高電阻率的土壤接地方式分析

中國城市建設(shè)研究院有限公司 陸廣萍

在高電阻率土壤區(qū)域開展接地工作具備較大的現(xiàn)實意義，在此期間，相關(guān)工作人員需要認真細致地分析相關(guān)工作開展的具體需求，優(yōu)化現(xiàn)有的接地形式，改良接地策略提高接地效率。除此之外，施工方還需要對接地裝置進行科學(xué)合理地設(shè)計，對相關(guān)裝置采取相應(yīng)的隔離保護措施，提高整個接地系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

針對高電阻率土壤的接地管控工作，施工方需要考量降低相關(guān)區(qū)域的接地電阻，同時也可以嘗試均衡電位的接地措施，在接地設(shè)計過程中，設(shè)計師應(yīng)當(dāng)秉承因地制宜的管控原則，優(yōu)化接地設(shè)計方式，采取多樣化的施工管控措施，以此來提高接地效率，降低高電阻率土壤的接地電阻。在此過程中，設(shè)計師應(yīng)當(dāng)就地取材，利用自然環(huán)境中的原材料，同時也需要構(gòu)建相應(yīng)的人工接地網(wǎng)。并且在結(jié)合均衡電位接地措施使用的過程中還需考量均壓、限流、分流的需求，以此來提高作業(yè)效率。

1 降低接地電阻的措施

在對高電阻率土壤的接地管控工作中，工作人員需要設(shè)置科學(xué)合理的接地裝置，在高土壤電阻率區(qū)域?qū)嵤┫鄳?yīng)的接地工作，相關(guān)工作人員需要確保相應(yīng)的電阻能夠滿足使用要求。由于在相關(guān)區(qū)域具備較高的電阻，工作人員可以嘗試降低相關(guān)區(qū)域的接地電阻率，以此來提高接地效率。在此過程中，作業(yè)人員可以充分利用當(dāng)?shù)氐淖匀唤拥伢w、設(shè)置人工接地網(wǎng)，以此來改良相關(guān)區(qū)域的電阻率。

1.1 利用自然接地體

在工程項目施工建設(shè)活動中，在對應(yīng)的高電阻率土壤區(qū)域開展接地工作應(yīng)當(dāng)采取因地制宜的基地管控方式，比如相關(guān)區(qū)域若存在大量現(xiàn)成的金屬管道設(shè)施或鋼筋骨架，相應(yīng)的工作人員應(yīng)當(dāng)盡可能借用此類物資原材料來減少接地電阻，借助相應(yīng)的金屬材料來實現(xiàn)散流、均壓，同時還能夠有效降低在接地工作所投入的各項成本。比如在當(dāng)前水電站工程項目中所存在的自然接地體包含大量的鋼筋、金屬原材料，同時若相關(guān)區(qū)域與水源或潮濕土壤相接觸也能夠進一步降低接地電阻。

具體來說，若相應(yīng)的鋼筋混凝土建筑物與周邊潮濕的土壤相接觸，或廠房下部分接觸到相應(yīng)的水源地，則施工人員可以借助其表層鋼筋完成有效接地設(shè)計和接地施工。此外，在接地過程中，工作人員也可以最大限度地對壓力鋼管以及水鋼管進行靈活使用，甚至可以借用閘門、攔污柵等相關(guān)金屬預(yù)埋件來實現(xiàn)接地。在部分工程項目結(jié)束之后，其地下或水中會埋放部分金屬原材料，施工方也可以結(jié)合此類金屬設(shè)備來改良接地設(shè)計，但是在利用自然接地體進行接地設(shè)計的過程中，設(shè)計師需要充分考量相應(yīng)的工作安全問題，減少相應(yīng)的風(fēng)險隱患[1]。

1.2 設(shè)置人工接地網(wǎng)

在完成對自然接地體的使用之后若仍然無法滿足高電阻率土壤區(qū)域的接地建設(shè)需求，此時，施工人員以及設(shè)計人員需要適當(dāng)?shù)卦O(shè)置人工接地網(wǎng)。在依托原有自然接地體的基礎(chǔ)之上，通過設(shè)置人工接地網(wǎng)能夠進一步降低相關(guān)區(qū)域的接地電阻，在此期間工作人員也需要對低電阻率的土壤區(qū)域和水環(huán)境進行有效利用，采取因地制宜的人工接地策略，布置水平接地網(wǎng)、地下接地網(wǎng)，采取淺埋、深埋或外接的施工方式來降低相關(guān)區(qū)域的接地電阻。

具體來說，在對水平接地網(wǎng)的布置過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)考量相關(guān)區(qū)域的水源散流面積，盡可能在相關(guān)區(qū)域條件許可的范圍下，參考當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌、地質(zhì)狀況來布置接地網(wǎng)，同時在設(shè)置接地網(wǎng)的過程中，工作人員還需要對水工以及電氣的布置情況進行分析、考量，通常情況下，在相應(yīng)的廠房區(qū)域設(shè)置接地網(wǎng)應(yīng)當(dāng)依托廠房的基礎(chǔ)底板，借助相應(yīng)的鍍鋅扁鋼構(gòu)建相應(yīng)的網(wǎng)孔。在特定的區(qū)域，若在水電站或開關(guān)站也可以結(jié)合此類鍍鋅扁鋼來架設(shè)接地網(wǎng)，但是在對相關(guān)鍍鋅扁鋼原材料進行使用的過程中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)考量相關(guān)區(qū)域具體的接地需求，盡可能將人工接地網(wǎng)與自然接地體進行有效連接，構(gòu)建起一個完整的結(jié)構(gòu)體[2]。

而在對水下接地網(wǎng)進行布置管控的過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)采取人工接地體來適當(dāng)?shù)亟档拖嚓P(guān)區(qū)域的電阻，比如相關(guān)區(qū)域存在水庫則可以在其上游隧洞、水渠等低電阻率的水源區(qū)域架設(shè)水下接地網(wǎng)，同時在對水下接力網(wǎng)進行設(shè)計的過程中相關(guān)設(shè)計人員需要認真、細致地分析當(dāng)?shù)氐乃沫h(huán)境、優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容，確保水下接電網(wǎng)的施工作業(yè)能夠正常進行，盡可能選取水源豐富且屬于寬闊、流動緩慢的區(qū)域。

而在引外接地設(shè)計過程中，需要考量在特定區(qū)域范圍內(nèi)實際的水文環(huán)境條件，比如在接地場所500m以內(nèi)的范圍內(nèi)不存在電阻率相對較低的土壤或水源條件時，工作人員可以采取外接人工接地網(wǎng)，結(jié)合水下接地網(wǎng)或借助相應(yīng)的深埋接地體的方式來降低周邊區(qū)域的接地電阻，若引外接地的距離大于500m，在接地設(shè)計過程中，設(shè)計師還需要考量相應(yīng)的經(jīng)濟效益問題，簡而言之設(shè)計師需要考量增加引線的截面積或采取線路并聯(lián)的方式來降低整個引線的電阻。

在深埋接地施工過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)挑選土壤電阻率相對較低的區(qū)域位置，采取深埋接地的方式來減少相關(guān)區(qū)域的電阻，而深埋接地也只是適用于地下水相對較豐富的區(qū)域位置，如凍土以及地下存在金屬礦體的區(qū)域，通過深埋的方式來實現(xiàn)有效地接地。

除此之外，在設(shè)置人工接地網(wǎng)的過程中，也可以結(jié)合人工降阻的方式，而人工降阻是在相關(guān)區(qū)域無法結(jié)合深埋接地或引外接地時、且當(dāng)相關(guān)區(qū)域的接地網(wǎng)面積不大、可以結(jié)合人工降阻的方式，考量經(jīng)濟性問題，采取因地制宜的降阻方式，提高相關(guān)區(qū)域的接地效率，降低電阻。結(jié)合人工降阻主要是使用相應(yīng)的降阻劑或布置低電阻率的原材料、設(shè)備，降低周邊區(qū)域的電阻，改良相關(guān)區(qū)域的傳導(dǎo)性能。借助人工降阻的方式對于改良相關(guān)區(qū)域的接地體以及土壤接地電阻具備良好的作用。

但是在結(jié)合降阻劑使用的過程中，還需要考量其性能的穩(wěn)定性以及所能夠達成的工作效率。此外，工作人員在使用降阻劑的過程中還需要考量其所具備的有效期。研究人員需要通過前期的試驗驗證，參考當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境的理化特性對降阻劑的類型以及使用量進行確認，而在完成對降阻劑的使用之后還需要考量接地體受到腐蝕的問題。

具體來說，降阻劑的化學(xué)性質(zhì)不能完全保持在中性狀態(tài)，因此降阻劑可能會對接地體造成相應(yīng)的腐蝕，再加上地表中存在分散電流以及各類微生物腐蝕現(xiàn)象，會進一步降低相關(guān)接地裝置的使用壽命。因此，工作人員需要選取適當(dāng)?shù)慕底鑴┎牧?，同時考慮到防腐需求，在對接地體鋼材尺寸大小進行管控的過程中應(yīng)當(dāng)參照具體的施工建設(shè)需求，盡可能對鋼材進行熱鍍鋅處理，結(jié)合熱鍍鋅鋼材往往能夠起到良好的防腐管控作用。

1.3 置換材料

在對高電阻率土壤進行優(yōu)化管控的過程中，工作人員還可以考量置換相應(yīng)的材料完成對相關(guān)區(qū)域的施工建設(shè)活動。具體來說，工作人員可以考量借用電阻率相對較低的黑土以及黏土來置換相關(guān)區(qū)域電阻率較高的土壤，在此過程中往往具備較大的工程量，但是整體來說其施工操作較為便捷，且不會受到外部地質(zhì)條件的影響和限制。同時置換相應(yīng)的低電阻率土壤還不會對接地體造成相應(yīng)的腐蝕影響，但是在置換土壤的過程中，施工方應(yīng)當(dāng)考量以下問題。

首先施工方需要分析周邊區(qū)域是否存在良好的可置換材料，以此來減少工程造價、提高工作效率，由于整個土地置換工作具備較大的工程量，因此施工方應(yīng)秉承就地取材的原則；其次雖然通過置換材料的方式能夠在局部改善相關(guān)區(qū)域的電阻率大小，但當(dāng)相關(guān)區(qū)域溫度升高或土壤氣候環(huán)境發(fā)生變化時，其相應(yīng)的電阻值也會進一步升高，再加上周邊存在冰凍的狀況，其接地電阻也會進一步升高。在這期間相應(yīng)的接地電阻還不穩(wěn)定，因此施工方必須要考量相關(guān)區(qū)域的季節(jié)影響，選取適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)。

2 均衡電位接地措施

均衡電位接地措施主要是應(yīng)對相關(guān)區(qū)域接地面積相對較大時的接地保護需求。均衡電位接地能最大限度地保護設(shè)備及工作人員的生命財產(chǎn)安全，確保整個生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定高效地運行，結(jié)合均衡電位接地措施使用的過程中，工作人員需要考量接地電阻率大小問題，同時還需要考慮地面電位梯度分布所帶來的不良影響。具體來說，在電阻率相對較高的土壤區(qū)域，地面網(wǎng)的利用面積也會受到相應(yīng)的限制，而要滿足接地電阻小于0.5歐姆的規(guī)定范圍也存在較大的困難，因此在接地設(shè)計過程中，設(shè)計師需要調(diào)整電阻值，同時也需要采取必要的分壓、分流、限流等措施，對其中的各類電勢進行嚴格管控。

2.1 均壓

在高電阻率的土壤區(qū)域結(jié)合均衡電位來實施接地操作，首先可以結(jié)合均壓措施來改善電位的分布狀況，以此來有效降低相關(guān)接地裝置所產(chǎn)生的接地電勢以及跨步電勢，減少各零部件所存在的電位差。在結(jié)合均壓接地技術(shù)使用的過程中，往往對高壓配電裝置設(shè)置相應(yīng)的人工接地均壓網(wǎng)來改善整個接地網(wǎng)內(nèi)部的電位分布狀況，以此來提高相關(guān)區(qū)域人員和設(shè)備的安全，而均壓網(wǎng)的布置也需要考量相應(yīng)的間距問題，通常情況下，在布置均壓網(wǎng)的過程中需要結(jié)合等間距布置措施以及不等間距布置措施，兩種布置策略具備不同的管控重心和方向。

具體來說，在等間距布置過程中，部分高壓配電裝置均設(shè)置有外緣閉合，且在內(nèi)部敷設(shè)有若干平行均壓帶，接地均壓網(wǎng)的均壓帶通常是按照等間距的布置措施來進行設(shè)置的，如參照3m、5m或10m的等間距布置方式，此類布置方式相對較為簡單，但結(jié)合等間距均壓網(wǎng)的布置還需考量尖端效應(yīng)以及屏蔽效應(yīng)等問題，由于各網(wǎng)孔電勢分布存在不均勻的狀況，如中間低、邊緣高，使得網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的安全水平相對較差，因此結(jié)合等距均壓布置的措施主要是應(yīng)對電壓等級相對較低的區(qū)域，在等間距布置均壓網(wǎng)的過程中應(yīng)當(dāng)靠近接地網(wǎng)的邊緣地帶，或采取不均勻的優(yōu)化布置方式。

而在對應(yīng)不等間距均壓網(wǎng)的布置工作中，在技術(shù)層面以及經(jīng)濟效益層面均具備顯著的優(yōu)勢，具體來說，不等間距均勻網(wǎng)的布置在均壓帶的間距設(shè)置層面參照地網(wǎng)邊緣到中部逐漸擴大的布置策略，確保地網(wǎng)網(wǎng)孔與均壓網(wǎng)時刻保持一致的電勢，確保接地網(wǎng)接觸電勢以及跨步電勢能夠被控制在合理的范圍內(nèi)，提高均壓網(wǎng)內(nèi)的安全作業(yè)水平。此外，在結(jié)合不等間距均壓網(wǎng)的布置過程中也能夠有效地節(jié)約諸如鋼材等基礎(chǔ)原材料，同時也能夠應(yīng)對大面積的布置需求，減少布置成本。

2.2 分流與限流

分流是為了減少流經(jīng)接地裝置的短路電流，以此來降低相關(guān)區(qū)域的接地電位，為了達成相應(yīng)的管控功效，確保對應(yīng)的短路電流不入地而直接流回相應(yīng)的變壓器中性點，則需要在布置過程中加強高壓配電裝置與相關(guān)設(shè)備接地網(wǎng)之間的接地連接帶所具備的作用。在相應(yīng)的接地裝置中應(yīng)當(dāng)設(shè)置避雷線路，并且與避雷線路進行有效連接，構(gòu)建成熟完善的地線-桿塔接地管控系統(tǒng)，以此來有效控制相關(guān)區(qū)域的接地網(wǎng)電位。

限流是為了最大限度地減少人體在遭受電擊時所通過的電流量，通常情況下要想達成限流的管控目的，則需結(jié)合快速繼電保護裝置將接地短路的故障進行切除處理，以此來限制人體遭受到的電擊持續(xù)時間，其次可結(jié)合碎石或礫石等高電阻率的材料鋪設(shè)在地面，通過進一步提高地面的電阻率，將流經(jīng)人體的電流以及遭受到的電擊時間限制在合理的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

總體來說，在高土壤電阻率區(qū)域開展接地施工作業(yè)的進程中，施工方應(yīng)當(dāng)優(yōu)化相應(yīng)的接地設(shè)計，采取多種接地組合的方式，參考當(dāng)?shù)氐膶嶋H的施工環(huán)境特征，選取經(jīng)濟、實惠、高效的接地技術(shù)，以此來提高接地效率，降低相關(guān)區(qū)域的接地電阻。