高土壤电阻率地区接地网降阻方案研究

1、邵阳学院毕业设计（论文）1 绪论1.1 本课题的提出和意义变电站接地网对于电力系统的可靠运行和变电站工作人员的人身安全起着重要作用，其接地电阻、跨步电压与接触电压是变电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合要求的重要参数。然而，有些变电站由于受地理条件的限制，不得不建在高土壤电阻率地区，导致这些变电站的接地电阻、跨步电压与接触电压的设计计算值偏高，无法满足现行标准的要求。近年来，随着电力系统短路容量的增加，由于接地不良引起的事故扩大问题屡有发生，因此接地问题越来越受到重视。在设计施工过程中如何合理确定接地装置的设计方案，降低接地电阻，这是变电站电气设计

2、施工的重点之一。变电站的接地电阻值是变电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合参数的重要参数。然而，有些变电站由于受地理条件的限制，不得不建在高电阻率地区，而且接地网敷设范围受到很大限制，导致这些变电站的接地电阻值偏高，无法满足现行标准的要求。如何合理、有效、经济、长久地解决这一问题，保障变电站的安全可靠运行，将具有十分重要的理论意义和工程价值。在国民经济的各领域中，如电力、铁路、厂矿、通讯等，各种电气设备在运行、使用中都必须通过各类接地装置以获取良好的接地，特别是电力系统要求就更高。接地网作为变电所交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全起着重要的

3、作用。发、变电站的接地系统是维护电力系统安全可靠运行，保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。随着电力系统电压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有发生。因此，地网因其在安全中的重要地位、一次性建设、维护困难等特点在工程建设中越来越受到重视。本课题是根据220kV那桥变电站工程而开展的地网设计和研究工作。近年来电力系统得到迅速发展，对接地技术提出了新的要求，表现在以下的几个方面：（1）系统的容量急剧增大，入地短路电流大幅度升高。（2）由于科学技术的发展，集成式电气装置的出现和广泛应用，如GIS、箱式变压器等，使变电站的占地面积越来越小，地网的面积也越来越小。（3）随着电

4、网的大力发展，新建的电力设施一般被迫建在山区、偏僻郊区等地质状况复杂、高土壤电阻率的地区，而且地网面积也受到很大的限制。（4）随着电力系统的自动化水平和管理水平的不断提高，越来越多的计算机等电子设备进入了电力系统，但是，这些弱电设备的引入，也给系统带来了许多前所未有的问题。例如，强电设备对弱电设备的干扰，侵入波对电子设备的损坏和射频干扰等。要解决这些问题，对接地系统提出了更高的要求。为确保电力系统的安全稳定运行，提高供电可靠性，可靠安全的接地系统设计显得日益突出。1.2 变电站接地技术的发展现状和趋势电力系统接地技术对电力系统的安全运行有着重要影响，因此一直得到人们的重视。在变电站建设中接地网

5、的设计与施工是非常重要的一个环节，而接地电阻的计算又是接地网设计中的关键，误差小、简单实用的接地电阻计算方法是建设安全并造价合理的接地网的前提条件。变电站的接地技术是随电力输配系统的发展而出现的。由于变电站内电气设备聚集，电磁环境复杂，接地系统需要单独设计。最初的发、变电站接地系统采用的是埋设接地网的技术，地网接地体一般采用废铜，但发现废铜腐蚀过快，接地网一般几年后就失去作用。后来欧美国家采用金属铜作为埋设的接地体，但是接地引线与地网接地体的连接处腐蚀较快，与采用钢铁作为接地体的使用寿命等同，现在世界上统一采用镀锌钢材作为接地体，在钢材的选用上都留有腐蚀余量。接地体的设计也经历了从等间距布置到

6、不等间距，从水平地网到加入垂直极的复合三维地网的过程。随着电力系统的发展，输电线路的电压等级越来越高，入地短路电流越来越大，采用自然水平复合接地网设计，接地电阻、跨步电势、接触电势往往达不到要求，危及操作人员和电气设备的安全。为了降低接地电阻，现在在工程设计中采取了增大地网面积、增设接地体、采用降阻剂或局部换土、深孔爆破制裂压灌、电解离子接地系统、并联集中式接地体等许多方法。1.3 本设计所做的主要工作及各章节内容概要1.3.1 根据变电站接地技术的发展现状，主要展开如下工作：（1）根据系统容量和参数、主变参数计算流经接地装置的最大入地短路电流；（2）计算该变电站接地装置的接地电阻；（3）计算

7、故障时可能产生的最大接触电压、最大跨步电压；（4）天然土壤条件下安全最大接触电压、最大跨步电压；（5）确定变电站的接地装置的布置方式。1.3.2 本设计各章节的主要内容本文围绕降低接地电阻、接触电势和跨步电势以及入地故障短路电流展开工作。各章节的主要内容：（1）第一章 绪论：概述了接地网的重要性，指出应准确计算接地网的接地电阻，同时地电位也是衡量接地网的一个重要指标。要进行地网参数的准确计算，对地网的接地电阻应有个正确的概念，接地网不仅要满足接地电阻的要求，还应尽可能降低接触电压和跨步电压。 （2）第二章 那桥变电站的基本情况介绍。（3）第三章 变电站接地网的设计方法：对变电站接地网设计的总原

8、则以及接地网设计的步骤和方法进行了阐述，介绍了接地电阻、接触电势和跨步电势、土壤电阻率、入地故障短路电流等参数的一些基本情况。（4）第四章 降阻措施研究：阐述了外延接地及其应用、深井式接地极及其应用、降阻剂降阻、铺设水下地网和利用自然接地体等降阻措施以及降阻剂的一些相关信息。（5）第五章 那桥变电站接地网设计。（6）第六章 降阻方案。（7）第七章 结论和展望：对论文简要总结，并对地网设计中所遇到的技术问题进行了简明扼要的归纳和展望。2那桥变电站概况2.1 那桥变电站的基本情况2.1.1接地网的作用变电站接地网对于电力系统的可靠运行和变电站工作人员的人身安全起着重要作用，其接地电阻、跨步电压与接

9、触电压是变电站接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合要求的重要参数。然而，有些变电站由于受地理条件的限制，不得不建在高土壤电阻率地区，导致这些变电站的接地电阻、跨步电压与接触电压的设计计算值偏高，无法满足现行标准的要求。近年来，随着电力系统短路容量的增加，由于接地不良引起的事故扩大问题屡有发生，因此接地问题越来越受到重视。在设计施工过程中如何合理确定接地装置的设计方案，降低接地电阻，这是变电站电气设计施工的重点之一。2.1.2 站地址概况全站占地149*150m，拟建站址场区属丘陵地貌，位于较平缓的丘岗上，场区内地面高程38m57m，相对高差约19m。东

10、、西两侧为丘谷，南面坡脚下有一条小溪从东向西流；周围山丘顶高程52m87m，山丘坡度15º25º。场其附近为果园，种植有龙眼、荔枝、柑子等。站址场地上覆第四系土层主要为坡残积层(Qsl+el)粘土，黄褐色，混少量泥质粉砂岩块石，稍湿，硬塑为主，厚度1.0m2.0m。基岩为侏罗系（J）泥质粉砂岩夹泥岩，进站公路开挖边坡地段有出露，中厚层夹薄层状，强风化层厚大于8.0m。2.1.3 站区土壤电阻率分布特征测区内土壤电阻率分布特点如下：(a) AB/2=5m深度时，土壤电阻率为1149·m。(b) AB/2=10m深度时，土壤电阻率为813.05·m。(c)

11、AB/2=20m深度时，土壤电阻率为667.81·m。(d) AB/2=30m深度时，土壤电阻率为582.796·m。2.1.4 设计研究基本内容(1)最大入地短路电流的计算。(2)完成水平复合地网设计，接地电阻、最大接触电压、最大跨步电压的计算。(3)如果水平复合地网接地电阻、最大接触电压、最大跨步电压不满足规程要求，必须采取合理措施降阻，直到满足要求。3 变电站接地网的设计方法3.1 变电站接地网设计总原则近些年来，国内多处变电站因雷击形成扩大事故，多数与地网接地电阻不合格有关，接地网起着工作接地和保护接地的作用,当接地电阻过大则: 发生接地故障时,使中性点电压偏移增大

12、,可能使健全相和中性点电压过高,超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。 在雷击或雷电波袭击时,由于电流很大,会产生很高的残压,使附近的设备遭受到反击的威胁,并降低接地网本身保护设备(架空输电线路及变电站电气设备）带电导体的耐雷水平,达不到设计的要求而损坏设备。同时接地系统的接地电阻是否合格直接关系到变电站运行人员、变电检修人员人身安全；但由于土壤对接地装置具有腐蚀作用，随着运行时间的加长，接地装置已有腐蚀，影响变电站的安全运行；因此，必须严格要求对地网接地电阻的设计。表征变电站地网的主要电气参数有：接地电阻、接触电势、跨步电势、接地电位升和转移电势。在进行变电站接地设计时，必须认真贯彻执行国家的有

13、关方针和法规，认真总结经验，根据电气设备的类型和系统的运行方式、接地的性质以及地质构造等特点，因地制宜，力求做到技术先进合理，经济节约，进行接地设计时主要考虑以下问题。3.1.1 对接地电阻的要求变电站地网的接地电阻主要是根据工作接地的要求决定，即要保证在接地故障时，流经地网的入地故障电流I在地网上产生的接地电位升不会对人身和设备安全造成威胁。运行经验证明，大接地短路电流系统（包括110kV及以上有效接地系统和635kV低电阻接地系统），当接地电位升IRV时，人身和设备是安全的，所以我国现行接地规程规定，对于有效接地和低电阻接地系统中地网的接地电阻R由下式确定，即1 （3.1）式中I为经地网向

14、地中流散的入地故障电流，该值应采用考虑系统510年发展规划的最大运行方式下，短路发生在站内或站外时的最大单项短路周期分量，并根据实际接线中的分流系数来确定，取最大值。当地网的接地电阻不满足（3.1）式的要求时，对于110kV以上的变电站，可通过技术经济比较增大接地电阻，但接地电阻及接触电势和跨步电势等数值一定要符合规程要求，且应当采取措施防止转移电位；考虑短路电流非周期分量的影响，接地电位升不应引起所内310kV阀式避雷器动作；验算接触和跨步电位差。3.1.2 接触电势和跨步电势的允许值人体能承受的接触电压和跨步电压与人体电阻、通过人体的电流值及持续时间、电流流经人体的途径、地表电阻率等因素有

15、关。在大接地短路电流系统中，发生单相接地时，变电站及电力设备接地装置的接触电位差和跨步电位差允许值为1 （V） （3.2）式中，人脚站立处地表的土壤电阻率（·m）； t接地短路电流持续时间（s）。3.1.3接地电阻在电力系统中为了工作和安全的需要，必须将电力系统中一些电气设备的某些部分与大地相连接，这就是接地。比如为了降低电力设备的绝缘水平，在110kV及以上的电力系统中多采用中性点接地(工作接地);直流系统在单极运行时，会有数以千安计的工作电流长期流过接地极;为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备都必须配以相应的接地装置以便把雷电流导入大地(防雷接地);为了保证人身的

16、安全电气设备的外壳必须接地(保护接地)，以保证当电气设备绝缘损坏而使外壳带电时，流过保护接地体的故障电流应使相应的保护装置动作，切除己损坏的设备，或使外壳的电位在安全值以下，从而避免因设备外壳带电而造成的触电事故。任何接地电极都存在有接地电阻。接地电阻是电流经接地电极流入大地时的电位对该电流的比值。接地电阻的大小除和大地的结构、土壤的电阻率有关外，还与接地体的材料、几何尺寸和形状有关。对于土壤均匀、接地极形状简单的情况，可以根据解析公式计算接地电阻。对于电力系统110kV及以下电压等级的变电站或面积不大的小型发电厂的接地网，可以依据经验公式计算其接地电阻。而对于220kV及以上电压等级变电站或

17、大中型发电厂的大面积接地网一般应利用电磁场数值计算方法计算接地电阻。然而，接地体或接地网的接地电阻的实际值需要在地网敷设完毕后通过实测得出。在进行接地电阻测量时，测量用电流极和电压极的位置及其引线的布置方式将直接影响到测量的准确性;在测量时如何消除或补偿各种干扰带来的误差是一个需要研究的问题。 电气装置保护接地的范围电气装置和设施的下列金属部分，均应接地：a)电机、变压器和高压电器等的底座和外壳；b)电气设备传动装置；c)互感器的二次绕组；d)发电机中性点柜外壳、发电机出线柜和封闭母线的外壳等；e)气体绝缘全封闭组合电器(GIS)的接地端子；f)配电、控制、保护用的屏(柜、箱)及操作台等的金属

18、框架；g)恺装控制电缆的外皮；h)屋内外配电装置的金属架构和钢筋混凝土架构、以及靠近带电部分的金属围栏和金属门；i)电力电缆接线盒、终端盒的外壳，电缆外皮，穿线钢管和电缆桥架等；j)装有避雷线的架空线路杆塔；k)除沥青地面的居民区外，其他居民区内，不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中无避雷线架空线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔；l)装在配电线路杆塔上的开关设备、电容器等电气设备；m)箱式变电站的金属箱体。3.2 接地网设计的步骤和方法变电站地网的接地参数（地网竣工后的实测值）是否符合接地规程的要求，技术经济指标是否合理，取决于地网设计方法的正确性。只要按正确的步骤和方法来设计地网，是能够获得接

19、地参数满足规程要求、技术经济指标合理的地网的，地网设计的步骤和方法一般如下。3.2.1接地材料的选择 现在广泛使用的接地工程材料有各种金属材料（最常用的如扁钢）、接地体、降阻剂和离子接地系统等。金属材料如扁钢，也常用铜材替代，主要用于接地环的建设，这是大多接地工程都选用的；接地体有金属接地体（角钢、铜棒和铜板）这类接地体寿命较短，接地电阻上升快，地网改造频繁（有的地区每年都需要改造），维护费用比较高，但是从传统金属接地极（体）中派生出类特殊结构的接地体（带电解质材料），使用效果比较好，一般称为离子或中空）接地系统；另外就是非金属接地体，使用比较方便，几乎没有寿命的约束，各方面比较认可。降阻剂分

20、为化学将阻剂和物理降阻剂，化学降阻剂自从发现有污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有使用了，现在广泛接受的是物理降阻剂（也称为长效型降阻剂）。在以下的讨论中以非金属接地块、物理降阻剂和离子接地系统为代表进行探讨。下面将设计中考虑的主要因素进行简要的说明。 物理降阻剂（也称为长效型降阻剂）。物理降阻剂是接地工程广泛接受的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范围广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹在接地环和接地体周围，达到降低接触电阻的作用。并且，降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。现在的较先进降阻剂都有一定的防腐能力，可以加长地网的

21、使用寿命，其防腐原理一般来说有几种：牺牲阳极保护（电化学防护），致密覆盖金属隔绝空气，加入改善界面腐蚀电位的外加剂成分等方法。物理降阻剂有超过二十年的工程运用历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。 非金属接地体有是在通讯、广电等部门广泛使用的工程材料。基本成分是导电能力优越的非金属材料复合加工成型的，加工方法有浇注成型和机械压模成型的，一般来说浇注成型的产品结构松散、强度低、导电性能差，而且质量不稳定，一些小型厂家少量生产使用这样的办法；机械压模法，是使用设备在几到十几吨的压力下成型的，不仅尺寸精度较高、外观较好，更重要的是材料结构致密、电学性能好

22、、抗大电流冲击能力强，质量也相当稳定，但是生产成本较高，批量生产多采用。选型时，尽量采用后者，特别是接地体有抗大电流或大冲击电流的要求（如电力工作地、防雷接地）时，不宜采用浇注成型的非金属接地体。非金属接地体的特点是稳定性优越，其气候、季节、寿命都是现有接地材料中最好的，是不受腐蚀的接地体，所以，不需要地网维护，也不需要定期改造，但是，非金属接地体施工需要的地网面积比传统接地面积小很多，但是在不同地质条件下也需要的保证足够接地面积才可以达到良好的效果。 离子（中空）接地系统是传统的金属接地改进而来，从工作原理到材料选用都脱胎换骨的变化，形成各种形状的结构。这些接地系统的共同点是结构部分采用防腐

23、性更好的金属，内填充电解物质及其载体组分的内填料，外包裹导点性能良好的不定性导电复合材料，一般称为外填料。接地系统的金属材料已经出现的有不锈钢、铜包钢和纯铜材的。不锈钢的防腐较钢材好，但是在埋地环境中依然会多多少少的锈蚀，以不锈钢为主体的接地系统不宜在腐蚀性严重的环境中使用。表面处理过的铜是很好的抗锈蚀材料，铜包钢是铜 -钢复合材料，钢材表面覆盖铜，可以节约大量的贵金属-铜材。套管法或电镀法生产，表面铜层的厚度从0.01mm到0.50mm，厚度越厚防腐效果越好。纯铜材料防腐性能最好，但是要耗用大量的贵金属，在性能要求较高的工程中使用。由于接地系统大多向垂直方向伸展，所以接地面积大多要求很小，可

24、以满足地形严重局限的工程需要。特别是，补偿类型的接地系统有加长的设计，笔者曾使用过加长至24米的接地系统，辅以深井法施工，可以达到非常好的效果。介绍的接地材料各有优势，但是都有自身的局限。我们提倡各取所长，选择适当的材料满足不同的工程情况。3.2.2 调查测定土壤电阻率 土壤电阻率是决定地网参数的重要参数，根据土壤类型及土壤中所含水分的性质和含水量的多少，土壤电阻率的变化范围很大，由于实际的大地结构比较复杂，同一土壤在不同地点电阻率会有所不同，所以土壤电阻率的确定必须进行实测。在变电站站址选定后，在用物探法进行地质结构调查时，收集站区内土壤在水平方向和垂直方向的变化情况，同时，利用电探法测出站

25、区（包括站区周围）的土壤电阻率的分布情况，并重视站区土壤电阻率随季节的变化情况，然后，经过对实测数据的分析处理，以便获得设计时所需要的土壤电阻率。除此以外，还应该调查站区土壤对普通钢、镀锌钢等金属材料的腐蚀情况，测出对金属材料的腐蚀速度，为地网设计选择正确的金属材料和截面提供依据。3.2.3 计算入地故障短路电流入地故障电流是指系统发生接地短路时经地网向地中流散并引起地网电位升高的那部分电流。在输电线路有避雷线和系统中性点直接接地的情况下，当系统发生接地短路时，短路点的全部短路电流中，一部分电流由与地网连接的避雷线为回路流通，另一部分电流经地网流回系统的中性点，而剩下的那部分电流才经地网向地中

26、流散，因此，入地故障电流并不等于故障点的全部短路电流。入地故障电流经地网流散时，它不仅影响着接地电位升、接触电势、跨步电势以及转移电势、局部电位差的大小，而且还影响着接地引线、均压导体截面的选择，因此，在接地设计中，需准确计算入地短路故障电流。根据220kV变电站的规模2，有： I=（ImaxIn）（1ke1） ke1=0.5 I=In（1ke2） ke2=0.1 （3.3）取两式中最大值为入地短路电流I入地式中，Imax最大接地短路电流； In流经变电所接地中性点的最大接地电流。3.2.4 选择地网的布置方式变电站接地装置大多数都是以水平接地极为主，外缘闭合，内部敷设若干均压导体的接地网。均

27、压导体一般按3m、5m、7m、10m等间距布置或按不等间距进行布置。由于端部效应和邻近效应，各均压导体流散电流很不均匀，造成地网边角处的接触电势和中心处的接触电势相差很大，而且这种不均匀随地网面积的增大和网孔数的增多而越来越严重。为了保证发电厂、变电站人身和设备安全，又不过多地耗费钢材，设计是以比边角网孔低20%30%的次边角网孔电势不超过允许接触电势为原则。但这样做还是没有根除因为地面电位分布不均匀而引起的事故的危险，还需要在地网边角处采取辅助安全措施，而中部导体得不到合理利用。所以，大型地网均压导体按等间距布置，在经济技术上都是不合理的。为了解决这个问题，最好的方法就是采用不等间距布置均压

28、导体。不等间距布置接地体就是从地网边缘到中心，导体间距按一定的规律逐渐增加，使网孔电势大致相等。不等间距布置接地体由于良好的均压特点和经济上的节省，在发、变电站地网设计中得到了广泛的应用。如果在埋设地网的地方土壤上层的电阻率远比下层的电阻率高，或者地网处于容易干燥或冰冻的土壤地区的情况下，可以在地网周边埋设若干垂直接地体，并与水平接地网相连。这样既可以进一步减小接地电阻，也可以维持地网的性能，使之不随气候的变化而发生显著变化。此外还应重视各种自然接地体(如水电厂的钢筋混凝土基等)的利用。3.2.5接触电位差接地短路(故障)电流流过接地装置时，大地表面形成分布电位，在地面上离设备水平距离为0.8

29、m处与设备外壳、架构或墙壁离地面的垂直距离1.8m处两点间的电位差，称为接触电位差;接地网孔中心对接地网接地极的最大位差，称为最大接触电位差。当电气设备发生碰壳等接地故障时，接地电流便经接地体流入地中，并向四面八方扩散，形成半球形电场。此半球形球面，在距接地体愈近的地方其表面积愈小，相应的散流电阻就愈大。在距接地体愈远的地方其表面积极愈大，相应的散电流电阻就愈小。实验证明:距单根接地体约20m的地方，距多根接地体比20m稍远的地方，半球形球面已经相当大，相应的散流电阻己接近于零，与之对应的电位也接近于零。电位为零的地方称电气上的“地”。3.2.6跨步电位差接地短路(故障)电流流过接地装置时，地

30、面上水平距离为0.8m的两点之间的电位差，称为跨步电位差。接地网外的地面上水平距离0.8m处对接地网边缘接地极的电位差，称为最大跨步电位差。当人步入半球形电场内时，两脚之间就存在电位差，称之为跨步电压，记为Vst，Ust=U一U2式中，U1、U2分别为两脚所在点的电位。跨步电压的大小与两脚跨距、人体与接地体之间的距离有关。跨距越大，跨步电压就越大。当人的一脚踩在接地体上时，跨步电压有最大值；当人站在距接地体20m及以上的地方时，跨步电压趋于零。一般取人的跨距为0.8m计算跨步电压。在电力行业标准交流电气装置的接地中，对跨步电位差进行了如下的规定:a)在100kV以上有效接地系统和635kV低电

31、阻接地系统发生单相接地或同点两相接地时，发电厂、变电所接地装置的跨步电位差不应超过下列数值。 式中:Us跨步电位差，v；人脚站立处在表面的土壤电阻率，·m；t接地短路(故障)电流的持续时间，s。b)366kv不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统，发生单相接地故障后，当不迅速切除故障时，此时发电厂、变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值。 4 降阻措施研究随着电力系统的发展，接地短路电流越来越大，接地装置对设备和人身安全的影响也越来越大。在山区、高土壤电阻率地区如何有效地降低接地装置的接地电阻，如何用较少的投资获得较大的降阻效果，目前仍然是电力系统中广大工程技术人员面

32、对的主要技术难题。对发电厂、变电所接地装置，推荐了三种主要的降阻措施，但这三种措施如何根据现场实际情况正确、合理的使用则不是一件容易的事，在实际接地工程中就曾发生过因采用的降阻措施与现场实际不符而造成投资大收益小的事情。还有一些在降阻措施使用不当而造成高电位外引留下安全隐患的，因而有必要对每种降阻措施的作用、适用场所和应注意的问题进行深入的分析和研究，采用技术经济分析的方法，具体的工程，具体对待，在保证设备和人身安全的前提下，结合具体的工程情况和现场实际，特别是现场的地质、地势情况，土壤电阻率分布以及具体的工程要求，找出最佳的降阻措施，找出正确合理的降阻方法达到有效降低接地装置接地电阻的目的。

33、此外，有些接地装置在建成初期是合格的，但经一定的运行周期后，接地电阻就会变大，除了前面介绍的由于施工时留下的隐患外，以下一些问题也值得注意：一是由于接地体的腐蚀，使接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别足在山区酸性土壤中，接地体的腐蚀速度相当快，会造成一部分接地体脱离接地装置；二是在接地引下线与接地装置的连接部分因锈蚀而使电阻变大或形成开路：三是接地引下线接地极受外力破坏时误损坏等。为了达到降低接地网接地电阻之目的，首先需要从理论上研究降低接地电阻的方法。由公式 R=/C可以看出，降低接地电阻有以下两种途径，一是增大接地体几何尺寸，以增大接地体的电容C；二是改善地质电学性质，减小地的电阻率和介电

34、系数。 接地网是在接地系统的基础，由接地环（网）、接地极（体）和引下线组成，以往常有种误解，把接地环作为接地的主体，很少使用接地体，在接地要求不高或地质条件相当优越的情况下，接地环也能够起到接地的作用，但是通常的情况下，这是不可行的，接地环可以起到辅助接地地作用，主导作用是用接地体来完成的。决定接地电阻大小的因素很多，下面先来分析一下计算传统地网接地电阻的公式（仅以接地环接地时）。 (·m)土壤电阻率； d(m)钢材等效直径； S（m2）地网面积； H(m)埋设深度； L(m)接地极长度(m) ； A形状系数。 4.1降低接地电阻的一些常用的合理的方法 4.1.1利用自然接地体 充分

35、利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结购物，以及上下水金属管道等自然接地体，是减小接地电阻的有效措施，而且还可以起引流、分流、均压作用，并使专门敷设的接地带的连接作用得到加强。4.1.2增大接地网面积 大地电阻率和介电系数不容易改变，而接地电阻R与接地网电容C成反比：从理论上分析，接地网电容C主要由它的面积尺寸决定，与面积成正比，所以接地网面积与接地电阻成反比。减小接地网接地电阻，增大接地网面积是可行途径。一个有多根水平接地体组成的接地网可以近似地看成一块孤立的平板，借用平板接地体接地电阻计算公式，当平板面积增大一倍时，接地电阻减小29.3%。 4.1.3增加垂直接地体 依据电容概念，增加垂直接

36、地体可以增大接地网电容。当增加的垂直接地体长度和接地网长、宽尺寸可比拟时，接地网由原来的近似于平板接地体趋近于一个半球接地体，电容会有较大增加，接地电阻会有较大减小。由埋深为零半径为的圆盘和半径为的半球电容之比4 r2r可得，接地电阻将减小36%。但是对于大型接地网，其电容主要是由它的面积尺寸决定，附加于接地网上有限长度（23m）的垂直接地体，不足以改变决定电容大小的几何尺寸，因而电容增加不大，亦接地电阻减小不多。所以大型接地网不应加以增加垂直接地体作为减小接地电阻的主要方法，垂直接地体仅作为加强集中接地散泄雷电流之用。唯一有效的途径是采用深井接地。 4.1.4人工改善地电阻率 在高电阻率地区

37、采用人工改善地电阻率的方法，对减小接地电阻具有一定效果。例如，对于一个半径为的半圆球接地体而言，其接地电阻的 50%集中在自接地体表面至距球心2r的半圆球内，如果将r至2r间的土壤电阻率降低，可使接地电阻大大减小。 设原地电阻率为2，将r至2r范围内的电阻率为2的土壤用低电阻率的材料1置换，则半圆球接地体的接地电阻为：RX=(+)/4r 置换前的接地电阻 RX为： RX=/2r R与RX之比为： R/RX=(+)/2 当<<，上式改写为： R=RX/2=/4r 故接地电阻减小的百分数为50%。另外由上式可以看出，用低电阻率的材料置换半球附近高电阻率的土壤，相当于将半球接地体的半径由

38、R增大到2R，由于接地体几何尺寸的增加，而使接地电阻减小。 4.1.5深埋接地体 在地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方，可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻。地的电阻率随深度而减小的规律，往往在达到一定深度后，地电阻率会突然减小很多。因此利用大地性质，深埋接地体后，使接地体深入到地电阻率低的地层中，通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的。 对于地电阻率随地层深度的增加而减小不大的地方，由于地电阻率变化不大，增加接地网的埋深只是增大接地网的电容。利用电容的概念，电容具有储藏电场能量的本领，它所储藏的能量，不是储藏在极板上，而是储藏在整个介电质中，即整个电厂中：介电质中的能量密度，既与介电系

39、数有关，又与电场的分布有关，因此，比起接地网的几何尺寸小得多的有限埋深，所增加的储藏能量的介质空间极为有限；在有限空间中的能量密度又小，储藏的总能量也就增加不多，即电容增加不大，所以对减小接地电阻作用不大，不宜采用深埋接地体的方法减小接地电阻。深埋接地体和敷设水下接地网可以大大降低直流电阻，但对降低交流电阻作用不大，故国军标不推荐使用该法。但结合基地航天测试实际情况，主要是低频信号，此法简单，效果明显，可以使用。 4.1.6敷设水下接地网 在有适宜水源的地方敷设水下接地网，由于水的电阻率比地电阻率小的多，可以取得比较明显的减小接地电阻的效果。而且敷设水下接地网施工比较简便，接地电阻比较稳定，运

40、行可靠，但应注意水下接地网距接地对象的距离一般不大于1000m。4.1.7利用接地电阻降阻剂在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低接触电阻的作用。降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂，是具有导电性能良好的强电解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不致于随地下水和雨水而流失，因而能长期保持良好的导电作用。而降低阻剂的主要作用是降低与地网接触的局部土壤电阻率,换句话说,是降低地网与土壤的接触电阻,而不是降低地网本身的接地电阻。这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。降阻剂已有超过二十年的工程运用历史，经过不断的实践和

41、改进，现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。4.1.8利用电解离子接地系统电解离子接地系统（Ionic Earthing Array，简称IEA）。IEA近几年在新建变电所中得到广泛的应用，并取得一定的效果。有研究和实践证明：土壤电阻率过高的直接原因是因为缺乏自由离子在土壤中的辅助导电作用，IEA能在土壤中提供大量的自由离子，从而有效的解决接地问题。IEA由先进的陶瓷复合材料、合金电极、中性离子化合物组成，以确保能提供稳定的、可靠的接地保护。IEA的主体是铜合金管，以确保较高的导电性能及较长的使用寿命，其内部含有特制的、无毒的电解离子化合物，能够吸收空气中的水分，通过潮解作用

42、，将活性电解离子有效释放到周围土壤中，正是因为IEA不断的自动释放活性电解离子使得周围土壤的导电性能能始终保持在较高水平，于是故障电流能顺畅的扩散到周围的土壤中，从而充分发挥接地系统的保护作用。另外，IEA所包含的特制回填料具有非常好的膨胀性、吸水性及离子渗透性，使IEA与周围的土壤保持良好的接触界面，无论天气或周围环境如何变化，都能使IEA保持最佳的接地保护效果。但投资相对也是比较大的。4.1.9其他方法如何降低接地电阻目前已成为工程建设的难点之一，除了以上方法外，增加地网的埋设深度、利用深孔爆破接地技术、自然接地体、局部换土、深井接地、扩大接地面积和采用两层水平接地网等等也都有一定的可行性

43、。根据各个工程的不同情况可以选择适合的降阻措施，而各种方法也不是孤立的，可以相互配合，以取得更好的实际效果。 4.2外延接地及其应用在高土壤电阻率地区，当在发电厂、变电所2000m以内有较低电阻率的土壤时，可敷设引外接地极；这就要求在确定降阻方案时要对发电厂、变电所周围进行认真的勘探、测量，测量出发电厂、变电所四周土壤电阻率沿水平方向上的分布，找出土壤电阻率较低和适合做引外接地的地方。因为在山区、丘玲地区土壤电阻率在水平方向上大都呈不均匀分布，即总有一些地方的土壤电阻率相对较低，可以的引外接地。在降阻措施中外延接地是最简单有效的，也是在接地工程中最常应用的措施。在设计外延接地时，应首先考虑降阻

44、的需要决定外延地网的大小：再考虑安全的需要决定外延地网的网格布置、埋深和形状：还要考虑外延地网不被破坏和妨碍以后的建设等综合因素。同时在设计外延接地时还要尽量的考虑减少接地体之间的相互屏蔽，使之发挥最大的降阻效果，节约投资。4.3 深井式接地及其应用当地下深层有较低土壤电阻率的地质结构时可采用深井式接地极进行降阻或构成立体地网。采用深井式接地极时要求对接地装置及其四周测出垂直方向上的土壤电阻率分布。现场可采周等距四极法测量土壤电阻率，用等距四极法测量土壤电阻率时，改变间距离a时，可测出不同深度的土壤电阻率。因为等距四极法测土壤电阻率的极间距离与反应的土壤电阻率有0.75a的关系，所以改变不同的

45、极间距离可测出不同深度的土壤电阻率。单个深井式接地极接地电阻可按下式计算 （4.1）式中平均视在土壤电阻率（·m）；l垂直接地极的长度（m）；a垂直接地极的半径（m）；R接地电阻（）。采用深井式接地极可减少占地，接地装置的接地电阻受气候影响较小，接地问题在厂、站内解决不与周围农民发生关系，因而受到电力系统的偏爱。但采用深井式接地极同样要考虑屏蔽问题，深井式接地极一般应设在水平地网的边缘，深井式接地极之间的间距应达到接地极长度的23倍，才能取得较好的降阻效果。现场适合于采用深井式接地极的场所较少，只有在地下有金属矿，或北方地表土壤干燥，而地下水丰富的场所才适用；而一般的地区往往都是深层

46、土壤的土壤电阻率高于表层的土壤电阻率，特别是深层为岩石的山区和坵岭地区，深层土壤电阻率往往运高于上层土壤的电阻率，这时是不适合于采用深井式接地极的。再则深井式接地极的施工费用往往大于水平接地体施工费用的若干倍，就是均匀土壤采用深井式接地极也是不经济的。对于线路杆塔接地、避雷针接地等以防雷为主要目的的接地装置就更不宜采用深井式接地极，而应以有效降低冲击接地电阻为主，因为雷电流是高频电流，有很强的趋肤性，一般沿地表散流，深层土壤散流作用很差，所以深井式接地极对以防雷为主的接地效果不大。4.4电解地极处理化学降阻剂在土壤中有一定的渗透能力和扩散能力,能降低土壤电阻率,从而能降低变电站地网的接地电阻。

47、其缺点是容易随雨水流失,很难保持长效。此外,一些化学降阻剂或矿碴降阻剂由于含有毒性重金属,对接地极腐蚀严重,降低了地极的使用寿命。更重要的是,化学降阻剂埋于地下,会污染地下水,对周围造成安全威胁,特别是附近有饮水井时,会对人畜的健康造成危害。近年来,发明了1种新的降阻技术,国外叫做“电解离子接地列阵”(Ionic Earthing Array),简称IEA技术。该项专利技术是将某种陶瓷合金化合物(固体)装入有孔的铜管或铜合金管中,由于管内含有电解离子化合物,每根铜管就变成一个电解离子接地极。铜管的作用有:(1)保证地极有较高的导电性能。(2)保护管内电解离子化合物有较长的使用寿命(减缓管内电解

48、离子化合物随雨水流失的速度)当铜管埋入地下时,通过铜管呼吸孔,电解离子化合物吸收水分,发生潮解,将活性电解离子通过管孔有效地释放到周围土壤中。由于铜管不断释放活性电解离子,不但能降低周围土壤的电阻率,还可以较长时间的保持土壤的电阻率,起到长效的作用。由于电解离子铜管在使用时总是多根、直线排列或交叉垂直排列,形成了一个电解地极列阵,因此,电解离子接地列阵技术由此得名。这项新技术已先后在广西、云南、四川、贵州、北京、湖南各省市推广应用,收到了较好的降低接地电阻的效果。4.5 降阻剂降阻4.5.1 采用降阻剂降阻降阻剂由电解质、防腐剂、固化剂、润滑剂及填充材料组成，通常可分为2大类:化学降阻剂和物理

49、降阻剂。化学降阻剂原理是借助化合物的离子改善土壤的导电特性从而降低地网的接地电阻，有较强的时效性;物理降阻剂工作原理是借助其本身的低电阻率成份(主要材料为碳粉)在土壤中的渗透，降低接地体与土壤间的接触电阻，效果比较稳定。降阻材料品种很多，一般为粉末状，可分为通用型、灌桩型、复合型、辅助渗透型及导电防腐涂料(液体)等。粉末状降阻剂主要用于变电所、升压开关站的接地系统，导电防腐涂料主要用于金属接地体的焊接接头及U形伸缩过缝。粉末降阻剂是物理型降阻剂，使用导电型无机硅酸盐类材料，采用水硬化技术，加水固化后具有很高的力学强度和稳定的物理性，能对包覆在其中的金属导电体有永久的防锈保护作用并可增加接地面积

50、。一般降阻剂固化后电阻率为0.02·m 0.05·m，具有良好的接地降阻性能。普通型、复合型降阻剂主要用于包覆金属导体或杆塔的基础外层、垫层。灌桩型主要用于深层接地桩用(管型接地桩)，辅助渗透型主要撒在接地体表面的回填土周围，能增加导电渗透功能，减少接触电阻，在其渗透范围内与土壤共同形成稳定的低电阻层，最大限度地降低接地电阻。降阻剂的降阻效果是不可置疑的，因为降阻剂己在实际的接地工程中得到大量的，长期的应用，并被写进国家标准和相关行业标准，降阻剂的降阻机理主要体现在以下几方面：（1）由于降阻剂的扩散和渗透作用，降低接地体周围的土壤电阻率，关于扩散和渗透作用，一般化学降阻剂强

51、于其他型式的降阻剂，膨润土类的降阻剂扩散和渗透作用较差，但降阻剂的稳定性和长效性与扩散和渗透作用是矛盾的。扩散和渗透好的降阻剂其稳定性和长效性都比较差，因为扩散和渗透性强的降阻剂容易随雨水的流失而流失。（2）接地体同周围施加降阻剂后，相当于扩大了接地体的有效截面，这机理对固体降阻剂和膨润土类降阻剂最为明显，而化学降阻剂和树指状的降阻剂随着时间的流失有效截面的增大则不太明显，会越来越小。（3）消除接触电阻，接地体的接地电阻R可以分为两部分，一是接地体与周围的大地所呈现的电阻Rd；二是接地体与周围土壤的接触电阻Rj，R=Rd+Rj，Rj的大小与接地极周围的土壤有关，一般土质越密实，接触电阻越小，土

52、壤越松散，接触电阻越大；接触电阻还与电极表面状况有关，接地极表面越光滑，接触电阻越小，接地极表面越粗糙，接触电阻越大。接地极生锈后，接触电阻会逐渐增大。接地体施加降阻剂后，会减少或消除接触电阻，但只有某些物理降阻剂和膨润土类降阻剂才具有这方面的功能，而化学降阻剂和流质降阻剂则不具有这方面的功能，有些降阻剂由于腐蚀还会使接触电阻变大。（4）降阻剂的吸水性和保水性改善并保持土壤导电性能，土壤的导电性能除了与土壤所含金属导电离了的浓度有关外，还与土壤的含水量有关。某些降阻剂具有较强的吸水性和保水性，如膨润土类降阻剂，具有较强的吸水性，吸水后体积膨胀并能长期保持水分成为浆糊状，使接地电阻一直保持稳定不

53、受气候的影响。4.5.2降阻剂降低接触电阻的机理降阻剂施于金属接地体周围后，紧紧地包裹在接地体周围并与土壤层紧密连接，形成一个直径较大的导电体。此导电体在大地中出现树枝状的延伸体，产生扩散效应(降阻剂通过土壤缝隙渗透到土壤里去)。这样，降阻剂成为一个最好的媒介，降低了接地体与土壤的接触电阻。4.5.3降阻剂增大了金属接地体的尺寸，降低了接地体电阻根据接地电阻的定义，半球电极和棒电极的接地电阻： （4.2） （4.3）式(4.2)和(4.3)中R1、R2为半球和棒极的接地电阻()；为土壤电阻率(·m)；r为半球电极的半径(m)；L为电阻埋在地中的长度(m)；d为棒电极直径 (m)。显然

54、，对于一定的土质，土壤电阻率值是一定的。要降低接地电阻的数值，只有增大电极的几何尺寸。综上所述，降阻剂的功能是在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。4.5.4影响土壤腐蚀性的因素影响土壤腐蚀性的因素有:酸性、氧(空隙度)、含水量、电阻率、含盐量、杂散电流和细菌的作用等。降阻剂能降低腐蚀速率，除了防腐材料的作用外，主要控制腐蚀的环境，对上述诸多因素均有不同程度的改善作用。4.5.5降阻剂的选择（1）降阻特性使用降阻剂的目的，要求降阻剂有较低的电阻率。暂行技术条件规定:在室温(25士15)下降阻剂在工频小电流下的电阻率应小于50·m，这对于土壤电阻率里100Qm的地区来说已经足够，但

55、对于土壤电阻率荟500m的地区或因地域面积限制而需使用降阻剂时，应要求降阻剂有更低于的电阻率(如接近10m)，才能有效地降低地网接地电阻。因此建议采用降阻剂的电阻率比土壤电阻率小20倍以上。为了扩大敷设降阻剂时的渗透半径，要求粒度愈小愈好，一般要求降阻剂粉末能通过200目筛孔，降阻剂粉末中更不允许有结块和粗颗粒存在。（2）降阻剂的腐蚀性降阻剂的使用应对金属接地极无腐蚀性，暂行技术条件规定的试验室的试块试验中表面腐蚀率应不大于0.03mm/年，在埋地的电极腐蚀试验中腐蚀应不大于0.05mm/年，这一性能非常重要。在用户作此试验不方便的情况下注意到以下两点，腐蚀性即是较弱的：第一，降阻剂浆料的PH

56、值应在82的范围内，降阻剂即呈弱碱性；第二，降阻剂浆料在24小时内应完全凝固。从化学角度看，降阻剂如不能凝固，不仅降阻剂会随地下水流失，电极浸泡在导电浆液中将加速金属电极的腐蚀，而凝固后的降阻剂将成为金属电极的固体保护层，隔离土壤中腐蚀液体的侵入。（3）降阻剂的稳定性使用降阻剂后，希望地网接地电阻稳定，即降阻剂的性能不会随时间发生变化，降阻剂的导电物质不会随地下水的移动而流失。这表明稳定性和使用降阻剂的寿命紧密相关。判定降阻剂的稳定性，暂行技术条件规定应进行失水、冷热循环、水浸泡三项理化性能试验，每项试验后降阻剂的电阻率为60·m。还应通过降阻效果稳定性试验，即在地下埋设2m长水平接

57、地体，在试验期限至少4个月中，每20天测量一次接地电阻，最大值与平均值之比不得超过1.5。应该指出，这里所说地网接地电阻的稳定不变性是把由于气候季节变化带来的土壤况变化而引起的接地电阻值的自然变化排除在外的，因此，试验时需要把使用降阻剂和使用降阻剂两个接地体作对比试验。这些试验工作对用户来说可能有困难，但以下两点是容易做到而又很重要的: 凝固性的好坏。观察测试降阻剂电阻率的试块凝固情况，在24小时内是否能完全凝结为固体，其强度应达到纯水泥块的50%以上。因为降阻剂的凝固性能好就意味着在地下水流动时降阻剂中的导电物质不易随地下水流失，稳定性也较好，反之则稳定性不好且降阻剂的寿命也不长。作水浸泡试验。把测试的降阻剂试块浸泡在水中，每天换水一次，共浸泡4星期。浸泡一天后取出沥水半小时，测量10mA下的电阻率值作为基准值。28天后同样再测其电阻率，比基准值的增大量不应超过20%，电阻率不超过60m。综上所述，为正确选用降阻剂，应测试降阻剂的电阻率，并保证比