IEEE-802000交流變電站接地安全指南(摘錄)中文版

1、IEEEStd80-2000（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）交流變電站接地安全指南（摘錄）（IEEEStd80-2000GuideforSafetyinACSubstationGrounding）9設(shè)計(jì)的主要考慮9.1定義注：下面的定義已在條款3列出過，但是為了讀者方便這里重復(fù)列出。9.1.1輔助接地電極:有某種設(shè)計(jì)或操作限制的接地電極。它的主要作用可以不是把故障電流引導(dǎo)入地。接地電極:埋入地中用以收集地電流或把地電流驅(qū)散入地的導(dǎo)體。地墊:一塊實(shí)心的金屬板或一個(gè)密集的裸導(dǎo)體系統(tǒng)，它們與地網(wǎng)相連并放置在地網(wǎng)上、地面下不深處或放在地面上的其它地方，為的是獲得額外的保護(hù)措施，以便在危險(xiǎn)的操作區(qū)域或人們頻繁出

2、現(xiàn)的地方，使暴露于高跨步電壓或接觸電壓的危險(xiǎn)減到最小。放置在地表或地表上方的接地金屬柵欄，或直接放置地面材料下面的線網(wǎng)是地墊的常見形式。9.1.4地網(wǎng):通常在一個(gè)指定的地點(diǎn)，由許多埋在地下互連裸導(dǎo)體組成的一個(gè)水平地極系統(tǒng)，為電氣設(shè)備或金屬裝置提供共用地。注：水平埋在地面附近的地網(wǎng)，在控制地表電位梯度方面也是有效的。一個(gè)典型的地網(wǎng)通常補(bǔ)充了許多地棒且可能與輔助電極進(jìn)一步聯(lián)接，以便降低它相對于遠(yuǎn)地的電阻。9.1.5接地系統(tǒng):在一個(gè)指定的區(qū)域，；由互聯(lián)的所有接地裝置組成的系統(tǒng)。9.1.6主接地極:按接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求（或不明確要求），專門為泄放（通常以一定的放電模式）故障電流入地而設(shè)計(jì)或改裝的地極。

3、9.2概述一個(gè)接地系統(tǒng)應(yīng)該以這樣的一種方式安裝：它將限制地電位梯度的影響，使得其電壓和電流的水平在正常和故障情況下不危及人或設(shè)備的安全。該系統(tǒng)也應(yīng)保證服務(wù)的連貫性。在以下的討論中，假定接地系統(tǒng)的形式是一個(gè)地網(wǎng)，由水平埋地的導(dǎo)體組成，并補(bǔ)充了許多與地網(wǎng)相連的直立地棒。基于兩次調(diào)查:首次報(bào)告發(fā)表在1954年AIEE應(yīng)用指南中B3,第二次報(bào)告發(fā)表于1980（Dawalibi,Bauchard,andMukhedkarB45）,本概述代表了美國和其它一些國家大多數(shù)公用事業(yè)的主要經(jīng)驗(yàn)。使用豎直地棒和水平的導(dǎo)體構(gòu)成聯(lián)合接地系統(tǒng)的一些原因如下:a）在變電站中,對于提供一個(gè)安全接地系統(tǒng)來說,單一電極本身是不適

4、宜的。而當(dāng)若干個(gè)電極（例如地棒）互連并且連到所有的設(shè)備中性線,框架和那些需要接地的裝置上,其結(jié)果基本上就是地網(wǎng)的布局,不管其原始的目的是什么。如果固定接線碰巧埋在導(dǎo)電率好的土壤中，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)就可以是一個(gè)良好的接地系統(tǒng)。部分是由于這個(gè)原因，一些公用事業(yè)相信單獨(dú)使用的地網(wǎng)。然而，地棒有一特特殊的用途，見條款b的解釋)。如果驅(qū)散入地的電流很大，安裝一個(gè)電阻如此低的地網(wǎng)又能保證地面電位升所產(chǎn)生地表梯度對接觸的人不造成危險(xiǎn)是不太可能的。那么，危險(xiǎn)的排除只有通過控制整個(gè)區(qū)域的局部電位。一個(gè)把水平地網(wǎng)和許多埋在深土壤中的豎棒組合起來的系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn):盡管水平(地網(wǎng))導(dǎo)體在減少地面上的高跨步電壓和接觸電壓的

5、危險(xiǎn)非常有效，但是如果地網(wǎng)埋在地下較淺處通常在平整的地下0.30.5m(12in)，足夠長的地棒會(huì)穩(wěn)定此一組合系統(tǒng)的性能。因?yàn)榻Y(jié)冰、上層土壤干燥會(huì)按季節(jié)改變土壤電阻率，而較低土層的電阻率仍然保持幾乎不變，這對許多裝置是重要的。只要遇到雙層或多層的土壤而上層土壤的電阻率比下層土壤高，則穿過較低電阻率土壤的地棒在消散故障電流方面遠(yuǎn)為有效。對于許多GIS和空間-有限的其它裝置，出現(xiàn)這種情況實(shí)際上是最理想的，或通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)手段(如特長地棒，接地豎井等)實(shí)現(xiàn)這種情況。(電阻率)由高到低或均勻的土壤條件下，如果地棒主要是沿著地網(wǎng)周邊安裝，則這些地棒將相當(dāng)明顯地減緩?fù)鈬W(wǎng)眼地表面梯度的急劇增加。這種安裝的

6、細(xì)節(jié)見條款16。這些細(xì)節(jié)與決定地表電壓梯度簡化方法的使用有關(guān)。主地極和輔地極總的來說，大多數(shù)接地系統(tǒng)利用兩組地極。主地極是為接地目的而特別設(shè)計(jì)的。輔地極是由各種各樣地下金屬裝置組成的地極，其安裝目的不是為了接地。典型的主地極包括地網(wǎng)、平衡網(wǎng)絡(luò)、接地棒和接地豎井等。典型的輔地極包括與地網(wǎng)相連的地下金屬裝置和混凝土內(nèi)的鋼筋等。輔地極可以具有攜帶有限電流的能力。地網(wǎng)設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)變電站地網(wǎng)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)分析通常從檢查展示所有主要設(shè)備和建筑物的布局規(guī)劃開始。為了建立基本的概念，下列幾點(diǎn)可以作為一個(gè)典型地網(wǎng)設(shè)計(jì)開始的指南:應(yīng)有一個(gè)連續(xù)的導(dǎo)體環(huán)繞周界，以便盡實(shí)際可能圍住更大的面積。這個(gè)措施幫助避免電流的高

7、度集中，并且從而避免在地網(wǎng)中和在伸出的電纜線兩端附近出現(xiàn)高的電位梯度。圍住更大的面積也減少地網(wǎng)的電阻。在環(huán)內(nèi)，導(dǎo)體一般是平行放置，而且只要實(shí)際可能，沿著建筑物平行放置，或沿著設(shè)備一排排平行放置使接地線最短。變電站的典型地網(wǎng)系統(tǒng)可以包括在平整的地面埋深0.30.5m(12in)、隔開37m(1020ft)網(wǎng)狀的4/0裸銅導(dǎo)體。在交叉處導(dǎo)體應(yīng)安全地綁扎在一起。接地棒可以安在地網(wǎng)的角落和沿著周界的交叉匯合點(diǎn)。接地棒也可以安裝在主要設(shè)備處，特別是在浪涌避雷器附近。在多層或高電阻率的土壤中，使用更長的地棒或在補(bǔ)加的交叉匯合點(diǎn)安裝地棒可能是有用的。地網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)擴(kuò)充至整個(gè)變電站調(diào)度場，且經(jīng)常超出籬笆之外。在可

8、能發(fā)生電流高度集中的地方，例如在發(fā)電機(jī)的中性線到地的連接處、電容器庫或變壓器應(yīng)使用加倍的接地線或更粗大的導(dǎo)體。除非精確的分析(電腦輔助)給出最終的值，地網(wǎng)網(wǎng)孔的邊比通常取1:1到1:3。頻繁的交叉連接對降低地網(wǎng)的電阻作用很小。他們的主要作用是保證地面電位的適當(dāng)控制。交叉連接使故障電流有多條穩(wěn)定可靠的入地路徑、減小地網(wǎng)本身電位降和當(dāng)某一導(dǎo)體失效的情況下提供一種冗余措施也是有用的。困難條件下的設(shè)計(jì)在土壤電阻率相當(dāng)高的地區(qū)或變電站空間非常珍貴的情況下，也許不可能像處于更良好條件下所采取的，在一個(gè)大區(qū)域上擴(kuò)展地網(wǎng)電極以便使得接地系統(tǒng)低阻抗。許多GIS站和工業(yè)變電站通常處于這種情況，它們只占用正常情況下

9、常規(guī)設(shè)備用地的一部分。這常使地面電位梯度的控制困難。解決的辦法有：a）a）把遠(yuǎn)處的（多個(gè)）地網(wǎng)與臨近的接地設(shè)備、利用多座大樓中分開安裝的組合系統(tǒng)和地下室等連接在一起。使用大量遠(yuǎn)地極要求仔細(xì)考慮轉(zhuǎn)移電位、浪涌避雷器的位置和其它的危險(xiǎn)點(diǎn)。浪涌，特別是高頻浪涌（閃電）可能在本地和遠(yuǎn)處接地裝置之間產(chǎn)生值得注意的電壓。b）使用深埋地棒和鉆（接）地井。c）與地棒和互連導(dǎo)體有關(guān)的各種各樣添加劑和土壤處理在條款14.5有更完整的描述。d）使用金屬線墊。把地面材料和金屬網(wǎng)制成的編織墊組合一起，用來均衡地面附近的電位梯度場是可行的。典型的金屬編織墊由銅包N0.6AWG（譯注:美國線規(guī)6號(hào)，16mm2）鋼絲構(gòu)成，制

10、成0.6mX0.6m（24inX24in）網(wǎng)狀，安裝在土壤上，地表材料下，并與主地網(wǎng)多處相連。e）只要可行，有控制地使用其它可得到的降低接地系統(tǒng)總電阻的方法，如把固定導(dǎo)線和中性線接地（見條款15.3）。典型的做法是利用站內(nèi)適合作為輔助地極或作為其它系統(tǒng)的接地帶的金屬物體。當(dāng)然，這種應(yīng)用的后果，必須仔細(xì)估計(jì)。f）只要實(shí)際允許，可利用附近有足夠體積的低電阻率材料沉積物安裝一額外（衛(wèi)星式）地網(wǎng)。這種“衛(wèi)星式”地網(wǎng)，當(dāng)與主地網(wǎng)完全連接，將降低總電阻，從而降低地網(wǎng)的地電位提升。附近的低電阻率材料可能是泥土沉積物或可能是一些大建筑物的一部分，例如一個(gè)水電堤壩的混凝土團(tuán)塊（Verma,Merand,andB

11、arbeauB148）。連接到地網(wǎng)應(yīng)該用有足夠載流量和機(jī)械強(qiáng)度的導(dǎo)體（見條款11）連接在下列物體之間：a）所有接地電極，例如地網(wǎng)、地棒（襯）、接地井以及一些可連接的地方、金屬、水或氣管道、水井蓋罩等。b）所有地面上方可能偶爾帶電的導(dǎo)電金屬部件，例如金屬裝置、機(jī)械框架、常規(guī)或氣體-絕緣的金屬開關(guān)裝置的護(hù)蓋、變壓器、水箱、防護(hù)裝置等。那些相對于其它已經(jīng)帶電的金屬部件有不同電位的導(dǎo)電金屬部件應(yīng)該連接在一起，通常是通過地網(wǎng)。c）所有的故障電流源，例如浪涌避雷器、電容器組或耦合電容器、變壓器和其它合適的地方，如機(jī)器的中性線、照明和電力電路。通常用銅電纜線或銅帶作為這些接地導(dǎo)體。但是，變壓器外殼有時(shí)也用作

12、浪涌避雷器接地通路的部件。同樣，如果能確認(rèn)其電導(dǎo)，包括任何連接處的電導(dǎo)，與那些通常安裝的導(dǎo)體電導(dǎo)等效并維持等效，則大多數(shù)鋼或鋁構(gòu)件可以用作接地路徑。這么做的地方，應(yīng)該把任何可能引進(jìn)高阻連接的油漆涂層移去，同時(shí)使用合適的接頭化合物，或采取其它有效的手段，例如用跳線跨接，以免過后連接變壞。在GIS裝置的情況下，應(yīng)額外注意有害的感應(yīng)電流流通的可能性。條款10更詳細(xì)地討論這個(gè)題目。不應(yīng)在交叉連接點(diǎn)或類似的連接點(diǎn)處采用多條接地線來分流。所有的可接近的接地導(dǎo)線應(yīng)定期檢查。鋁熱焊、銅焊，或壓力型連接器可用于地下的連接（見條款11.4）。應(yīng)該避免錫焊，因?yàn)樵诟吖收想娏飨逻B接可能失效。戶外電路，即使在顯露的地點(diǎn)

13、，也可能逃過檢查，而且一旦接地網(wǎng)絡(luò)安裝之后要檢測其埋地部分顯然是不實(shí)際的。確定埋地的接地系統(tǒng)連續(xù)性測試方法的更詳細(xì)討論見條款19.4。可能提供或攜帶大電流的那些裝置，例如變壓器和斷路器組、開關(guān)架和避雷器座應(yīng)該用多條導(dǎo)線與地網(wǎng)連接。導(dǎo)線最好反向布線以便排除共模故障9。11導(dǎo)體和連接的選擇在評估用哪種導(dǎo)體材料，多大的導(dǎo)體尺寸或允許的最大限制溫度適合時(shí)，最終的選擇總應(yīng)體現(xiàn)出條款11.1-11.4所概括出的事項(xiàng)。11.1基本要求每一接地系統(tǒng)的元件，包括地網(wǎng)導(dǎo)體、連接、連接導(dǎo)線和所有的主電極，其設(shè)計(jì)都應(yīng)該符合裝置的預(yù)期壽命要求，這些元件應(yīng)具備如下特點(diǎn)：a）具備足夠的電導(dǎo)率，這樣就不會(huì)形成明顯的局部電位差

14、。b）在最不利的故障大小和持續(xù)時(shí)間的共同作用下，元件能避免熔化和機(jī)械損傷。c）元件應(yīng)具備機(jī)械穩(wěn)定性和高度的堅(jiān)固性。d）即使暴露在腐蝕環(huán)境中或使用不當(dāng)，元件也能保持它們的功能。11.2導(dǎo)體材料的選擇和相關(guān)的腐蝕問題11.2.1銅銅是常用的接地材料。銅導(dǎo)體除了具備高的導(dǎo)電性能外，在防止地下大多數(shù)的腐蝕問題也有其優(yōu)越性，因?yàn)橄鄬τ诳赡苈裨诟浇拇蟛糠制渌饘俣?，銅是陰極。11.2.2鍍銅鋼材鍍銅鋼材通常用作接地棒，偶爾也制成地網(wǎng)，特別是在有偷竊情況發(fā)生的地區(qū)。只要導(dǎo)體具有適當(dāng)?shù)某叽绾筒皇軗p害，且土壤情況對所用的材料沒有腐蝕，銅或少量鍍銅鋼材的使用就能多年確保地網(wǎng)的完整性。11.2.3鋁鋁很少用于地

15、網(wǎng)。對利用鋁或鋁合金制外殼的GIS裝置而言，雖然初看起來會(huì)認(rèn)為鋁應(yīng)是很自然的選擇，但應(yīng)考慮以下的缺點(diǎn)：a）鋁本身在某些土壤中是會(huì)被腐蝕的。對所有接地的實(shí)際效果而言，被腐蝕的鋁材料層是不導(dǎo)電的。b）在某些條件下，交流電導(dǎo)致的逐步腐蝕仍然是一個(gè)問題。盡管存在這樣一個(gè)事實(shí)，像鋼材一樣，鋁能減緩別的埋地物體的腐蝕，但也只有在對全部環(huán)境作出了全面調(diào)查的情況下才能使用鋁材。然而，對包括鋼材在內(nèi)的許多金屬而言，鋁是正極，在有電解質(zhì)存在時(shí)，如果將鋁與這些金屬之一互連，鋁將犧牲自身去保護(hù)別的金屬。如果要使用鋁材，那么高純度等級(jí)的導(dǎo)體比大多數(shù)合金更合適。11.2.4鋼材鋼可以用作地網(wǎng)導(dǎo)體和接地棒。當(dāng)然，這種設(shè)計(jì)應(yīng)

16、注意鋼材的腐蝕。配合陰極保護(hù)，在鋼接地系統(tǒng)中，通常用鍍鋅或抗腐蝕的鋼材。11.2.5其它需要考慮的事項(xiàng)銅質(zhì)或鍍銅鋼質(zhì)地網(wǎng)會(huì)跟埋地的鋼結(jié)構(gòu)、管道以及任何電纜護(hù)套中的鉛基合金形成原電池。這種原電池會(huì)加速后者的腐蝕。一些公用事業(yè)（公司）已嘗試給銅鍍錫。這會(huì)降低鋼和鋅之間的電池電壓約50%，并且能實(shí)際上消除與鉛之間的電壓（錫比鉛消耗稍多）。使用鍍錫銅材導(dǎo)體的缺點(diǎn)是它會(huì)加速和集中在銅材任何小面積裸露處（因土壤化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致）的自然腐蝕。其它常用方法有：38)38)a）用塑料帶或?yàn)r青混合物（或兩種方法同時(shí)使用）包裹隔離陰極保護(hù)金屬的表面。b）選擇埋地金屬元件的路線，讓銅基導(dǎo)體盡可能近地以直角跨過水管或由別的

17、無覆蓋物的裸露金屬制成的同類物體，并為相互接近的金屬之一提供隔離外套。通常是在水管上加隔離外套。c）使用犧牲陽極或從外加電流系統(tǒng)的陰極保護(hù)；d）使用非金屬管道和導(dǎo)管。在GIS中，也可能由于別的原因而要求使用陰極保護(hù)。陰極保護(hù)通常用于保護(hù)GIS的外部裝置，例如充氣加壓管狀電纜，鉛鎧裝電纜等。因GIS裝置復(fù)雜，在接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，必須全面考慮所有的腐蝕防護(hù)情況。由于電力系統(tǒng)的不同位置和不同應(yīng)用，變電站的情況可能不盡相同，所以具體指南很難制訂。地中腐蝕和陰極防護(hù)的課題很復(fù)雜。關(guān)于這個(gè)課題已進(jìn)行了許多研究，且有許多研究結(jié)果已發(fā)表。這些現(xiàn)象的詳細(xì)討論超出了本指南的范圍。11.3導(dǎo)體的尺寸因素11.3.1對

18、稱電流從SverakB133推導(dǎo)的公式（37）到（42）可以得到接地導(dǎo)體的短時(shí)溫升或作為電流函數(shù)所要求的導(dǎo)體尺寸。在IEEE標(biāo)準(zhǔn)837-1989的附錄B中也有這些公式。在材料常數(shù)已知或可算出時(shí)，這些公式可以計(jì)算確定導(dǎo)體的載流量。常用接地材料的材料常數(shù)見表1。對于對稱電流（無直流偏置）可推算出公式（37）（42）。I二Amm2I二Amm2(TCAP10,4rk+tInItP(K+T丿aerr37)38)38)式中:I是電流有效值，單位:kAAmm2是導(dǎo)體截面積，單位:mm2T是最大許可溫度，單位：。CmT是環(huán)境溫度，單位：CaTr是材料常數(shù)的參考溫度，單位:Ca是oc時(shí)電阻率的溫度系數(shù)，單位訂/

19、cOa是參考溫度T時(shí)電阻率的溫度系數(shù)，單位1/CrrPr是參考溫度為Tr時(shí)接地導(dǎo)體的電阻率，單位：uQ-cmK是1/a或（1/a）-T，單位：Coorrt是電流的持續(xù)時(shí)間，單位:scTCAP：每單位體積的熱容量（表1）,單位:J/（cm3C）（詳細(xì)定義見條款11.3.1.1）應(yīng)注意在同一參考溫度T，能同時(shí)找到ar和Pr。表1提供了20C時(shí)ar和Pr的數(shù)據(jù)。如果導(dǎo)體尺寸單位用Kcmils（mm2X1.973=Kcmils），公式（37）變?yōu)镮二5.07I二5.0710,3Akemil(TCAP-10,4rk+tInItPLK+T丿aerr表1材料常數(shù)材料種類材料電導(dǎo)率（%）20C系數(shù)a(1/C)

20、r0C時(shí)K(0C)o熔化溫度aT（C）m20C時(shí)卩”(yQcm)TCAP熱容量J/(cm3C)退火銅，（軟扎）100.00.0039323410831.723.42商用銅，（硬扎）97.00.0038124210841.783.42銅包鋼線40.00.0037824510844.403.85銅包鋼線30.00.0037824510845.863.85銅包鋼棒b20.00.0037824510848.623.85鋁，EC級(jí)61.00.004032286572.862.56鋁，5005合金53.50.003532636523.222.60鋁，6201合金52.50.003472686543.282

21、.60鋁包鋼線20.30.003602586578.483.58鋼,102010.80.00160605151015.903.28不銹包鋼棒c9.80.00160605140017.504.44鍍鋅鋼棒8.60.0032029341920.103.93不銹鋼,3042.40.00130749140072.004.03a摘自ASTM標(biāo)準(zhǔn)。b銅包鋼棒，銅層厚度0.254mm（0.010in）。c不銹鋼包鋼棒用厚度0.508mm（0.020in）N0.304不銹鋼包裹N0.1020鋼芯。結(jié)合公式（39）（用來確定TCAP），公式（37）、（38）表達(dá)了兩個(gè)基本假設(shè)：a）所有熱量都留在導(dǎo)體中（絕熱過程

22、）。b）比熱（SH）和比重（SW）的乘積，TCAP近似為常數(shù)，因?yàn)镾H的升高和SW的下降速率幾乎相同。對于大多數(shù)金屬，只要故障持續(xù)時(shí)間在幾鈔鐘之內(nèi)，這些假定在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)都是適用的。11.3.1.1替代公式由比熱和比重，可計(jì)算出表1未列出材料的TACP。比熱SH單位cal/（gramXC）和比重SW單位gram/cm3與單位體積的熱容量單位J/cm3的關(guān)系如下：4.187J（焦耳）=lcalorie（卡路里）因此，TCAP定義為：TCAPcal/（cm3XC）=SHcal/（gramXC）XSWgram/cm3(39)TCAPJ/(cm3XC)=4.184(J/cal)XSHcal/(g

23、ramXC)XSWgram/cm3一旦TCAP確定，式(37)、(38)就可用來確定導(dǎo)體的載流量。(39)式(37)和式(38)整理后可用來確定作為電流函數(shù)的導(dǎo)體尺寸。Amm2TCAP10-4K+TAmm2TCAP10-4K+TIn1tpLK+T丿crra(40)Akcmil197.4TCAP10，4K+TIn0mLtpLK+T丿crra(41)例：用式(41)和表1可以進(jìn)行計(jì)算，得到30%和40%鍍銅鋼材及100%或97%銅材導(dǎo)體的數(shù)據(jù),制成表格。例如，計(jì)算電流持續(xù)1秒30%鍍銅鋼材導(dǎo)體的尺寸，得到，tc=1.0,a20=0.0037&p20=5.86,tacp=385,Tm=1084,Ta

24、=40，K0=245因此，當(dāng)I=1kA時(shí),利用式(41),197.4A二二12.06kcmil或12.06kcmil/kAkcmil267.6111.3.1.2公式的簡化用英制單位，公式可簡化如下：A二I-K:廠(42)kcmilfc式中：Akcmil是導(dǎo)體的截面積,單位:kcmilI是故障電流有效值，單位:kAtc是電流持續(xù)時(shí)間,單位:sKf是表2中材料在不同Tm(熔化溫度或根據(jù)條款11.3.3的導(dǎo)體限制溫度)值和環(huán)境溫度(T)為40C時(shí)的常數(shù)。a表2材料常數(shù)材料電導(dǎo)率()TmgK退火銅(軟扎)100.010837.00商用銅，(硬扎)97.010847.06商用銅，(硬扎)97.02501

25、1.78銅包鋼線40.0108410.45銅包鋼線30.0108412.06銅包鋼棒20.0108414.64鋁，EC級(jí)61.065712.12鋁，5005合金53.565212.41鋁，6201合金52.565412.47鋁包鋼線20.365717.20鋼102010.8151015.95不銹鋼包鋼棒9.8140014.72鍍鋅鋼棒8.641928.96不銹鋼3042.4140030.05a見條款11.3.3有關(guān)材料選擇的注釋。例：在20kA和3秒故障持續(xù)時(shí)間下，用公式(42)對軟扎制銅材A20 x7.00*3242.5kcmilkcmil取250kcmilt=3.0s;I=211.6/(7

26、.00：3.0)=17.5kAc對40%電導(dǎo)率的鍍銅鋼材導(dǎo)體，A=20 x10.45、；3=362.0kcmilkcmil取19/#7導(dǎo)體。鋼導(dǎo)體A=20 x15.95f3=552.5kcmilkcmil取直徑7/8英寸的導(dǎo)體。還可以比較不同持續(xù)時(shí)間下某規(guī)定尺寸導(dǎo)體的熔化電流，以4/0AWG(211.6kcmil)軟扎銅材為例如果t=0.5s;I=211.6/(7.00.5)=42.7kAc如果t=1.0s;I=211.6/(7.001.0)=30.2kAc如果t=3.0s;I=211.6/(7.00J30)=17.5kAc因?yàn)槿缦乱蛩氐挠绊?，?shí)際選擇的導(dǎo)體尺寸往往大于根據(jù)熔化條件求得的尺寸，

27、如：在接地裝置的設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，導(dǎo)體的強(qiáng)度應(yīng)能經(jīng)受得住任何預(yù)期的機(jī)械作用或腐蝕引起的機(jī)械損傷。在接地裝置的使用壽命期內(nèi)，導(dǎo)體應(yīng)有足夠高的電導(dǎo)，以防止故障期間產(chǎn)生任何可能的危險(xiǎn)電壓降。限制導(dǎo)體溫度的需要(見條款11.3.3)。和對待其它的電子部件一樣，對接地系統(tǒng)也應(yīng)有安全系數(shù)。11.3.2不對稱電流11.3.2.1使用衰減因子在希望說明故障電流中可能有直流偏置成分的情況下，應(yīng)用公式(37)到公式(42)之前,利用條款15.10中公式(79)的衰減因子D可確定對稱電流等效值IF(它表示非對稱電流在FF整個(gè)故障持續(xù)時(shí)間t上積分的有效值)是X/R的函數(shù)。c/F=/fXDf(43)Fff得到的IF值通常大

28、于I，因?yàn)樗p因子是基于一個(gè)很保守的假設(shè)，即交流成分不隨時(shí)間而衰減，而是保持起始暫態(tài)值不變。11.3.2.2非對稱電流表格的使用在相同的故障條件（故障電流持續(xù)時(shí)間和大?。┫拢?yàn)楣收想娏髦械闹绷髌脮?huì)而導(dǎo)致導(dǎo)體達(dá)到更高的溫度，式（43）求出了在直流偏置存在時(shí)對稱電流的等效值。此外，如果存在直流偏置，它會(huì)使機(jī)械力和吸收的能量幾乎達(dá)到等效對稱電流情況下的4倍。然而，如果電流持續(xù)時(shí)間大于等于1秒，或故障處的X/R比值小于5時(shí)，直流偏置的影響可以忽略不計(jì)。在表3到表6中列出了各種直流偏置下不同尺寸銅質(zhì)導(dǎo)體的熔化特性。這些熔化特性是理論上推導(dǎo)出的，不過后來為大量的實(shí)踐所證明。表3各接地銅纜的最大通流量；

29、電流是頻率60Hz,X/R=40時(shí)的有效值；電流單位為kA電纜尺寸AWG標(biāo)稱截面積mm26個(gè)周期（100ms）15個(gè)周期（250ms）30個(gè)周期（500ms）45個(gè)周期（750ms）60個(gè)周期（1s）180個(gè)周期（3s）#233.632216121095#142.41282116131171/053.48362620171482/067.424533252118113/085.035742322723144/0107.20725340343017250kcmil126.65856247403521350kcmil177.361198767564929表4各接地銅纜的最大通流量；電流是頻率60H

30、z，X/R=20時(shí)的有效值;電流單位為kA電纜尺寸標(biāo)稱截面6個(gè)周期15個(gè)周期30個(gè)周期45個(gè)周期60個(gè)周期180個(gè)周期AWG積mm2（100ms）（250ms）（500ms）（750ms）（1s）（3s）#233.632518131195#142.41322216131271/053.48402821171592/067.425136262219113/085.036445332724144/0107.20815742353018250kcmil126.65956750413621350kcmil177.361349470585029表5各接地銅纜的最大通流量；電流是頻率60Hz，X/R=10

31、時(shí)的有效值;電流單位為kA電纜尺寸標(biāo)稱截面6個(gè)周期15個(gè)周期30個(gè)周期45個(gè)周期60個(gè)周期180個(gè)周期AWG積mm2（100ms）（250ms）（500ms）（750ms）（1s）（3s）#233.632719131195#142.41352317141271/053.48443021171592/067.425638272219113/085.037048342824144/0107.20896043363118250kcmil126.651057151423621350kcmil177.361479972595130表6各接地銅纜的最大通流量；電流是頻率60Hz,X/R=0時(shí)的有效值;電流

32、單位為kA電纜尺寸AWG標(biāo)稱截面積mm26個(gè)周期(100ms)15個(gè)周期(250ms)30個(gè)周期(500ms)45個(gè)周期(750ms)60個(gè)周期(1s)180個(gè)周期(3s)#233.633119141195#142.41392417141271/053.48493122181592/067.426239282219113/085.037950352825144/0107.20996344363118250kcmil126.651177452433721350kcmil177.3616510473605230注：表3到表6的電流值是用計(jì)算程序RTGC計(jì)算出來的(Reichman,Vainberg

33、,andKuffelB122)。已知X/R值和故障情除時(shí)間，這個(gè)計(jì)算程序可以直接用來計(jì)算接地電纜所需的尺寸。電流值是在直流偏置最大時(shí)計(jì)算的結(jié)果(見條款15.10)。導(dǎo)體初始溫度=40C，最終溫度=1083C。公制數(shù)值是用軟件換算的。軟件換算是據(jù)AWG尺寸直接計(jì)算出公制的面積。11.3.3確定導(dǎo)體尺寸大小的附加因素設(shè)計(jì)者應(yīng)該注意確保接地裝置中的導(dǎo)體和連接點(diǎn)的溫度不會(huì)對變電所的安全運(yùn)行造成危險(xiǎn)。例如：般，易燃材料附近的導(dǎo)體和連接點(diǎn)應(yīng)有更嚴(yán)格的溫度限制。如果對硬軋銅材強(qiáng)度提出要求是由于機(jī)械原因，那么就應(yīng)該小心不讓溫度超過250C，以免導(dǎo)體退火。應(yīng)仔細(xì)檢查暴露在腐蝕環(huán)境中的可能性。即使正確的導(dǎo)體尺寸和

34、所采用的連接方法完全滿足IEEE標(biāo)準(zhǔn)837-1989試驗(yàn)要求，也應(yīng)注意在裝置設(shè)計(jì)壽命期間，選擇更大尺寸的導(dǎo)體以抵補(bǔ)導(dǎo)體截面的逐漸減小，因?yàn)橥寥拉h(huán)境會(huì)加快腐蝕。從設(shè)備到地網(wǎng)的引下導(dǎo)線，可能要承受流入地網(wǎng)的全部故障電流，而地網(wǎng)把這個(gè)電流分流，使地網(wǎng)中的每段導(dǎo)體只承受全部故障電流的一小部分。因此，引下導(dǎo)線就應(yīng)該比地網(wǎng)導(dǎo)體更粗大或從設(shè)備到地網(wǎng)連接多條引下導(dǎo)線，使之有足夠的通流量來承受全部故障電流。傳導(dǎo)雷電流的接地導(dǎo)體無需作更多的考慮。根據(jù)故障電流要求而選定的導(dǎo)體尺寸，通常也足以通過雷電引起的短時(shí)浪涌。實(shí)踐中，機(jī)械可靠性的要求將規(guī)定導(dǎo)體的最小尺寸。對設(shè)計(jì)者而言，雖然根據(jù)局部情況確定導(dǎo)體的最小尺寸看來可能

35、是合適的，但保守的要求是值得考慮的。幾個(gè)特殊原因如下：繼電器的故障會(huì)導(dǎo)致故障持續(xù)時(shí)間超過原清障時(shí)間。后備清障時(shí)間適用于確定導(dǎo)體的尺寸。對小型變電站而言，這個(gè)后備清障時(shí)間可能達(dá)到3秒或更長。然而，大型變電站通常會(huì)有復(fù)雜的保護(hù)設(shè)計(jì)，故障通常能在1秒或更少的時(shí)間內(nèi)清除。用于確定導(dǎo)體尺寸的最大電流值，應(yīng)把將來的發(fā)展考慮進(jìn)去。在設(shè)計(jì)初期就設(shè)定導(dǎo)體尺寸適當(dāng)?shù)母挥嗔勘纫院笱a(bǔ)充許多接地導(dǎo)線成本低。11.4連接的選擇在地網(wǎng)中，地上和地下的所有連接都應(yīng)被評估，以便達(dá)到所用導(dǎo)體的全面要求：即電導(dǎo)率、耐腐蝕性、通流量和機(jī)械強(qiáng)度。這些連接點(diǎn)應(yīng)足夠大以便保持其溫升低于導(dǎo)體的溫升，并能抵御熱效應(yīng)的影響。連接點(diǎn)還應(yīng)該足夠堅(jiān)固

36、，以經(jīng)受最大預(yù)期故障電流的電磁機(jī)械力，并使裝置能在其預(yù)期壽命內(nèi)耐(得住)腐蝕。變電站接地中的耐久連接的應(yīng)用和測試，IEEE837-1989提供了詳細(xì)信息。用于特殊導(dǎo)體尺寸系列和導(dǎo)體材料的接地連接如果通過了IEEE837-1989要求，應(yīng)能滿足有相同尺寸和材料導(dǎo)體的所有標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率、耐腐蝕性能、通流量和機(jī)械強(qiáng)度。13.土壤結(jié)構(gòu)和土壤模型的選擇13.1土壤結(jié)構(gòu)的調(diào)查很有必要對變電站所在地土壤電阻率進(jìn)行調(diào)查，以便確定土壤的大體成分和均勻程度。巖心取樣試驗(yàn)和其它的地質(zhì)調(diào)查常能提供有關(guān)各種土層的存在和土壤材料類型的有用信息，至少能得到有關(guān)該站址電阻率范圍的一些概念。表7典型地表材料電阻率序號(hào)地面材料的種類

37、(U.S.找到該材料的州)樣品的電阻率Qm干濕1破碎花崗巖成細(xì)粒(N.C.)140X1061300(地下水,45Qm)2破碎花崗巖成1.5in(0.04m)細(xì)粒(Ga.)40001200(雨水，100Qm)30.751in(0.020.025m)花崗巖細(xì)粒(Galif.)-6513(45Qm水排出10分鐘后)4#4(12in)(0.0250.05m)洗過的花崗巖(Ga.)1.5X1064.5X1065000(雨水，100Qm)5#3(24in)(0.050.1m)洗過的花崗巖(Ga.)2.6X1063X10610000(雨水，100Qm)6大小未知洗過的石灰石(Mich.)7X10620003

38、000(地下水,45Qm)7洗過的花崗巖，類似于0.75in(0.02m)的砂礫2X106100008洗過的花崗巖，類似于豌豆大小的砂礫40X10650009#57(0.75in)(0.02m)洗過的花崗巖(N.C.)190X1068000(地下水,45Qm)10瀝青2.6X1063X106100006X10611混凝土1X1061X109a21100a烤箱烘干的混凝土(HammondandRobsonB78)。自然干燥的的混凝土因含水分其電阻率可能低得多。13.2土壤的分類和電阻率的范圍文獻(xiàn)中許多表格展示了各種土壤和巖石的電阻率范圍。RudenbergB125的表格具有非(44)1(44)1

39、+常簡明的優(yōu)點(diǎn)。工程手冊和出版物（比如，SundeB130andWennerB150）有更多詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料供使用。13.3電阻率的計(jì)算基于土壤分類的估計(jì)只給出電阻率的近似值。因此，電阻率的實(shí)際測試是必要的。這種測試應(yīng)該在變電站址內(nèi)的多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行。在整個(gè)站址區(qū)域和相當(dāng)深度的土壤都具有相同的電阻率的變電站很少見到。通常情況是有多層土壤，每層有不同的電阻率。通常，橫向（水平方向）的變化也會(huì)發(fā)生，但與縱向的變化相比，這些變化更為平緩。為了確定電阻率是否隨著深度有任何較大的變化，應(yīng)該進(jìn)行土壤電阻率的測試。在變化大的地方，讀數(shù)取值次數(shù)應(yīng)更多，特別是在一些讀數(shù)高到暗示有安全問題時(shí)。表8土壤電阻率范圍土壤類型

40、濕的有機(jī)土壤土壤類型濕的有機(jī)土壤潮濕的土壤干燥的土壤下層的堅(jiān)石（基巖）平均電阻率（Qm）(44)1(44)1+(44)1(44)1+如果電阻率隨深度略有變化，那么最好加大探針間距以獲取深層土壤電阻率的評估。這樣做是可能的，因?yàn)楫?dāng)探針間距增加時(shí)，不管由于不同土壤狀況改變有多少電流的路徑被扭曲，測試源電流在垂直和水平兩個(gè)方向上都能滲透到越遠(yuǎn)的區(qū)域（ManualonGroundResistanceTestingB102地阻測試手冊）。IEEE81-1983中詳盡地描述了一些測量技術(shù)。如圖19所示，Wenner四極法是最通用的技術(shù)。簡單地說，四個(gè)探頭以相同間距a及相同深度b沿一條直線插入土壤中。然后測

41、出兩個(gè)內(nèi)電極（電位極）間電壓值，除以兩個(gè)外電極（電流極）間的電流，得到電阻值R。(44)1(44)1+(44)1(44)1+圖19Wenner四極法則,4aRa2+4b2a2+b2式中:P是土壤的視在電阻率，單位：QmR是實(shí)測電阻,單位：Qa相鄰電極間距，單位:mb電極深度,單位:m如果b小于a,即探頭插入土中距離很小，式（44）可簡化為P=2naR（45）a探頭間距小時(shí)，電流靠近地表流動(dòng),而間距大時(shí)，更多電流會(huì)滲透到更深的土壤。因此,在土壤各層電阻率差異不太大時(shí)，假定給定探頭間距a下實(shí)測的電阻率代表了深度為a的土壤視在電阻率，通常這是一種合理的近似。這樣,公式（44）和公式（45）就可以用來

42、確定深度a的視在電阻率P。aSchlumburger-PalmerB119是Wenner法的一種改進(jìn)型。就如IEEE81-1983中描述的那樣，對大探頭間距的情況，這種方法更為靈敏。如圖20所示和IEEE81-1983所述，另外一種測量土壤電阻率的方法是基于三極法或電位降法的插棒法（BlattnerB11B12;PurdyB121）。這種方法中，置于待測土壤中插棒的深度Lr是變化的。另外兩根棒沿一直線較淺地插入土壤，稱為參照棒。電壓棒的位置在測試棒和電流棒之間移動(dòng)。另一可替換的方法是電壓棒置于電流棒相對的一側(cè)。其視在電阻為：46)2LR46)ln式中：Lr是棒的長度，單位：md是棒的直徑，單位

43、：m實(shí)測視在電阻率值Pa與棒長度的關(guān)系圖，提供了電阻率隨深度變化的直觀圖示。Ohio州立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的試驗(yàn)證明了無論是Wenner四極法還是三極插棒法都能為建立土壤模型提供所需的信息。實(shí)際應(yīng)用中，Wenner四極法是最通用的方法。其通用有幾個(gè)原因。四極法能獲得較深土層的電阻率數(shù)據(jù)而無需把探棒插到這些土壤層內(nèi)。四極法測試無需笨重的設(shè)備。測試結(jié)果不會(huì)受到測試極電阻和測試極插入土壤時(shí)留下的孔洞電阻的顯著影響。雖然并非必然與測量方法有關(guān)，但插棒法的優(yōu)點(diǎn)是能確定地棒可插入土壤多深。如果知道了棒能插入地下多深，就能省去重新設(shè)計(jì)地網(wǎng)。通常，因?yàn)橥寥乐械膱?jiān)硬層，如巖石、硬粘土等，實(shí)際上不可能把測試棒更深地插入土壤

44、中，這導(dǎo)致了數(shù)據(jù)不充分。BlattnerB11研發(fā)了一種技術(shù)，如果土壤某深度電阻率已知，它能預(yù)測10倍其深度的土壤電阻率。這種方法能在測試棒無法插入土壤很深的情況下有效地運(yùn)用。但是，在使用這種方法前，建議再看一下此技術(shù)的實(shí)際局限性。插棒法的缺點(diǎn)是：當(dāng)測試棒被深深地插進(jìn)地下時(shí)，因?yàn)檎饎?dòng)和直徑大的聯(lián)接器，會(huì)減少棒與土壤的緊密接觸，導(dǎo)致電阻測量值偏高。根據(jù)這些較高的土壤電阻率設(shè)計(jì)的地網(wǎng)可能過于保守。插棒法提供的電阻值是不精確的。電極間距大和均質(zhì)土壤的情況下，只62%的規(guī)則可用。在非均質(zhì)土壤中，這種假設(shè)會(huì)影響讀數(shù)。如果用曲線的平直部分來確定測試棒電阻，在非均質(zhì)土壤中，這平直部分不能給出正確的電阻，并且

45、除非測試棒和電流棒的間距非常大，甚至不能獲得曲線的平直部分（DawalibiandMukhedkarB39B44）。(44)1(44)1+EPC11地平線-nJ1D圖20二極法或插棒法電路電阻率測量記錄應(yīng)包括測量時(shí)的溫度數(shù)據(jù)和土壤的濕度信息。所有研究范圍內(nèi)所能得到的有關(guān)已知埋地導(dǎo)電物體的數(shù)據(jù)也應(yīng)記錄。如果埋地導(dǎo)電物體很靠近足以改變測試電流的流動(dòng)模式，則與土壤接觸的埋地導(dǎo)電物體可能使按上述測試所得到的讀數(shù)無效，對于大的或長的導(dǎo)電物體尤其如此。為此，在地網(wǎng)導(dǎo)體已安裝的地區(qū)，土壤電阻率的測量會(huì)明顯失實(shí)，除了在很大的地網(wǎng)內(nèi)或靠近中心進(jìn)行淺表測量。在這種情況下，把探頭放置得使地網(wǎng)對電流流型的影響降到最小

46、，則在地網(wǎng)外短距離內(nèi)可得到少量近似讀數(shù)。雖然地網(wǎng)內(nèi)的情況并不明確，這些讀數(shù)可以近似使用，特別是如果有理由相信整個(gè)區(qū)域內(nèi)土壤相當(dāng)均勻時(shí)。13.4土壤電阻率測量的數(shù)據(jù)整理也許整理在一個(gè)場地中獲得的視在電阻率數(shù)據(jù)是測量項(xiàng)目中最困難的部分?；灸康氖且茖?dǎo)出一個(gè)與實(shí)際土壤近似的模型。土壤電阻率在橫向和不同深度上的變化與土壤的分層有關(guān)。正如EPRITR-100863B64所描述的那樣，由于天氣情況變化，土壤電阻率會(huì)有季節(jié)性的變化。必須認(rèn)識(shí)到，土壤模型只是實(shí)際土壤情況的一個(gè)近似模型，完全一致是不太可能的。最常用的土壤電阻率模型是均勻土壤模型和雙層土壤模型。雙層土壤模型往往是許多土壤結(jié)構(gòu)的很好的近似模型，而

47、多層土壤模型可用于更復(fù)雜的土壤情況。土壤電阻測量的數(shù)據(jù)整理既可手工完成，或使用BlattnerandDawalibiB13;BlattnerB11B12;EndrenyiB56;EPRITR-100622B63;EPRIEL-3982B62;EPRIEL-2699B60;LazzaraandBarbeitoB98;Meliopoulos,Papelexopoulos,WebbandBlattnerB105;MeliopoulosandPapelexopoulosB103;MooreB110;NahmanandSalamonB112;RomanB123;和TaggB135等人描述的計(jì)算機(jī)分析技術(shù)

48、完成。均勻土壤模型只能用于視在電阻率緩慢變化的場合。在均勻土壤情況下（現(xiàn)實(shí)中很少有這種情況），均勻土壤模型是相當(dāng)精確的。如果所測的視在電阻率有大的變化，均勻土壤模型不太可能產(chǎn)生精確的結(jié)果。實(shí)際土壤情況更精確的模型是雙層土壤模型。雙層土壤模型由厚度有限的上層和電阻率不同，厚度無限的下層組成。有幾種技術(shù)可以從現(xiàn)場測試得到的視在電阻率確定等效的雙層土壤模型。在一些場合中，可以通過觀察視在電阻率與插棒測試深度的關(guān)系曲線，或通過觀察視在電阻率與Wenner四極測試中的電極間距的關(guān)系曲線來近似得到雙層土壤模型(BlattnerB10B12;IEEE輔導(dǎo)教程86B87)。用于工業(yè)的計(jì)算機(jī)程序也可用來推導(dǎo)雙層

49、土壤模型和多層土壤模型(DawalibiandBarbeitoB38;EPRITR-100622B63;EPRIEL-2699B60;OrellaraandMooneyB117)。在一些場合中，土壤電阻率可能表現(xiàn)為從最小值到最大值之間變化，所以等效的雙層土壤模型并可能不是一個(gè)精確模型。在這種情況下，如Dawahbi,Ma,andSoutheyB46和DawalibiandBarbeitoB38所描述的那樣，可能要求有一個(gè)不同的土壤模型，例如多層土壤模型。13.4.1均勻土壤的假設(shè)只要沒有雙層或多層土壤的計(jì)算工具可供利用，就可以用均勻土壤模型來代替多層土壤模型。不幸的是，通常很難估算相關(guān)接地參數(shù)

50、的誤差上限，但在各層間電阻率變化比較緩慢時(shí)，土壤電阻率平均值可以用做初級(jí)近似值或用來確定土壤電阻率的數(shù)量級(jí)。如式(47)所示，取實(shí)測視在電阻率的算術(shù)平均值，可以得到均勻土壤電阻率的近似值。a(l)a(a(l)a(2)+,a(n)a(av1)47)(44)1(44)1+式中：Pa+Pa(2)+卩)+Pa(n)是在四極法中不同間距或插棒法中不同深度所測視在電阻率，單位：Q.mn是總測量次數(shù)大多數(shù)土壤并不符合公式(47)的標(biāo)準(zhǔn)。在土壤電阻變化顯著時(shí)，很難建立起均勻土壤模型。因?yàn)楸局改系目绮诫妷汉徒佑|電壓公式是建立在均勻土壤模型基礎(chǔ)上，所以打算確立一個(gè)把非均勻土壤近似為均勻土壤的準(zhǔn)則。采用四極法從不同

51、的幾個(gè)地理位置上取得視在土壤電阻率數(shù)據(jù)。每個(gè)位置的土壤數(shù)據(jù)用三個(gè)不同的等效土壤模型近似。這些近似模型由一個(gè)計(jì)算機(jī)(EPRITR-100622B63)產(chǎn)生的雙層模型和兩個(gè)均勻土壤模型組成。均勻土壤模型通過實(shí)測視在電阻率數(shù)據(jù)，利用公式(47)和(48)確立。下一步，利用計(jì)算機(jī)程序(EPRITR-100622B63)計(jì)算一大小為76.2mX76.2m(250ftX250ft)有64個(gè)均勻分布接地棒的地網(wǎng)的電阻和跨步/接觸電壓。接地電極的深度取決于所采用的土壤模型。例如，在雙層土壤模型中，接地電極(棒)插到下層。這項(xiàng)研究的細(xì)節(jié)參見附錄E。最后，將雙層模型計(jì)算的接地參數(shù)與均勻土壤模型的計(jì)算結(jié)果比較。用公

52、式(50)計(jì)算出的的均勻土壤模型接地參數(shù)與雙層模型的計(jì)算值進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋容^。2(av2(av2)+,a(max)a(min)48)式中：p(max)是視在電阻率最大值(取自測量數(shù)據(jù))，單位：QmaP(min)是視在電阻率最小值(取自測量數(shù)據(jù))，單位：Qma以上的研究中用到若干假設(shè)。因此，使用公式(48)時(shí)要注意。例如，在接地地網(wǎng)中沒有接地棒時(shí)，建議不使用公式(48)(Dawalibi，Ma，andSoutheyB47)。此外，如果公式(48)算出均勻土壤的電阻率用來設(shè)計(jì)地網(wǎng)，那么接地棒至少應(yīng)插到實(shí)測電阻率與Pa(av2)計(jì)算結(jié)果一致的深度。不同作者提出了幾種使用均勻土壤模型近似非均勻土壤模型的方

53、法。其中之一包含用上層視在電阻率平均值來計(jì)算跨步電壓和接觸電壓，用下層視在電阻率平均值來計(jì)算接地系統(tǒng)的電阻。Dawalibi,Ma,andSoutheyB46;DawalibiandBarbeitoB38;EPRITR-100622B63;Fujimoto,Dick,Boggs,andFordB69;andThaparandGerezB140可以提供關(guān)于所測土壤數(shù)據(jù)整理以及多層、雙層和均勻模型對接地參數(shù)影響的補(bǔ)充信息。13.4.2非均勻土壤的假設(shè)SundeB130以及他所提到的一些地理勘探書中提出另一研究方法，是針對電阻率隨深度有顯著變化情況下提出的。例如,從較寬探頭間距所獲得的讀數(shù)推出有一定

54、厚度的兩層或多層的土壤分層情況,這可能解釋實(shí)際測量值的變化。13.4.2.1雙層土壤模型（通用）雙層土壤模型可用深度無限的下層和其上面深度有限的上層表示。在兩層土壤邊界電阻率的突變可以用折射系數(shù)來描述。折射系數(shù)K由公式（49）K=（p-p）/（p+,）確定。2112K=t1（49）P+P12式中：P1是上層土壤電阻率，單位：QmP2是下層土壤電阻率，單位：Qm雖然對接地系統(tǒng)最精確的描述應(yīng)該基于變電站所在地的實(shí)際土壤電阻率的變化,但模擬所有這些變化從經(jīng)濟(jì)適用和技術(shù)上來說,幾乎是行不通的。然而大多數(shù)情況下,基于等效雙層土壤模型的地極的表示對設(shè)計(jì)安全接地系統(tǒng)已經(jīng)足夠了。IEEEStd81-1983提

55、供了一些方法,用來確定雙層土壤模型上、下層的等效電阻率和上層的高度。一些作者提出了另外幾種方法,它們包括確定雙層模型、用上層電阻率計(jì)算接觸和跨步電壓、用下層電阻率計(jì)算接地電阻和對本指南中用于雙層土壤模型的公式進(jìn)行校正的方法。這些文章可以給設(shè)計(jì)者提供更多關(guān)于土壤數(shù)據(jù)整理和多層、雙層、均勻模型影響的信息（Dawalibi,Ma,andSoutheyB46;DawalibiandBarbeitoB38;ThaparandGerezB140）。13.4.2.2雙層土壤模型的圖解根據(jù)BlattnerandDawalibiB13;EndrenyiB56;TaggB136;RomanB123;andSundeB130等人文章的描述，雙層土壤模型可用圖解的辦法來近似。下面幾段描述Sunde的圖表法。在Sunde的方法中，圖21所示的曲線圖用來近似雙層土壤模型。根據(jù)Wenner四極法測試數(shù)據(jù)