減小接地網(wǎng)工頻接地電阻的幾種常用方法

周偉++裘曉煒

摘 要：變電站的設(shè)備耐壓水平卻直線下降，特別是在遭遇雷擊時(shí)，很容易造成設(shè)備損壞。對(duì)變電站的接地設(shè)備來(lái)說(shuō)，工頻接地電阻的量值是衡量接地裝置的主要指標(biāo)，它可能引起傷亡事故，造成巨大的損失，因而也是現(xiàn)場(chǎng)接地工程中重點(diǎn)管理的技術(shù)課題。很多地方泥土電阻率相當(dāng)高，要使接地裝置工頻接地電阻降到（R≤2000/I）規(guī)定值難度極其大。以下為目前現(xiàn)階段減小變電站接地網(wǎng)工頻接地電阻的幾種處理措施，如采取井筒式接地極、采取擴(kuò)網(wǎng)或水下地網(wǎng)、采取填充電阻率較低物質(zhì)或減小阻值劑、外引接地極等。

關(guān)鍵詞：工頻 電阻率 接地

中圖分類號(hào)：T6；M82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（c）-0032-02

按照DL/T621—1997《交流電氣裝置的接地》規(guī)程的6.1.3條表述，在泥土電阻率較高的地域，可通過(guò)下列途徑減小接地電阻值：（1）當(dāng)?shù)孛嫦路捷^深處泥土電阻率較低時(shí)，可以采取井筒式接地樁。（2）采用擴(kuò)網(wǎng)及布設(shè)水底地網(wǎng)。（3）添加電阻率較低填充物或減小阻值劑。（4）當(dāng)配電房和變電所2000m內(nèi)有較低電阻率的泥土?xí)r，可布設(shè)外引接地極。

1 井筒式接地極

當(dāng)?shù)孛嫦路竭h(yuǎn)處有泥土電阻率較低的地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，可以采用井筒式或深鉆式接地極。和變電站原有地網(wǎng)構(gòu)成復(fù)合式地網(wǎng)，采取地基層低電阻率的地基層來(lái)減小阻值。這是因?yàn)樽冸娝拥鼐W(wǎng)接地電流沿著縱向和橫向散開(kāi)來(lái)，在勻稱電阻率的泥土中呈半圓形等電位面散播，在最大程度上把電流縱向的分量散播開(kāi)區(qū)，將大部分電流引入大地網(wǎng)的深處，使地網(wǎng)更好的吸收雷擊或其他電流。

需要利用地層較低泥土電阻率的地層來(lái)減小阻值，應(yīng)多布置一些縱向電極，并且接地極插入下層泥土的長(zhǎng)度要盡可能大，井筒式接地極有互相屏蔽的現(xiàn)象存在，布設(shè)時(shí)要盡可能降低屏蔽效果，接地極大部分情況布設(shè)在地網(wǎng)周圍，接地極的間隔大小通常應(yīng)為縱向極長(zhǎng)度的2倍。

相當(dāng)部分的沙質(zhì)黏土地區(qū)，采取人工打軋井筒或機(jī)械式井筒的方法進(jìn)行，井筒可一貫打到低電阻率的基層或地面水層以下25～60m。接地極可以采用扁鐵網(wǎng)，也可用鋼筋網(wǎng)，一節(jié)節(jié)的焊接起來(lái)插入地層下方井筒內(nèi)，接著在多口井上方用平面接地體拼接起來(lái)組成一個(gè)全方位地網(wǎng)，能夠達(dá)到很好的減小阻值作用

2 擴(kuò)大地網(wǎng)及設(shè)置水底地網(wǎng)

從公用公式R=0.5ρ/√A可得，接地電阻數(shù)量值，首先決定于接地網(wǎng)的范圍大小及單位體積泥土的電阻率。配電站周圍的地質(zhì)情況擴(kuò)大地網(wǎng)前一定要對(duì)其詳細(xì)勘探，查明是否有泥土電阻率較低的地方，擴(kuò)大地網(wǎng)就利用該地方泥土進(jìn)行。實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，沒(méi)有可直接利用的地質(zhì)用來(lái)擴(kuò)大接地網(wǎng)是通常會(huì)遇到的問(wèn)題，需要我們具體問(wèn)題具體分析，結(jié)合擴(kuò)大地網(wǎng)及水平延長(zhǎng)的方法優(yōu)點(diǎn)，來(lái)具體操作實(shí)行。金華地區(qū)某110kV變電站就是采用在站外道路下方預(yù)埋10根長(zhǎng)300m的水平外延角鋼，將最初的1.1Ω降到了0.23Ω，大大改善了變電站的接地阻值。

一般山區(qū)的水力發(fā)電站所處位置偏僻，范圍小并且泥土電阻率大，擴(kuò)大地網(wǎng)的方法較難實(shí)現(xiàn)，這就需要我們適當(dāng)利用自然接地體如水電站基礎(chǔ)管道、主體結(jié)構(gòu)等。水電站大壩或河流敷設(shè)水下地網(wǎng)，也不失為一種建立地網(wǎng)的輔助手段。

3 填充電阻率較底物質(zhì)或減小阻值劑人工改善泥土電阻率

利用電阻率較小的泥土來(lái)代替電阻率較高的泥土，這個(gè)方法稱之為改變泥土電阻率，且相當(dāng)有效果，缺點(diǎn)在于大型變電站來(lái)說(shuō)由于其巨大的工程量很少采用，主要考慮其經(jīng)濟(jì)成本影響。添加減小阻值劑，是目前階段使用較廣泛的方式。通過(guò)添加減小阻值劑，主要原理是增加接地體的等效截面積；擴(kuò)大接觸面從而減少接地電阻；減小阻值劑的滲透作用，在于改變接地體周圍的泥土電阻率；減小阻值劑具有吸收水分和保持水分的效果，從而地體四周的泥土導(dǎo)電性能大幅改進(jìn)。以上都是改變泥土電阻率行之有效的方法。

泥土電阻率較高的中小型接地網(wǎng)最適用減小阻值劑，如避雷針桿塔的接地、35kV配電站的接地、小型水力發(fā)電站的接地等。大型接地網(wǎng)，往往存在較大的屏蔽作用影響，因而減小阻值效果不好，在平均電壓和保持接地電阻的平穩(wěn)性起到一定的效果。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐證明外引接地極配合減小阻值劑適用是可以達(dá)到較好效果的，屏蔽會(huì)大大削弱，我們的減阻效果會(huì)更加顯著。

當(dāng)然在使用減小阻值劑時(shí)，還有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要考慮，就是腐蝕對(duì)接地體的影響?，F(xiàn)階段有些減阻值劑可以獲得非常好的減小阻值數(shù)值，但無(wú)機(jī)鹽的含量加大是不可避免的，因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽品種繁多對(duì)接地體的腐蝕作用也各不相同，這個(gè)因素會(huì)減少接地網(wǎng)的使用壽命，不久以后接觸電阻會(huì)迅速增大，加速地網(wǎng)接地效果的減弱，導(dǎo)致電阻快速變大。

4 外引接地極

對(duì)于一個(gè)工程來(lái)說(shuō)，實(shí)施最容易、方便快捷的方式無(wú)異于采取外引接地法，也是優(yōu)先使用的方法。換種角度來(lái)講等效成原有接地網(wǎng)面積的增大，對(duì)已經(jīng)建成的接地網(wǎng)擴(kuò)大，在泥土電阻率較低的位置，新建一個(gè)等面積或更大的外接接地網(wǎng)，最后接地網(wǎng)相互連接后，接地電阻的數(shù)值就會(huì)明顯降低。

4.1 外引接地電阻計(jì)算

下面是不同泥土電阻率的兩地網(wǎng)連接的接地電阻R的相關(guān)理論依據(jù)，按式（1）～（3）得結(jié)論。

（1）

（2）

（3）

式中，ρ1為舊地網(wǎng)的電阻率（Ω·m）；

ρ2為新地網(wǎng)的電阻率（Ω·m）；

A為地網(wǎng)面積之和（m2）；

A1為舊地網(wǎng)的面積（m2）；

A2為新地網(wǎng)的面積（m2）；

K為屏蔽系數(shù)；

R1為舊地網(wǎng)的接地電阻（Ω）。

R2為新地網(wǎng)的接地電阻（Ω）。

4.2 影響外引接地接地電阻大小的因數(shù)

4.2.1 外引接地的泥土電阻率

根據(jù)公式（1）（2）得，外引接地極的電阻數(shù)值和泥土電阻率為正比關(guān)系。

4.2.2 外引接地的面積

根據(jù)公式（1）（2）得，面積比值關(guān)系，減小接地電阻值起著決定性作用。因此，在舊地網(wǎng)外找到電阻率低的場(chǎng)地是關(guān)鍵，并且接地面積不能太小，不然減小電阻效果差。一旦外引地網(wǎng)的面積沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的量，即使外引地網(wǎng)接地電阻值極小，那么在新舊地網(wǎng)互相連接后，總接地電阻并沒(méi)有多大的減小，影響使用效果浪費(fèi)資源。

4.2.3 外引距離和屏蔽系數(shù)

假定一舊地網(wǎng)和外引地網(wǎng)相連，S為兩地網(wǎng)等效中心間距（m）；D1為舊地網(wǎng)等效直徑（m）；D2為外引地網(wǎng)等效直徑（m）。

公式（1）（2）換算出，當(dāng)兩地網(wǎng)距離值恒定時(shí)，地網(wǎng)之間距離較近部分，屏蔽因素存在，就需要引入屏蔽系數(shù)這一概念。屏蔽系數(shù)K可以近似用表1計(jì)算。

從表1得出，兩地網(wǎng)距離越大，K就越小，減小阻值效率越好，當(dāng)兩網(wǎng)中心距超過(guò)1.2倍舊地網(wǎng)距離，則效果非常理想。兩地網(wǎng)中心距不能過(guò)分遠(yuǎn)，國(guó)家規(guī)程規(guī)定不大于 2000m，由于地球的本身電阻，2000m時(shí)便可有0.1Ω左右，當(dāng)泄入大地短時(shí)電流達(dá)到40kA，此時(shí)電壓壓降便達(dá)到了4kV左右，存在地網(wǎng)電位極不平均的情況。在外引接地極長(zhǎng)度大于某一長(zhǎng)度時(shí)，外引接地極降低不了受雷電等沖擊電流引起的沖擊接地電阻數(shù)值。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，實(shí)施工程時(shí)，需要運(yùn)用科學(xué)的方法進(jìn)行判斷，根據(jù)實(shí)際的土質(zhì)、地形情況，綜合分析各種減小接地電阻的方法及評(píng)估采用后的效果、經(jīng)濟(jì)成本大小及以后運(yùn)行維護(hù)中會(huì)遇到的問(wèn)題，最后決定使用哪種方法或幾種方法結(jié)合的方式來(lái)減小接地電阻。

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