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接地及其布线工艺的改进优化

接地及其布线工艺的改进优化

点击数:7406 次   录入时间:03-04 11:40:50   整理:http://www.55dianzi.com   经验交流

   离子接地系统埋深一般为3000-4000mm,当加长时相应加深,有条件的用钻机施工。孔径保证100-250mm(根据接地系统的形式选择)。施工中应保证导电为辅料包裹密实,消除空管和气泡。 

   (二)、接地材料的选型 

  接地材料是接地的工作主体,材料的选择很重要。下面对常用的接地材料的属性做个简单的介绍。 

  广泛使用的接地工程材料有各种金属材料(最常用的如扁钢)、接地体、降阻剂和离子接地系统等。金属材料如扁钢,也常用铜材替代,主要用于接地环的建设,这是大多接地工程都选用的;接地体有金属接地体(角钢、铜棒和铜板)这类接地体寿命较短,接地电阻上升快,地网改造频繁(有的地区每年都需要改造),维护费用比较高,但是从传统金属接地极(体)中派生出类特殊结构的接地体(带电解质材料),使用效果比较好,一般称为离子或中空)接地系统;另外就是非金属接地体,使用比较方便,几乎没有寿命的约束,各方面比较认可。 

  在以下的讨论中以降阻剂、非金属接地块和离子接地系统为代表进行探讨。 

  降阻剂分为化学将阻剂和物理降阻剂,化学降阻剂自从发现有污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有使用了,现在广泛接受的是物理降阻剂(也称为长效型降阻剂)。物理降阻剂是接地工程广泛接受的材料,属于材料学中的不定性复合材料,可以根据使用环境形成不同形状的包裹体,所以使用范围广,可以和接地环或接地体同时运用,包裹在接地环和接地体周围,达到降低接触电阻的作用。并且,降阻剂有可扩散成分,可以改善周边土壤的导电属性。现在的较先进降阻剂都有一定的防腐能力,可以加长地网的使用寿命,其防腐原理一般来说有几种:牺牲阳极保护(电化学防护),致密覆盖金属隔绝空气,加入改善界面腐蚀电位的外加剂成分等方法。物理降阻剂有超过二十年的工程运用历史,经过不断的实践和改进,现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。 

  非金属接地体有是在通讯、广电等部门广泛使用的工程材料。基本成分是 

  导电能力优越的非金属材料材料复合加工成型的,加工方法有浇注成型和机械压模成型的,一般来说浇注成型的产品结构松散、强度低、导电性能差,而且质量不稳定,一些小型厂家少量生产使用这样的办法;机械压模法,是使用设备在几到十几吨的压力下成型的,不仅尺寸精度较高、外观较好,更重要的是材料结构致密、电学性能好、抗大电流冲击能力强,质量也相当稳定,但是生产成本较高,批量生产多采用。选型时,尽量采用后者,特别是接地体有抗大电流或大冲击电流的要求(如电力工作地、防雷接地)时,不宜采用浇注成型的非金属接地体。非金属接地体的特点是稳定性优越,其气候、季节、寿命都是现有接地材料中最好的,是不受腐蚀的接地体,所以,不需要地网维护,也不需要定期改造,但是,非金属接地体施工需要的地网面积比传统接地面积小很多,但是在不同地质条件下也需要的保证足够接地面积才可以达到良好的效果。 

  离子(中空)接地系统是传统的金属接地改进而来,从工作原理到材料选用都脱胎换骨的变化,形成各种形状的结构。这些接地系统的共同点是结构部分采用防腐性更好的金属,内填充电解物质及其载体组分的内填料,外包裹导点性能良好的不定性导电复合材料,一般称为外填料。接地系统的金属材料已经出现的有不锈钢、铜包钢和纯铜材的。不锈钢的防腐较钢材好,但是在埋地环境中依然会多多少少的锈蚀,以不锈钢为主体的接地系统不宜在腐蚀性严重的环境中使用。表面处理过的铜是很好的抗锈蚀材料,铜包钢是铜-钢复合材料,钢材表面覆盖铜,可以节约大量的贵金属—铜材。套管法或电镀法生产,表面铜层的厚度从0.01mm到0.50mm,厚度越厚防腐效果越好。纯铜材料防腐性能最好,但是要耗用大量的贵金属,在性能要求较高的工程中使用。由于接地系统大多向垂直方向伸展,所以接地面积大多要求很小,可以满足地形严重局限的工程需要。特别是,补偿类型的接地系统有加长的设计,笔者曾使用过加长至24米的接地系统,辅以深井法施工,可以达到非常好的效果。 

  介绍的接地材料各有优势,但是都有自身的局限。我们提倡各取所长,选择适当的材料满足不同的工况。 

序号    降阻剂  非金属接地体  中空接地棒  传统接地  
1  类型  地网与接地极  接地极  接地极  地网与接地极  
2  新建地网施工  简单  简单  较简单  简单  
3  改造地网施工  复杂  简单  较简单  复杂  
4  适用环境  普通地网通用  恶劣地质条件 腐蚀环境较高要求地网  地网面积小的城市或复杂山岩环境  通用  
5  价格比较  低  较高  较高  地好要求低便宜,地坏要求高较贵或很贵  
6  抗腐蚀  有防腐作用  不被腐蚀  较好抗腐能力  低  
7  气候稳定性  普通  优异  较好  不好  
8  使用寿命  较长  最长  长最长  短,常需要改造  


   四、接地布线 

  提倡单点法的联合接地与独立地相结合。接地布线的原则是提供良好的接地通路,并且尽量降低各系统的电位差,使其等电位化,并且防止接地信号干扰。 

  室内系统通过接地引下线与地网联系,建筑内的线路排布直接关系到接地系统是否真正有效的工作。如果处理不好线路的排布,常常造成设备的损害。 

  为了更清楚的阐述布线的原则,我们模拟一个建筑来考察他在受到雷击时候的情况。 

  1、 雷击避雷针、避雷带、电源线、信号线产生感应过电压(过电流)的现象是经常发生的。图3中的电子设备A和B是两台互相传输数据的设备,假设电源线上传输进来5kA雷电电流波(10/350nS),按图4所示的等效电路,设备是否会被损坏? 

  

  图3 独立接地系统的设备电位差图 

  假设:电源避雷器P性能优良,其响应时间和导通后的残压不会损坏电子设备A,雷电流IP=5kA全部流经避雷器P进入接地点G1入地; 

  接地电阻R1=1Ω、R2=1Ω、R3=1Ω,且互为独立接地。 

  雷电流IP流过接地电阻R1时,接地点G1的地电位将抬升为UG1=Ip·R1=5kV。 

  图4 用避雷器防雷的等电位接地图 

  该电位UG1此时会加到电源的输入端a1,而设备A的接地点G2为零电位,则电源输入端与入地点G2之间的电位差Va1G2=5kV。 

  电子设备开关电源能耐受的最高电压为800~1500V(10/350?S波),若5kV的电压波加到a1─G2两端,则设备A的电源端将被过电压损坏。 

  为了避免设备A的电源端免受雷击损坏,应将接地点G1与G2相连接(如图4所示)。 

  可以知道,G2电位变为5kV,此时,信号传输线另一端设备B的接地点G3为零电位,而信号接口a2与接地点G2之间的电位差VG2a2变成了5kV,从而使信号接口a2损坏。 

  要保护信号接口a2,应在信号接口a2和接地点G2之间安装残压小的信号避雷器PA,且接地点必须与G2相连。 

  同时可以看出,设备信号接口被雷击损坏,该雷电不一定是由信号传输线产生的感应过电压所致。 

  也可以发现,虽然设备A的信号接口a2并未损坏,但5kV的电压已加到a2与G3端,那么信号接口b2会损坏吗?理论计算与实验结果表明:a2至b2的信号传输线,如果线径≤1mm,长度大于100m,则线阻加上导线的分布电感所形成的电抗分压,使得加到b2与G3的电压Vb2G3小于100V,但如果传输线小于100m,则有可能使Vb2G3>100V 而使设备B受到雷击损坏。

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