本文源自个人的微信公众号，微信搜索BenElectric。
欢迎关注。
- 十年甲级设计院工作经验 注册电气工程师 注册消防工程师
- 国外电气设计标准IEC NEC BS的分享交流
- ETAP Dialux 新能源 数据中心 智能化的笔记本
- 工业及民用建筑的电气设计的前沿技术文章
- 涵盖厂房工艺配电 消防 改造 装修 景观 亮化
以下内容均为个人理解，欢迎后台留言，就技术问题进行交流。
写在前面
三月份的四篇内容需要连起来看，最终说的都是同一件事——电击防护。
实际上，这个月花了一些时间，把这些内容写成了一篇论文，但由于论文查重，暂不便在公众号发布。
拆成四篇，内容可以更丰富，表达也相对轻松。
第一篇BS 7430的介绍接地极周围电位百分比的计算
第二篇TN-C-S系统PEN断线故障的分析
第三篇电动充电设施采用TN-C-S（PME）系统的规定及IET Code of Practice for Electric Vehicle Charging Equipment Installation，Fifth Edition(DPC)的一些内容
第四篇ETAP接地网模块在以上问题的分析过程中的应用
正文
民用建筑电气设计的防雷接地设计往往更关注GB 50057-2010，或许认为防雷和接地就是一本规范，也未曾读过GB 50065-2011（以下简称GB 50065），我也不例外，在通过注电考试之前，我并没有接触过GB 50065这本接地规范。
01
永远不要认为国外电气标准距离我们很遥远
因为，马克思主义告诉我们世界是普遍联系的。
譬如，接地规范中，非常有名的IEEE Std80（作为ETAP软件接地模块的算法之一），I triple E，老美编的，翻开GB 50065的条文解释，有不少条文，就是源自于IEEE Std 80。
其次是今天的主角，英标BS 7430。实际上几乎所有的英标都可以在IEC标准中找到对应的标准标号，然而BS标准也不完全与IEC标准相同，必然根据自己的情况有个性化的东西，但是在共性上都是遵从IEC标准的。这一点在电气泰斗王厚余老先生的文章里可见一斑。
02
关于保护接地（protectiveearthing）
BS 7430是英标的接地规范，并且更偏重于低压电气接地，可以说对标我们的GB 50065规范。
BS 7430全称为Code of practice for protective earthing of electrical installations，
可以看到他是讲protective earthing，也就是保护接地的，何为保护接地，国际上关于此定义，最新的解释出现在IEC 60364-5-54:2011+AMD1:2021，此标准对应下列国标，GB16895.3。
区分保护接地和功能接地，关键词是electrical safety，也就是电气安全，相比设备安全更偏向人的安全，保护接地和功能接地以是否损害电气安全(人的安全)来区分。
其中，功能接地应用于通信、计量、电磁兼容等；保护接地应用于电击防护、热效应防护、电压骚扰和电磁骚扰防护。
其中，电压骚扰和电磁骚扰（disturbance）不要跟电磁兼容（EMC）混淆，IEC 60364-4-44电压骚扰和电磁骚扰，对应GB16895.10，也就是应力电压相关内容，实质是高压侧故障对低压侧的影响，如U1、U2、Uf的计算，我之前的文章有写，其本质是电气安全（人的安全）问题，属于保护接地。
安全（一） | GB16895.10中应力电压计算的一种简便方法——向量法
安全（三） | 应力电压向量法的几点补充及注电真题汇总
关于应力电压，BS 7430有一个图，我个人认为有误，下图箭头指向位置没有连接，个人认为此处低压侧应与接地装置连通，否则得不到下面的U1，U2，Uf，您的意见呢？
03
GB 50065/BS7430/IEEE Std80的适用范围
GB 50065区别于BS 7430的一个地方在于，GB 50065中除了低压还有高压装置接地的内容，
而IEC、BS 以及IEEE标准中，高压装置及系统的接地（更偏重于变电站接地）有自己独立的标准，与低压装置的接地是分开的。
其中，BS 7430主要适用于:
a)低压电气装置的保护接地，
b)高压和低压变电站的接口，11kV/0.4kV
c) 为低压电气装置供电的发电机的保护接地和转换开关配置
同时也规定了不适用于哪些场合，如下，
而对于高压电气装置的接地，BS标准在另外的标准中做了规定，而不是将高压电气装置和低压电气装置的接地都写到同一本标准中。
IEEE Std80，主要用于室外的交流变电站，AIS或者GIS，标准中的方法同样适用于室内的变电站。
IEEE Std80，不适用于直流变电站，也不适用于雷电涌流和雷电冲击接地电阻的计算（区别于工频接地电阻）。
IEEE Std80的目录有三页，看着比较冗长，下面截图内容，对目录进行进一步的概括，如：1~8款讲了安全标准的概念和应用，9~13款讲了接地系统的设计，14~20款讲了接地系统评估方法（接地电阻计算、最大入地电流等）
另外就是，时刻感受到标准编纂者的严谨和认真，这是独立于标准之外的，除了学术素养之外的品质。
另外，关于上次修订时间，GB 50065 2011出版至今没有修订，BS 7430最新版是2015年的，IEEE Std80是2013年的。
04
关于接地电阻计算公式的一些差异
BS 7430我是在年后通篇阅读的，在读的过程中我对比了它与GB 50065及配四的异同。
发现我们的50065和配四关于接地电阻计算的公式，有一部分是旧版的BS 7430的要求（1998年版），而某些公式在新版的BS 7430中已经修订。
例如，水平接地体的接地电阻计算，以下形状系数表在GB 50065和1998版BS 7430中均有（但数值不同），而2011版BS 7430删除了此表格采用了新的算法，2015版BS 7430又在2011版基础上对公式参数做了进一步修订。
如上图所示，修订处用一对A1标签标识，可以清楚地看出与上一个版本相比哪里改了。
我没有一一验证上述修订对计算结果的影响。
另外，BS 7430在计算接地电阻时还考虑了温度修正系数0.15，例如，接地电阻要求为20Ω，设计值应按照20*（1-0.15）=17Ω。
05
关于这一话题，从一个条文开始说起。
这一条文在JGJ 16中就有，并延续至了新民标。
首先，条文的出发点是什么
故障情况下，接地极（接地装置）的电位会升高（GPR=Ground Potencial Rise），升高到多少，取决于预期故障电流及接地装置的接地电阻。
地电位升高会对附近的通信电缆造成损坏，因为这些线缆基本是处于地电位。
但通常，变电站这种大型接地系统才考虑这种危害。
除此之外，上述升高的地表电位梯度可能对人和（动物）的安全及电气装置正常运行产生危害。
例如，地电位升高通过TT系统的接地极传递到正在充电的电动汽车上或室外照明灯具的金属外壳上，一旦有人员触碰，则有可能发生电击事故。
以TT系统为例，采用TT系统原本是为了规避PE线传递故障电压的弊端，而倘若TT系统的接地极与临近的TN-S或TN-C-S系统（PME系统）的接地装置距离过近，那么，当TN系统发生上述故障时，就有可能影响到TT系统的独立性，因为这个故障电位随时可能传递到TT系统电气装置的可导电部分。
所以说，回到出发点的问题，GB标准中TN和TT系统的间距就是为了使两个接地系统的接地装置之间保持足够的安全距离，确保各电气接地系统的独立性，从而避免危害人身安全的电击事故或其他危害的发生。
条文中使用了距离外墙20米的说法，"外墙"似乎可以有更好的表达，因为接地装置外缘不见得就是外墙，若接地装置偏离外墙一定距离的情况呢，若与等接地端子联结的金属管道扩展至建筑外墙之外呢？
其次，应该保持一个怎样的安全距离
理论上两个接地装置完全独立的距离是无穷远，因为当一个系统发生接地故障时，即便在很远处依然会存在该故障引起的地电位升高，只不过，这个地电位升高非常低而已。可以通过ETAP建模得到直观的3D图，各个点处的绝对电位均可自动计算。
[绝对电位]某点以无穷远处作为参考点，且无穷远处为0电位时该点的电位。
如下图，某接地装置（接地电阻2Ω），故障情况下，地电位升GPR=51V，则，
距离某接地装置15米处，绝对电位为15.56V；
距离该接地装置100米处，绝对电位为2.68V，依然不是0。
实际工程中，不同接地系统的接地装置之间的间距不可能是无穷远，此间距只要满足一定的判定条件即可认为是安全，具体条件待本月第二、第三篇再涉及。
这里要说的是，如何计算距离接地极一定距离下的：
①地电位升（GPR）衰减的百分数，
②故障电位具体是多少伏。
我没有在GB 50065中找到上述问题的解答和计算公式（欢迎知道下面图像和公式出处的朋友留言给我），而BS 7430中给出了如下图（下简称图M）：
其中，X轴为与接地极的距离，Y轴为地电位升（GPR）的百分数E
A曲线为单根接地极；
B曲线为三根垂直接地极，间距3米，长度3米（地坪下0.6米），直径0.015m
以图M中曲线B为例，将其转化成数据，如下：
可以看到距离2米处，地电位升（GPR）降至32%；10米处，地电位升（GPR）降至10%
继续往下看BS 7430，会发现，图M中的两条曲线可以通过公式计算得到，而此公式未在GB 50065上找到。
用Excel计算图M中曲线B（三根接地极）的情况，得到下面的结果（下图绿色圈），可以看到，公式计算结果与图M曲线的读数，基本一致。
知道了电位升降至百分之多少，然后用这个百分数乘以电位升（GPR）就得到该处的电位是多少V，即GPR'。
如上图蓝色框，假设故障时接地极电位升（GPR）为70V，则10米远的地方，电位降为GPR'=7.23V。
即，GPR'=GPR×E
另外，E的计算公式中不包含土壤电阻率，也就是说GPR下降百分比E与土壤电阻率无关。但是，土壤电阻率必然会影响附近的电位，这种影响体现在GPR的计算上，土壤电阻率越高，电位升GPR越大。
BS 7430还给出了水平接地体电位升（GPR）百分比E的计算，公式如下图，
作为概念上的了解，举一个简单例子看看水平接地体附件的电位下降情况怎样的。单根水平接地体，10米长，埋深0.6米，直径50mm，结果如下，
到此为止，问题讨论完毕。
本文源自个人的微信公众号，微信搜索BenElectric。
欢迎关注。
- 十年甲级设计院工作经验 注册电气工程师 注册消防工程师
- 国外电气设计标准IEC NEC BS的分享交流
- ETAP Dialux 新能源 数据中心 智能化的笔记本
- 工业及民用建筑的电气设计的前沿技术文章
- 涵盖厂房工艺配电 消防 改造 装修 景观 亮化
热门跟贴