IEEE Std 80 变电站接地
目的
组成
接地网
水平接地极
垂直接地极
架空地线
中性导体
埋地电缆（铠装、护套、屏蔽）
基础形式
深井
泄放电流入地，不超过设备运行限值（保护设备）
故障情况下的电击防护(保护人)
两种接地系统
实际的接地网：由埋地的接地极构成（永久性）
故障情况下的接地网：人暴露在接地装置附近的电位梯度中并构成接地系统的一部分（暂时性）
接地设计原则
安全性
经济性
评判标准
接地电阻与安全性之间无相关性
接地电阻小并不意味着安全
接地电阻大并不意味着不安全
影响因素
地电位升GPR
接地网的接地电阻
温度
湿度
土壤电阻率
入地电流
故障持续时间
周围其他金属材质
电化学反应
电击是随机的概率事件
接地系统产生相对高的故障电流
接地系统的接地电阻可能不够小
分流后的故障电流依然相对高
产生相对高的地电位升GPR
在故障时间、故障地点，存在人，且人体将存在电位差的两部分连接在一起
发生接地故障
故障电流持续时间、人体的接触、流经人体的电流大小对人体造成伤害
措施
使人体电流Ib在允许人体电流（基础）范围内，不发生心室纤维性颤动
一些人体电流阈值
可致命
心室纤维性颤动
60~100mA
回复正常心跳的措施：心脏除颤 defibrillation
原因：骤然失去血液循环
非致命
失去肌肉控制 9~25mA
摆脱阈 let-go 1~6mA
感知阈 perception 1mA
影响因素：人体电流 Ib；持续时间ts；频率
人体电流允许值
IB=k/(ts)^0.5
k 经验值（Dalziel）
70kg时，k=0.157
50kg时，k=0.116
ts 0.03s~0.3s
其他时间此公式不适用
IB 方均根值
限制人体接触的可导电部分的两点间的电位差（方法）
跨步电压
（计算值≤允许值）
计算值
Estep=Ib(RB+Zth)
Zth=Rf*2
两脚串联的戴维南等效阻抗
Zth=6ρ
接触电压
（计算值≤允许值）
允许值
Etouch50=0.116/(ts^0.5)×(1000+1.5Cs×ρs)
计算值
Etouch=Ib(RB+Zth)
Rf 脚的阻抗
Rf=ρ/(4b)
故Rf=3ρ
b 金属圆盘（代表脚）的半径
假设b为0.08（8cm）
ρ 表层土壤电阻率
（土壤电阻率完全相同的模型）
引入表层衰减系数Cs
（上层和下层两层土壤电阻率模型）
Cs∈(0,1)
Cs的确定
经验公式
计算法
hs
ρs
ρ
查表法
hs
K=(ρ-ρs)/(ρ+ρs)
精确公式
计算法
公式略/
公式参数（影响因素）
平行、相距2nhs、在电阻率为ρs的无限大介质中的
两个圆盘之间 的互阻 Rm(2nhs)
金属圆盘（代表脚）的半径 b=0.08
表层材质厚度 hs
下层土壤电阻率 ρ
表层材质的电阻率 ρs
Cs的意义
再一次找到了，沥青里面上的路灯室外照明
不需要RCD作为附加防护的理论依据
增大了接触电压（和跨步电压）允许值
增大了脚的电阻Rf
实际情况，表层电阻率和下层不同，
甚至情况更复杂，
通常，表层电阻率高（沥青、碎石），下层土壤电阻率低
Zth=Rf/2
两脚并联的戴维南等效阻抗
Zth=1.5ρs
RB 人体电阻
快速切断故障
发生电击的可能性小
测试和经验表明，严重伤害和死亡的可能性小
如何确定ts
主保护
primary protective device（优先采用）
后备保护
backup protection
后备保护的切断时间也按人体电流允许值公式取值
建议＜0.5s
Biegelmeier & Lee, 若ts∈[0.06,0.3]，危险性更小
由于电击是低概率事件，心室纤维性颤动阈以下的电击效应（感知、摆脱等）不作为接地设计中电击防护的目的
限制转移电位
转移电位是一种特殊的接触电压
允许值
Etouch50=0.116/(ts^0.5)×(1000+6Cs×ρs)
接地导体、接地极
及连接部件和接头
材料
原则
（全寿命内）
足够的导通性，不形成过大的电位差
电流承载能力，抗熔断
机械可靠性，结实，承受可能的物理损坏
抗腐蚀
类型
铜
铜包钢
铝
导电性好
抗腐蚀
（利用阴极保护原理）
通过使金属表面成为电化学电池的阴极
来减少金属表面腐蚀的一种技术。
考虑偷盗（比铜便宜）
表层的铜用于抗腐蚀
相对普遍
普遍用于垂直接地极
相对不常用
用于GIS设备（铝或铝合金外壳）
在某些土壤中会腐蚀，腐蚀后的铝无导电性
交流电流在特定情况下也会逐渐造成腐蚀
作为电化学电池的阳极（铝＞钢＞铜），保护其他埋地金属，减缓其他附近金属的敷设
钢
可用作接地导体和接地极
需要考虑对钢材的腐蚀
电镀
抗腐蚀的钢（不锈钢）
结合阴极保护
铜
铜包钢
加速周围其他埋地金属
（铜、管道、用于电缆护套的铅合金）的腐蚀
为避免这种情况采用
镀锡铜（tinning the copper）
锡相对铜降低了电化学电池的电位
镀锡钢 相对 铜包钢 会加速钢的自然腐蚀
锡﹢铅-，锡略微牺牲自己保护铅
其他措施
采用非金属管道和材料
阴极保护
牺牲阳极
强制电流（外加电流）
用塑料带、沥青化合物等涂层对牺牲的金属（阳极）表面
进行绝缘处理，或两者兼用
使埋地金属管道等与铜（铜包钢）材质的接地极尽可能成90°，管道与之交叉靠近的部位设置绝缘涂层