《江苏省电力公司变电所铜质接地网应用导则》
编制说明
2005年9月
国际上，铜质接地网的应用已经有很长的历史了。我国解放前建立的电厂由
于是外国人建设的，采用的也是铜质接地网。解放后由于多种原因，电厂和变电
所的接地网均采用钢质材料。近年来，国内少数经济发达地区已经在变电所采用
铜质接地网。为了在我省推广使用铜质接地网，编制了《江苏省电力公司变电所
铜质接地网应用导则》（以下简称导则）。
1范围
以下类型的变电所可以采用铜质接地网：
500kV变电站
220kV枢纽变电站和110KV的重要变电站
220kV和110kV城市变电站、COMPASS、HGIS、GIS变电站
土壤腐蚀严重地区的110kV以上的变电所
其中500kV的变电所的审批权在国网公司。对于220kV和110kV变电所，
只排除了建于农村的非枢纽变电所。
由于土壤对钢质材料的腐蚀严重程度取决于多种因数（如交换性离子的含
量、总酸度、土壤含水量、土壤PH值、土壤电阻铝等），无法用一个指标表示
土壤对钢质材料的腐蚀性强弱。所以采用了“土壤腐蚀性严重的地区”这一说法。
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中规定了土对钢结构腐蚀性的评价
指标（见下表）
表土壤对钢结构腐蚀性评价
腐蚀等
级
pH氧化还原电位
(mV)
电阻率
(?·m)
极化电流密
度
(mA／cm
2
)
质量损失
[g]
弱
中
强
5．5—4．5
4．5—3．5
＜3．5
＞200
200—100
＜100
＞100
100—50
＜50
＞0．05
0．05—0．20
＜0．20
＜1
1—2
＞2
这也是一组指标，而且只要有一个指标达到了就认为是达到了相应的腐蚀等
级。所以导则中采用“土壤腐蚀性严重的地区”这一说法比较合理的。
4.1条
设计阶段，远景规划有时并不十分确定，投运后还有可能发生变化，为了避
1
免在变电所规模发生变化时对地网进行改造，根据省公司苏电生【2003】1097
号文的精神，对各电压等级的变电所的单相故障电流做了规定。这些规定是偏于
安全侧的，如果远景规划非常明确的话可以按照远景的短路电流设计接地网。
4.3条
有关的规程和导则都选用公式（4－6）来计算发生故障时接地网的地电位升
高。其中入地短路电流的计算是关键。应该说明的是公式（4－6）计算故障时的
地电位升高只是一种简化计算方法。变电所接地故障电流的分布如图1所示。精
确的计算表明，故障时流经变压器中性点的电流I
n
较大的话，接地网不是一个等
电位体，对于钢接地网尤其如此，应该对接地网的地电位升高进行修正。如对于
500kV站的220kV故障时的地电位升高，在公式（4－6）的基础上乘以一个大于
1的修正系数。因为采用铜接地网时，这一影响比较小，为了简单起见，仍采用
公式（4－6）计算。
图1
4.4条
架空地线分流系数的计算需要搜集的资料较多，提供故障线路的架空地线的
分流系数的计算的等值电路图如图2，不提供故障线路的架空地线的分流系数的
计算的等值电路图如图3所示。回路数较多而且有的线路并不提供故障电流时，
架空地线的分流系数的计算比较复杂。要精确计算必需借助专门的计算软件（如
加拿大SES公司开发的CDEGS软件）。目前，由于多种原因，这类软件并没有
普遍应用。
2
图2提供接地故障电流时感应电流简化模型图
I
f
：某相的故障电流；
I
am
：故障电流在架空地线中感应的电流；
I
w
：故障电流在架空地线中的分流；
Z
a
，Z
b
：变电所A、B的接地阻抗；
Z
a
0
：线路的零序阻抗；
Z
0(g)
为每档架空地线的自阻抗，Rt杆塔的接地电阻；
图3不提供故障电流线路架空地线的简化模型
详细的分析计算表明，变电所接地网的接地电阻、架空地线的材料、架空地
线与接地网相连的出线数量，对端有无电源、出线杆塔接地电阻和沿线土壤电阻
率都会影响变电所接地故障电流的分流系数。其中，接地网的接地电阻、架空地
线的材料对分流系数的影响最大，出线杆塔接地电阻和沿线土壤电阻率对分流系
数的影响最小。在变电所设计阶段，有很多不确定因素，无法进行入地电流的精
确计算，所以采用偏于安全侧的简化计算办法是合理可行的。
把各个电压等级的所有的出线的架空地线都当成是接地网的一部分来计算
架空地线的分流系数显然是偏于安全侧的。
3
5.2条25项反措中规定重要电气装置的接地引下线要考虑两根，并且每根
都要按照最大单相故障电流校核热稳定。这条措施主要是考虑到引下线地中部分
的腐蚀比较严重，防止故障发生时因引下线腐蚀严重导致系统失地而扩大事故。
铜质接地装置可以不考虑设置两根接地引下线。
5.4条过去，各供电公司根据老的接地规程沿用下来的一个不成文的规定，
即220kV和110kV的变电所的接地电阻应小于0.5Ω。实际上即使满足这些要求，
接地装置的电位升高还是超过2000伏的。本条和5.3条中明确：土壤电阻率不
大于500Ω·m的地区，220kV变电所的接地电阻一般不得大于1Ω（占地面积
小的GIS站的接地电阻不得大于2Ω），在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大
于5Ω。110kV的还可以适当放宽要求。主要目的是淡化地电位升小于2000伏
的概念。强调采取隔离措施以保证电气设备的安全。现在的变电所（用户变除外）
设计中，已很少采用市话做通讯备用。但是孤立的变电所的生活用水有从外部接
入的可能，需要考虑隔离措施。绝缘管道的长度取决于自来水的电阻率（自来水
的电阻率一般较高，如是深井水则电阻率变化范围较大）。对于地下水管分布较
密的城市变电所，自来水管可以不采取隔离措施。
5.5条
通常，变电所中跨步电势和接触电势不满足要求而敷设了砾石时，不再做允
许跨步电势和接触电势的计算。本导则引进了IEEESTD80-2000《Guidefor
SafetyinACSubstationGrounding》中的修正系数Cs。Cs表示地表面敷设有15cm
的高阻砾石层时，接触电势和跨步电势计算时的修正系数。若地表面没有敷设高
阻砾石层时，Cs取1，否则按附录B选取，也可以按以下经验公式进行计算。
＝1－
公式（5－2，5－3）中时间t选0.2秒是从以下几方面考虑的：
1、我省乃至全国在220kV接地网设计的接触电势和跨步电势的校核计
算中，该时间一般均小于0.2秒。国内至今没有因接触电势和跨步电势过高而导
致变电所值班人员人身事故的报道。
2、按照DL/T621-1997《交流电气装置的接地》要求考虑的几种不利因
素（最大运行方式时发生故障，故障发生在变电站内、主保护拒动由后备保护切
4
除故障或断路器失灵由失灵保护切除故障、故障发生时有人接触接地设备并处在
接触电势或跨步电势最大的地点）同时发生的概率极低，这样设计出来接地网的
经济性能差。由于变电所值班人员在进行人工操作时，要求戴上绝缘手套，耐受
的接触电势或跨步电势要提高不少。因此，导则考虑了最大运行方式下发生站内
接地故障，此时运行人员接触接地设备（典型例子为带电合接地刀闸），但不考
虑断路器失灵。
3、我省电力系统目前使用的断路器均为SF6断路器，性能很好；系统
继电保护配置时，考虑了多重后备，基本上，主保护均能可靠动作。220kV系统
主保护动作切除故障时间小于0.15秒，考虑一定的裕度，取0.2秒。
5.5条
选择水平接地导体时，主要考虑水平接地导体的防腐蚀性能，即水平导体的
寿命。铜材是最佳的防腐材料，铜绞线也是目前国际上常用水平导体材料。另外，
30％和40％导电率，镀铜层厚度达到0.25mm的镀铜钢绞线也是比较常用的接地
材料。有些资料介绍铜的年腐蚀率为0.02mm按照这样的腐蚀率考虑，这点厚度
保证不了20年，但国际上几十年的应用历史表明该厚度能满足30年以上免维
护，。由于该镀铜钢绞线与铜的防腐性能相当，而且价格较便宜，目前比较合适
在中国应用。但应用时应注意有些国产厂商声称30％或40％导电率，但铜层厚
度不能满足不小于0.25mm，难以满足30年以上免维护要求。根据实际导电情况，
镀铜钢绞线在满足其30％或40％导电率基础上，其单根绞线的直径应当在
2.5mm以上才有可能满足其铜层厚度要求，否则应视为铜层厚度少于0.25mm厚
度。有些厂家采用在圆钢上面采用铜包覆的方法将铜皮包裹在单根圆钢上面，这
种铜包钢水平导体不但难以满足水平导体的热稳定要求，而且在弯曲时会导致铜
皮破裂，引起电解质进入铜与钢之间从而产生电化学腐蚀，而加速钢心的腐蚀满
足不了实际要求。而热镀铜生产的绞线尽管其申称能达到厚度要求，但由于工艺
原因，该种产品均匀度难以实现，而根本达不到厚度不小于0.25厚度的要求。
5.6条
选择铜镀钢的垂直接地极时，外层铜膜的厚度目前国内没有标准。国外的通
常的标准如UL标准等均规定不小于0.25mm，实际上目前国际上普遍规定的铜
镀钢接地极铜层厚度就是0.25mm，这主要由于美国联邦标准局于1910年至
5
1950年代，在全美国128个不同测试地点，43种不同土壤，333种包括铁，铜，
有色金属镀层等不同接地材料，36500个不同样品的开挖研究发现，铜层30年
最大腐蚀厚度不超过0.17毫米，为保障接地系统40年以上的寿命，美国商务部
UL等机构规定镀铜钢接地极的铜层厚度必须不小于0.25mm的厚度，并规定了
14.2mm和17.2mm直径的规格。国内有人用热镀铜工艺生产铜包钢的垂直接地
极，声称厚度可以做到大于0.5mm。但是实际上由于工艺原因,导致其均匀性较
差,根本不能保证0.25mm的厚度。另外一些国内厂商采用铜包钢工艺，以铜皮
覆盖在钢棒上来生产铜包钢接地极，由于施工时，垂直接地极可能弯曲，导致铜
皮破裂，一旦电解质进入铜皮与钢心之间，由于铜与钢相对氢有一个0.777V电
位差，将会在铜皮与钢心之间形成原电池效应的电化学腐蚀，从而加速钢心的腐
蚀，而难以满足寿命的要求，所以国外主要国家命令禁止铜包钢接地极的使用，
在我们省内也不应采用。另外，为保证接地系统的免维护性能和30年以上服务
寿命，不应当采用铜包钢或热镀铜接地极。
考虑到0.25mm以上铜镀钢接地极在国外已有多年的运行经验，铜镀钢接地
极的铜层厚度仍然选0.25mm以上。鉴于UL标准已经成为国际上权威的接地材
料标准，而国内目前暂时没有相关镀铜钢接地极标准的要求，而又要保证接地系
统的材料质量要求，要求所有镀铜钢垂直接地极材料必须满足UL要求，应当通
过相关UL测试，并具有UL证书。
5.7.条
对放热焊接接头的质量检查国内没有相关标准，国际上主要以UL标准为主，
并利用IEEE837标准规定接头质量检测要求如拉力，应力等。放热焊接接头出
的的平均最小抗拉强度不得低于原材料的抗拉强度，接头的直流电阻应不大于同
等截面，同长度的原金属的电阻值。鉴于目前国际上大部分国家采用UL放热焊
接部分为其国家标准，在国内目前没有类似标准的情况下，为确保焊接材料的质
量，我们也可参考其它国家情况，规定所有焊接材料必须满足UL标准要求，并
通过测试，各种接头类型必须具有UL证书。
6.2条
目前我省220kV系统线路保护配置基本采用“NBX11”和“LFP901”系列
保护，各套装置均设有高频、距离和零序电流保护。距离保护和零序保护各有三
6
段。根据DL/T621-1997《交流电气装置的接地》的要求，要考虑断路器失灵保
护的动作时间。我省的断路器失灵保护一般整定为0.3秒跳母联开关，0.6秒跳
故障母线上所有开关。开关固有分闸时间为80ms左右，取100ms。对于220kV
系统，故障持续时间取0.7秒。由于0.3秒时母联开关已跳开，单相接地电流已
有所减小，故障持续时间取0.7秒还是有一定裕度的。经讨论决定，故障电流仍
取最大故障电流，校核接地体截面时的故障持续时间取0.6秒。
7.1条GIS设备的故障有以下三种形式：
a)在气体绝缘母线系统内的一个内部故障，如母线导体和外壳内壁之间的闪络。
b)GIS以外近区的接地故障，故障电流流经GIS的母线并在外壳上感应电流。
c)GIS以外远区的接地故障，故障电流流经GIS的母线并在外壳上感应电流。
图4GIS变电所的三种故障形式
图5人触摸GIS设备的特殊接触电压
人触摸GIS外壳，除了常规变电所会遇到的跨步电势和接触电势外，可能会
受到两种特殊的接触电压。因为人可能会站在一个接地金属网上，回路还可能包
7
括手－手或手－脚的电流通道（如图5所示）。对以大地为回路的内部故障，应
将GIS上的电阻压降和感应压降加到代表变电所的地和人脚下的点之间电位差
上。由于感应电势与故障电流相差90
O
。
所以，手－脚的接触电压应满足：
其中
－接地网最大接触电压，由人脚下的点所决定
－GIS外壳上和外壳之间或这些外壳和任何水平或垂直支架之间金属
到金属电压差（主要是感应产生的）的最大值。
7.2条由于GIS的紧凑特性，其绝缘气体中发生电击穿时产生的高频暂态
电压（VFT）会耦合到接地系统中。此时，哪怕是一根接地引下线都会有一定的
压降，更何况是GIS下面的接地网。按照道理，GIS下面的接地网显然要密一些，
而且设备引下线要尽可能的短。对于建在楼上的GIS应该有相应的措施，不能
只建一个环形的接地网与地面主接地网相连。需要在楼板上敷设一个较密的接地
网并多点与底层的接地网相连。
南通华能电厂的220kV升压站为意大利ANSALDO公司设计的户外型
GIS。GIS设备下的铜接地网较密，所有的金属支柱都有铜质引下线引到主接地
网。
南通华能电厂GIS设备支架的接地
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南通华能电厂GIS的机构和取样设施的接地
附录C《接地网接地电阻的精确计算》中
引用了SchwarzS.J(许瓦兹)用Sunde和Rudenberg所介绍的下面方程，结合网
格、接地棒的接地电阻和它们的互接地电阻，给出了总的系统电阻Rg的计算公
式。
他们的内容分别发表在以下几篇论文中：
1,Rudenberg.R..”Groundingprinciplesandpractices-part1Fundamental
considerationsongroundingcurrents”Electrcalengineering.Vol.64.no.1pp.1-13,jan.
1945.
2,SchwarzS.J.,”Analyticalexpressionforresistanceofgroundingsystems”
AIEETransactionsonPowerApparatusandSystemsvol.73no13partIII-B
pp.1011-1016.
3,Sunde.E.D..Earthconductioneffectsintransmissionsystems.NEWYork:
McMillian.1968
另外，在编写导则的过程中，除了引用的标准外，还参考了《接地技术》（曾永
林，水利电力出版社，1979年10月）等资料。
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