關(guān)于響洪甸水庫(kù)燕子河雨量遙測(cè)站接地電阻偏大的分析及處理方法

周權(quán)

摘要：接地網(wǎng)建設(shè)是水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)遙測(cè)站建設(shè)工作的重要基礎(chǔ)。響洪甸水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)接地網(wǎng)在建造、鋪設(shè)過(guò)程中，針對(duì)不同遙測(cè)站所在位置、土壤環(huán)境，因地制宜，分別設(shè)計(jì)了不同的接地網(wǎng)施工方案，采取了土壤化學(xué)處理法、深埋接地極法、外引式接地裝置、利用接地電阻防腐降阻劑、專用接地降阻模塊以及伸長(zhǎng)水平接地體等多種方法，使所有遙測(cè)站的防雷接地電阻降到了10Ω以下，取得了良好的接地網(wǎng)接地效果。本文以響洪甸水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的燕子河雨量遙測(cè)站接地網(wǎng)改造處理成功為案例，分析該站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程和材料性能，旨在為水情自動(dòng)測(cè)報(bào)遙測(cè)站建造或其他有戶外防雷、接地網(wǎng)改造需求者提供參考。

關(guān)鍵詞：遙測(cè)站；防雷；接地網(wǎng)；接地電阻；降阻劑

隨著水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)的普及，對(duì)戶外水情遙測(cè)站防雷接地技術(shù)或戶外建筑物防雷需求日益增加。遙測(cè)站接地網(wǎng)接地電阻偏高或接地網(wǎng)損壞故障造成野外遙測(cè)站雷擊事故時(shí)有發(fā)生，給水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了較大的隱患。遙測(cè)站的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)建造，對(duì)遙測(cè)站設(shè)備的避雷防雷成功與否，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，至關(guān)重要。

響洪甸水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)于1997年底建成，1998年元月正式投入運(yùn)行。在水庫(kù)的上游，共建有8個(gè)野外雨量站遙測(cè)站，建設(shè)的位置有山坡、街道、路邊、住宅區(qū)、農(nóng)田，由于保障無(wú)線通信信道暢通特殊需求，有的測(cè)站位置較高，處于雷擊破壞多發(fā)區(qū)域。為確保遙測(cè)站設(shè)備的運(yùn)行安全可靠，在建設(shè)初期，響洪甸水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的接地網(wǎng)建設(shè)，嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范要求，采取多種降低接地電阻措施，進(jìn)行防雷接地地網(wǎng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)施工，促使各遙測(cè)站接地網(wǎng)的接地電阻值均降到相關(guān)防雷規(guī)范要求的10Ω以內(nèi)。經(jīng)過(guò)二十多年的運(yùn)行，沒(méi)有一例遙測(cè)站房頂天線、雨量桶、太陽(yáng)能電池板以及房?jī)?nèi)的終端機(jī)等設(shè)備因遭受雷擊而被損壞。

一、接地網(wǎng)改造背景概述

響洪甸水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的燕子河雨量遙測(cè)站位置設(shè)在海拔400m的山上。地質(zhì)結(jié)構(gòu)表層為5cm厚的風(fēng)化沙土，下面是沙巖石，電阻率為4000Ω·m。站房最初的接地網(wǎng)建造在站房周圍，采用輻射狀水平接地體末端包圍閉合，面積為900m2左右，沿山體坡度開挖深0.8m、寬0.3m的溝槽，并施用防腐降阻劑包裹接地體，用黃粘土回填鋪設(shè)。

施工完成后，測(cè)得接地網(wǎng)接地電阻為75Ω左右，不能滿足防雷避雷規(guī)范要求，需要進(jìn)一步改造接地網(wǎng)。

二、接地網(wǎng)改造設(shè)計(jì)分析

水平接地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算

（1）

式中，R—水平接地體接地電阻，Ω；ρ—埋設(shè)接地體的土壤電阻率，Ω·m；l—水平接地體總長(zhǎng)度，m；d—水平接地極的直徑或等效直徑，m；h—水平接地極的埋設(shè)深度，m；A—水平接地極的形狀系數(shù)。

水平接地極為主邊緣閉合的復(fù)合接地極（接地網(wǎng)）接地電阻簡(jiǎn)化計(jì)算

（2）

式中，ρ—埋設(shè)接地體的土壤電阻率，Ω·m；S—接地網(wǎng)的總面積，m2。

從上述兩個(gè)接地電阻計(jì)算公式（1）（2）關(guān)系可以看出，接地電阻除與接地極的長(zhǎng)度、接地網(wǎng)的總面積、埋設(shè)深度有關(guān)外，還與接地體處的地質(zhì)構(gòu)造（即地質(zhì)的電阻率）有關(guān)；接地網(wǎng)的形狀影響不是很明顯可忽略考慮（可取近似值1）。其中，土壤電阻率、接地極長(zhǎng)度、接地網(wǎng)總面積對(duì)接地電阻值影響較明顯。那么，在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)，要盡量選擇土壤電阻率低的位置鋪設(shè)，或同時(shí)配合使用特效防腐降阻劑，降低土壤電阻率，進(jìn)行物理降阻，增加接地體長(zhǎng)度（或擴(kuò)大接地網(wǎng)包圍面積），以此減少接地網(wǎng)接地電阻。

三、新接地網(wǎng)鋪設(shè)

（一）新地網(wǎng)建設(shè)方案

燕子河雨量站接地電阻超標(biāo)，主要原因是站房周圍沙巖石電阻率較大。采用常規(guī)降阻方法不僅施工難度大、成本高，也較難實(shí)現(xiàn)接地電阻達(dá)標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)觀察雨量站周圍發(fā)現(xiàn)，在距離站房120m的下方有面積約為300m2的開闊地洼地。洼地以沖積沙土為主，測(cè)得電阻率平均300Ω·m。因此，可采用外引接地網(wǎng)加施用特效防腐降阻劑的方式進(jìn)行降阻，如圖1所示。

圖1 新舊地網(wǎng)埋設(shè)位置

（二）具體做法

第一，在距離站房120m下方的開闊地帶洼地處，新建一個(gè)矩形封閉式接地網(wǎng)；根據(jù)地形，長(zhǎng)、寬分別為55m、37m，用扁鐵鋪設(shè)。

第二，開挖埋設(shè)接地體的溝槽，橫截面尺寸如圖2所示。

第三，施用特效防腐降阻劑。

第四，將新老兩個(gè)接地網(wǎng)用雙根扁鐵連接，連接的引接線也埋設(shè)在溝槽內(nèi)，并施用防腐降阻劑。

第五，在矩形接地網(wǎng)的四角，分別打入長(zhǎng)2.0m的角鋼地樁，并與地網(wǎng)扁鐵焊接。

圖2 ?新舊地網(wǎng)尺寸示意圖

（三）用材

1.用材選擇

接地極盡量選用耐腐蝕的熱鍍鋅鋼材，可以延長(zhǎng)接地極的使用壽命；配合施用降阻劑。降阻劑由多種成分組成，含有電解質(zhì)、固化劑、潤(rùn)滑劑及填充材料等，也是一種良好的導(dǎo)電體，用于接地體和土壤之間，一方面，能與金屬接地體緊密接觸，形成足夠的電流流通面；另一方面，能向土壤滲透，在接地體周圍形成一個(gè)變化平緩的低電阻區(qū)域。這些強(qiáng)電解質(zhì)和水分被網(wǎng)狀膠體包圍，網(wǎng)狀膠體的空格又被部分水解的膠體填充，避免隨地下水和雨水流失，因而能長(zhǎng)期保持良好的導(dǎo)電作用。在接地極周圍敷設(shè)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(zhì)之間接觸電阻的作用，因而能在一定程度上降低接地極的接地電阻。降阻劑在用于小面積的集中接地、小型接地網(wǎng)時(shí)，降阻效果較顯著。

2.具體采用型號(hào)規(guī)格

第一，接地體采用熱鍍鋅扁鋼，規(guī)格尺寸不小于40mm×4mm。

第二，垂直接地樁采用鍍鋅角鋼，規(guī)格尺寸不小于50mm×50mm×5mm。

第三，降阻劑采用的是“威速”GR－25P強(qiáng)效物理降阻劑，用量如表1所示。

3.GR系列接地降阻劑性能

GR系列接地降阻劑，采用VSSIO新一代Dercipe配方，由超高鉬石墨、膨潤(rùn)劑、吸附劑、電解質(zhì)和防腐材料調(diào)配而成，所有成分均無(wú)毒無(wú)污染，屬于環(huán)保型的優(yōu)質(zhì)接地材料。其中，吸附劑能吸附周圍的水分以及有毒的離子質(zhì)，凈化周圍土壤環(huán)境。

該防腐劑有較突出的優(yōu)點(diǎn)：

（1）綜合性能佳

吸水保濕性突出，內(nèi)含吸附劑，吸水率近20倍，成品吸水率達(dá)50%，可以大幅提升降阻效果。添加膨潤(rùn)劑和凝膠，在水化情況下，凝成一個(gè)整體，減少因雨水因素造成的流失，增加降阻效果持續(xù)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于土壤電阻率＞3000Ω·m的環(huán)境，GR降阻效果可達(dá)60%以上，遠(yuǎn)高于同行業(yè)產(chǎn)品。

（2）輔助性能突出

細(xì)度達(dá)300目以上，滲透能力強(qiáng)，能瞬間填充土壤的所有細(xì)微空隙，減少接觸電阻。同時(shí)產(chǎn)品對(duì)其他材料的腐蝕＜0.015mm/年，是其他接地材料的最佳輔助，適合高山、干旱等土壤電阻率大的環(huán)境。

（3）綠色環(huán)保

無(wú)毒無(wú)污染，對(duì)人體和環(huán)境不構(gòu)成任何危害。

四、施工

（一）施工要求

第一，埋設(shè)接地體的溝槽要開挖到位，溝槽底部要鋪10cm厚的黃土或黃粘土，再鋪撒防腐降阻劑，最后鋪設(shè)鍍鋅扁鋼并焊接。

第二，所有接地極扁鋼、角鋼的焊接疊加接觸長(zhǎng)度不小于15cm，滿焊縫。焊縫要做防腐保護(hù)處理，刷涂防銹漆。

第三，無(wú)法埋設(shè)暴露在空氣中的引接鍍鋅扁鋼，都要刷涂防銹漆。

第四，鍍鋅角鋼接地樁往下打時(shí)，如果下方有進(jìn)一步深打的可能，應(yīng)使用加長(zhǎng)角鋼往下打，越深越好。

（二）接地體埋設(shè)溝槽回填步驟

第一，鋪撒降阻劑并覆蓋住鍍鋅角鋼，尤其是在各個(gè)焊接位置，應(yīng)多施用降阻劑完全覆蓋住焊接部位。

第二，鋪撒20cm以上厚度細(xì)土或黃粘土覆蓋住降阻劑，并澆水潤(rùn)濕踩實(shí)。

第三，用本地沙土填滿溝槽剩余空間，并壓實(shí)。

五、接地電阻的測(cè)量

影響測(cè)量接地電阻大小的因素很多，例如，測(cè)量?jī)x表連接接地極的位置、電流線電壓線布設(shè)的位置、插入測(cè)量極的周圍地理環(huán)境（如深度、平地、溝渠、坡地、土壤濕度、土壤緊實(shí)度等）、測(cè)量人員的經(jīng)驗(yàn)、測(cè)量?jī)x表的精度、儀表與接地極連接的接觸電阻等。

為了驗(yàn)證接地網(wǎng)設(shè)計(jì)，正確判斷接地網(wǎng)建設(shè)是否滿足防雷避雷要求，選擇符合實(shí)際的測(cè)量方法尤為重要。測(cè)量?jī)x器選定后，先在已知防雷避雷合格的接地網(wǎng)上測(cè)試，再投入測(cè)量使用。

新建成的燕子河雨量遙測(cè)站接地網(wǎng)，初次測(cè)量后，分別在半年、一年后進(jìn)行測(cè)量，觀察測(cè)量值有逐漸變小趨勢(shì)。以一年后的測(cè)量值為新地網(wǎng)接地電阻值。

一般情況下，已建成投入使用的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)遙測(cè)站接地網(wǎng)，接地電阻測(cè)量應(yīng)選擇在雷雨季節(jié)前土壤電阻率較大的季節(jié)進(jìn)行，即夏季土壤最干燥時(shí)期或冬季土壤冰凍最甚時(shí)期，以確保所測(cè)接地電阻的準(zhǔn)確性。每2～3年測(cè)量一次接地電阻。根據(jù)檢查情況，如果發(fā)現(xiàn)有不合乎要求的地方，應(yīng)及時(shí)作補(bǔ)救處理。

響洪甸水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的接地網(wǎng)接地電阻測(cè)量，常用的測(cè)量?jī)x器是ES3001防雷接地電阻測(cè)試儀，測(cè)量精度較高，操作簡(jiǎn)單、便捷。

六、結(jié)語(yǔ)

燕子河雨量遙測(cè)站的接地網(wǎng)經(jīng)過(guò)改造后，接地網(wǎng)接地電阻明顯下降，阻值降到了5Ω以下。經(jīng)過(guò)前十年逐年測(cè)量統(tǒng)計(jì)，接地電阻值有逐年下降趨勢(shì)，如圖3所示。

圖3 ?燕子河雨量遙測(cè)站接地網(wǎng)改造前后

接地電阻變化趨勢(shì)

響洪甸水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)遙測(cè)站建設(shè)的接地網(wǎng)，經(jīng)過(guò)20多年的使用表明，設(shè)計(jì)、建設(shè)的防雷避雷措施可以有效保護(hù)各遙測(cè)站設(shè)備，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，降低水情系統(tǒng)運(yùn)行成本，可為大型水庫(kù)的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)野外遙測(cè)站防雷避雷建設(shè)提供有價(jià)值的參考。

參考文獻(xiàn)：

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