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XS接地体在接地工程中的工艺改进剖析.doc

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XS接地体在接地工程中的工艺改进剖析.doc

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XS接地体在接地工程中的工艺改进解析
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XS接地体在接地工程中的工艺改进解析
XS接地体在接地工程中的工艺改进
一、归纳
XS接地块是用于接地工程的工程资料,适用于各种防雷地、安全地、工作
地的建设。在设计和施工中使用接地块建设优异的接地系统,当发生雷击、电网事故、交流电搭接以及设施自己故障时,可以将设施和人身伤害减少到最小范围,保护设施免遭永久性的伤害,保证设施系统安全靠谱的运转。
XS接地块代替了本来的用铜板作为接地体的传统设计施工方法,在技术规
范和施薪资料方面要求没有本来苛刻,节约了人工和资料成本,接地系统的接地
电阻更理想,并且可以依照土壤电阻和接地电阻设计采纳多少接地体,达到接地
系统的要求。
电力、电子设施的接地,是保障设施安全、操作人员安全和设施正常运转的必需措施。可以以为,凡是与电网连结的所有仪器设施都应该接地;凡是电力需要到达的地方,就是接地工程需要作到的地方。由此可以我们知道,接地工程的广泛性和重要性。
一方面,跟着时代的进步,强功能高价值设施的广泛使用,要求供应更加靠谱的接地保护;另一方面,微电子技术的推行,使得现代设施要求更低的接地电阻,还常常需要抗搅乱。实践要求有系统的接地理论来对工程进行实质指导。所以以为:
a、接地连结方式和接地参数并重。
b、以减小同系统中不一样样性质的接地(如工作地、外壳接地、静电地、信号地、防雷地等)之间的电位差为目的,应采纳合适的布线方式。
c、依照地网所在地的接地电阻、土层分布等地质状况,尽量进行正确设计。
二、目的和要求
(一)接地的分类和目的
接地的作用总的来说有两种:;;控制搅乱接地在有的书中又叫工作接地,而前者又叫保护接地。
1、保护接地
保护接地是将系统中平常不带电的金属部分(机柜外壳,操作台外壳等)与地之间形成优异的导电连结,以保护设施和人身安全。原由是系统的供电是强电供电(380、220或11OV),平常状况下机壳等是不带电的,当故障发生(如主机电源故障或其余故障)造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时,这些金属部件或外壳就形成了带电体,若是没有很好的接地,那么这带电体和地之间就有很高的电位差,若是人不当心触到这些带电体,那么就会经过人身形成通路,产生危险。所以,必定将金属外壳和地之间作很好的连结,使机壳和地等电位。
其余,保护接地还可以够防备静电的齐集。
2、工作接地
工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能靠谱运转并保证丈量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、障蔽接地,在石化和其
它防爆系统中还有本安接地。
·机器逻辑地,也叫主机电源地,是计算机内部的逻辑电平负端公共地,也
是+5V等电源的输出地。·信号回路接地,如各变送器的负端接地,开关量信号的负端接地等。·障蔽接地(模人信号的障蔽层的接地)。
·本安接地,是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了控制搅乱外,还有使仪表和
系统拥有实质安全性质的措施之一。本安接地会因为采纳的设施的本实措施不一样样而不一样样,下边以齐纳式安全栅为例,说明其接地内容,
安全栅的作用是保护危险现场端永久处于安全电源和安全电压范围以内。若是现场端短路,则因为负载电阻和安全栅电阻R的限流作用,会将导线上的电流限制在安全范围内,使现场端不至于产生很高的温度,引起燃烧。第二种状况,
若是计算机一端产生故障,则高压电信号加入了信号回路,则因为齐纳二级的嵌位作用,也使电压位于安全范围。
值得提示的是,因为齐纳安全栅的引入,使得信号回路上的电阻增大了好多,所以,在设计输出回路的负载能力时,除了要考虑真切的负载要求之外,还要充分考虑安全栅的电阻,留有余地。
除了上述几种接地外,在好多场合下简单引起纷杂的还有一个供电系统地,
也叫交流电源工作地,它是电力系统中为了运转需要设的接地(如中性点接地)。
(l)接地要乞降方法:
上边介绍了六种接地:供电系统地、保护地、逻辑地、障蔽地安全栅地、信号回路地。对这六种接地,各家有各家的要求,固然多数重申一点接地,接地电阻必定小于1欧姆等,但详尽内容上差异很大,下边给出几个例子介绍常碰到的接地要乞降方法。
①供电系统地:在好多企业,特别是电厂、冶炼厂等,其厂区内有一个很大的地线网,而平常供电系统的地是与地线网连在一起的。有的厂家重申计算机系统的所有接地必定和供电系统地以及其余(如避雷地)严格分开,并且之间最少应保持15m以上的距离。为了完好防备供电系统地的影响,建议供电线线路用间隔变压器分开。这对那些电力负荷很重,并且负荷常常启停的单位是应注意的。从控制搅乱的角度来看,将电力系统地和计算机系统的所有地分开是很有好处的,因为一般电力系统的地线是不太干净的。但从工程角度来看,在有些场合下单设计算机系统地并保证其与供电系统地分开必定距离是很困难的,这时可以考虑可否将计算机系统的地和供电地共用一个,这
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要考虑几个要素:
·供电系统地上可否搅乱很大,如大电流设施启停可否频频,对地产生的搅乱可否大;
·供电系统地的接地电阻可否足够小,并且整个地网各个部分的电位差可否很小,即地网的各部分之间可否阻值很小(<1W)
·弱电子系统的抗搅乱能力以及所用到的传输信号的抗搅乱能力,比方有无小信号(电偶,热电阻)的直接传输等。
②所有计算机接线涉及到的接地采纳一点接地方式,在这一点上,也有好多争议。有的厂家系统提出几个地:逻辑地、障蔽地(又叫模拟地)、信号地、保护地分别自己接地在地上打接地装置,而大多数系统则指出各种地在机柜内部自己分别接地,汇于一点,今后用较粗的导体(铜)将各汇地址朕起来,接到一个公共的
接地体上。这里有几点需要注意:
控制系统自己是由多台设施构成的,除了控制站之外,还包含好多外设,并且数据也常常不但调台,这就涉及到了多台设施,多种接地的问题。其余,一般
的系统的供电是各站(控制站,操作站等)用特意一条线单独供电,即相互之间不相互供电。图1是一种的GCS接地图代表性的表示。
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图1DCG接地图
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保护接地:系统的所有设施均有一个保护地,该保护一般在机柜和其余设施
设计加工时就已在内部接好,有的系统中已将该保护地在内部同电源进线的保护
地(三芯插头的中间头)连在一起,有的不一样样意将保护地同该线相连,用户必定
要仔细阅读厂家供应的接地安装说明书,无论哪一种方式,CG必定将一台设施(控
制站、操作员站等)上所有的外设或系统的CG连在一起,今后用较粗的绝缘铜
导线将各站的CG连在一起,最后从一点上与大地接地系统相连。还有一点值得
提示的是,同一体统的所有外设必定从一条供电线上供电,并且一台设施(如操作员站位所连结的所有外设和主机系统(计算机、打印机、拷贝机主机系统)的
电源必定从设施的供电分配器上取电,而不一样样意从其余地方取电,不然可能会烧坏接口甚至设施,对于不得不用长线连结的场合,或用较粗导线供应供电,或采纳通信间隔措施。
各站的CG在连结时可以采纳幅射连结法,也可以采纳串行接法。电源逻辑
地(P)如图1所示。第一,各站内的逻辑地必定位于一点PG,今后,粗绝缘导
线以辐射状接到一点上,今后接到大地接地线上。在有些系统中,所有的输入,
输出均是间隔的,这样其内部逻辑地就是一个独立的单元,与其余部分没有电器
连结,这种系统中常常不需要PG接地,而是保持内部浮空。所以,用户在设计
和施工接地系统时,必定要仔细阅读产品的技术要乞降接地要求。
·模拟地(AG),模拟地(又叫障蔽地)是所有的接地中要求最高的一种。
几乎所有的系统都提出AG一点接地,并且接地电阻小于1Ω。DCS设计和制造中,在机柜内部都部署了AG汇流排或其余设施。用户在接线时将障蔽线分别接
到AG汇流排上,在机柜底部,用绝缘的铜辫连到一点,今后将各机柜的汇流点
再用绝缘的铜辫或铜条以辐射状连到接地址。大多数的DCS要求,不仅各机柜AG对地电阻<IΩ,并且各机柜之间的电阻也要<1Ω。
·信号地的办理:原则上不一样样意各变送器和其余的传感器在现场端接地,而都应将其负端在计算机端子处一点接地。但在有些场合,现场端必定接地,这时,必定注意原信号的输入端子(上双端)绝对严禁和计算机的接地线有任何电气连结,而计算机在办理这种信号时,必定在前端采纳有效的间隔措施。
·安全栅的接地:我们来看图2所示的安全栅线路图。
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图2安全栅接地原理图
从图中可以看出有三个接地址:B,E,D,平常B和E两点都在计算机这一侧。可以连在一起,形成一点接地。而D点是变送器外壳在现场的接地,若现场和控制室两接地址间有电位差存在,那么,D点和E点的电位就不一样样了。假设我们以E作为参照点,假设是D点出现10V的电势,此时,A点和E点的电位仍
为24V,那么A和D间即可能有34V的电位差了,己高出安全极限电位差,但齐纳管不会被击穿,因为A和E间的电位差没变,所以起不到保护作用。这时若是不当心现场的信号线碰到外壳上,即可能引起火花,可能会点燃四周的可燃性气体,这样的系统也就不具备本安性能了。所以,在涉及到安全栅的接地系统设计与推行时,必定要保证D点和B(E)点的电位近似相等。在详尽实践中可以用以下方法解决此问题:用一根较粗的导线将D点与B点连结起来,来保证D点与B点的电位比较凑近。另一种就是利用一致的接地网,将它们分别接到接地网上,这样,若是接地网的自己电阻极少,再用较好的连结,也能保证D点和B点的电位近似相等。但注意,此接地必定不要与上边几种接地发生矛盾。
以上议论了几种接地的方法和注意事项。在不一样样的系统中,对这几种接地的组态要求不一样样,但大多数系统对AG的接地电阻一般要求I欧姆以下,而安全栅的接地电阻应<4欧姆,最好<1欧姆,PG和CG的接地电阻应小于4欧姆。
三、接地网的建设:
接地网是在接地系统的基础,由接地环(网)、接地极(体)和引下线构成,以平常有种误会,把接地环作为接地的主体,极少使用接地体,在接地要求不高或地质条件相当优胜的状况下,接地环也可以起到接地的作用,但是平常的状况下,这是不可以行的,接地环可以起到辅助接地地作用,主导作用是用接地体来完成的。
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单使用接地环要达到某个接地电阻值,接地环包围的面积S和土壤电阻率?有关。设:土壤电阻率р=,要求接地电阻值达到1Ω,所需的接地面积S为
S=×р2/R2=×2002=10000(m2)
由计算所获得的结论是:,要做一个1Ω的接地系统需要接地面积为1万平方米,明显是很难做到的。即使,对于大型建筑物而言,自己站地很大,也最多可以建设一个这样的地网,但是对于这样大型的建筑即即是以结合接地的方法,考虑到要求独立地的设施,一个地网是远远不够的。
决定接地电阻大小的要素好多,下边先来解析一下计算接地电阻的公式(仅以接地环接地时)。
式中:р——大地电阻率();d——钢材等效直径(m);
S——地网面积(m2);H——埋深尺寸(m);
L——接地极长度(m);A——形状系数。
由式(1)、(2)、(3)可知,当р一准时,地网(接地级)的几何尺寸基本上决定了接地电阻的大小;若地网面积必定,р就决定了接地电阻的大小。接地体和降阻剂的作用是在此基础上做为主要的接地部分,进一步减小接地电阻,但是即使使用了足够的接地体和降阻剂,也必定要有响应足够的接地面积来保障接地资料的使用效率和接地见效。为了发挥接地资料的最正确作用,应创立必需的条件,
做好优化设计方案、择精选择接地资料、精心施工3个方面的工作。
(一)、优化设计方案
接地工程设计方案是理论和经验的结合。因为接地工程多属隐蔽工程,所以设计的利害就特别重要。设计中应综合考虑好多要素,诸如,地网形状,地网所
在地与四周的地形、地势,地质结构,植被状况,地电阻率的变化,可否含有水
层,水中矿物质的种类与含量等,这些要素均直接影响接地电阻的大小。若设计中发生失误,则会影响工程的质量,所以必定重视接地工程的优化设计。
广泛使用的接地工程资料有各种接地体和降阻剂。接地体有金属接地体(角钢、
铜棒和铜板)这种接地体寿命较短,接地电阻上升快,地网改造频频(有的地区
每年都需要改造),保护开销比较高,但是从传统金属接地极(体)中派生出类
特别结构的接地体(带电解质资料),使用见效比较好;其余就是非金属接地体,
使用比较方便,几乎没有寿命的拘束,各方面比较认同。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化地网的弊端今后基本
上没有使用了,此刻广泛接受的是物理降阻剂(也称为长效型降阻剂)。
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在以下的议论中以非金属接地块和物理降阻剂为代表进行商讨。
下边将设计中考虑的主要要素进行简要的说明。
1、地网形状
第一,应依照接地工程设计要求决定地网形状,对于要求接地电阻低的工程
1Ω以下),其土壤条件不好时,应试虑三维型地网,反之,可设计成二维地网;其次,要合理设置接地极地址,减小障蔽作用。
地网面积确立今后,接地电阻(R)也就基本上确立了。若在地网内增添接地极(体),甚至做一整块铜板,都不行以有效地改进其接地电阻。只有当接地极(体)的足够时,才能有效地加大散流面积,减小R值。
从式(1)可看出,当?一准时必定增大S(可视为二维平板电极)才能有效地降
低R。若地网为立体的,其面积S1=2пr2,而圆形面积S2=пr2,则S1》S2,有效地增添了散流面积。
2、地理环境
(1)不一样样的岩石结构
固然石灰岩地层电阻率高,但岩石中存在好多裂隙,便于降阻剂浸透。比方,天
一贵线安顺微波站地处石灰岩地层,。31#接地极极长为20m,测得接地电阻为19Ω;而广西壮族自治区平南县崖微波站地处石英岩地层,.。相同采纳20m长的接地电极,接地电阻值为62Ω(其余还采纳了人工造隙法)。
(2)不一样样的地势、地形
地形、地势不一样样时其散流条件不一样样,相同的接地工程,其见效相差明显。比方,天—广线瘦狗岭微波站,其1#接地极位于山顶,,接地极极长为24m,灌降阻剂400kg,接地电阻为30Ω;而11#接地极在山下,.,相同采纳24m长的接地电极灌降阻剂500kg,。
(3)地层可否含水
水中一般含有矿物质,其导电性能较岩石优胜得多。当地底下有水、接地极深入到这一层时,降阻见效会好得多。比方,云尾搬动通信站,土壤电阻率丈量值
1200欧,使用接地块240块,接地电阻达到1欧以下;相同的,武当山柯壶口
变电所也是1200欧的土壤电阻率,地表破碎沙石层,但是开挖150mm发现湿润土层,埋设接地块80只,原估计达到4欧的地网,。
所以,降低接地电阻不行以仅靠资料的用量,优化设计方案是设计成功的基础,同时可以使优异接地资料充发散挥作用,从而使工程达标,保证工程的质量。
(二)、精心施工
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从表面看,降阻剂和接地块的施工很简单,但它却对工程的成败起重视要的作用。
若施工办理不妥,极可能前功尽弃,特别是地网开挖尺寸不可以偷工或粗心。
使用接地快时,埋设应尽量选择合适的土层进行,开初开挖80-100cm的土坑(平埋),底部尽量平坦,使埋设的接地块受力均匀。接地块水平设置,
用连结线使连结头与接地网连结,用螺栓连结后热焊接或热融接,焊接完成今后应去处焊渣等,再用防腐沥青或防锈漆进行焊接表面的防锈办理,回填需要分层夯实,保证土壤的密实和接地块与土壤的接触亲近,底部回填40-50cm后,应合适加水,保证土壤的湿润,令接地块充分吸湿。使用降阻剂时,为了防腐,包裹
厚度应在30mm以上。接地用的钢材一般有50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm角钢;40mm×4mm或40mm×5mm的扁钢;ф50mm、h>3mm的钢管。角钢对角线长的约为70mm,。若包裹厚度为30mm,地网开挖直径尺寸应
在130mm。对水平扁钢来说,因为地面开挖高低不平,扁钢自己曲折不直,在施
工中好多部位刚才被降阻剂遮住。这样,钢材实质上处在两个介质的交界处,大大地加快了腐化程度,所以地网开挖尺寸也应该加大。我们以为垂直极灌降阻剂直径以130—200mm为好,水平沟以150mm×100mm为好(扁钢竖放)。这样做的开挖工程量和降阻剂用量都会增添,但从整体降阻、防腐见效看是合理的。
接地极埋深一般为800—1000mm,钻孔深井时应有8000-15000mm深。工程中往
往忽视这一要求,这不但是是因为埋深与减小电阻值有关,更重要的是考虑了防
腐。在此深度以下,基本上避开了干湿交替层,温度相对坚固,使腐化减缓,接
地工程的施工应按施工设计图纸的要求去做,并保证施工质量,以利于充发散挥
接地块和降阻剂的作用,降低接地电阻值。
四、接地布线
室内系统经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可否真切有效的工作。若是办理不好线路的排布,常常造成设施的伤害。
为了更清楚的论述布线的原则,我们模拟一个建筑来观察他在碰到雷击时候的状况。
1、雷击避雷针、避雷带、电源线、信号线产生感觉过电压(过电流)的现象是
常常发生的。图3中的电子设施A和B是两台相互传输数据的设施,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,设施可否会被损坏?
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图3独立接地系统的设施电位差图
假设:电源避雷器P性能优异,其响应时间和导通后的残压不会损坏电子设施A,雷电流IP=5kA所有流经避雷器P进入接地址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,接地址G1的地电位将抬升为UG1=Ip·R1=5kV。
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图4用避雷器防雷的等电位接地图
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该电位UG1此时会加到电源的输入端a1,而设施A的接地址G2为零电位,则
电源输入端与入地址G2之间的电位差Va1G2=5kV。
电子设施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,则设施A的电源端将被过电压损坏。
为了防备设施A的电源端免受雷击损坏,应将接地址G1与G2相连结(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施B的接地址G3为零电位,而信号接口a2与接地址G2之间的电位差VG2a2变为了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和接地址G2之间安装残压小的信号避雷器PA,且接地址必定与G2相连。
同时可以看出,设施信号接口被雷击损坏,该雷电不用然是由信号传输线产生的感觉过电压所致。
也可以发现,固然设施A的信号接口a2并未损坏,但5kV的电压已加到
2与G3端,那么信号接口b2会损坏吗?理论计算与实验结果表示:a2至b
2的信号传输线,若是线径≤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,但若是传输线小于100m,则有可能使Vb2G3>100V而使设施B碰到雷击损坏。
为使设施B得圆满保护,应同设施A相同按以上方法的要求去做。
假设雷电从信号线上产生,其解析方法,防备手段同上。
2直击雷损坏设施的原由解析和防备方法
图3是建筑物受直击雷后室内设施受损坏的表示图。
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