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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