高阻地區(qū)常見降阻法

金小嵐 朱輝

[摘 要] 接地電阻是表征接地裝置是否符合要求的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，其與土壤電阻率和接地面積有關(guān)，然在有些地區(qū)當(dāng)接地網(wǎng)面積受限而土壤電阻率又比較高時，此時需要降低土壤電阻率。影響土壤電阻率的有土壤的種類及其濕度、溫度等因素，本文通過對其分析發(fā)現(xiàn)土壤的種類是最主要的因素，在降低土壤電阻率方面可以通過使用降阻劑來有效降低土壤電阻率，但在使用降阻劑的時候常會出現(xiàn)一些問題，如腐蝕接地極等，所以在使用時還需要采用保護(hù)漆予以防范，以此達(dá)到較好的效果。

[關(guān)鍵詞] 接地 接地電阻 土壤 降阻劑

[中圖分類號] TM726 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2015）10-0296-01

引言

雷電是具有危害性的天氣現(xiàn)象， 在現(xiàn)代防雷工程設(shè)計、施工和驗收中， 接地是其中的主要工作， 無論是防直擊雷或感應(yīng)雷， 最終都是通過接地裝置將雷電流引入大地， 所以， 沒有完善的接地裝置是無法起到避雷作用的。在電子科技高速發(fā)展的年代，接地裝置對設(shè)備和人身安全的影響也越來越大，不單是防雷工程中需要接地，對于任何一個電氣系統(tǒng)來說，都必須要有個安全穩(wěn)定的運行系統(tǒng)，避雷接地是關(guān)鍵的一環(huán)。就避雷系統(tǒng)接地裝置而言， 要求其接地電阻越小越好，接地電阻越小， 散流越快； 落雷物體高電位保持時間越短， 危險越小， 以至于跨步電壓、接觸電壓也越小。而影響接地電阻的主要因素有土壤電阻率， 接地體的尺寸、形狀及埋入深度， 接地線與接地體連接等。其中土壤電阻率對接地電阻的大小決定性作用。因此， 在防雷工程設(shè)計和施工前， 必須了解接地裝置設(shè)置處的土壤電阻率的有關(guān)情況。

土壤電阻率的大小又和許多因素有關(guān)，對于土壤電阻率不太高的地區(qū)， 如果用電設(shè)備周圍的土地面積足夠， 則通過打足夠數(shù)量的人工接地極即可滿足要求。但是，對于土壤電阻率比較高的地區(qū)， 要達(dá)到要求的阻值， 所用的土地面積和鋼材量就非常巨大， 有時甚至沒有足夠的土地面積來做人工接地體，所以在高土壤電阻率地區(qū)，設(shè)計發(fā)、變電站接地電阻都很難滿足規(guī)程要求， 特別是面積較小的發(fā)、變電站要降低接地電阻必須采用降阻措施。工程上主要采用的降阻措施有增大接地網(wǎng)的面積、引外接地、增設(shè)垂直接地極、換土以及使用化學(xué)元素降阻劑等。

本文以羅灣水電廠變電站為例，通過對其周圍的環(huán)境以及所處的土壤環(huán)境，再結(jié)合當(dāng)?shù)氐睦纂娰Y料以及在現(xiàn)場所測得的接地電阻值分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)其無法通過擴(kuò)大接地網(wǎng)面積的時候只能采用降低土壤電阻率的方法來降低接地電阻，同時其深處土壤電阻率很高不能用深井接地的形式，在這樣的情況下我們可以通過使用降阻劑來降低土壤的電阻率。

1 接地及接地電阻

1.1 接地及接地電阻的概念

接地通常指將電力系統(tǒng)或建筑物中電氣裝置，設(shè)施的某些導(dǎo)電部分經(jīng)接地線連接至接地極（埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體）。

在接地體上， 接地極的對地電壓與流經(jīng)接地極流人地中的接地電流之比稱為流散電阻?；蛘?， 電流自接地體向四周大地散流時所遇到的全部電阻， 稱為流散電阻。電氣設(shè)備接地部分的對地電壓與接地電流之比， 稱為接地裝置的接地電阻， 它是接地體的流散電阻接地線本身電阻之和。由于接地線的電阻（包括接地線與接地體間的連接電阻）一般都很小，?？珊雎圆挥?。因此可以近似認(rèn)為接地電阻等于流散電阻。

通常說的接地電阻值都是對于工頻電流而言的。當(dāng)雷電流流過接地裝置時，由于雷電流有著強烈的沖擊性，這時接地電阻值便會發(fā)生很大的變化。這時的接地電阻成為沖擊接地電阻，簡稱沖擊電阻。

1.2 影響土壤電阻率的因素

土壤電阻率是決定接地電阻的主要因素之一，土壤電阻率根據(jù)土壤性質(zhì)、含水量、溫度、化學(xué)成分、物理性質(zhì)等情況而有量對土壤電阻率的影響， 不僅隨土壤的種類不同有所不同， 而且與所含的水質(zhì)也有關(guān)系。

土壤電阻率受影響的因素還有季節(jié)，土壤電阻率會隨著季節(jié)的變化而變化。此外， 土壤本身是否緊密， 與接地極是否緊接， 對土壤電阻率也都有很大影響。由于影響土壤電阻率的因素很多， 因此在設(shè)計時最好選用實測的數(shù)值。

2 降阻及降阻劑

在進(jìn)行接地施工的場地，有時雖然布設(shè)了足夠的接地電極，但是仍然很難得到所要求的接地電阻。所以想出了對接地施工地點的土壤進(jìn)行化學(xué)處理以降低大地電阻率，減少接地電阻的方法。用來進(jìn)行化學(xué)處理的物質(zhì)就是降阻劑。根據(jù)其中所含化學(xué)成分不同，開發(fā)出多種不同性質(zhì)及狀態(tài)的降阻劑。

2.1 幾種常見的降阻方法

2.1.1更換土壤： 這種方法是采用電阻率較低的土壤（如：粘土、黑土及砂質(zhì)粘土等）替換原有電阻率較高的土壤，置換范圍在接地體周圍0.5 m 以內(nèi)和接地體的1/3 處。但這種取土置換方法對人力和工時耗費都較大。

2.1.2深埋接地體至最佳深度：所謂垂直接地體的埋置深度（h），是指其頂部到地面的距離（一般為0.5 m～1 m）與接地體本身長度之和。所謂最佳埋置深度，是指能使流散電阻盡可能小而又易于達(dá)到的埋置深度。

2.1.3采用外引式接地：將接地體引至附近的水井、泉眼、水溝河邊、水庫邊大樹下等土壤電阻率較低的地方， 或者敷設(shè)水下接地網(wǎng)， 以降低接地電阻。

2.1.4鉆孔深埋法如果土壤周圍電阻率不均勻， 可在土壤電阻率較低的地方深埋接地體以減小接地電阻。該法適用于建筑物擁擠或敷設(shè)接地網(wǎng)的區(qū)域狹窄等場合。深埋法對含砂土壤最為有效， 因其含砂層大都處在3m以內(nèi)的表面層，而地層深處的土壤電阻系數(shù)較低。

2.1.5降阻劑降阻：將接地專用降阻劑施于接地網(wǎng)土壤中，利用降阻劑的擴(kuò)散和滲透作用，降低接地體周圍的土壤電阻率，增大接地體的有效截面；并通過其吸水性和保水性改善并保持土壤導(dǎo)電性，從而降低接地網(wǎng)的接地電阻。

2.2 案例分析

江西羅灣水電廠110 kV 變電站是一個運行多年的變電站，對其現(xiàn)場勘測發(fā)現(xiàn)其三面環(huán)山，占地面積約6 000 ㎡， 表層土壤為土夾石， 平均土壤電阻率為800～1 000 Ω·m 之間，深層為強巖石層，土壤電阻率在1 500 Ω·m 以上， 并隨深度的增加而大幅升高，站右前方為推山回填而成的一塊坡地， 土質(zhì)由土夾石、風(fēng)化巖石等組成，土壤電阻率較高且不均勻，給降低接地電阻帶來較大困難。并從當(dāng)?shù)氐馁Y料了解到該地段的最大入地短路電流為2000 A，接地網(wǎng)面積約為6000 ㎡，測得當(dāng)時接地電阻R=2 Ω.

工程分析：

1）工頻接地電阻：R≦2000/I=2000/2000=1.0 Ω

R-接地電阻（Ω）

I-最大入地短路電流，2 000（A）

2）依據(jù)DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》接地電阻的計算公式：

R=0.5×ρ/√S

R-接地電阻；

S-接地面積；

ρ-土壤電阻率。

通過計算發(fā)現(xiàn)該地的工頻接地電阻為2 Ω，大于設(shè)計要求的1 Ω，所以需要通過一些降阻措施來繼續(xù)降低接地電阻以達(dá)到設(shè)計的要求。

從以上公式可以得出：接地電阻與接地面積和土壤電阻率密切相關(guān)。接地電阻與接地面積的平方根成反比，與土壤電阻率正比。因此，降低接地電阻的有效措施是：增大接地面積或降低土壤電阻率。在此工程中，由于占地面積全部作了接地措施，所以要降低接地電阻只能降低接地土壤電阻率。

施工設(shè)計：

采用2.5m 長的L50×50×5 角鋼作垂直接地體， 采用（ 40×4） 扁鋼作水平接地體。先挖開直徑大于100mm、深2-5m 的淺井， 回填少量細(xì)土， 打入垂直接地體， 并焊接好水平接地體， 要求埋深大于0. 8m， 然后灌入降阻劑， 降阻劑的量可根據(jù)所用降阻劑的具體型號計算。緊貼降阻劑回填細(xì)土50～ 60mm， 最后回填沙土層。為避免介質(zhì)的的不均勻性引起地網(wǎng)的腐蝕，要求降阻劑敷設(shè)厚度控制在5-15 mm，且對接地引下線在接地表交界段全段刷兩到三層的環(huán)氧瀝青漆或FVC漆。

3 結(jié)束語

對土壤的分類以及其電阻率的分析，對測量土壤電阻率的原理將土壤大致分為低電阻率區(qū)，中電阻率區(qū)以及高電阻率區(qū)。主要考慮到在高電阻率區(qū)的地區(qū)由于使用一些常用的降阻方法無法將接地電阻降低到相關(guān)要求，而接地電阻又是最直接表現(xiàn)接地裝置的標(biāo)準(zhǔn)，在防雷接地以及電氣接地的接地裝置中的重要性，必須對接地電阻采用相關(guān)特殊的降阻措施即使用降阻劑來降低接地電阻來達(dá)到要求，通過對降阻劑的降阻原理的分析，對其存在的問題進(jìn)行分析，得出在選用降阻劑時所需要考慮的因素，給降阻劑的選擇提供了一個很有實用性的根據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]何平.土凍結(jié)過程中電阻的特性及應(yīng)用[ J]. 冰川凍土， 1990， 12（ 4） ： 366.

[2]章長東. 接地設(shè)計. 電世界雜志， 1996， （ 6）.

[3]李景祿.實用電力接地技術(shù). 北京： 中國電力出版社，2002 . 北京大學(xué)出版社，2005.

[4]李景祿.高效膨潤土降阻防腐劑及其工程應(yīng)用[J]. 高電壓技術(shù)， 1999， 25 （ 1） ： 91 .

[5]李景祿.接地降阻劑應(yīng)用及存在問題分析[J]. 高電壓技術(shù)， 2004， 30： 65～66.

[6]高攸綱. 屏蔽與接地[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.

[7]建筑物防雷設(shè)計規(guī)范（ GB50057- 2010） [S].北京： 中國計劃出版設(shè)，2011.