沙漠地區(qū)高速公路機(jī)電接地的解決方案

陳建華

[摘要]文章介紹了高速公路機(jī)電系統(tǒng)的接地保護(hù)方案，著重分析了接地模塊和降阻劑的優(yōu)越性和施工方法。

[關(guān)鍵詞]高速公路；接地電阻；降阻劑

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.23.070

1引言

我國高速公路自投運(yùn)以來，機(jī)電系統(tǒng)因接地系統(tǒng)不良遭受損害時有發(fā)生，輕者設(shè)備喪失部分功能，重者系統(tǒng)頻繁癱瘓，不能正常運(yùn)行，給交通安全帶來了極大的隱患。良好的接地系統(tǒng)是高速公路通信、監(jiān)控、收費(fèi)系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的工作和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽勘ＷC。在山區(qū)、沙漠等高土壤電阻率地區(qū)如何有效地降低接地裝置的接地電阻，目前仍然是高速公路機(jī)電系統(tǒng)中廣大工程技術(shù)人員面對的主要技術(shù)難題。近年來，接地模塊和降阻劑的推廣及應(yīng)用，為降低接地電阻提供了良好的解決方案。

2沙漠地區(qū)高速公路接地的重要性

在高速公路機(jī)電系統(tǒng)中，接地系統(tǒng)是雷擊綜合保護(hù)、過電壓保護(hù)、防靜電保護(hù)等的基礎(chǔ)。

監(jiān)控系統(tǒng)接地電阻達(dá)不到規(guī)范要求或設(shè)備接地連接不良就可能導(dǎo)致圖像受干擾，尤其是雷雨天，兩個接地點(diǎn)之間產(chǎn)生電勢差，導(dǎo)致監(jiān)視器的輸入電平超出1V±3db的范圍，輕微的造成圖像失真或干擾條紋，嚴(yán)重時還會損壞設(shè)備。

接地系統(tǒng)是通信電源系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅直接影響通信的質(zhì)量和電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還起到保護(hù)人身安全和設(shè)備安全的作用。通信系統(tǒng)中電話局蓄電池組-48正極接地，從而減少由于繼電器線圈或電纜金屬外皮絕緣不良時產(chǎn)生的電蝕作用。

依據(jù)《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50314—2000，建筑應(yīng)采用總等電位聯(lián)結(jié)，各樓層的智能化系統(tǒng)設(shè)備機(jī)房、樓層弱電間、樓層配電間等的接地應(yīng)采用局部等電位聯(lián)結(jié)。接地極當(dāng)采用聯(lián)合接地體時，接地電阻不應(yīng)大于1Ω。部標(biāo)《通信（局）站接地設(shè)計暫行技術(shù)規(guī)定》YDJ26—89也規(guī)定綜合通信大樓的接地電阻值不宜大于1Ω。

子靖高速地處陜北黃土高原與毛烏素沙漠的過渡區(qū)，是國家高速公路網(wǎng)“五縱七橫”主骨架中青島至銀川國道主干線陜西境內(nèi)的重要路段，全長120.67千米。5個收費(fèi)站，1個服務(wù)區(qū)和1個停車區(qū)。聯(lián)合設(shè)計要求收費(fèi)島和機(jī)房接地電阻不大于1Ω。經(jīng)現(xiàn)場測量調(diào)查，子靖高速地處毛烏素沙漠地帶，干燥，常年降水量極少，地阻高達(dá)300多歐姆，1個收費(fèi)站地表大部分是巖石，如果采用常規(guī)接地材料，僅靠打角鐵把阻值做到小于1歐姆困難非常大。傳統(tǒng)的方法是加大鍍鋅扁鋼接地網(wǎng)，形成多點(diǎn)接地，在高電阻率土壤地區(qū)，則還要在較大范圍內(nèi)換上低電阻率土壤，或在接地體周圍埋入食鹽、水和木炭。這些方法有的要耗費(fèi)大量的鋼材，有的降阻效果有限，有的有效期短，如食鹽法不僅在幾個月內(nèi)就失效，還嚴(yán)重腐蝕接地體。

根據(jù)現(xiàn)有地理條件，經(jīng)查閱資料反復(fù)論證后，首次引入了新型接地產(chǎn)品——Pms-JD01型非金屬接地模塊和Pms-JD03防腐型長效降阻劑。

3接地模塊及計算

接地模塊是一種以導(dǎo)電無機(jī)非金屬材料為主的接地體，它由導(dǎo)電性和物理化學(xué)穩(wěn)定性好的復(fù)合非金屬材料、金屬電極、電解質(zhì)和吸濕劑組成。

3.1工作原理

非金屬接地模塊內(nèi)置金屬電極，埋置土壤中與土壤緊密接觸，可有效擴(kuò)大流散面積。由于新型接地模塊有很強(qiáng)的保濕、吸濕性和穩(wěn)定的導(dǎo)電性，能進(jìn)一步改善接地體的導(dǎo)電性能，從而達(dá)到良好的降阻效果。接地模塊配合專用的降阻劑使用，能迅速改善與土壤的接觸電阻，并通過流動滲透作用有效降低接地模塊周圍的土壤電阻率，從而進(jìn)一步充分發(fā)揮接地模塊的降阻效果。

3.2性能特點(diǎn)

①接地模塊采用化學(xué)穩(wěn)定非金屬導(dǎo)體材料作為模塊的導(dǎo)電介質(zhì)，其導(dǎo)電性不受季節(jié)影響；②能吸濕保濕、保持與土壤有效接觸，接地電阻低；③在高土壤電阻率地區(qū)，能有效降低地網(wǎng)接地電阻；④耐大工頻和沖擊電流沖擊，電阻穩(wěn)定；⑤耐腐蝕、無毒、使用壽命長、安裝簡便； ⑥接地模塊能有效降低接地體的高接觸電阻，改善周圍土壤電阻率，優(yōu)化降阻性能。

3.3用量計算

根據(jù)地網(wǎng)土層的土壤電阻率，采用下式計算Pms-JD01型接地模塊用量：水平埋置，單個模塊接地電阻：Rj≈K×ρ，并聯(lián)后總接地電阻：Rnj=Rj/nη

式中：ρ——土壤電阻率（Ω·m）；K——接地模塊計算系數(shù)，具體取值參考表1：

Rj——單個模塊接地電阻（Ω）；Rnj——總接地電阻（Ω）；n——接地模塊個數(shù)；η——安裝利用系數(shù)，根據(jù)行業(yè)規(guī)范，一般在0.75～0.85。計算接地電阻時參數(shù)的取值型 號規(guī)格（mm）重量（kg）室溫下電阻率（Ω·m）工頻接地電阻Ω（ρ=40Ω·m）計算系數(shù)KPms-JD01φ100×80015≤0.7≤5.5K≈O.14Pms-JD02φ260×100060≤0.7≤3K≈0.09

4降阻劑及用量

防腐型長效接地降阻劑屬于物理性降阻劑，其中含有細(xì)石墨、膨潤土、固化劑、潤滑劑、導(dǎo)電水泥等。將防腐型長效接地降阻劑施用于金屬接地體和土壤之間，并緊密包圍在金屬接地體周圍，一方面能夠與金屬接地體和土壤緊密接觸，擴(kuò)大散流面積，降低金屬接地體與土壤間的接觸電阻；另一方面通過向周圍土壤、巖石縫隙的滲透，形成樹根網(wǎng)狀，在接地電極周圍形成一個變化平緩低電阻降區(qū)域，降低周圍土壤電阻率，使整個地網(wǎng)接地電阻顯著降低。

由于降阻劑中含有金屬鈍化防銹劑，能將金屬接地體表面迅速鈍化，有效阻止金屬接地體的銹蝕，延長金屬接地體使用壽命（理論有效期30年以上）；降阻劑中保水劑能長期保持金屬接地體周圍附近土壤的濕潤狀態(tài)，有效防止干燥季節(jié)接地電阻受氣候變化的影響，因此防腐型長效接地降阻劑具有良好防腐蝕長效穩(wěn)定性。降阻劑本身不含鉛、砷等有害、有毒元素，在使用過程中對周圍環(huán)境和地下水資源無污染、無毒性、安全可靠。接地降阻劑各項性能指標(biāo)全部達(dá)到《接地降阻劑暫行技術(shù)條件》要求。

5接地施工及注意事項

經(jīng)過實(shí)地測量和綜合計算，每個站區(qū)需使用接地模塊25根，降阻劑2噸，鍍鋅扁鋼100米，及防腐漆。接地網(wǎng)采用環(huán)形布置，如下圖所示。

5.1施工方法

一是接地模塊采用垂直埋置，特殊地形采用水平埋置。埋置深度不小于0.8米。二是模塊間距離不小于3米。三是模塊極芯相互并聯(lián)后或通過鍍鋅扁鋼連接時，必須焊接，焊接長度按照規(guī)范要求至少為模塊極芯寬度的2倍。四是應(yīng)在焊接處清除焊渣，涂上防腐導(dǎo)電漆或?yàn)r青漆。五是回填土?xí)r應(yīng)適量灑水分層夯實(shí)，待模塊充分吸濕24小時后用接地電阻測試儀測量接地電阻。

經(jīng)測量，子靖高速12站區(qū)的接地電阻為0.3～0.8歐姆，達(dá)到了技術(shù)要求。

5.2注意事項

根據(jù)接地模塊和降阻劑產(chǎn)品的多樣化和已有的使用實(shí)踐，在使用接地模塊和降阻劑時還應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)：

一是貯存模塊應(yīng)保持一定濕度，避免高溫、干燥、曝曬。二是運(yùn)輸和安裝時，應(yīng)避免機(jī)械力損傷模塊。三是在寒冷地區(qū)，模塊應(yīng)埋在凍土層以下。不能選用未按暫行技術(shù)條件進(jìn)行試驗(yàn)或試驗(yàn)不合格的接地模塊和降阻劑，慎用未取得進(jìn)網(wǎng)證的降阻劑。四是已結(jié)塊的和失效的降阻劑不能使用。五是施工時要嚴(yán)格按施工圖紙、產(chǎn)品說明書進(jìn)行：攪拌要均勻，電極應(yīng)全部被降阻劑包圍并有一定的厚度，覆蓋土要用細(xì)土夯實(shí)，與土壤交界處的接地極要采取防腐措施，保證施工質(zhì)量，充分發(fā)揮降阻劑的作用，降低接地電阻。六是應(yīng)根據(jù)土壤電阻率、土壤、氣候條件、地理條件、接地方式和已有的使用及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來選用降阻劑。七是降阻劑用量越大，降阻率越大，但降阻劑用量增大到一定程度，降阻效果出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，這點(diǎn)在使用降阻劑過程中應(yīng)引起足夠重視。

6結(jié)論

對于高速公路機(jī)電系統(tǒng)的接地工程，通過結(jié)合工程實(shí)際，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，采用正確的接地方法，才能保證機(jī)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障高速公路的暢通。