接地系統及工法簡介20130408更新職訓中心pdf版

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接地系統及工法簡介 集集電工業股份有限公司 製作 Tel : (02)-2363-2992 Fax : (02)-2363-9044 Mail:cce@ccelect.com.tw Web:www.ccelect.com.tw

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內容說明: 1.接地用途分類與特性. 2.土壤特性與接地電阻值關係. 3.接地使用材料及特點. 4.各種接地工法. 5.接地電阻測量法. 6.材料特性測試及要點.

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接地系統分類介紹 根據美國電機電子工程師學會標準第142號 “工商業用電力系統接地的推薦作法” (IEEE Standard 142-1992. Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems) 中說明，目前大概已區分為 (1)電力系統接地:討論系統接地方式及協調. (2)設備接地:討論設備(如變壓器,馬達,UPS,等)接地方式. (3)靜電以及避雷接地:雷突波及各種元件的電荷排除. (4)電腦及智慧型電子設備接地:電子設備同步基準與屏蔽. 根據不同的接地需求，提供設計，施工方法等等，均有詳細的說明。

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系統分類說明 (1)電力系統接地:主要是在保護設備及人員在操作平台上的安全,事故發生時 能迅速排除壓差及故障電流.因此等電位及電阻值是設計及 安裝的重點. (2)設備接地:考慮各系統設備接地方式.如實接地,加電阻(或電容),不接地等. (3)靜電以及避雷接地:大氣環境產生的電荷中和及排除,如避雷突針,下導線. 連接頭,導線轉折曲度,金屬框架,低壓突波保護,等系統 安裝方式及保護概率. (4)電腦及智慧型電子設備接地:考慮接地基準點及電源供應時的干擾屏敝. 高頻作業環境下,訊號等穩定性等.接地電 阻需求及接地方式.

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人類承受的電流量 1.電流承受量依美國IEEE-80的標準男人約16mA,女人約10.5mA,即6-9mA 是一般標準長時間無危險性,如以公式 IB =0.116/ √ ts (50 kg 重) ts通過時間 IB =0.157/ √ ts (70 kg 重) ts通過時間 一般ts以0.5 sec為基本故障排除時間. 2.一般人體電阻值約500-3000Ω ,通常以1000Ω為基礎. 3.經由電流的容許值來計算容許之接觸電壓(touch voltage)及步間電壓(step voltage). 4.接地電阻的值則和地網電壓(Earth Potential)有關.

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系統發生短路事故時的電氣特性 1.故障時會產生高對地電壓(200-1400V, 3- 15cycle.). 2.故障時會產生高對地電流(1KA-40KA, 3-15cycle.). 3.由大電流產生的電磁機械力及高溫.

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系統發生短路事故時的現象 1.導線因為電流承載量不足發生熔斷現象-引起火災或設備毀損。 2.人員,設備因地面電位差分佈不平均而感電受害。 接地網 接觸電壓 接觸電壓差 步間電壓

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故障電流發生時地表電位梯度 電位波谷在地網格中間 電位波峰在地網導線處

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設定Touch & Step Voltage

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Step Voltage

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Personnel Protection 表層等電位網

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土壤電阻係數ρ測量法(Part 1) A.The Wenner’s four-pin method. 測量方法說明: 1.先使用皮尺於地面上取一固定距離 L. 2.將直線等分四份 ’a’. 3.在四定點施打電極棒深度”b” 且b的長度不大於1/20 ‘a’. 儀表連線如下圖: 4.此圖形之內迴路為電壓迴路,外迴路為電流迴路,當從儀表讀取1個 互動比例電阻值R. 5.經由計算式 ρ=2πaR 得土壤電阻係數ρ, 單位 Ω-m.

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電阻係數測量實況 Wenner’s 四點式測量法

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土壤電阻係數ρ測量法(Part 2) 1.土壤電阻係數ρ：單位　Ω – m 常見的土壤係數： ａ.黏土(Clayey fine sands with slight plasticity):20-80. 如台北市區或中南部的田土.(含水量20%以上) ｂ.黏土及粗沙混合（Clayey-poorly graded sand mixtures): 50 – 200.如桃竹苗及台中等台地的表土層1-3m Deep.

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土壤電阻係數ρ (part 3) c.黏土-礫石(較少)-沙(Clayey gravel, poorly graded gravel, sand-clay mixture):200-400. 如桃竹一般地區. d.沙質地 (Sandy):250- 600,視含水量多寡. 如宜蘭利澤及花東. e.沙-礫石(Sandy- Gravel):600-2300,視含水量多寡.如林口,中科大肚山,彰化八卦山台地等. F.一般變電所鋪設礫石:3000-4500. G.洞道表面因為為RC結構(30-90),土壤電阻係數低,故更應留意表面電位分佈.故下面結構鋼筋應電焊使電位梯度分佈平均並和接地線連接.保護人員設備安全.

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土壤結構實例1 桃竹:150-250Ω-m (潮溼) 300- 400Ω-m (乾燥) 台中大肚山區土壤300-1000Ω-m 中科大肚山 林口或桃竹苗

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土壤結構實例2 台中學田變電所500(有水)-1500Ω-m(乾燥) 頭份沙質地60-150Ω-m

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土壤結構實例 3 高鐵左營基地 30-50Ω-m 台北捷運20-30Ω-m潮濕

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接地材料規範: 目前對接地材料有較詳細尺寸及性能規範 說明的國際常用標準如下:

1. 美國 ANSI/UL – 467: 包括使用材料,導體, 夾具,連接頭,金屬管類襯套(Bushing),接地 極,銅板等及其它附件,均有定義及規定.
2. 英國BS-7430.(歐洲設計常引用)
3. IEEE-80及IEEE-142.(局部介紹)

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各種導線 材料特性 一般常用裸銅線來做接地導體,主要考慮高導電性及防腐蝕性佳. 如要延長壽命有時亦使用鍍錫銅線,但是在銅如有小部份暴露時則會加速腐蝕.

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各種導線 材料特性 一般常用裸銅線來做接地導體,主要考慮高導電性及防腐蝕性佳. 如要延長壽命有時亦使用鍍錫銅線,但是在銅如有小部份暴露時則會加速腐蝕.

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接地材料的種類：

1. 接地極材料包含: 裸銅線,銅帶,銅板,銅包鋼棒,銅條 ,鋼骨, 鋼筋,鋼棒.視施工環境,耐久性,預算,需求而定.
2. 連接頭做法: 螺絲鎖緊 , 壓接 , 銅焊 , 銀焊 , 熱熔接 . 連接方式必須注意的重點: a.電流承載值 . b.機械牢固性. c.防蝕性.(接地極需埋入地下30-40年或更久)
3. 土壤改善方式 :`腐植土( BENTONITE , 混凝土 , 碳素 , 鹽類.)

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接地材料(1) 導線 常用接地網材料包含: 裸銅線325,150,100,60mm2, 上引線,PVC,XLPE 電 線,60,100mm2,325mm2. 裸銅線 XLPE電線

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接地材料(2) 接地棒 電鍍鋼芯或包銅鋼芯 UL-467 6.9.2 6.9.2.1: 長度至少 2.4m. 6.9.2.2: 鐵(鋼)棒:直徑> 15.87mm, 6.9.2.3: 不鏽鋼,銅,非鐵材 質,直徑>12.7mm 6.9.2.4: 鐵(鋼)心被覆不鏽 鋼,銅,鋅,等非鐵 材. ,直徑>12.7mm. 銅皮0.25mm,不鏽 鋼皮0.38mm,鋅0.099mm 離子式地棒 UL-467 6.9.3節. 6.9.3.1: 1.銅管或其他具潮 溼抗腐蝕材料. 2.內徑大於49.3mm 厚度1.93mm. 3.合適的安裝與維 護程序. 6.9.3.2: 銅管腐蝕速度不 得比3/4鐵線槽快. 6.9.3.3 含60%NaCl&40% CaCl,總量大於5Kg 14-19mm x 2.4-3m 2 1/8 in x 3 m 接地銅板 60cm x60cm,45cm x45cm, 1.5mm厚以上(價格較貴,效果 較差)

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接地材料(3) 改良劑:做為被覆在導體四周,藉以 消除導體與礫石區或土質惡劣地間的接觸界面 種類 1.鹽類-會造成導體腐蝕,且對大地環境破壞. 2.細炭粉-不具保水性.效果有限. 3.腐植土:即一般種植物土壤(含磷.鉀肥).時效 短. 4.Bentonite:火山黏土.吸水及保水性物質.PH值 7.5-9.8(弱鹼性).常用. (粒度要細-200mesh) 5.混凝土沙漿:1986年以後列入IEEE法規.

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接地材料(4)接地點 接地測試箱 OR接地銅排:

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接地材料(5)連接 接地端子或連接頭:螺絲鎖緊 , 壓接 , 銅焊 , 銀焊 , 熱熔接 .

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接地端子材料注意事項 連接頭連接方式必須注意的重點: a.電流承載值(大電流通過) . b.機械牢固性(電動力). c.防蝕性(界面). 使用一般配線用端子截面太小 截面及固定均佳

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大電流實驗

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大電流通過導線情況: UL實驗室提供 107mmSQ導線通過20000Amp 2.8sec,3/4in接地棒已過熱呈白光但火泥熔接點仍然完好 5 Sec時地棒熔斷但火泥熱熔接頭仍完好

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瞬間大電流產生的電動力

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獨立機構測試 ( 2000年 IEEE主辨) 各種電力臨時接地故障電流通過可靠性測試 47.8KA,3P,8CY,”耐大電流,大電磁力” 測試台架

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2.設備接地(4 ) 固定端子板彎曲變形

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大電流產生的電動力破壞

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2.設備接地(5 ):承載失敗 導線熔化 接頭損毀

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接地施工方式 1.接地網:由接地棒( or銅板)及裸線構成 格子狀網. 2.接地井:鑽深井式之單支或多支電極棒. 3.等電位環:以環狀導體圍繞.

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一般接地網施工(步驟): 材料檢查

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整地

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標線

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開挖:30cm寬,50cm深溝

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施打接地棒及佈線

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導線使用熱熔接劑連接

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熱熔接施工法-優點 1 優點:1連接點為分子結合 (molecular bond ),沒有接觸面,不會鬆弛及腐蝕.

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熱熔接施工法-優點 2 優點:2具有較大散熱面積耐大電流不會熔斷. 導線通過2470Amp 10sec,已過熱呈白光但火泥熔接點仍然完好

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熱熔接施工法-優點 3 3. 抗機械力強於其他連接法. 完好

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品質認定 1 有水份,油脂,熱度不足 氣孔

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品質認定 2 模具固定後有間隙 使用熔粉量不足或電線有間隙

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覆蓋土壤改良劑:30cm寬,20cm厚

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拉出引線

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回填壓實

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固定引線

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鑽堡

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接地井使用材料 材料包括 : 銅管,銅條,鍍銅鋼棒,回填料如 BENTONITE,碳粉,泥漿. 銅管 Bentonite 及水混合

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接地井施工現場 銅管熔接

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接地井施工 (4) 填入改良劑 修邊角

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止水處理 套PVC管 它廠示意照片

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Chemical Rod 結構 (Ionic Earthing Array) 3 Main Components:

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四主要功能區

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終端效果

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埋入導線或銅板型

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接地電阻值測量方式(1) 接地電阻值定義: 由接地點經適當距離後,電位降至零時,所測出的阻抗值 測量示意圖 電極棒表面和土壤間的界面阻抗 土壤中電位遞減的等電位線 電極棒與導線連接線夾 由以上關係式之知接地電阻值和電極或導體長度及和土壤接觸的截面積有關.

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接地電阻值測量方式(2) 1.三點式(又稱32/68法)(Three Point Method) 測 量 敘 述:( IEEE-81-8.2.2.2-2012) 接地電阻值測量採用 62/38 劃分法, 1.取一固定距離 L 兩端分別為: 待測地網 (E) 及 電流電極 (C)，在CE之間輸入一固定電流則在CE 間將產生壓降變化. 2.將電壓電極 (P) 放置在距離 E 約 0.62D的地方。可測得電阻值讀 數，再將 P極 前後各移動 1-2 M，觀察數字變化。如果數字變化 不大則可斷定此數字是此地網的接地電阻值。(測量時E.P.C.必需 在一直線上) 注意 :以下測量方式須在斷電維修時進行 接地極或網 電壓電極 電流電極

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接地電阻值測量方式(3) CE之間距離太近等電位線產生藕合現象故中間測量出的電壓差距太大,無法讀出正確的電阻值.此時需改變C點位置,加長CE間距離.

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接地電阻值測量方式(4) CE之間距離等電位線無藕合現象故中間測量出的電壓差距小,可讀出正確的電阻值.

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接地電阻測量實況(三點式) 現場使用臨時參考點測量範例

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接地電阻測量實況(2) 三點式(Three Point Method)

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接地電阻值測量方式(5) 鉗式鉤表法(Clamp Tester)二極串聯法 (適用於電桿多極並聯接地,優點是不需再施打參考電極 等效電路公式 並聯

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接地電阻值測量方式(6) 使用本方法目的是檢查上引線時要確定接地線接續是否完整,需使用此儀表做量測. 做法是將上引線與其他附近引線連接後將鉤表置於連線間如顯示OL即代表斷路,反之如電阻值僅1-3Ω即為連接良好

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鉗式鉤表構造 電流源 電壓源 鉤表為法國AEMC 3730型,其特性為夾鉗內由兩組獨立且個別被覆的磁鐵線圈構成,測量時分別發出/接收電流源及電壓源信號,而彼此間不會發生雜訊干擾或藕合現象.

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鉤表接地電阻測量實況(1) 鉤表及校正板 鉤表測量讀數

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接地系統之維護 1.能看見的所有導體的電氣連接方式如截面積及使用的材質是否正確. 2.檢查導線及連接處是否有老化銹蝕或鬆弛及污損. 3.導線及部件牢固及機械保護裝置的狀態良好. 4.接地電阻值是否在要求範圍內.

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接地參考書

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參考書籍