接地材料应用的要求

作为接地系统中的最关键因素，接地材料的选用必然有较高的应用要求。接地导体应具有足够的截面积以确保其自身耐受热作用，具有足够的强度耐受最大故障电流，具有足够的稳定性和长效性满足更长的设计年限和耐腐蚀等要求。

7.3.1.1　热稳定要求

当故障短路电流通过接地导体时，根据焦耳定律，该热量与电流的平方成正比，导体要产生大量的热量。由于短路时间很短，在此期间热量来不及向外界环境散发，这些热量基本都会转化成接地材料的热量。衡量电路及元件在这短时间内能否承受短路时巨大热量的能力称为热稳定。如果接地材料没有足够的散流截面积，接地材料在较大的短路电流通过时容易因温度较高而导致自身物理化学性质被破坏甚至熔断，从而接地导体失去较强的泄流作用，造成设备外壳带电或引起反击等事故。

设备材料的稳定性校核是电力设备管理的一项基础工作，应通过校核工作查找设备存在的安全隐患，并及时采取处理措施，确保电力设备和使用者安全。

1.接地线通流能力的热稳定校验

针对交流接地网，正常情况下流过接地线的短路电流并不大，时间较短，因此接地线不存在长期发热的问题，需要考虑其短时间发热的热稳定性要求来确定接地线的截面积。

绝热过程接地线的热平衡方程为

接地线发热时引起的温升为

若设τm为导体短时发热的最大允许温升，即由式（7-23）可得出满足热稳定条件的接地线最小截面积计算公式为

在选定接地线的导体材料后，式（7-23）可进一步简化为

计及腐蚀的情况下，接地线的最小截面积为

式中　Id——流过接地线的最大接地故障不对称电流有效值，按工程设计水平年系统最大运行方式确定，A；

td——接地故障的等效持续时间，s；

S——接地线的最小截面积，mm2；

l——接地线的长度，m；

ρ——接地线导体的电阻率，Ω·m；

kf——集肤效应系数；

γ——接地导体的比重，kg/m2；(www.xing528.com)

c——接地线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最大允许温度和接地故障前接地线的初始温度确定，J/℃；

τ——接地线的温升；

τm——短时发热的最大允许温升；

Sg——计及腐蚀后接地线的最小截面积；

α——接地导体（线）的腐蚀率，根据相关材料，铜材的年自然腐蚀率是0.2%，镀锌钢是0.5%，普通钢是2.2%；

n——接地导体（线）的使用年限。

c为材料性质决定的常数，其中钢短路发热的最大允许温升为400℃，热稳定系数为70J/℃；同样，铜的短路发热最大允许温升为450℃，热稳定系数为210J/℃。另外，混凝土钢筋的最大允许温升按100℃来考虑，铝材料的最大允许温升为120℃。

2.接地导体散流能力的热稳定性校验

如图7-7所示，接地引下线把短路电流引入电网后，由于接地网导体的分流，每段接地导体仅承受一部分的短路故障电流，实际上该电流值比接地线承受的电流值要小。从式（7-23）得出，接地导体经过接地电流时的温升要小于接地线。因此，在选择接地导体的截面积时可以适当放宽，但不宜小于导体所在接地网的接地线截面积的75%。

图7-7　电流在接地材料各部分的分布

3.连接线和连接处的热稳定性校验

接地网金属导体存在着大量的连接，连接接点经常成为接地网中最薄弱的环节，只有可靠的、牢固的连接才能保证接地网的运行可靠性。由于焊口处易出现气泡，为保持热稳定性，在连接处的接地体应加大截面积。

7.3.1.2　均压要求

随着电力系统发展壮大，接地故障电流和发电厂、高压配电装置接地网的面积亦不断增大，为确保人身和设备的安全，维护电力系统的可靠运行，需要改变只强调降低接地电阻的传统观念，树立以考虑地面电位梯度分布所带来的危险为主的新观念。实际上，整个接地装置的接地电阻与人体或设备不同部位可能遭到的最高电压之间并不存在简单关系，而主要与接地网结构尺寸、土壤特性和流经接地网的电流等有关。因此，为保证人身和设备安全，应当更多考虑地面电位梯度所带来的危险，即将接触电势、跨步电势限制在安全值以内，接地网应采用均压措施。

实际上，由于接地网内各部分电流密度大小不完全相等，接地体截面积、导电率、土壤电阻率不同，导致接地网存在一定电势差。不过，由于电场所在地面电阻率较高，一般的浅埋水平接地网能起到均压作用。这样要求接地导体具有很好的导电性，防止因自身电阻大而造成较大的电位差。

7.3.1.3　稳定性及寿命要求

接地网的稳定性主要指接地网性能随年代和季节的变化情况，以接地电阻大小为主要表征。由于接地网材料的腐蚀，一般情况下，钢质接地网随使用时间的增长接地电阻会有显著增大；铜质接地网接地电阻增大较慢，接地网性能相对稳定。

电力部门对接地网腐蚀情况有较多调查，山西省电力公司对110kV及以上变电站接地装置基本情况从接地主网和电缆沟内接地线腐蚀情况两个方面进行过实际的调查，结果表明以扁钢和圆钢为主的接地网在10年以上的腐蚀情况非常严重。

接地网的使用年限是一个非常值得关注的指标，一般来说接地网的使用寿命应与地面设施的设计使用年限相匹配。考虑到接地网大部分埋在地下，不同于电力系统中的其他部分能够方便地进行更换，且设施建成若干年后接地网的更新比初期投入的代价更高，通常要求接地装置具有较长的使用年限。

7.3.1.4　其他要求

实际上，接地材料在满足以上要求达到良好接地效果的同时，也要满足经济、施工等要求，同时也要减少对环境的污染，尽量选择环境友好型的材料。