淺談安哥拉高電阻率地區(qū)接地網(wǎng)電阻降阻措施

1、    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(jí)越來越高，入地短路電流越來越大，采用自然水平復(fù)合接地網(wǎng)設(shè)計(jì)，接地電阻、跨步電勢(shì)、接觸電勢(shì)往往達(dá)不到要求，危及操作人員和電氣設(shè)備的安全。本文結(jié)合安哥拉國家實(shí)際情況，對(duì)于如何降低接地電阻給出一些建議。關(guān)鍵詞：安哥拉；高電阻率；變電站；輸電線路：tm862 ：a ：1671-2064（2018）16-0142-02目前安哥拉地區(qū)相對(duì)落后，每個(gè)城市僅有自己的局域電網(wǎng)，并且容量嚴(yán)重不滿足當(dāng)?shù)匦枨?。未來一段時(shí)間內(nèi)，電力系統(tǒng)必然要擴(kuò)充容量和形成國家電網(wǎng)。對(duì)后續(xù)電力

2、系統(tǒng)工程而言，具有重大示范效應(yīng)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(jìn)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(jī)組供電，大部分用戶用電主要依賴自備的柴油發(fā)電機(jī)機(jī)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(dāng)?shù)匦枨?。根?jù)安哥拉國家政府水力能源部的規(guī)劃，未來幾年內(nèi)電力系統(tǒng)必將要擴(kuò)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(shè)的接地體，但是接地引線與地網(wǎng)接

3、地體的連接處腐蝕較快，需要采用進(jìn)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8000·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(shè)計(jì)接地裝置，必須對(duì)土壤電阻率進(jìn)行實(shí)測(cè)，以便用實(shí)測(cè)電阻率做接地電阻的計(jì)算參數(shù)，根據(jù)土壤類型及土壤中所含水分的性質(zhì)和含水量的多少，為地網(wǎng)設(shè)計(jì)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(dǎo)體：裸銅是常用的接地導(dǎo)體，除了具有很好的導(dǎo)電性外，銅導(dǎo)體還具有耐地下腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橄鄬?duì)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

4、較差，還會(huì)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(dǎo)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(nèi)很常見，主要是其造價(jià)相對(duì)較低，熱穩(wěn)定性較好，且受傳統(tǒng)思維束縛。當(dāng)然我們應(yīng)該充分注意接地網(wǎng)本身的腐蝕，地網(wǎng)的導(dǎo)電性及后期帶來的維護(hù)費(fèi)用。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)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(jià)格約為鋼材的10倍，銅和鋼接地網(wǎng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，鋼的熱穩(wěn)定性比銅好，且更經(jīng)濟(jì)，一般使用壽命為1015年，但要考慮后期維護(hù)和地網(wǎng)的運(yùn)行安全。銅的導(dǎo)電和抗腐蝕性比鋼強(qiáng)，采用銅接地時(shí)接地導(dǎo)體不用考慮腐蝕，因此，接地

5、導(dǎo)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(hù)費(fèi)用，但是造價(jià)較高。從性能上分析，銅材的導(dǎo)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(yuǎn)利益看采用銅導(dǎo)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(fèi)用最加，年平均費(fèi)用低，但是價(jià)格高和熱穩(wěn)定性差。目前國內(nèi)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(dǎo)體，根據(jù)當(dāng)?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(diǎn)決定了周圍環(huán)境對(duì)工程效果有決定性的影響，脫

6、離了工程所在地的具體情況設(shè)計(jì)接地工程是不可行的，設(shè)計(jì)的優(yōu)劣取決于對(duì)當(dāng)?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(nèi)部敷設(shè)若干均壓導(dǎo)體的接地網(wǎng)，均壓導(dǎo)體一般按3m、5m、7m、10m等間距布置或按不等間距進(jìn)行布置。本工程采用以水平接地體為主，四周埋設(shè)若干垂直接地體，并與水平接地體網(wǎng)相連，均壓導(dǎo)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(dá)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=/c其中：r接地電阻（）；大地電阻率（·m）；介電系數(shù)，是一個(gè)在電的位移和電場(chǎng)強(qiáng)度之間存在的比例常量；c接地體的電容。

7、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(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。2.1 增大接地網(wǎng)面積由上面接地電阻的公式，大地電阻率和介電系數(shù)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(fù)合式接地網(wǎng)電阻計(jì)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（）；大地電阻率（·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

8、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(dāng)增加的垂直接地體長度和接地網(wǎng)長、寬尺寸可比擬時(shí)，接地網(wǎng)由原來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的圓盤和半徑為r的半球電容之比4r/2r可得，接地電阻減小36%。但是對(duì)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寸，因而電容增加不大，亦接地電阻減小不多。2.3 人工改

9、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(duì)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(dǎo)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(dǎo)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(shí)效性較差，只能在較短的時(shí)間內(nèi)提高土壤導(dǎo)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(shí)效性所致。（2）用接地電阻降阻劑。采用降阻劑是對(duì)降低接地裝置電阻的有效方法，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、降低與周圍大地介質(zhì)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(shí)，其降

10、阻效果較為顯著。降阻劑是由幾種物質(zhì)配制而成的化學(xué)降阻劑，具有導(dǎo)電性能良好的強(qiáng)電解質(zhì)和水分。這些強(qiáng)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。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(dá)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，通過小的地電阻率來達(dá)到減小接地電阻的目的。該方法對(duì)含砂土壤最有效果。據(jù)有關(guān)資料記載，在

11、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(jié)和干枯所增加的電阻系數(shù)，但是施工困難，土方量大，造價(jià)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(dāng)采用放射形接地裝置時(shí)，如在桿塔基礎(chǔ)附近（在放射形接地體 每根最大長度的1.5倍范圍內(nèi)）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(shè)深度接地電阻的大小與接地體的埋設(shè)深度密切相關(guān)。故在接地體施工

12、中接地體的埋設(shè)深度一般按如下原則進(jìn)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(shí)際施工中，如大面積的加大接地體的埋設(shè)深度，必將加大施工難度和施工成本。而加大接地體埋設(shè)深度這一措施可以選用垂直接地體與水平接地體相結(jié)合的方式實(shí)施，效果也是非常明顯的。4 敷設(shè)水下接地網(wǎng)在有適宜水源的地方敷設(shè)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(shè)水下接地網(wǎng)施工比較簡便，接地電阻比較穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，但應(yīng)注意水下接地網(wǎng)距接地對(duì)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(jié)構(gòu)物中的鋼筋骨架、金屬結(jié)構(gòu)物，以及上下水金屬管道等自

13、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(shè)的接地帶的連接作用得到加強(qiáng)。6 雷電保護(hù)接地接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應(yīng)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(chǔ)存雷能量為人類造福，目前科技還達(dá)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(shè)計(jì)、施工好高標(biāo)準(zhǔn)的接地系統(tǒng)是防雷工作的重中之重。過去討論接地的時(shí)候，總是把討論的焦點(diǎn)放在要求接地電阻小于多少上。長期以來，人們有一個(gè)錯(cuò)覺，認(rèn)為接地電阻越小避雷效果就越好，被保護(hù)的對(duì)象就安全。當(dāng)然電阻越小散流越快，雷擊的高電位保留時(shí)間越短，危險(xiǎn)性越小，其跨步電壓、接觸電壓產(chǎn)生的機(jī)遇也就越小。但是，近十幾年來的實(shí)踐證明，與其說接地電阻值重要，不如說接地裝置的結(jié)構(gòu)的合理性更重要，所以我們?cè)跍p小接地電阻的同時(shí)，要重視接地體系的合理性。7 結(jié)語綜上所述，在確定降低接地電阻的具體措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)安哥拉當(dāng)?shù)剡\(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、氣候狀況、地質(zhì)條件進(jìn)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(shí)，要求保證接地體系的合理性