淺談安哥拉高電阻率地區(qū)接地網(wǎng)電阻降阻措施

張冕

摘 要：隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，輸電線路的電壓等級越來越高，入地短路電流越來越大，采用自然水平復合接地網(wǎng)設計，接地電阻、跨步電勢、接觸電勢往往達不到要求，危及操作人員和電氣設備的安全。本文結合安哥拉國家實際情況，對于如何降低接地電阻給出一些建議。

關鍵詞：安哥拉；高電阻率；變電站；輸電線路

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0142-02

目前安哥拉地區(qū)相對落后，每個城市僅有自己的局域電網(wǎng)，并且容量嚴重不滿足當?shù)匦枨?。未來一段時間內，電力系統(tǒng)必然要擴充容量和形成國家電網(wǎng)。對后續(xù)電力系統(tǒng)工程而言，具有重大示范效應和推廣意義。安哥拉共和國自然資源比較豐富，但各地區(qū)的電力網(wǎng)尚未進行全國聯(lián)網(wǎng)。全國大部分地區(qū)處于缺電狀態(tài)，大部分城市僅有自己的局域電網(wǎng)，采用柴油發(fā)電機組供電，大部分用戶用電主要依賴自備的柴油發(fā)電機機組，能耗大、用電成本高，近年來，隨著市政和居民用電需求的增漲，現(xiàn)有城市電網(wǎng)規(guī)模已不能滿足當?shù)匦枨蟆?/p>

根據(jù)安哥拉國家政府水力能源部的規(guī)劃，未來幾年內電力系統(tǒng)必將要擴充容量和形成國家電網(wǎng)，并且需要修建大量的變電站、輸電線路及城市電網(wǎng)等后續(xù)電力系統(tǒng)工程。安哥拉地區(qū)根據(jù)ET-N-003-ED.2《高壓及超高壓變電站接地網(wǎng)施工要求》規(guī)范要求采用金屬銅作為埋設的接地體，但是接地引線與地網(wǎng)接地體的連接處腐蝕較快，需要采用進行防腐處理，安哥拉大部分地區(qū)屬于高土壤電阻率沙丘地區(qū)，土壤電阻率為8000Ω·m，需要采用一定的方式降低接地網(wǎng)電阻[1]。

1 影響接地電阻的主要因素

1.1 土壤電阻率

土壤電阻率是決定接地體電阻的重要因素，為了合理設計接地裝置，必須對土壤電阻率進行實測，以便用實測電阻率做接地電阻的計算參數(shù)，根據(jù)土壤類型及土壤中所含水分的性質和含水量的多少，為地網(wǎng)設計選擇正確的金屬材料和截面提供依據(jù)。

1.2 接地材料的選擇

（1）銅導體：裸銅是常用的接地導體，除了具有很好的導電性外，銅導體還具有耐地下腐蝕的優(yōu)點，因為相對于其他可能的埋在地下的金屬，銅是陰極，但是銅接地體的熱穩(wěn)定性較差，還會造成重金屬污染。在北美，電鍍銅的鋼棒用作垂直接地體或接地網(wǎng)的導體。大部分接地工程材料有各種金屬材料、接地體、降阻劑和離子接地系統(tǒng)等。（2）鍍鋅扁鐵：鍍鋅鋼用作接地網(wǎng)材料，在國內很常見，主要是其造價相對較低，熱穩(wěn)定性較好，且受傳統(tǒng)思維束縛。當然我們應該充分注意接地網(wǎng)本身的腐蝕，地網(wǎng)的導電性及后期帶來的維護費用。

據(jù)有關文獻表明，銅材和鋼材的截面積比為1：3。電阻率比為1：8。目前，銅的價格約為鋼材的10倍，銅和鋼接地網(wǎng)各有優(yōu)缺點，鋼的熱穩(wěn)定性比銅好，且更經濟，一般使用壽命為10～15年，但要考慮后期維護和地網(wǎng)的運行安全。銅的導電和抗腐蝕性比鋼強，采用銅接地時接地導體不用考慮腐蝕，因此，接地導體只要滿足熱穩(wěn)定性要求就可以，另外，采用銅接地網(wǎng)無后期維護費用，但是造價較高。從性能上分析，銅材的導電率約為鋼材的8倍，因此，銅截面可選得比鋼材小，銅材的抗腐蝕性能優(yōu)于鋼材，在同等條件下，其使用壽命比鋼材長，從長遠利益看采用銅導體減少了由于接地材料腐蝕引起的接地電阻升高，更換接地材料等不利因素和費用最加，年平均費用低，但是價格高和熱穩(wěn)定性差。目前國內普遍采用的接地網(wǎng)材料是銅和鋼兩種，而國外大部分采用銅及電鍍銅的鋼導體，根據(jù)當?shù)厥┕l件，本工程水平接地體選用裸銅絞線、垂直接地體采用鍍銅鋼棒、物理降阻劑等[2]。

1.3 選擇接地網(wǎng)的布置方式

接地工程本身的特點決定了周圍環(huán)境對工程效果有決定性的影響，脫離了工程所在地的具體情況設計接地工程是不可行的，設計的優(yōu)劣取決于對當?shù)赝寥拉h(huán)境的諸多因素的綜合考慮。變電站接地裝置大部分都是以水平接地體為主、外緣閉合、內部敷設若干均壓導體的接地網(wǎng)，均壓導體一般按3m、5m、7m、10m等間距布置或按不等間距進行布置。本工程采用以水平接地體為主，四周埋設若干垂直接地體，并與水平接地體網(wǎng)相連，均壓導體按5m等間距布置。

2 降接地網(wǎng)電阻降阻措施分析

為了達到降低接地網(wǎng)接地電阻之目的，首先需要從理論上研究降低接地電阻的方法。

接地電阻公式：R=ρε/C

其中：R—接地電阻（Ω）；ρ—大地電阻率（Ω·m）；ε—介電系數(shù)，是一個在電的位移和電場強度之間存在的比例常量；C—接地體的電容。

從上述公式可以看出，降低接地電阻有以下兩種途徑：一是增大接地體幾何尺寸，以增大接地體的電容C；二是改善地質電學性質，減小地的電阻率ρ和介電系數(shù)ε。下面分別討論降低接地電阻的一些方法。

2.1 增大接地網(wǎng)面積

由上面接地電阻的公式，大地電阻率ρ和介電系數(shù)ε不容易改變，而接地電阻R與接地網(wǎng)電容C成反比：從理論上分析，接地網(wǎng)電容C主要由它的面積尺寸決定，與面積成正比，所以接地網(wǎng)面積與接地電阻成反比。減小接地網(wǎng)接地電阻，增大接地網(wǎng)面積是可行途徑。復合式接地網(wǎng)電阻計算公式如下：（適用于面積大于100m2的閉合式接地網(wǎng)）

其中：R—接地電阻（Ω）；ρ—大地電阻率（Ω·m）；S—為接地網(wǎng)總面積；r—為與接地網(wǎng)總面積S等值圓的半徑，即接地網(wǎng)的等效半徑；L—為接地網(wǎng)的水平和垂直接地體總長度。

從上述公式可以看出，增加接地網(wǎng)的面積可以有效減小接地電阻。

2.2 增加垂直接地體

依據(jù)電容概念，增加垂直接地體可以增大接地網(wǎng)電容。當增加的垂直接地體長度和接地網(wǎng)長、寬尺寸可比擬時，接地網(wǎng)由原來的近似于平板接地體趨近于一個半球接地體，電容會有較大增加，接地電阻會有較大減小。由埋深為零半徑為r的圓盤和半徑為r的半球電容之比4εr/2πεr可得，接地電阻減小36%。但是對于大型接地網(wǎng)，其電容主要是由它的面積尺寸決定，附加于接地網(wǎng)上有限長度（2～3m）的垂直接地體，不足以改變決定電容大小的幾何尺寸，因而電容增加不大，亦接地電阻減小不多。

2.3 人工改善地電阻率

在高電阻率地區(qū)采用人工改善地電阻率的方法，對減小接地電阻具有一定效果。土壤電阻率是單位體積土壤含水量B的倒數(shù)和土壤中所含導電離子濃度A的倒數(shù)的函數(shù)，即：

（1）灌注工業(yè)鹽水。通過鹽水增加導電離子濃度來改良土壤特性就是灌注工業(yè)鹽水的工作原理，降低土壤的電阻率。由于工業(yè)鹽水的時效性較差，只能在較短的時間內提高土壤導電率，并不能根本解決問題。分析其原因，主要是由于工業(yè)鹽水本身的時效性所致。（2）用接地電阻降阻劑。采用降阻劑是對降低接地裝置電阻的有效方法，在接地極周圍敷設了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸、降低與周圍大地介質之間的接觸電阻的作用。降阻劑用于小面積的集中接地、小型接地時，其降阻效果較為顯著。降阻劑是由幾種物質配制而成的化學降阻劑，具有導電性能良好的強電解質和水分。這些強電解質和水分被網(wǎng)狀膠體所包圍，網(wǎng)狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不致于隨地下水和雨水而流失，因而能長期保持良好的導電作用。這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法。（3）深埋接地極。在地電阻率隨地層深度增加而減小較快的地方，可以采用深埋接地體的方法減小接地電阻。大地的電阻率隨深度而減小的規(guī)律，往往在達到一定深度后，地電阻率會突然減小很多。因此利用大地性質，深埋接地體后，使接地體深入到地電阻率低的地層中，通過小的地電阻率來達到減小接地電阻的目的。該方法對含砂土壤最有效果。據(jù)有關資料記載，在3m深處的土壤電阻系數(shù)為100%，4m深處為75%，5m深處為60%，6.5m深處為50%，9m深處為20%，這種方法可以不考慮土壤凍結和干枯所增加的電阻系數(shù)，但是施工困難，土方量大，造價高，在巖石地帶困難更大。（4）外引接地體法。在土壤電阻率高的地區(qū)，當采用放射形接地裝置時，如在桿塔基礎附近（在放射形接地體 每根最大長度的1.5倍范圍內）有土壤電阻率較低的地帶，如水井、泉眼、水溝、河邊、水庫邊、耕地等土壤含水量較大的地方，可采用外引接地的措施，由于水的電阻率比地電阻率小的多，可以取得比較明顯的減小接地電阻的效果[3]。

3 加大接地體埋設深度

接地電阻的大小與接地體的埋設深度密切相關。故在接地體施工中接地體的埋設深度一般按如下原則進行：山地不小于0.6m，水田、耕地不小于0.8m，巖石不小于0.3m。但在實際施工中，如大面積的加大接地體的埋設深度，必將加大施工難度和施工成本。而加大接地體埋設深度這一措施可以選用垂直接地體與水平接地體相結合的方式實施，效果也是非常明顯的。

4 敷設水下接地網(wǎng)

在有適宜水源的地方敷設水下接地網(wǎng)，由于水的電阻率比地電阻率小的多，可以取得比較明顯的減小接地電阻的效果。而且敷設水下接地網(wǎng)施工比較簡便，接地電阻比較穩(wěn)定，運行可靠，但應注意水下接地網(wǎng)距接地對象的距離一般不大于1000m。

5 利用自然接地體

充分利用混凝土結構物中的鋼筋骨架、金屬結構物，以及上下水金屬管道等自然接地體，是減小接地電阻的有效措施，而且還可以起引流、分流、均壓作用，并使專門敷設的接地帶的連接作用得到加強。

6 雷電保護接地

接地是避雷技術最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應雷或其他形式的雷，避雷工作的最終都是把雷電流送入大地。儲存雷能量為人類造福，目前科技還達不到，因此沒有合理而良好的接地裝置是不可能談及防雷的。所以說設計、施工好高標準的接地系統(tǒng)是防雷工作的重中之重。過去討論接地的時候，總是把討論的焦點放在要求接地電阻小于多少Ω上。長期以來，人們有一個錯覺，認為接地電阻越小避雷效果就越好，被保護的對象就安全。當然電阻越小散流越快，雷擊的高電位保留時間越短，危險性越小，其跨步電壓、接觸電壓產生的機遇也就越小。但是，近十幾年來的實踐證明，與其說接地電阻值重要，不如說接地裝置的結構的合理性更重要，所以我們在減小接地電阻的同時，要重視接地體系的合理性。

7 結語

綜上所述，在確定降低接地電阻的具體措施時，應根據(jù)安哥拉當?shù)剡\行經驗、氣候狀況、地質條件進行全面、綜合的分析，通過比較，因地制宜地選擇合理方案。在減小接地電阻的同時，要求保證接地體系的合理性，形成良好的接地保護網(wǎng)絡。良好的接地裝置是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要保證，作為輸變電工程的隱蔽項目的接地裝置，為保證其工程質量及使用壽命，需要對以上各個環(huán)節(jié)加強質量管理和周期性運行維護工作，從根本上防止因接地裝置而發(fā)生的電網(wǎng)事故。

參考文獻

[1]DL5009-2014.電力建設安全工作規(guī)程[S].

[2]解廣潤.電力系統(tǒng)接地技術[M].北京水利電力出版社，1991.

[3]GB 11032-2010.交流無間隙金屬氧化物避雷器[S].