本条第1款，式（4.2.1-1）引自《交流电气装置的接地》DL/T 621—1997中5.1.1的a）。

由于站用变压器的保护接地接至变电站接地网、且与站用变压器的低压中性点共用接地，以及参考《低压系统内设备的绝缘配合》GB/T16935.1（IEC60664—1，IDT）中对于基本固体绝缘和附加固体绝缘应能承受暂时过电压为Vn+1200V（Vn为低压系统标称相电压）的规定，对于R≤2000/IG，但R＞1200/IG的情况，为确保人身和低压电气装置的安全，提出了低压侧（380/220V）应采用TN系统且低压电气装置采用（含建筑物钢筋的）保护总等电位联结系统的要求。低压TN系统发生接地故障时接触电压可能达到100V～150V，从人身安全考虑，也应采取保护等电位联结。

对于有效接地系统和低电阻接地系统，当满足R≤1200/IG时，依据《低压系统内设备的绝缘配合》GB/T16935.1（IEC60664—1，IDT），保护接地接至变电站接地网的站用变压器的低压接地系统的型式不予限制，但低压电气装置应采用（含建筑物钢筋的）保护总等电位联结系统。

由于我国电网的发展，系统短路容量迅速扩大，在一般情况下系统接地故障后流经变电站接地网的电流IG已达10kA甚至更高。因此式（4.2.1-1）很难满足。这次修订时，参考有关科研成果和国内外标准以及工程经验等，将变电站接地网地电位升高允许值适当地加以提高。但这是有条件的，即要以符合本规范第4.3.3条的要求为前提。

提高变电站接地网地电位升高允许值时，更应考虑站用变压器0.4kV 侧中性点的接地与站用变压器保护接地共用条件下人身与设备的安全问题。为此本规范再次强调了低压侧应采用TN系统且低压电气装置采用（含建筑物钢筋的）保护总等电位联结系统的要求。

其次，变电站接地网地电位升高直接与二次系统的安全性相关。系统发生接地故障时接地网中流动的电流，将在二次电缆的芯线—屏蔽层之间，或二次设备的信号线或电源线与地之间产生电位差。当此电位差超过二次电缆或二次设备绝缘的工频耐受电压时，二次电缆或设备将会发生绝缘破坏。因此，必须将极限电位升高控制在二次系统安全值之内。

一般的二次电缆2s工频耐受电压较高（≥5kV）。二次设备，如综合自动化设备，其工频绝缘耐受电压为2kV/min。从安全出发，二次系统的绝缘耐受电压可取2kV。

二次系统在短路时承受的地电位升高，还决定于二次电缆的接地方式。

二次电缆屏蔽层单端接地时，电缆屏蔽层中没有电流流过，接地故障时二次电缆芯线上的感应电位很小，二次电缆承受的电位差即为地电位升高。该电位差施加在二次电缆的绝缘上，因此地电位升高直接决定于二次电缆绝缘的交流耐压及二次设备绝缘的交流耐压值。

当电缆的屏蔽层双端接至接地网时，接地故障电流注入接地网会有部分电流从电缆的屏蔽层中流过，将在二次电缆的芯线上感应较高的电位，从而使作用在二次电缆的芯—屏蔽层电位差减小。对变电站二次电缆的不同布置方式及不同接地故障点位置，清华大学通过大量的计算表明，双端接地电缆上感应的芯—屏蔽层电位通常不到地网电位升的20%。甚至对于土壤电阻率为50Ω·m左右，边长大于100m的接地网，即使在二次电缆屏蔽层接地点附近发生接地故障时，芯—皮电位小于地网电位升高的40%。目前，变电站已实现保护在电气装置处就近设置，变电站内的二次电缆一般都较短，如果二次电缆的长度小于接地网边长的一半，则在最严酷的条件下，芯—屏蔽层电位差也小于40%，甚至更小。

因此采用二次电缆屏蔽层双端接地，可以将地电位升高放宽到2kV/（40%）=5kV。采用二次电缆屏蔽层双端接地的方式，虽然短路时地电位升高达到5kV，但作用在二次电缆芯—屏蔽层之间和二次设备上的电位差只有2kV，满足了二次系统安全的要求。

二次电缆屏蔽层双端接地带来的一个问题是，接地故障时有部分故障电流流过二次电缆的屏蔽层。如果故障电流较大，则有可能烧毁屏蔽层。应在电缆沟中与二次电缆平行布置一根扁铜或铜绞线，且接至接地网。二次电缆与扁铜应可靠连接。这样接地故障时，由于扁铜的阻抗比二次电缆屏蔽层的阻抗小得多，因此故障电流主要从扁铜中流过，而流过二次电缆的屏蔽层的电流较小。可以消除屏蔽层双端接地时可能烧毁二次电缆的危险。

最后，当站用变压器向站外低压用户供电时，由于站用变压站外壳已连接至站接地网，为此应避免变电站接地网过高的地电位升高对站用变压器低压绕组造成反击。一般条件下，10/0.4kV站用变压器的0.4kV侧的短时交流耐受电压仅为3kV（例如《电力变压器 第11部分：干式变压器》GB 1094.11 对0.4kV侧的短时交流耐受电压就规定为该值）。为此当接地网地电位升高超过2kV时规定：10/0.4kV站用变压器的0.4kV侧的短时交流耐受电压应比厂、站接地网地电位升高超出40%，以确保变电站接地网地电位升高不会反击至低压系统。而向厂、站外供电用低压线路要采用架空线，站用变压器低压绕组中性点不在厂、站内接地，改在厂、站外适当的地方接地。

对于与变电站连接的通信线路，也要考虑地电位升高的高电位引出及其隔离措施。目前变电站的通信线路一般采用光缆通信线路，此问题可不予考虑。未采用光缆通信线路时，则必须采用专门的隔离变压器。其一次、二次绕组间绝缘的交流1min耐压值不应低于15kV。

本规范综合上述后规定：在符合本规范4.3.3条规定的条件下，接地网地电位升高可提高至5kV。必要时，经专门计算，且采取的措施可确保人身安全和设备安全可靠运行时，接地网地电位升高还可进一步提高。

1998年投产的天荒坪抽水蓄能电站500kV升压站的接地电阻为0.75Ω，地电位升高值约达6kV。加拿大拉格兰德具有735kV升压站的二级水电站接地设计标准采用过的地电位升高值为9.28kV。

我国在考虑发电厂和变电站接地网的电位升高时，对于接地装置的入地接地故障电流，未计及接地故障过渡过程时接地故障电流中直流分量的影响。本规范式（4.2.1-1）中流经接地装置的入地接地故障不对称电流有效值IG，则按《交流变电站接地安全导则》IEEE Std80—2000的相应要求，引入接地故障电流中直流分量的影响，从而使设计更为安全。

计算用接地故障电流原则上应选择变电站工程设计水平年（15年～20年后）接线情况下，站内发生接地故障时的接地故障电流和各对端有电源线路所提供的接地故障电流。当系统远景不是十分明确时，我国华东某省电力公司的《变电站铜质接地网应用导则》中提出的“500kV配电装置的总接地故障电流可选63kA；500kV站的 220kV配电装置可选50kA，220kV枢纽站的220kV配电装置选50kA，一般的220kV站的220kV配电装置选40kA；110kV站可选25kA。”的推荐意见可供参考。

本条中提及的“专门计算”和可能“采取的措施”在设计中如何操作，对此给出如下一些参考意见：

1 关于接地计算采用的专用程序。目前，水平或垂直分层的多层土壤中接地网性能的数值仿真方法已经非常成熟，包括土壤分层结构、接地电阻、地电位升高分布、跨步电位差、接触电位差、地表任意点的电位等均可以计算。

一般来说，土壤都可以用分层模型来表示，对于n层土壤则有2n-1个未知量。土壤建模的过程也就是用最小二乘法对测量点进行拟合的过程。在数学上这是一个反演问题，已知响应，需要由响应反推得到实际土壤的分层模型。反演过程实际上就是假设多种分层结构模型，由假设模型的计算结果与实测结果比较，调整假设模型，直到二者之间的误差达到一定的要求。

因此，土壤分层的原理是：首先对需要建模的土壤进行测量，得到土壤表面实际的视在电阻率。用最小二乘法建立由测量值ρm及由未知土壤模型建立的计算值ρc所构成的目标函数：

式中：f（ρ1，ρ2…ρn，h1，h2…hn-1）——目标函数；

ρ1，ρ2…ρn——各层土壤电阻率；

h1，h2…hn-1——各层土壤厚度；

n——土壤层数；

N——测量得到的土壤表面视电阻率个数。

最后，利用无约束非线性最优化方法目标函数进行寻优，得到最佳土壤模型，也就是得到了土壤的结构。

接地电阻、地电位升高分布、跨步电位差、接触电位差和地表任意点的电位等的分析可以通过电磁场数值计算完成。

土壤中任一点的电位是土壤中向外泄漏电流的源产生的。接地系统就是一个向外泄漏电流的源。其附近任意点的电位都是由它产生的，求出接地极上的泄漏电流分布就可以求得接地电阻、地电位升高分布、跨步电位差、接触电位差和地表任意点的电位等。因此，得到导体中泄漏电流的分布是关键。实际的接地极中泄漏电流的分布是不均匀的，通常将接地极分为若干短的导体棒来分段逼近实际的电流分布。最基本的方法是按照接地极之间的相互交叉情况分段。使用导体表面上电位的连续性来建立方程组，即在导体段表面上两点间的电位差是由各导体段上的泄漏电流决定的，而导体段内这两点间的电位差是由导体本身的阻抗和流过导体段上的轴向电流产生的，这两个电位差应当相等，同时导体段上的轴向电流可以用各导体段上的泄漏电流表示，从而建立了一组方程，解之可得接地网上的泄漏电流分布。

依据上面的思想，在每段导体增加一个中间节点，在中间节点和端节点间添加金属导体的内阻，在中间节点上连接由所有泄漏电流产生的电位决定的电压源，则可按电路理论中的节点法列出节点方程进行求解。

假设每剖分导体的泄漏电流在中间节点流入大地，可得中间节点上电压源与泄漏电流的关系：

式中上角标M表示中间节点，RMM 电阻矩阵，由土壤结构决定，当i=j时，Rij为第i段自电阻，二者不等时为导体剖分段间的互阻。

金属的内阻可以很容易由导体尺寸及其电导率求得，考虑中间节点后的接地系统网络的节点方程为：

式中上角标T表示剖分段端部节点；

IT 为端部节点的注入电流列向量，只有短路节点有注入接地系统的电流，其余节点的注入电流都为零；

GMM 为中间节点的自导对角矩阵，其元素可以由金属导体的电阻公式计算；

GMT 为中间节点和端部节点间的互导，当节点i和j相连时，元素值为二者间导体段的自导纳，元素值为负，当节点不连时，元素值为零；

GTM 为GMT 的转置矩阵；

GTT 为端部节点的自导纳对角矩阵。

由上述两个方程组可以求解得到剖分导体段的中间点和端部点的电位及中间点流入大地的泄漏电流：

分析得到各导体段的入地电流后，按照电场理论就可以计算接地系统在任一点产生的电位，进而求得接地电阻、地电位升高分布、跨步电位差、接触电位差和地表任意点的电位等。

对于并联电缆和扁铜的情况，可以先求得两个连接点的电位和由这两个点看入的接地系统等效内阻，然后按照戴维南等效电路求得流过电缆或扁铜的电流。

2 软件应用。以某500kV变电站接地网为例。采用对称四极法对变电站站址的视在土壤电阻率进行了测量，测试了东西和南北两个方向的视在土壤电阻率随两电流极间距AB的变化规律，测试结果如图5所示。两方向的测量数值极其接近，说明在测试深度范围内土壤“各向异性”变化不大，土壤为沿水平分层的多层土壤。土壤结构可分为水平3层，表层厚2.35m，电阻率180.3Ω·m；中间层厚87.6m；电阻率80Ω·m；底层电阻率为488Ω·m。

与变电站相连的所有线路包括：500kV出线3回；220kV出线5回。500kV侧接地故障（短路电流18kA）时对应的变电站的分流系数为0.671，对应的最大接地故障电流为0.671×18kA=12.08kA；220kV侧接地故障（短路电流23kA）时对应的变电站的分流系数为0.533，对应的接地故障最大电流为0.533×23kA=12.26kA。

接地网占地300×210（m2），埋设深度为0.8m，钢接地体均匀布置，间距约为15m。接地电阻计算结果为0.332Ω。大于《交流电气装置的接地》DL/T 621—1997规定的小于2000V/12.26kA=0.163Ω的要求。但地电位升高计算结果为4069V，满足本规范规定的小于5000V要求。跨步电位差为134V，其安全限值为475V（接地故障电流持续时间取0.4s），即使不铺高阻层也可以满足人身安全要求；但接触电位差为914V，远大于无高阻层时的安全限值324V（接地故障电流持续时间取0.4s），为保障人身安全，需要铺设5cm厚的高阻层。

由于接地故障时变电站接地系统不同部位导体存在较大的电位差，该电位差可能通过接地网耦合进入二次电缆，影响二次系统安全性能。分析如图6所示的由控制楼引出的KVVP2-450/1000V 4芯电缆的安全情况。当12.26kA电流入地时，电缆的芯皮电位差为148V，屏蔽层中的电流为377A，有些情况下电缆屏蔽层电流可能过大，烧毁电缆。为了减少流过电缆屏蔽层的电流，保障电缆的安全，可沿电缆并行布置一根扁铜，以分流电缆屏蔽层中的电流。对于图6所示的电缆，经过分析，并联2倍电缆屏蔽层横截面积的扁铜排，流过电缆屏蔽层的电流为103A。可以看到，铺设铜条后屏蔽层的电流明显减小。

本条第2款第1项按《交流电气装置的接地》DL/T 621—1997中5.1.1 b）的1引入。为考虑人身安全，补充了低压电气装置采用（含建筑物钢筋的）保护总等电位联结系统的要求。

第2项按《交流电气装置的接地》DL/T 621—1997中5.1.1b）的3 引入。（4.2.1-2）式中的Ig，采用的是接地网入地对称电流。其原因在于不接地、谐振接地和高电阻接地系统发生单相接地故障后，虽然对地短路电流中也存在着直流分量，但因不立即跳闸，较快衰减的直流的影响已可不必考虑。

进出线都为电力电缆的城区变电站的接地电阻，一般可适当放宽要求。但因工程情况各异，因此需进行专门研究加以确定。

当系统发生接地短路故障时，流经变电站接地网的入地电流引起接地网的对地电位升高，且接地网内部电位也是不等的。当运行维护人员等在系统故障时，手触及带电的构架（见图7），手—脚的接触电位差就会使其遭到电击；相应的当人两脚不在一起时（见图8），脚—脚的跨步电位差也会导致人受到电击。那么受到电击的人是否会有致死的危险，则是人们普遍关注的问题。

根据国外学者的研究，人体可承受的最大交流电流有效值Ib（mA）由下列2式决定：

对于体重50kg的人：

式中：ts——通过人体电流的时间（s）。

对于体重70kg的人：

人体的电阻Rb（Ω）变动范围很大。《交流变电站接地安全导则》IEEE Std80—2000选用1000Ω。我国自1979年（水利电力部颁布《电力设备接地设计技术规程》SDJ 8—79）一直采用1500Ω。人脚站在土壤电阻率为ρ的地面上时的电阻Rg（Ω）可视为一个直径16cm金属板置于地面上的电阻。该电阻经计算为3ρ。于是人可承受接触电位差和跨步电位差的限值分别为：

在以上2式中人体电阻取1500Ω，人体体重按50kg考虑，人体可承受的最大交流电流有效值Ib（mA）依式（7）取值。

式（9）与式（10）即我国《交流电气装置的接地》DL/T 621—1997中3.4中的式（1）和式（2）。此种要求早在1984年已被列入水利电力部颁发的《500kV电网过电压保护绝缘配合与电气设备接地暂行技术标准》SD 119—84中。迄今已执行逾25年，是安全可行的。

本规范式（4.2.2-1）和式（4.2.2-2）中的表层衰减系数Cs是参照《交流变电站接地安全导则》IEEE Std80—2000中8.3引入的。当具有为提高接触电位差和跨步电位差的允许阈值而敷设的高电阻率表层材料时，系数Cs相当于一个校正系数，用来正确计算此种条件下脚的有效电阻。该系数的计算方法见本规范附录C。

人遭遇电击时身体吸收的能量正比于流过人体电流的平方与ts的乘积。为对人身安全从严要求，本规范式（4.2.2-1）和式（4.2.2-2）中的ts，与附录E中的te取同一值。

本条第2款 按第1款相同的原则处理。