接地電阻降阻方法

1、1引言變電站接地網(wǎng)對于電力系統(tǒng)的可靠運行和變電站工作人員的人身安全起著重要作用，其接地電阻、跨步電壓與接觸電壓是變電站接地系統(tǒng)的重要技術(shù)指標，是衡量接地系統(tǒng)的有效性、安全性以及鑒定接地系統(tǒng)是否符合要求的重要參數(shù)。然而，有些變電站由于受地理條件的限制，不得不建在高土壤電阻率地區(qū)，導(dǎo)致這些變電站的接地電阻、跨步電壓與接觸電壓的設(shè)計計算值偏高，無法滿足現(xiàn)行標準的要求。近年來，隨著電力系統(tǒng)短路容量的增加，由于接地不良引起的事故擴大問題屢有發(fā)生，因此接地問題越來越受到重視。在設(shè)計施工過程中如何合理確定接地裝置的設(shè)計方案，降低接地電阻，這是變電站電氣設(shè)計施工的重點之一。2變電站接地網(wǎng)電阻偏高的原因變電站接

2、地網(wǎng)電阻偏高的原因有多方面的，歸納起來有以下幾個方面的原因。2.1 客觀條件方面一是土壤電阻率偏高。特別是山區(qū)，由于土壤電阻率偏高，對系統(tǒng)接地電阻影響較大；二是土壤干燥。干旱地區(qū)、沙卵石土層等相當干燥，而大地導(dǎo)電基本是靠離子導(dǎo)電，干燥的土壤電阻率偏高。2.2 勘探設(shè)計方面在地處山區(qū)復(fù)雜地形地段的變電站，由于士壤不均勻，土壤電阻率變化較大，這就需要對每處地網(wǎng)進行認真的勘探、測量。根據(jù)地形、地勢、地質(zhì)情況，設(shè)計出切合實際的接地裝置。如果不根據(jù)每處地網(wǎng)的地形、地勢情況合理設(shè)計接地裝置并計算其接地電阻，而是套用一些現(xiàn)成的圖紙或典型設(shè)計，那么就從設(shè)計上就留下了先天性不足，造成地網(wǎng)接地電阻偏高。2.3 施

3、工方面對于不同地區(qū)變電站的接地來說，精心設(shè)計重要，但嚴格施工更重要。因為對于地形復(fù)雜，特別是位于山巖區(qū)的變電站，接地地網(wǎng)水平接地溝槽的開挖和垂直接地極的打入都十分困難，而接地工程又屬于隱蔽工程，如施工過程中不能實行全過程的技術(shù)監(jiān)督和必要的監(jiān)理，就可能出現(xiàn)如下一些問題：一是不按圖施工。尤其是在施工困難的山區(qū)，屢有發(fā)生水平接地體敷設(shè)長度不夠，少打垂直接地極等；二是接地體埋深不夠。山區(qū)、巖石地區(qū)，由于開挖困難，接地體的埋深往往不夠，由于埋深不夠會直接影響接地電阻值；三是回填土的問題，有關(guān)規(guī)范要求用細土回填，并分層夯實，在實際施工時往往很難做到，尤其是在巖石地段施工時，由于取土不便，往往采用開挖出的碎

4、石及建筑垃圾回填，這樣還會加快接地體的腐蝕速度；四是采用木炭或食鹽降阻，這是最普遍的做法。采用木炭或食鹽降阻，會在短期內(nèi)收到降阻效果，但這是不穩(wěn)定的。因為這些降阻劑會隨雨水而流失，并加速接地體的腐蝕，縮短接地裝置的使用壽命。2.4 運行方面有些接地裝置在建成初期是合格的，但經(jīng)一定的運行周期后，接地電阻就會變大，除了前面介紹的由于施工時留下的隱患外，以下一些問題也值得注意：一是由于接地體的腐蝕，使接地體與周圍土壤的接觸電阻變大，特別足在山區(qū)酸性土壤中，接地體的腐蝕速度相當快，會造成一部分接地體脫離接地裝置；二是在接地引下線與接地裝置的連接部分因銹蝕而使電阻變大或形成開路：三是接地引下線接地極受外

5、力破壞時誤損壞等。3接地電阻降阻方法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。由公式（1）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；二是改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)，減小地的電阻率和介電系數(shù)。次-式接地網(wǎng)是在接地系統(tǒng)的基礎(chǔ)，由接地環(huán)（網(wǎng)）、接地極（體）和引下線組成，以往常有種誤解，把接地環(huán)作為接地的主體，很少使用接地體，在接地要求不高或地質(zhì)條件相當優(yōu)越的情況下，接地環(huán)也能夠起到接地的作用，但是通常的情況下，這是不可行的，接地環(huán)可以起到輔助接地地作用，主導(dǎo)作用是用接地體來完成的。決定接地電阻大小的因素很多，下面我們以接地環(huán)作接地主體的情

6、形來分析傳統(tǒng)地網(wǎng)的接地公式:式（2）,武（3）R=-尸In-一+乂dH一式式中:。儲,附土壤電阻率m心）鋼材等效直徑Ig（m"）地網(wǎng)面積；以金）埋設(shè)深度區(qū)2接地極長度相）；A形狀系數(shù)。式（2）表明，傳統(tǒng)的接地方式在土壤電阻率已經(jīng)確定的情況下，要想達到設(shè)計要求的電阻必須有足夠的接地面積，要降低接地電阻只有擴大接地面積，每擴大4倍的接地面積,接地電阻會降低一倍。式（3）、（4）表明，在上述的接地網(wǎng)中，要降低接地電阻的另一個方法是加大接地材料的尺寸，但是耗材太大而且效果并不理想。在變電站具體解決接地網(wǎng)電阻偏高的問題，首先要對其原因進行認真的分析，到現(xiàn)場進行認真的勘探，結(jié)合相應(yīng)的理論基礎(chǔ)，依

7、據(jù)相關(guān)技術(shù)標準規(guī)范，制定出切合實際的降阻措施。3.1 技術(shù)措施接地工程本身的特點就決定了周圍環(huán)境對工程效果的決定性的影響，脫離了工程所在地的具體情況來設(shè)計接地工程是不可行的。設(shè)計的優(yōu)劣取決于對當?shù)赝寥拉h(huán)境的諸多因數(shù)的綜合考慮。土壤電阻率、土層結(jié)構(gòu)、含水情況、季節(jié)因數(shù)、氣候以及可施工面積等等因數(shù)決定了接地網(wǎng)形狀、大小、工藝材料的選擇，是接地設(shè)計中重要的第一手資料,。因此設(shè)計施工前，要確保完成以下幾項工作：（ 1）要精心勘探測量，要對每處遙測點地網(wǎng)所在位置的地形、地勢、地質(zhì)情況進行準確勘探，測量接地體埋設(shè)點周圍的土壤電阻率及其分布情況，找出可以利用的地質(zhì)結(jié)構(gòu)；（ 2）要調(diào)查所在地的雷電活動情況和規(guī)

8、律，決定所采取的防雷措施及其對接地電阻的要求；（ 3）要調(diào)查所處地段土壤對鋼接地體的年腐蝕和土壤的酸堿度等；（ 4）要根據(jù)以上幾項內(nèi)容進行計算和設(shè)計，制定切合實際的降阻措施和施工方案。3.2 降阻方法（ 1）敷設(shè)水平外延接地。因為水平放設(shè)施工費用低，不但可以降低工頻接地電阻，還可以有效地降低沖擊接地電阻。（ 2）深埋式接地極。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5。因此利用大地性質(zhì)，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。在埋設(shè)地點選擇時，應(yīng)考慮：選擇地下水較豐富及地下水位較高的地方；接地網(wǎng)附近如有金屬

9、礦體，可將接地體插入礦體上，利用礦體來延長或擴大人工接地體的幾何尺寸；深埋接地體的間距宜大于20m，可不計互相屏蔽的影響。但施工困難，土方量大，造價高，在巖石地帶困難更大。3）利用接地電阻降阻劑2。在接地極周圍敷設(shè)了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低接觸電阻的作用。降阻劑是由幾種物質(zhì)配制而成的化學(xué)降阻劑，是具有導(dǎo)電性能良好的強電解質(zhì)和水分。這些強電解質(zhì)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(dǎo)電作用。而降低阻劑的主要作用是降低與地網(wǎng)接觸的局部土壤電阻率,換句話說,是降低地網(wǎng)與土壤的接觸電阻,而不是降低地網(wǎng)本身的

10、接地電阻。這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法。降阻劑已有超過二十年的工程運用歷史，經(jīng)過不斷的實踐和改進，現(xiàn)在無論是性能還是使用施工工藝都已經(jīng)是相當成熟的產(chǎn)品了。（ 4）利用電解離子接地系統(tǒng)（IonicEarthingArray，簡稱IEA）。IEA近幾年在新建變電所中得到廣泛的應(yīng)用，并取得一定的效果。有研究和實踐證明：土壤電阻率過高的直接原因是因為缺乏自由離子在土壤中的輔助導(dǎo)電作用，IEA能在土壤中提供大量的自由離子，從而有效的解決接地問題。IEA由先進的陶瓷復(fù)合材料、合金電極、中性離子化合物組成，以確保能提供穩(wěn)定的、可靠的接地保護。IEA的主體是銅合金管，以確保較高的導(dǎo)電性能及較長的

11、使用壽命，其內(nèi)部含有特制的、無毒的電解離子化合物，能夠吸收空氣中的水分，通過潮解作用，將活性電解離子有效釋放到周圍土壤中，正是因為IEA不斷的自動釋放活性電解離子使得周圍土壤的導(dǎo)電性能能始終保持在較高水平，于是故障電流能順暢的擴散到周圍的土壤中，從而充分發(fā)揮接地系統(tǒng)的保護作用。另外，IEA所包含的特制回填料具有非常好的膨脹性、吸水性及離子滲透性，使IEA與周圍的土壤保持良好的接觸界面，無論天氣或周圍環(huán)境如何變化，都能使IEA保持最佳的接地保護效果。但投資相對也是比較大的。（ 5）其他方法。如何降低接地電阻目前已成為工程建設(shè)的難點之一，除了以上方法外，增加地網(wǎng)的埋設(shè)深度、利用深孔爆破接地技術(shù)3、

12、自然接地體、局部換土、深井接地、擴大接地面積和采用兩層水平接地網(wǎng)4等等也都有一定的可行性。根據(jù)各個工程的不同情況可以選擇適合的降阻措施，而各種方法也不是孤立的，可以相互配合，以取得更好的實際效果。3.3 精心施工及運行維護精心的施工才能達到良好的設(shè)計的實施效果，看起來不重要的實施細節(jié)常常導(dǎo)致嚴重的后果。因為接地網(wǎng)工程是隱蔽工程，當施工完成后，錯誤不一定馬上可以檢測到，即使發(fā)現(xiàn)問題補救也是很麻煩的，尤其是防腐細節(jié)。因此，設(shè)計圖紙和施工方案制定出后，就要到現(xiàn)場精心組織施工。對水平接地體，垂直接地體的布置嚴格按設(shè)計要求布置，對各焊接頭質(zhì)量，降阻劑的使用，回填土等每個環(huán)節(jié)嚴格把關(guān)。當然，工程結(jié)束后要加

13、強運行維護；要針對地網(wǎng)工程接地裝置運行中容易發(fā)生的問題，加強運行維護和巡視檢查，及時進行缺陷處理。定期進行接地電阻和回路電阻測量，以保證接地一直處于良好的狀態(tài)。4結(jié)束語變電站接地網(wǎng)的設(shè)計應(yīng)結(jié)合實際情況進行,接地裝置能否發(fā)揮它應(yīng)起的作用，關(guān)鍵在于設(shè)計和施工運行這兩個環(huán)節(jié)。首先是設(shè)計，它是保證接地裝置效果的前提條件；其次是施工運行維護，施工的工藝和質(zhì)量是保證接地裝置效果的基礎(chǔ)，是體現(xiàn)設(shè)計目的的手段，而維護是后期地保養(yǎng)及使用期限的延長。因而在高土壤電阻率地區(qū)的變電站設(shè)計與建設(shè)中，必須注重優(yōu)化設(shè)計與綜合治理，以充分提高地網(wǎng)建設(shè)地經(jīng)濟性與安全運行地可靠性，同時降阻效率高、抗腐蝕性好、成份穩(wěn)定、價格低廉地

14、新型降阻材料亦將成為接地網(wǎng)降阻研究的主流。接地電阻降阻方法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。由公式R=pe/C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(zhì)電學(xué)性質(zhì)，減小地的電阻率和介電系數(shù)£。下面分別討論降低接地電阻的一些方法。1 增大接地網(wǎng)面積由上面接地電阻的物理概念，依據(jù)式（2.10）,大地電阻率p和介電系數(shù)e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

15、途徑。一個有多根水平接地體組成的接地網(wǎng)可以近似地看成一塊孤立的平板，借用平板接地體接地電阻計算公式2.11，當平板面積增大一倍時，接地電阻減小29.3%。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4£r/2冗£r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(23m)的垂直接地體，不足以改變決定電容大小的幾何尺

16、寸，因而電容增加不大，亦接地電阻減小不多。所以大型接地網(wǎng)不應(yīng)加以增加垂直接地體作為減小接地電阻的主要方法，垂直接地體僅作為加強集中接地散泄雷電流之用。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。例如，對于一個半徑為r的半圓球接地體而言，其接地電阻的50%集中在自接地體表面至距球心2r的半圓球內(nèi)，如果將r至2r間的土壤電阻率降低，可使接地電阻大大減小。設(shè)原地電阻率為P2,將r至2r范圍內(nèi)的電阻率為p2的土壤用低電阻率的材料P1置換，則半圓球接地體的接地電阻為：Rx=(pi+p2)/4jir置換前的接地電阻RX為：Rx=p2/2兀rR與Rx之比為：R/R

17、x=(p1+p2)/2p2當P1P2,上式改寫為：R=Rx/2=p2/4兀r(5.1)故接地電阻減小的百分數(shù)為50%。另外由5.1式可以看出，用低電阻率的材料置換半球附近高電阻率的土壤，相當于將半球接地體的半徑由R增大到2R,由于接地體幾何尺寸的增加，而使接地電阻減小。4深埋接地體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。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(zhì)，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。對于地電阻率隨地層深度的增加而減小不大的地方，由于地電阻率變化不大，增加接地網(wǎng)的埋深只是增大接地網(wǎng)的電容。利用電容的概念，電容具有儲藏電場能量的本領(lǐng)，它所儲藏的能量，不是儲藏在極板上，而是儲藏在整個介電質(zhì)中，即整個電廠中：介電質(zhì)中的能量密度，既與介電系數(shù)有關(guān)，又與電場的分布有關(guān)，因此，比起接地網(wǎng)的幾何尺寸小得多的有限埋深，所增加的儲藏能量的介質(zhì)空間極為有限；在有限空間中的能量密度又小，儲藏的總能量也就增加不多，即電容增加不大，所以對減小接地電阻作用不大，不宜采用深埋接地體的方法減小接地電阻。深埋接地體和敷設(shè)水下接地網(wǎng)可以大大降低直