计是不科学的。美国电气与电子工程师学会（IEEE）在L数据库收录了一篇基于电解离子接地系统工作原理模拟的电解离子接地系统的工频接地电阻计算公式,其充足考虑了电解离子接地系统的接地体长度、初始离子扩散半径、回填料降阻率和电解离子接地系统运用率等参数对电解离子接地系统的工频接地电阻的影响,根据实验的措施给出了近似的模拟计算公式，该计算公式如下:离子接地系统的工频接地电阻;H: 离子接地系统的长度;:离子接地系统的初始离子扩散半径；：降阻剂回填料降阻率； k: 离子接
9、地系统效率; 在本设计中,以上参数取值分别为（如何取值详见附录):H0m; =0.5； =0.55； k=0.75代入公式得:电解离子接地系统并联的工频接地电阻近似计算如下：:1组离子接地系统的使用效果R2: n组离子接地系统使用后的效果n: 使用离子接地系统的组数 :运用系数 在本设计中参数的取值分别为（如何取值详见附录）:=20； =0.7代入公式得：3、 地网接地电阻R1: 水平接地极的接地电阻,6.6537 2：垂直接地系统的接地电阻,1.01代入公式得:取水平网接地电阻与垂直网接地电阻的并联系数0.，R=0.8/0.9=.98。由于=0.7 1.157,因此能满足该变电站接触电势和跨
10、步电势的规定!七、材料选型：1 降阻剂选用美国艾力高公司生产的GEM物理降阻剂。该降阻剂重要成分为炭灰电石,导电率为0.21W.，不腐蚀接地材料。由于具有水泥成分,一旦安装完毕就是永久性的，不会溶解和冲走，符合美国环保局规定。 - GE降阻剂材料具体阐明及安装措施详见阐明书接地产品和系统2 垂直接地极选用美国艾力高公司生产的EIEH铜镀钢接地棒，铜以分子的形式电镀在高强度钢芯上,厚度可达0.2，任意弯折铜层不脱落，不起皮，拥有国际UL认证证书。接地棒直径4cm,单根长度2,可通过连接器组合成任意长度。3-2 铜镀钢接地棒 3-4垂直接地极手动安装3-3 垂直接地极电动安装3 焊接工艺选用美国艾
11、力高公司提供的CADWELD放热焊接工艺进行接头的连接。该工艺焊接的接头电阻不不小于导体自身，强度优于导体,接头被铜层覆盖因此抗腐蚀性和导电性均非常杰出,接头内部无空隙，是真正的分子结合。该工艺操作简朴，省时省力，对操作者无资格证书规定，接头仅凭外观即可鉴定与否合格。焊接工具拥有国际UL证书，接头拥有加拿大安达略水利实验室出示的检测证书，保证了接头良好的导电性和抗腐蚀性。模具实体图焊接完毕接头（十字型）接头剖面 简朴四步即完毕放热焊接八、材料报价表： 序号品名型号规格数量单位水平接地体120截面紫铜绞线80米2垂直接地体5840215根3离子接地极ER12Q4U40根4模具SC6(Plu）个5
12、模具TACY6Y5(Pl）个6模具TAC6Y（Plus)个7模具XCY6（Ps)个8模具TC14Y6(Pu)个9焊药11PlusF2010盒焊药150Plus030盒1焊药0 uF2020盒1降阻剂GEM25A600包13夹具16个14模具清洁刷39个1抗冲击螺栓DS0个16去氧化钢刷T132个17电子点火器PLSC2个18模具密封胶泥4033盒1陶瓷隔热毯T3061块0喷灯 T111个九、镀铜钢棒接地极与老式接地系统的性能价格比：比较项目老式接地系统镀铜钢棒接地系统工程费用材料费低施工费高(占地面积大)其她费用高(打深井等）适中低无接地材料钢材(镀锌扁钢或角铁)铜钢或铜材合金连接方式电焊电气性能不稳定,接触电阻大放热焊接电气性能稳定,没有接触电阻导电性能导电性良好导电性好，是钢材的八倍防腐性能钢材差镀锌钢一般铜材的耐腐性是钢材的十倍是镀锌钢的三倍接地效果不稳定,接地电阻会持续上升很稳定,接地电阻会保持在一种较稳定的水准使用年限不到十年，须定期维护完全免维护综合比较通过上述比较,铜镀钢棒接地系统虽然一次性投入比老式接地系统多些,但它的寿命长,性能稳,免维护的独特性能和优势是老式接地方式无法比拟的目前在国内的华北，华东电力集团以及各重要都市电厂和变电站
