一、變電站接地概述

接地網(wǎng)作為變電所交直流設備接地及防雷保護接地，對系統的安全運行起著(zhù)重要的作用。由于接地網(wǎng)作為隱性工程容易被人忽視，往往只注意最后的接地電阻的測量結果。隨著(zhù)電力系統電壓等級的升高及容量的增加，接地不良引起的事故擴大問(wèn)題屢有發(fā)生。因此，接地問(wèn)題越來(lái)越受到重視。變電所地網(wǎng)因其在安全中的重要地位，一次性建設、維護困難等特點(diǎn)在工程建設中受到重視。另外，在設計及施工時(shí)也不易控制，這也是工程建設中的難點(diǎn)之一。因此，為保證電力系統的安全運行，降低接地工程造價(jià)，應采用經(jīng)濟、合理的接地網(wǎng)設計思路。

二、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=ρε/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ρ和介電系數ε。

接地網(wǎng)是在接地系統的基礎，由接地環(huán)（網(wǎng)）、接地極（體）和引下線(xiàn)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，主導作用是用接地體來(lái)完成的。決定接地電阻大小的因素很多，下面先來(lái)分析一下計算傳統地網(wǎng)接地電阻的公式（僅以接地環(huán)接地時(shí)）。式中：

р（Ω.m）-----土壤電阻率；

d(m)------------鋼材等效直徑；

S（m2）---------地網(wǎng)面積；

H(m)------------埋設深度；

L(m)------------接地極長(cháng)度(m) ；

A---------------形狀系數。

式（1）表明，傳統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(huì )降低一倍。

式（2）、（3）表明，在上述的接地網(wǎng)中，要降低接地電阻的另一個(gè)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。以下降低接地電阻的一些常用的合理的方法。

1、增大接地網(wǎng)面積

由上面接地電阻的物理概念，大地電阻率ρ和介電系數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。一個(gè)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，當平板面積增大一倍時(shí)，接地電阻減小29.3%。

2、增加垂直接地體

依據電容概念，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(cháng)度和接地網(wǎng)長(cháng)、寬尺寸可比擬時(shí)，接地網(wǎng)由原來(lái)的近似于平板接地體趨近于一個(gè)半球接地體，電容會(huì )有較大增加，接地電阻會(huì )有較大減小。由埋深為零半徑為ｒ的圓盤(pán)和半徑為ｒ的半球電容之比４εr／２πεr可得，接地電阻將減?。常叮?。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(cháng)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。所以大型接地網(wǎng)不應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。唯一有效的途徑是采用深井接地。

3、人工改善地電阻率

在高電阻率地區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(gè)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，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。

設原地電阻率為ρ2，將ｒ至2ｒ范圍內的電阻率為ρ2的土壤用低電阻率的材料ρ1置換，則半圓球接地體的接地電阻為：ＲX=(ρ1+ρ2)/4лr

置換前的接地電阻RX為： RX=ρ2/2πr
R與RX之比為：         R/RX=(ρ1+ρ2)/2ρ2

當ρ1<<ρ2，上式改寫(xiě)為： R=RX/2=ρ2/4πr      

故接地電阻減小的百分數為５０%。另外由上式可以看出，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律，往往在達到一定深度后，地電阻率會(huì )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(guò)小的地電阻率來(lái)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(chǎng)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(gè)介電質(zhì)中，即整個(gè)電廠(chǎng)中：介電質(zhì)中的能量密度，既與介電系數有關(guān)，又與電場(chǎng)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。深埋接地體和敷設水下接地網(wǎng)可以大大降低直流電阻，但對降低交流電阻作用不大，故國軍標不推薦使用該法。但結合基地航天測試實(shí)際情況，主要是低頻信號，此法簡(jiǎn)單，效果明顯，可以使用。

5、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(jiǎn)便，接地電阻比較穩定，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。

6、利用自然接地體

充分利用混凝土結構物中的鋼筋骨架、金屬結購物，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(zhuān)門(mén)敷設的接地帶的連接作用得到加強。

三、變電站接地網(wǎng)設計應注意的問(wèn)題

 1、接地電阻

《電力設備接地設計技術(shù)規程》(SDJ8—79)中對接地電阻值有具體的規定，一般不大于0.5Ω。在高土壤電阻率地區，當接地裝置要求做到規定的接地電阻在技術(shù)經(jīng)濟上極不合理時(shí)，大接地短路電流系統接地電阻允許達到5Ω，但應采取措施，如防止高電位外引采取的電位隔離措施，驗算接觸電勢，跨步電壓等。根據規程規定，主要是以發(fā)生接地故障時(shí)，接地電位的升高不超過(guò)2000V進(jìn)行控制，其次以接地電阻不大于0.5Ω和5Ω進(jìn)行要求。因此，人們普遍認為，110kV及以上變電所中，接地電阻值小于0.5Ω即認為合格，大于0.5Ω就是不合格，不管短路電流有多大都不必采取措施。這是不合理的。

接地的實(shí)質(zhì)是控制變電所發(fā)生接地短路時(shí)，故障點(diǎn)地電位的升高，因為接地主要是為了設備及人身的安全，起作用的是電位而不是電阻，接地電阻是衡量地網(wǎng)合格的一個(gè)重要參數，但不是唯一的參數。

隨著(zhù)電力系統容量的不斷增大，一般情況下單相短路電流值較大。在有效接地系統中單相接地時(shí)的短路電流一般都超過(guò)4kA，而青海地區變電所大部分接地電阻又很難做到0.5Ω。因此，從安全運行的角度出發(fā)，不管在什么情況下，都應該驗算地網(wǎng)的接觸電勢和跨步電壓，必要時(shí)應采取防止高電位外引的隔離措施。

接地短路電流分析當系統發(fā)生接地故障時(shí)，產(chǎn)生的接地短路電流經(jīng)三種途徑流入系統接地中性點(diǎn)。(1)經(jīng)架空地線(xiàn)—桿塔系統(2)經(jīng)設備接地引下線(xiàn)，地網(wǎng)流入本站內變壓器中性點(diǎn)(3)經(jīng)地網(wǎng)入地后通過(guò)大地流回系統中性點(diǎn)。而對地網(wǎng)接地電阻起決定性作用的只是入地短路電流。所以，正確地考慮和計算各部分短路電流值，對合理地設計地網(wǎng)有著(zhù)很大的影響。

架空地線(xiàn)系統的影響對于有效接地系統110kV以上變電所，線(xiàn)路架空地線(xiàn)都直接與變電站內出線(xiàn)架構相連。當發(fā)生接地短路時(shí)，很大一部分短路電流經(jīng)架空地線(xiàn)系統分流，因此，在計算時(shí)，應考慮該部分分流作用，發(fā)生接地故障時(shí)，總的短路電流是一定的，只要增大架空地線(xiàn)的分流電流，就可減小入地短路電流，因此，降低架空地線(xiàn)的阻抗也是安全接地設計重要的一個(gè)分支。架空地線(xiàn)采用良導體，正確利用架空地線(xiàn)系統分流，將使地網(wǎng)的設計條件更為有利。

入地短路電流從上述分析可知，入地短路電流是總的接地短路電流減去架空地線(xiàn)的分流，再減去流經(jīng)變壓器中性點(diǎn)的電流(也就是流經(jīng)變電器的零序電流)。如此計算，入地短路電流值相對比較小。由于接地電阻允許值R≤2000I，所以接地電阻相應的允許值就比較大，設計也容易滿(mǎn)足。另外，對于一個(gè)給定的地網(wǎng)，其接地電阻也基本確定:從R≈0.5ρ/S可知，對實(shí)際的接地網(wǎng)面積減少有很大影響。

2、接地裝置的設計

土壤電阻率的測量工程土壤電阻率的測量是工程接地設計重要的第一手資料，由于受到測量設備、方法等條件的限制，土壤電阻率的測量往往不夠準確。我省地處青藏高原東部，地質(zhì)結構復雜，變電所占地雖然不大，但多為不均勻地質(zhì)結構?，F在的實(shí)測，往往只取3～4個(gè)測點(diǎn)，過(guò)于簡(jiǎn)單。建議提高測量精度，設計采用《設計手冊》中提供的計算平均電阻率的方法，使設計誤差值減小。

接地網(wǎng)布置根據地網(wǎng)接地電阻的估算公式:R≈0.5ρ/S式中：ρ——土壤電阻率(Ω·m)；S—接地網(wǎng)面積(m²)；R—地網(wǎng)接地電阻(Ω)；地網(wǎng)面積一旦確定，其接地電阻也就基本一定，因此，在地網(wǎng)布置設計時(shí)，應充分利用變電所的全部可利用面積，如果地網(wǎng)面積不增加，其接地電阻是很難減小的。

垂直接地極的作用在110kV變電所中，一般采用水平接地線(xiàn)為主，帶有垂直接地極的復合型地網(wǎng)。根據R=0.5ρ/S可知，接地網(wǎng)的接地電阻與垂直接地極的關(guān)系不大。理論分析和試驗證明，面積為30×30m2—100×100m2的水平地網(wǎng)中附加Φ40mm×2.5m的垂直接地極若干，其接地電阻僅下降2.8～8%。但是，垂直接地極對沖擊散流作用較好，因此，在獨立避雷針、避雷線(xiàn)、避雷器的引下線(xiàn)處應敷設垂直接地極，以加強集中接地和散泄雷電流。例如，在330kV阿蘭變電所的接地設計中，通過(guò)計算，接地網(wǎng)的設計全部由水平接地體構成，只在避雷針，避雷器附近敷設少量垂直地極，實(shí)際運行證明效果是較好的。

地網(wǎng)均壓網(wǎng)的設計根據設計規程規定，當包括地網(wǎng)外圍4根接地線(xiàn)在內的均壓帶總根數在18根以下時(shí)，宜采用長(cháng)孔接地網(wǎng)。由于110kV變電所占地面積一般不超過(guò)100×100m2，考慮均壓線(xiàn)間屏蔽作用，均壓線(xiàn)總根數一般為8～12根左右，故根據規程規定，一般采用長(cháng)孔方式布置，但存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

1、方孔地網(wǎng)縱、橫向均壓帶相互交錯，因此地網(wǎng)的分流效果優(yōu)于長(cháng)孔地網(wǎng)，均壓效果比長(cháng)孔地網(wǎng)好且可靠性。
2、長(cháng)孔地網(wǎng)均壓線(xiàn)與主網(wǎng)連接薄弱，均壓線(xiàn)距離較長(cháng)，發(fā)生接地故障時(shí)，沿均壓線(xiàn)電壓降較大，易造成二次控制電纜和設備損壞。當某一條均壓線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)，均壓帶的分流作用明顯降低，而方孔地網(wǎng)的均壓帶縱橫交錯，當某條均壓線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)，對地網(wǎng)的分流效果影響不大。因此，建議在變電所地網(wǎng)設計時(shí)，采用正方孔均壓網(wǎng)設計，以提高接地安全性。

3、接地網(wǎng)的腐蝕

接地網(wǎng)的腐蝕狀況在八十年代及以前變電所的設計中，很少或根本就沒(méi)有考慮地網(wǎng)的腐蝕問(wèn)題。由于地網(wǎng)腐蝕引起的安全事故屢有發(fā)生，如接地引下線(xiàn)斷開(kāi)使高壓運行設備處于無(wú)接地狀態(tài)，地下主網(wǎng)腐蝕斷裂使地網(wǎng)分割成幾塊，發(fā)生接地時(shí)使二次設備燒壞等。另外，由于地網(wǎng)屬隱蔽工程，埋于地下后不易檢查、修復等，因此，從設計的角度應加大對地網(wǎng)腐蝕的調查研究，以便有利于系統的安全運行。一般變電所的設計年限按25～30年考慮，但地網(wǎng)的實(shí)際安全壽命只有10～15年左右，與變電所的設計年限極不配套。加之，由于系統容量的增加，短路水平的提高，腐蝕后的地網(wǎng)更不能滿(mǎn)足安全運行的要求。

接地網(wǎng)的防腐設計接地網(wǎng)的材料一般為扁鋼和圓鋼，其腐蝕狀態(tài)應根據變電所當地的腐蝕參數進(jìn)行計算。但一般情況下其腐蝕參數很難測定。因此，在工程設計沒(méi)有實(shí)際數據時(shí)按扁鋼腐蝕速度：0.1 -0.2 mm/a；圓鋼腐蝕速度：0.065 -0.07 mm/a；熱鍍鋅扁鋼腐蝕速度：0.065 -0.07 mm/a計算。在計算時(shí)，還應考慮不同敷設部位腐蝕情況不同的影響，可參考以下數據。采用扁鋼接地網(wǎng)的年腐蝕率，當接地網(wǎng)部位為水平接地體時(shí)年腐蝕速度：0.1 -0.12 mm/a；為設備引下線(xiàn)時(shí)年腐蝕速度：0.2 -0.3 mm/a；為電纜溝中的接地帶時(shí)年腐蝕速度：0.47 mm/a。

對于一般變電所地網(wǎng)的設計年限不應小于30年，對于重要樞紐變電站的地網(wǎng)壽命應按50年考慮。這兩種情況都不大于規程規定的設計年限，但更接近于實(shí)際。關(guān)于地網(wǎng)材料的選用問(wèn)題，常規選用扁鋼和圓鋼兩種，相同截面的扁鋼與圓鋼與周?chē)寥澜橘|(zhì)的接觸面不一致，扁鋼約為50%左右，但由于其腐蝕機理不完全一致，腐蝕結果基本上一致，這已從陜西電網(wǎng)和青海電網(wǎng)地網(wǎng)腐蝕調查報告中已得到確認，而且規程中也提供了不同的腐蝕數據。因此，關(guān)于接地材料選用扁鋼還是圓鋼沒(méi)有很大差別。關(guān)于防腐的設計問(wèn)題，一般應考慮在設計年限內，采用熱鍍鋅材料。

4、接觸電勢與跨步電壓

接觸電勢與跨步電壓是地網(wǎng)安全性設計的兩個(gè)重要參數，新規范中指出這兩參數不應超過(guò)下列數值:ut=174+0.17ρ+tu0=174+0.7ρ+t式中:Ut——最大允許接觸電勢(V)Uo——最大允許跨步電壓(V)ρ+——人站立處地表面土壤電阻率(Ω·m)t——接地短路持續時(shí)間(s)從以上可知，新規范中ut、u0比設計規程要求的條件更苛刻，更趨于安全，但給地網(wǎng)的設計帶來(lái)的困難也更大。對于一個(gè)給定的變電所，短路產(chǎn)生的最大接觸電勢和最大跨步電壓也確定。從上式中可以看出，用提高ρ+值來(lái)提高ut、u0的允許值也是合理設計地網(wǎng)的一個(gè)方面。因此，ρ+是一個(gè)比較重要的數據。當變電所的接觸電勢、跨步電壓不滿(mǎn)足要求時(shí)，設備區可采用做絕緣操作平臺，做局部均壓網(wǎng)，道路采用礫石、碎石或瀝青混凝土等高土壤電阻率路面結構來(lái)處理，不宜采用磚、方磚等材料，故地面施工應嚴格按照設計要求進(jìn)行。

5、地網(wǎng)的敷設深度

規程和新規范中明確指出，接地網(wǎng)的埋設深度宜采用0.6m，《設計手冊》中又補充到，在凍土地區宜敷設于凍土層以下，現設計中一般將地網(wǎng)全部埋設于凍土層以下。

地網(wǎng)敷設深度對最大接觸系數的影響最大接觸電勢是地網(wǎng)設計中的一個(gè)重要參數，地網(wǎng)設計的問(wèn)題之一就是如何降低地網(wǎng)的最大接觸電勢。地網(wǎng)的接觸電勢的最大接觸系數Kjm與地網(wǎng)的埋深有如圖2所示的關(guān)系。從圖2可以看出，接地網(wǎng)的埋深由零開(kāi)始增加時(shí)，其接觸系數是減少的，但埋深超過(guò)一定范圍后，Kjm又開(kāi)始增大。這是因為地網(wǎng)圖2　最大接觸系數Kjm和埋深h的關(guān)系曲線(xiàn)(接地網(wǎng)面積A=40×40m2，接地體直徑d=0.01m，網(wǎng)孔個(gè)數n=400個(gè))敷設深度的不同，在網(wǎng)孔中心地面上產(chǎn)生的電場(chǎng)強度的變化決定的，引起網(wǎng)孔中心地面與地網(wǎng)之間產(chǎn)生的電位差不同。當埋深增加到一定深度后，電流趨向于地層深處流動(dòng)，地面上的電流密度越來(lái)越小，因而網(wǎng)孔中心地面與地網(wǎng)之間的電位差又開(kāi)始增大，因此，規程中規定的敷設深度是合理的。

敷設深度對接地電阻的影響目前所遇到的變電所一般都是處于季節性?xún)鐾恋貐^。如按規程規定，將地網(wǎng)敷設在0.6m深度時(shí)，冬季將使地網(wǎng)處于凍土層中。由于土壤凍結后其電阻率將增大為原來(lái)的3倍以上，對地網(wǎng)接地電阻有一定的影響。目前采用的地網(wǎng)是以水平接地線(xiàn)為主邊緣帶有垂直接地極的復合型地網(wǎng)，冬季垂直接地極大部分伸于下層非凍結土壤中。此時(shí)土壤結構可以等效為兩層電阻率不同的土壤結構。有研究表明，對于處于雙層土壤介質(zhì)中的垂直電極，其各部分的散流密度與周?chē)橘|(zhì)的電阻率成反比，除了在電極尖端處，具有ρiJi=常數(其中Ji為處于電阻率為ρi土壤中的電極部分的散流密度)。此時(shí)，當電極有一部分進(jìn)入下層土壤時(shí)，整個(gè)電極的散流電阻將主要取決于下層土壤。此時(shí)地網(wǎng)的接地電阻也將主要取決于地網(wǎng)的非凍結土壤。因此，在季節性?xún)鐾恋貐^，采用這種帶有垂直接地極的復合型地網(wǎng)是有很大的優(yōu)點(diǎn)的，如果在冬季由于土壤的凍結，而對接地電阻沒(méi)有很大的影響時(shí)，就沒(méi)有必要把地網(wǎng)都埋于凍土層以下。將地網(wǎng)埋于凍土層以下，對地網(wǎng)的接地電阻來(lái)講肯定是有利的。但是如果單純?yōu)榉笤O地網(wǎng)開(kāi)挖土層則將使工程開(kāi)挖土方量大大增加，施工困難。工程造價(jià)也隨之上升。規程中還規定，接地電阻應滿(mǎn)足一年四季變化的要求，這在實(shí)際工程中很難做到，冬季土壤的凍結對接地電阻肯定有影響，但可通過(guò)其安全要求的各種因素進(jìn)行綜合比較，合理控制。因此，在工程設計中應合理的確定地網(wǎng)的埋設深度。

變電所地網(wǎng)的設計應結合實(shí)際情況進(jìn)行，在具體工程設計中應重點(diǎn)考慮地網(wǎng)布置，敷設深度，腐蝕及熱穩定校驗等方面。對合格地網(wǎng)的概念應有全面的認識，接地電阻應按實(shí)際的流經(jīng)地網(wǎng)入地的短路電流計算，降低接地電阻、降低接觸電勢和跨步電壓等都是合格地網(wǎng)要求的主要因素。因此，在保證變電所接地的安全條件下，應綜合考慮各種因素，合理地設計接地裝置以便于變電所的安全運行和施工，降低工程造價(jià)。

 四、材料選擇與施工工藝的優(yōu)化

單使用接地環(huán)要達到某個(gè)接地電阻值，接地環(huán)包圍的面積Ｓ和土壤電阻率有關(guān)。我們以一個(gè)城市常見(jiàn)的土壤電阻率200Ω.m來(lái)分析，要做接地電阻1Ω的地網(wǎng)站地應為10000平方。即使，對于大型建筑物而言，本身站地很大，也最多可以建設一個(gè)這樣的地網(wǎng)，但是對于這樣大型的建筑即使是以聯(lián)合接地的辦法，考慮到要求獨立地的設備，一個(gè)地網(wǎng)是遠遠不夠的。在建筑林立的城市和地形復雜的山地要求大面積可供施工的的土質(zhì)空地是不太可能的，及時(shí)在地理條件許可的地方，由于開(kāi)挖量大、耗材多，費工費料工程費用高，是不可取的。所以，需要運用更好的接地材料和施工設計方法。

要達到設計接地電阻要求，克服環(huán)境條件的制約，有把握的達到良好穩定的接地效果，應從三方面入手進(jìn)行施工設計。

1、因地制宜的設計方案

通常的防雷接地的接地電阻是10Ω，實(shí)際上有弱電設備的感應防雷都要求4Ω或1Ω的接地電阻。這里常常有個(gè)誤區，認為作到10Ω、4Ω或1Ω的接地電阻就滿(mǎn)足了設計要求，而沒(méi)有考慮季節因數。因為，土壤電阻率是隨季節變化的，規范所要求的接地電阻實(shí)際上是接地電阻的最大許可值，為了滿(mǎn)足這個(gè)要求，地網(wǎng)的接地電阻要達到：

R=Rmax/ω

式中：Rmax----接地電阻最大值，就是我們說(shuō)的10Ω、4Ω或1Ω的接地電阻

ω-----是季節因數，根據地區和工程性質(zhì)取值，常用值為1.45

所以，我們所說(shuō)的接地電阻實(shí)際是：

R=6.9Ω-------- Rmax=10Ω

R=2．75Ω------ Rmax=4Ω

R=0.65Ω------- Rmax=1Ω

這樣，地網(wǎng)才是合乎規范要求的---在土壤電阻率最高的時(shí)候（常為冬季）也滿(mǎn)足設計要求。

接地工程本身的特點(diǎn)就決定了周?chē)h(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(lái)設計接地工程是不可行的。設計的優(yōu)劣取決于對當地土壤環(huán)境的諸多因數的綜合考慮。土壤電阻率、土層結構、含水情況、季節因數、氣候以及可施工面積等等因數決定了接地網(wǎng)形狀、大小、工藝材料的選擇。

廣泛使用的接地工程材料有各種金屬材料（最常用的如扁鋼）、接地體、降阻劑和離子接地系統等。金屬材料如扁鋼，也常用銅材替代，主要用于接地環(huán)的建設，這是大多接地工程都選用的；接地體有金屬接地體（角鋼、銅棒和銅板）這類(lèi)接地體壽命較短，接地電阻上升快，地網(wǎng)改造頻繁（有的地區每年都需要改造），維護費用比較高，但是從傳統金屬接地極（體）中派生出類(lèi)特殊結構的接地體（帶電解質(zhì)材料），使用效果比較好，一般稱(chēng)為離子9或中空）接地系統；另外就是非金屬接地體，使用比較方便，幾乎沒(méi)有壽命的約束，各方面比較認可。降阻劑分為化學(xué)將阻劑和物理降阻劑，化學(xué)降阻劑自從發(fā)現有污染水源事故和腐蝕地網(wǎng)的缺陷以后基本上沒(méi)有使用了，現在廣泛接受的是物理降阻劑（也稱(chēng)為長(cháng)效型降阻劑）。在以下的討論中以非金屬接地塊、物理降阻劑和離子接地系統為代表進(jìn)行探討。下面將設計中考慮的主要因素進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明。

1）、地網(wǎng)形式

地網(wǎng)的形狀直接影響接地達到的效果和達到設計要求所需要的地網(wǎng)站地積。首先應建立接地環(huán)（或接地面），提倡使用水平接地極（常用的是外部接地環(huán)）和水平垂直接地體配合使用。在很容易達到接地目的，要求低的接地中可以選用平面的接地方法（接地環(huán)接地）；一般應用接地體和接地環(huán)配合使用，形成三維的結構。

三維的接地有三種不同類(lèi)型：等長(cháng)接地、非等長(cháng)接地和法拉第籠式接地。A、等長(cháng)接地用相同的接地體，這種方式接地體的埋設深度基本一致，施工方便同時(shí)可以取得較好的效果。B、非等長(cháng)接地是更科學(xué)的接地方式，采用不同的接地體相互配合，由于接地體長(cháng)度和埋設深度不同，大大的加大了等勢面積，突破地網(wǎng)面積局限。要求設計人員對多種接地工藝有一定認識，本身施工并不困難，使用得當可以完成相當難度的接地工程。這種方法夜叫“半法拉第籠”接地工藝。C、法拉第籠式接地是多層水平接地網(wǎng)，用垂直接地體相互連接形成籠式結構。由于施工量大，并不常用。在設計中還應考慮地網(wǎng)集膚效應、跨步電壓等因數。

2、巖土條件

A、巖土類(lèi)型

巖土直接關(guān)系接地的難度，設計中最重要的參數之一就是的是巖土的土壤電阻率，但僅僅考慮土壤這個(gè)參數是不夠的，還要考慮開(kāi)挖（鉆進(jìn)）難度、破碎還是整體巖石、持水能力等因數。有的巖土電阻率高，但是在整體巖石之間常有較好的土壤間隙層，在這樣的環(huán)境中，避開(kāi)整體巖石，在間隙中開(kāi)挖灌降阻劑效果很好。阿壩卡吉嶺通訊機站，土壤電阻率4500Ω.m，原聯(lián)合地網(wǎng)接地電阻率68Ω，上述施工后接地電阻降為9.4Ω。

B、地形制約

施工環(huán)境常常是受到各種情況的制約，按照理想的模式考慮大面積的地網(wǎng)是不現實(shí)的。有專(zhuān)家認為，接地面積一定后，如果接地極長(cháng)度不超過(guò)地網(wǎng)1/20，要想突破局限是不可能的，即使做成整塊銅板也沒(méi)有用的。實(shí)踐中也應證了這一理論。所以，當地形局限時(shí)，我們可以考慮地網(wǎng)的縱深方向，使用離子接地系統或深井施工工藝。西昌某航天觀(guān)測站，土壤電阻率1100Ω.m，設備需要4Ω信號-屏蔽獨立地，考慮季節因數，應作到2.75Ω，而可供施工的面積只有8平方的狹長(cháng)位置，采用加長(cháng)（20m）離子接地系統3套安裝后，達到2.5Ω的接地電阻。

C、含水情況

一般來(lái)說(shuō)，濕潤的土壤導電性較好，但是，實(shí)際工程中我們發(fā)現，當含水量超過(guò)飽以后，接地效果反而不好。當地底下有潮濕，接地體深入到這一層時(shí)，降阻效果會(huì )好得多。例如，云尾移動(dòng)通訊站，土壤電阻率測量值1200歐，使用接地塊240塊，接地電阻達到1歐以下；同樣的，湖南柯壺口變電所也是1200歐的從土壤電阻率，地表破碎沙石層，但是開(kāi)挖150mm發(fā)現潮濕土層，埋設接地塊80只，原預計達到4歐的地網(wǎng)，結果達到了1.2歐。

D、施工工藝

真確的施工工藝才能達到良好的設計的實(shí)施效果，看起來(lái)不重要的實(shí)施細節常常導致嚴重的后果。因為接地工程是隱蔽工程，當施工完成后，錯誤不一定馬上可以檢測到，即使發(fā)現問(wèn)題補救也是很麻煩的，尤其是防腐細節。

使用接地快時(shí)，埋設應盡量選擇適合的土層進(jìn)行，預先開(kāi)挖80-100cm的土坑（平埋），底部盡量平整，使埋設的接地塊受力均勻。接地塊水平設置，用連接線(xiàn)使連接頭與接地網(wǎng)連接，用螺栓連接后熱焊接或熱融接，焊接完成以后應去處焊渣等，再用防腐瀝青或防銹漆進(jìn)行焊接表面的防銹處理，回填需要分層夯實(shí)，保證土壤的密實(shí)和接地塊與土壤的接觸緊密，底部回填40-50cm后，應適量加水，保證土壤的濕潤，令接地塊充分吸濕。使用降阻劑時(shí)，為了防腐，包裹厚度應在30mm以上。接地用的鋼材一般有50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm角鋼；40mm×4mm或40mm×5mm的扁鋼；ф 50mm、h>3mm的鋼管。角鋼對角線(xiàn)長(cháng)的約為70mm，短的約為56.6mm。若包裹厚度為30mm，地網(wǎng)開(kāi)挖直徑尺寸應在130mm。對水平扁鋼來(lái)說(shuō)，由于地面開(kāi)挖高低不平，扁鋼本身彎曲不直，在施工中許多部位剛剛被降阻劑蓋住。這樣，鋼材實(shí)際上處在兩個(gè)介質(zhì)的交界處，大大地加快了腐蝕程度，因此地網(wǎng)開(kāi)挖尺寸也應該加大。我們認為垂直極灌降阻劑直徑以130—200mm為好，水平溝以150mm×100mm為好（扁鋼豎放）。這樣做的開(kāi)挖工程量和降阻劑用量都會(huì )增加，但從整體降阻、防腐效果看是合理的。

離子接地系統埋深一般為3000-4000mm，當加長(cháng)時(shí)相應加深，有條件的用鉆機施工?？讖奖ＷC100-250mm（根據接地系統的形式選擇）。施工中應保證導電為輔料包裹密實(shí)，消除空管和氣泡。

2、接地材料的選型

接地材料是接地的工作主體，材料的選擇很重要。下面對常用的接地材料的屬性做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。廣泛使用的接地工程材料有各種金屬材料（最常用的如扁鋼）、接地體、降阻劑和離子接地系統等。金屬材料如扁鋼，也常用銅材替代，主要用于接地環(huán)的建設，這是大多接地工程都選用的；接地體有金屬接地體（角鋼、銅棒和銅板）這類(lèi)接地體壽命較短，接地電阻上升快，地網(wǎng)改造頻繁（有的地區每年都需要改造），維護費用比較高，但是從傳統金屬接地極（體）中派生出類(lèi)特殊結構的接地體（帶電解質(zhì)材料），使用效果比較好，一般稱(chēng)為離子或中空）接地系統；另外就是非金屬接地體，使用比較方便，幾乎沒(méi)有壽命的約束，各方面比較認可。在以下的討論中以降阻劑、非金屬接地塊和離子接地系統為代表進(jìn)行探討。

降阻劑分為化學(xué)將阻劑和物理降阻劑，化學(xué)降阻劑自從發(fā)現有污染水源事故和腐蝕地網(wǎng)的缺陷以后基本上沒(méi)有使用了，現在廣泛接受的是物理降阻劑（也稱(chēng)為長(cháng)效型降阻劑）。物理降阻劑是接地工程廣泛接受的材料，屬于材料學(xué)中的不定性復合材料，可以根據使用環(huán)境形成不同形狀的包裹體，所以使用范圍廣，可以和接地環(huán)或接地體同時(shí)運用，包裹在接地環(huán)和接地體周?chē)?，達到降低接觸電阻的作用。并且，降阻劑有可擴散成分，可以改善周邊土壤的導電屬性?，F在的較先進(jìn)降阻劑都有一定的防腐能力，可以加長(cháng)地網(wǎng)的使用壽命，其防腐原理一般來(lái)說(shuō)有幾種：犧牲陽(yáng)極保護（電化學(xué)防護），致密覆蓋金屬隔絕空氣，加入改善界面腐蝕電位的外加劑成分等方法。物理降阻劑有超過(guò)二十年的工程運用歷史，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐和改進(jìn)，現在無(wú)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。

非金屬接地體有是在通訊、廣電等部門(mén)廣泛使用的工程材料?；境煞质菍щ娔芰?yōu)越的非金屬材料材料復合加工成型的，加工方法有澆注成型和機械壓模成型的，一般來(lái)說(shuō)澆注成型的產(chǎn)品結構松散、強度低、導電性能差，而且質(zhì)量不穩定，一些小型廠(chǎng)家少量生產(chǎn)使用這樣的辦法；機械壓模法，是使用設備在幾到十幾噸的壓力下成型的，不僅尺寸精度較高、外觀(guān)較好，更重要的是材料結構致密、電學(xué)性能好、抗大電流沖擊能力強，質(zhì)量也相當穩定，但是生產(chǎn)成本較高，批量生產(chǎn)多采用。選型時(shí)，盡量采用后者，特別是接地體有抗大電流或大沖擊電流的要求（如電力工作地、防雷接地）時(shí)，不宜采用澆注成型的非金屬接地體。非金屬接地體的特點(diǎn)是穩定性?xún)?yōu)越，其氣候、季節、壽命都是現有接地材料中好的，是不受腐蝕的接地體，所以，不需要地網(wǎng)維護，也不需要定期改造，但是，非金屬接地體施工需要的地網(wǎng)面積比傳統接地面積小很多，但是在不同地質(zhì)條件下也需要的保證足夠接地面積才可以達到良好的效果。

離子（中空）接地系統是傳統的金屬接地改進(jìn)而來(lái)，從工作原理到材料選用都脫胎換骨的變化，形成各種形狀的結構。這些接地系統的共同點(diǎn)是結構部分采用防腐性更好的金屬，內填充電解物質(zhì)及其載體組分的內填料，外包裹導點(diǎn)性能良好的不定性導電復合材料，一般稱(chēng)為外填料。接地系統的金屬材料已經(jīng)出現的有不銹鋼、銅包鋼和純銅材的。不銹鋼的防腐較鋼材好，但是在埋地環(huán)境中依然會(huì )多多少少的銹蝕，以不銹鋼為主體的接地系統不宜在腐蝕性嚴重的環(huán)境中使用。表面處理過(guò)的銅是很好的抗銹蝕材料，銅包鋼是銅-鋼復合材料，鋼材表面覆蓋銅，可以節約大量的貴金屬—銅材。套管法或電鍍法生產(chǎn)，表面銅層的厚度從0.01mm到0.50mm，厚度越厚防腐效果越好。純銅材料防腐性能好，但是要耗用大量的貴金屬，在性能要求較高的工程中使用。由于接地系統大多向垂直方向伸展，所以接地面積大多要求很小，可以滿(mǎn)足地形嚴重局限的工程需要。特別是，補償類(lèi)型的接地系統有加長(cháng)的設計，筆者曾使用過(guò)加長(cháng)至24米的接地系統，輔以深井法施工，可以達到非常好的效果。介紹的接地材料各有優(yōu)勢，但是都有自身的局限。我們提倡各取所長(cháng)，選擇適當的材料滿(mǎn)足不同的工況。

 五、本項目設計方案

 1、引用標準

 GBJ65-83     《工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規范》

GB50059-92   《35-110KV變電所設計規范》         

GB50057-94   《建筑物防雷設計規范》             

DL/T621-97 《交流電氣裝置的接地》

2、環(huán)境概況

A、變電站總占地面積為120×60共7200平方米。

B、工程所在地土層平均厚度約為5米估算；

C、工程為110kv變電站；

D、土壤電阻率估測為1000Ω·m；

3、設計分析：

根據規范，110kv變電站接地要求應為0.5Ω。

根據傳統地網(wǎng)面積——接地電阻的計算公式計算：《工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規范》GBJ65-83  附表1.1>

R =0.5ρ/√s

=0.5*×1000/173

=2.89Ω

其中：

р（Ω.m）-----土壤電阻率

S（m2）---------地網(wǎng)面積

R(Ω)---------- 接地電阻

根據計算結果發(fā)現，僅靠普通環(huán)型地網(wǎng)即使設置普