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序1

前言1

第1章　接地技术基础知识1

1.1　接地装置及其功能1

1.1.1　接地的概念1

1.1.2　接地分类1

1.1.3　接地的目的3

1.2　土壤的地电特性5

1.2.1　土壤电阻率5

1.2.2　影响土壤电阻率的因素7

1.2.3　岩土的介电常数及其影响因素12

1.3　地中电流分布特性16

1.3.1　地中恒定电流场的基本性质16

1.3.2　分层土壤界面处电流场18

1.3.3　均匀土壤中点源产生的电流场19

1.3.4　水平分层土壤中点源的电位分布23

1.3.5　垂直分层土壤中点源的地面电场分布26

参考文献27

第2章　接地电阻28

2.1　接地电阻的定义及其特性28

2.1.1　接地电阻的定义28

2.1.2　接地电阻与电容的关系29

2.1.3　接地体间的屏蔽效应29

2.2　常用接地装置的接地电阻30

2.2.1　基本形状接地装置的接地电阻30

2.2.2　半椭圆形接地体的接地电阻32

2.2.3　水平带状接地体的接地电阻33

2.2.4　水平板状接地体的接地电阻33

2.3　计算接地电阻的等效表面积方法34

2.4.1　多根垂直接地体组成的接地装置的利用系数35

2.4　接地装置的利用系数35

2.4.2　水平接地体和垂直接地体组成的接地装置的利用系数39

2.5　不均匀土壤中接地装置的接地电阻40

2.5.1　双层土壤中的接地装置的接地电阻40

2.5.2　用拉普拉斯方程求多层土壤时点源产生的互电阻43

2.5.3　计算两层水平和垂直分层土壤中接地体接地电阻的图解法44

2.6　发变电站接地系统接地电阻47

2.6.1　发变电站接地装置结构47

2.6.2　对发变电站接地系统接地电阻的要求48

2.6.3　发变电站接地系统接地电阻的计算49

2.6.4　不均匀土壤中接地系统接地电阻的计算51

2.7　发变电站的接地电阻与接地阻抗54

参考文献57

3.1.1　人体的允许电流极限58

3.1　人体允许电流58

第3章　安全接地设计基础58

3.1.2　多次电击及快速切除故障63

3.1.3　直流对人体允许电流的影响64

3.1.4　频率对人体允许耐受电流的影响64

3.2　人体的电阻66

3.3　人体电击时的等效电路69

3.3.1　通过人体的电流路径69

3.3.2　电击事故的主要类型70

3.3.3　电击时的等效电路模型71

3.4　人体安全电压及容许电位差72

3.4.1　人体安全电压72

3.4.2　人体允许电位差73

3.5　大地表层土壤电阻率对安全的影响75

参考文献78

3.6　持续接地电流的作用78

4.1　发变电站接地的目的80

4.1.1　发变电站接地的目的80

第4章　发变电站接地80

4.1.2　设计目标81

4.1.3　发电站接地的特殊性82

4.2　发变电站接地系统设计83

4.2.1　发变电站接地系统结构83

4.2.2　接地系统设计要求84

4.2.3　接地网设计的主要参数84

4.2.4　发变电站接地系统设计与施工程序85

4.2.5　接地系统设计的基本指导原则90

4.2.6　按电位梯度要求确定导体长度90

4.2.7　发电站与变电站的内部连接91

4.2.8　特殊条件下的接地设计91

4.3.1　对接地导体材料及截面积的要求92

4.3　接地导体材料及截面积的选择92

4.3.2　用于接地导体的金属材料94

4.3.3　按导体最高允许温度确定接地导体尺寸96

4.3.4　根据接地故障保护确定接地导体尺寸102

4.3.5　按机械可靠性确定接地导体尺寸102

4.3.6　确定接地导体尺寸的腐蚀因素103

4.4　发变电站接地的安全性103

4.4.1　发变电站安全接地设计原则103

4.4.2　计算接触电压和网孔电压的简单公式104

4.4.3　计算发变电站接地网的网孔电压和跨步电压的IEEE公式106

4.4.4　我国标准推荐的计算接触电压和跨步电压计算公式108

4.4.5　转移电位109

4.4.6　提高接地网安全性的措施115

4.5.1　电站辅助设施中性点接地118

4.4.7　检验现有变电站的安全接地118

4.5　发变电站辅助电气设施接地118

4.5.2　辅助设备的特殊接地要求119

4.5.3　保护和控制接地122

4.6　接地连接线及布置方式122

4.6.1　接地连接线122

4.6.2　与中性点地相连的公共设备接地线的接地123

4.6.3　接于中性点地的单个设备接地连接线的接地方式124

4.6.4　公共母线连接接地网且设备只采用唯一与接地网相连的安全接地方式125

4.6.5　采用设备地和当地安全地的双重接地方式126

4.6.6　接地引线对弱电设备干扰的控制127

4.7　发电机和隔离相母线接地127

4.7.1　发电机的接地方式127

4.7.2　封闭相母线接地129

4.8.1　降低接地电阻的基本方法130

4.8　降低发变电站接地系统接地电阻的方法130

4.8.2　采用长垂直接地极降低接地系统接地电阻132

4.8.3　爆破接地技术134

4.8.4　深水井接地技术137

4.9　季节因素对接地网安全性能的影响140

4.9.1　受季节影响的土壤层厚度对季节系数的影响141

4.9.2　垂直接地极对季节系数的改善作用142

4.10　接地网的暂态特性144

4.10.1　接地系统暂态模型144

4.10.2　接地系统暂态模型的检验147

4.10.3　接地网的冲击特性148

4.10.4　冲击电流作用下接地网的有效面积158

参考文献159

5.1.2　确定流经发变电站最大接地故障电流的原则162

5.1.1　发变电站接地故障类型162

5.1　发变电站接地故障162

第5章　发变电站接地故障电流162

5.1.3　最大接地故障电流位置164

5.2　经接地系统流入大地的最大故障电流的计算165

5.2.1　最大接地网入地故障电流165

5.2.2　零序故障电流有效值166

5.2.3　确定分流系数167

5.2.4　确定衰减系数167

5.2.5　确定校正规划系数170

5.2.6　变电站接地电阻的影响170

5.2.7　故障电阻的影响171

5.2.8　架空地线与中性线的影响171

5.2.9　直埋管道与电缆的影响171

5.3.1　站内故障时的分流系数172

5.3　分流系数的简化计算172

5.3.2　站外故障时的分流系数173

5.4　分流系数的数值计算174

5.4.1　分流系数数值计算方法174

5.4.2　计算分流系数的矩阵法176

5.4.3　计算分流系数的迭代消元法177

5.4.4　各种因素对分流系数的影响180

5.5　接地系统内局部接地网的分流185

5.5.1　不同计算方法导致的接地网电位升186

5.5.2　计算局部接地网分流的合理方法187

参考文献188

第6章　发变电站接地系统接地参数的数值计算方法190

6.1　发变电站接地系统接地参数的计算方法190

6.1.1　采用经验公式计算接地系统参数190

6.1.2　接地系统接地参数的数值计算方法191

6.2.1　叠加法193

6.2　接地参数计算的叠加法及积分法193

6.2.2　积分法195

6.2.3　双层土壤中接地系统在任一点产生的电位197

6.2.4　接触电压和跨步电压199

6.3　采用格林函数计算接地系统参数199

6.3.1　格林函数计算接地参数的原理199

6.3.2　采用镜像法计算自电阻和互电阻200

6.3.3　采用复镜像法求解格林函数203

6.4　计算接地系统电流分布的多步法203

6.4.1　独立接地系统的电流分布计算203

6.4.2　互联接地系统的电流分布计算206

6.5　数值积分方法208

6.5.1　接地系统不等电位时的计算模型208

6.5.2　点电流源产生的电场分析209

6.5.3　采用数值积分方法计算点电流源的格林函数213

6.5.4　解析法求互阻系数存在的问题215

6.5.5　数值积分法求解互阻系数216

6.6　格林函数的计算机程序自动推导方法217

6.6.1　获取解析式的方法217

6.6.2　程序推导得到的格林函数表达式220

6.6.3　多层土壤中的电流场计算222

6.7　接地网的均压优化布置222

6.7.1　不等间距布置的原理223

6.7.2　不等间距布置接地网的规律225

6.7.3　采用不等间距布置接地网时计算接地参数的经验公式227

6.7.4　采用指数分布的不等间距布置规律228

6.8　接地系统的数值设计229

6.8.1　接地系统数值设计的步骤229

6.8.2　水平接地网方案230

6.8.3　水平接地网与垂直接地极相结合的方案分析230

6.8.4　水平接地网与采用爆破接地技术的垂直接地极相结合的方案分析231

6.8.5　接地系统的安全性能232

参考文献233

第7章　气体绝缘变电站（GIS）的接地技术235

7.1　概述235

7.2　母线外壳的环流和涡流235

7.2.1　GIS母线外壳的结构235

7.2.2　环流和涡流236

7.3　GIS的典型故障238

7.3.1　GIS的典型故障类型238

7.3.2　GIS的内部故障238

7.3.3　GIS的外部故障240

7.3.4　故障情况时外壳电流的计算示例241

7.4　GIS暂态接地电位升243

7.4.1　GIS暂态接地电位升243

7.4.2　暂态接地电位升的特征及其危害245

7.4.3　暂态接地电位升的计算方法246

7.4.4　暂态接地电位升的电击风险249

7.4.5　暂态接地电位升的限制措施250

7.5　GIS的金属-金属接触电压251

7.5.1　GIS的金属-金属接触电压251

7.5.2　金属-金属接触时人体容许接触电压252

7.5.3　GIS金属-金属接触电压的极限判据252

7.6　GIS的接地253

7.6.1　对GIS接地的要求253

7.6.2　GIS的安全接地256

7.6.3　GIS的基础接地257

参考文献257

第8章　输电线路杆塔接地259

8.1　对输电线路杆塔接地装置的要求259

8.1.2　杆塔接地装置接地电阻的季节系数260

8.1.1　对输电线路杆塔接地电阻的要求260

8.2　输电线路杆塔接地装置的结构261

8.2.1　输电线路杆塔接地装置的基本结构261

8.2.2　利用自然接地极作为杆塔接地装置266

8.3　钢筋混凝土自然接地的特性266

8.3.1　钢筋混凝土接地装置的作用266

8.3.2　混凝土的吸湿性能267

8.3.3　钢筋混凝土接地装置的通流能力269

8.3.4　钢筋混凝土中的腐蚀270

8.4　杆塔接地装置的接地电阻计算方法272

8.4.1　外包混凝土的垂直接地极的接地电阻272

8.4.2　装配式钢筋混凝土基础的接地电阻273

8.4.3　不同结构的输电线路杆塔接地装置接地电阻的计算方法274

8.4.4　利用系数276

8.5.1　跨步电压和接触电压281

8.5　输电线路附近的跨步电压和接触电压281

8.5.2　跨步电压和接触电压触电事故的概率282

8.6　输电线路的故障电流及杆塔附近的电位分布284

8.6.1　输电线路的故障电流284

8.6.2　输电线路杆塔附近大地的电位分布285

8.6.3　降低电位分布的措施287

8.7　输电线路杆塔接地装置冲击特性289

8.7.1　土壤的击穿场强290

8.7.2　土壤的电击穿机理291

8.7.3　冲击接地电阻293

8.7.4　接地极的冲击特性294

8.7.5　各种因素对输电线路杆塔接地装置冲击接地电阻的影响296

8.7.6　各种因素对接地装置冲击系数的影响300

8.8　计算冲击系数的经验公式302

8.9　接地极的冲击有效长度304

参考文献308

第9章　直流接地技术312

9.1　直流接地极的运行方式及技术要求312

9.1.1　直流输电系统的运行方式312

9.1.2　直流输电系统接地极的技术特点315

9.1.3　直流接地极设计基本原则316

9.2　直流接地极在大地回路中的电流和电位分布317

9.2.1　大地为均匀土壤时直流电流的电流和电位分布318

9.2.2　大地为不均匀土壤时直流电流的电流和电位分布319

9.3　直流接地极的结构型式325

9.3.1　浅层水平接地极326

9.3.2　垂直接地极330

9.3.3　岸边接地极331

9.3.4　海水接地极332

9.4.1　接地极的发热计算333

9.4　直流接地极设计333

9.4.2　直流接地极电极尺寸的确定335

9.4.3　焦炭截面的确定338

9.4.4　接地极馈电棒截面直径339

9.4.5　接地极埋设深度339

9.4.6　导流系统340

9.5　直流接地极技术特性分析340

9.5.1　主要设计要素分析340

9.5.2　电极形状优化342

9.6　接地极的腐蚀及防护347

9.6.1　阳极的电腐蚀347

9.6.2　直流接地极材料的选择350

9.6.3　焦炭的保护作用352

9.7　直流接地对附近管线的影响355

9.7.1　地下金属管线电化腐蚀的机理355

9.7.2　高压直流输电引起的地下金属管线腐蚀的防护措施356

9.8　直流接地对交流系统的影响358

9.8.1　流入中性点接地变压器的直流电流的计算359

9.8.2　直流电流对中性点接地变压器的影响359

9.8.3　变压器允许通过的直流电流360

9.8.4　减小流入中性点接地变压器绕组直流电流的措施362

参考文献364

第10章　土壤电阻率的测量及分析367

10.1　概述367

10.2　电阻率的测量方法368

10.2.1　土壤试样分析法368

10.2.2　电测深法369

10.2.3　电磁测深法372

10.2.4　电阻率测量数据与大地地质结构的相互关系372

10.3.1 四电极法测量土壤电阻率的原理374

10.3　四电极法测量土壤电阻率374

10.3.2　深度电测法376

10.3.3　四极法的电极布置377

10.4　深度电测法的现场应用380

10.4.1　深度电测法的现场测量技术380

10.4.2　电极间距的选择381

10.5　电阻率测量数据的分析方法381

10.5.1　两层水平介质构成的大地的电测深曲线法382

10.5.2　采用三极法测量时土壤参数的计算386

10.5.3　两层土壤模型参数的数值计算387

10.5.4　三层水平结构地质的电阻率测量数据分析388

10.5.5　垂直分层地质结构的土壤电阻率390

10.5.6　分析测量数据的经验方法391

10.6　土壤电阻率分层结构数值分析392

10.6.1　土壤电阻率分层结构数值分析理论基础392

参考文献394

10.6.2　工程实际应用394

第11章　接地电阻及电位分布的测量396

11.1　接地电阻测量的目的396

11.2　测量小型接地装置接地电阻的简单方法396

11.2.1　两点法396

11.2.2　三点法397

11.3　三极法测量接地电阻的原理397

11.3.1　三极法测量接地电阻的基本原理397

11.3.2　远离法399

11.3.3　电位极的补偿点402

11.3.4　补偿法403

11.3.5　接地网中心位置不确定时接地电阻的测量410

11.4　用于三极法测量接地电阻的仪表411

11.4.1　电压-电流表法411

11.4.2　电流表-功率表法411

11.4.3　比率计法412

11.4.4　电桥法测工频接地电阻413

11.4.5　电位计法测量工频接地电阻414

11.4.6　单平衡变压器测接地电阻415

11.4.7　ZC—8接地电阻测试仪416

11.4.8　接地电阻测量时对测量仪器的要求417

11.5　影响三极法测量结果的因素419

11.5.1　测量时的干扰信号420

11.5.2　工频干扰的影响及消除421

11.5.3　接地阻抗测量时测试信号的成分422

11.5.4　测量时电压与电流引线之间的互感422

11.5.5　土壤电阻率不均匀的影响424

11.5.6　测量极距较短时接地电阻的测量426

11.5.7　大地的集肤效应的影响427

11.5.8　激发极化效应的影响427

11.5.10　电流极引线长度的影响428

11.5.9　采用架空线路测量接地电阻存在的问题428

11.5.11　采用GPS精确定位测量电极位置429

11.5.12　地下附近金属物体对测量结果的影响430

11.6 四极法测量接地电阻433

11.6.1 四极法测量接地电阻的原理433

11.6.2　四极法消除测量引线间的互感的影响434

11.6.3　四极法消除接地装置中干扰电流的影响435

11.6.4　四极法测量接地电阻时存在的问题436

11.6.5　改进的四极法437

11.7　用于消除干扰的测量方法439

11.7.1　大电流法439

11.7.2　改变测量电源频率的方法441

11.8　计算机辅助智能接地电阻测量系统444

11.8.1　接地电阻测试整体方案444

11.8.2　测试系统结构445

11.8.3　测试系统的总体软件结构446

11.9　电位分布的测量448

11.9.1　等电位线448

11.9.2　等电位线测定448

11.9.3　跨步电压和接触电压测量449

参考文献450

第12章　接地降阻材料453

12.1　概述453

12.2　接地降阻剂降低接地电阻的原理454

12.3　接地降阻材料的主要成分457

12.3.1　有机类接地降阻剂457

12.3.2　无机类接地降阻剂459

12.3.3　膨润土接地降阻剂459

12.4.2　接地降阻剂的导电性460

12.4　接地降阻剂必须满足的基本要求460

12.4.1　接地降阻剂的安全性460

12.4.3　接地降阻剂的长效性461

12.4.4　接地降阻剂的腐蚀性463

12.5　接地降阻剂的工频降阻性能464

12.5.1　接地降阻剂的吸水性能464

12.5.2　接地降阻剂的降阻效果465

12.5.3　降阻剂的实际应用效果466

12.5.4　接地降阻剂的渗透性能467

12.6　降阻材料的冲击导电及降阻性能469

12.6.1 降阻剂在冲击电流作用下的电阻率469

12.6.2 降阻剂的冲击导电性能470

12.6.3 裹有降阻剂的接地极的冲击降阻性能471

12.7.1　现场施工时降阻剂区域的形状对降阻剂效果的影响476

12.7　接地降阻剂的施工方法476

12.7.2　接地降阻剂的现场施工方法和用量477

12.7.3　接地降阻剂的现场应用实例479

12.8　关于采用接地降阻剂的评价480

参考文献480

第13章　接地模拟试验482

13.1　接地模型试验简介482

13.2　工频接地模拟试验483

13.2.1　工频接地模拟原理483

13.2.2　接地模拟试验系统的结构483

13.2.3　电解槽483

13.2.4　接地装置模型486

13.2.5　模拟试验测量系统486

13.2.6　模拟土壤用的媒质488

13.3　接地装置冲击特性的模拟原理489

13.3.1　冲击接地模拟试验的优点489

13.2.7　模拟的标准和要求489

13.3.2　冲击接地的物理模型490

13.3.3　冲击特性的模拟491

13.3.4　试验中采用的模拟比例尺495

13.3.5　模拟试验系统495

13.3.6　模拟试验结果与真型试验结果的比较497

参考文献497

第14章　接地装置的腐蚀及防护500

14.1　土壤腐蚀的电化学机理501

14.1.1　电池腐蚀原理501

14.1.2　电解腐蚀原理506

14.1.3　电化学腐蚀的电位E-pH图507

14.2　电化学腐蚀的极化现象514

14.2.1　电化学腐蚀的极化现象降低腐蚀速率514

14.2.3　用简化极化图解释氧扩散控制的吸氧腐蚀的特征517

14.2.2　合金成分对金属材料腐蚀极化的影响517

14.3　接地体在土壤中的腐蚀518

14.3.1　土壤腐蚀的特征518

14.3.2　自然腐蚀519

14.3.3　土壤中的电腐蚀521

14.4　土壤腐蚀的影响因素525

14.4.1　土壤中的含水量对腐蚀的影响525

14.4.2　土壤电阻率对腐蚀的影响526

14.4.3　土壤中的通气性和松紧度对腐蚀的影响530

14.4.4　土壤的pH值对腐蚀的影响531

14.4.5　土壤含水量对土壤腐蚀的影响531

14.4.6　微生物腐蚀和土壤的氧化还原电位532

14.4.7　土壤含盐量和组成对腐蚀的影响533

14.4.8　温度对腐蚀速率的影响534

14.4.9　不同金属的腐蚀特性535

14.5.1　土壤腐蚀性评定指数538

14.5　土壤腐蚀性的估计538

14.5.2　腐蚀程度的评定方法540

14.5.3　腐蚀速率及其测试方法542

14.5.4　金属材料在土壤中的耐蚀性543

14.6　腐蚀过程的控制因素544

14.6.1　控制因素544

14.6.2　腐蚀控制的途径546

14.7　腐蚀的防护546

14.7.1　正确选择导体材料546

14.7.2　合理设计547

14.7.3　采用电化学保护方法547

14.7.4　用覆盖层保护549

14.7.5　采用缓蚀剂549

14.8　接地网腐蚀及断点的诊断方法550

14.8.1　接地网腐蚀诊断的迫切性550

14.7.6　改变土壤环境550

14.8.2　接地网腐蚀诊断的基本原理551

14.8.3　接地网故障诊断系统552

参考文献553

第15章　发变电站仪器和控制设备的接地555

15.1　接地是抑制电磁干扰的基本措施555

15.2　二次系统接地目的及要求556

15.2.1　二次系统接地的目的556

15.2.2　二次系统接地要求557

15.3　信号地559

15.3.1　单点信号地系统559

15.3.2　多点接地560

15.3.3　混合信号的系统561

15.3.4　信号浮地系统564

15.4.1　机柜的地线566

15.4　电子系统的接地方法566

15.4.2　单点接地567

15.4.3　多点接地系统568

15.4.4 浮点接地系统569

15.4.5　基于灵敏度的低频控制电路的接地570

15.4.6　高频信号接地572

15.5　信号电缆屏蔽接地方法572

15.5.1　电缆屏蔽接地要求572

15.5.2　中心分布结构（CDF）接地措施577

15.5.3　同轴电缆578

15.5.4　纽结对电缆578

15.5.5　平衡电路578

15.5.6　其他电缆屏蔽接地措施579

15.5.7　电缆屏蔽接地方法的应用579

15.5.8　控制回路对电缆屏蔽的接地要求580

15.5.9　分布系统的数字通讯的浮地581

15.5.10　屏蔽接地设计原则582

15.5.11　具有金属加强芯的光缆的接地方式583

15.6　二次系统存在的接地回路探测584

15.6.1　接地回路来源584

15.6.2　探测和排除接地回路584

15.6.3　接地回路的测试585

15.6.4　信号接地系统的完善性586

15.7　搭接586

15.7.1　搭接的定义及目的586

15.7.2　搭接电阻的准则588

15.7.3　搭接的方法589

参考文献592

汉英名词对照索引594