垂直接地极不同间距对接地电阻影响的试验研究

毛荣方，廖才科，廖云和，杜大梁，宋亚杰

(1.福建省将乐县气象局，福建 将乐 353300;2.福建省泰宁县气象局，福建 泰宁 354400;3.黑龙江省宁安县气象局，黑龙江 宁安 157401)

1 引言

对于土壤电阻率较高、占地面积较小的中小型地网，仅靠水平接地网的接地电阻往往不能满足国家有关规定和系统运行的要求，需要采取措施来降低接地电阻。在地网内埋设垂直接地极，并把它与水平接地网相连接是常用的措施之一。入地短路电流通过接地极向大地深处流散时，会受到其他接地极散流的影响，即电流屏蔽作用，不仅水平接地导体之间、垂直接地导体之间存在电流屏蔽现象，水平接地导体与垂直接地导体之间也存在电流屏蔽现象。但是，在以往的接地工程设计中，一般是凭经验选择和布置垂直接地极的，缺乏对垂直接地极的埋设位置、数量、长度、极间间距等的系统分析，本文通过试验的方法来分析研究如何科学选择和布置垂直接地极间距的有关问题，为系统运行和接地工程设计提供参考依据，达到节约材料、节省工时的目的。

2 实验方法

2.1 小型条型水平垂直混合地网的试验方法及数据

本次试验利用泰宁县几个火工库防雷工程于2006年8月27日～2010年9月15日施工时进行对比试验，实验方法和检测数据见表1(因篇幅有限，土壤电阻率为706Ω·m，接地体长100m和土壤电阻率1000Ω·m，接地体长150m的实验数据从略)。

表1 某火工库接地电阻实测数据

比较分析小型条型水平垂直混合地网中垂直接地极间距对接地体接地电阻的影响。从实验数据可看出，在条型水平垂直混合小地网中，随着垂直接地极的增加，接地体接地电阻成线性下降趋势，增加垂直接地极能有效地降低接地体的接地电阻，但在有限面积的接地网上布置过多的垂直接地极时，降阻效果将趋于饱和。当垂直接地极的间距为10m左右时，小型地网中垂直接地极降阻性价比最好，一般可降低约35%左右，此时垂直极长度与水平极长度比值约为20%～30%之间，随着垂直接地极间距的缩短，当垂直接地极间距为5m时，(即垂直极间距为其长的两倍时)降阻效果达到最大，约为50%。此后，随着垂直接地级间距的减少，其接地电阻成线性下降比例将被破坏，即随着间距小于两倍垂直极长时，接地电阻下降将不明显，说明随着垂直极间距非常小后垂直极间屏蔽系数将急剧增大，具体见图1。

2.2 网格状水平垂直混合地网的试验方法及数据

2009年笔者在某小水电站进行地网施工时，利用其水平地网做了几组试验，地网面积为150m×150m，(周长600m)，小网格为10m×10m，土壤电阻率为250Ω·m，水平接地网埋深为0.6m，垂直极的长度取为6m，在水平地网边缘添加不同数量的垂直接地极，极间距分别为6m、12m、18m、24m、30m，测试结果见表2。

表2 网格状水平垂直混合地网的试验数据

比较分析网格状水平垂直混合地网中垂直接地极间距对接地体接地电阻的影响。由表2可以看出，在水平地网保持不变的情况下，接地网的接地电阻随垂直极根数的增加而降低，当接地极达到一定数值时，接地电阻值趋于恒定。这是因为垂直极间距减小后，相互之间的屏蔽作用增强，垂直极根数越多，屏蔽系数越大。当垂直极根数增加到一定程度时，屏蔽作用已非常明显，再增加垂直极已没有多大意义。

3 结果与讨论

垂直接地极间距约为垂直极长度的两倍左右时，能够取得最高的单位利用率，从而取得好的技术经济效果，即垂直接地极的利用率最大，防雷施工的成本就最小。

在中小型地网中，水平接地体主要作用是起均压作用。垂直接地体的主要作用是散流，且由于垂直接地极埋深较深，能有效减少季节因素对土壤含水量的影响，故垂直接地极能有效减小季节因素对地网安全性能的影响。

在高土壤电阻率地区，采用深坑换土进行降阻或深井接地是一个行之有效的降阻方法，主要是由于在高土壤电阻率地区，一般表层土壤含水量较少，进行深埋换土后，随着接地体埋深的增加，土壤含水量将增大，土壤电阻率得到很大降低，故降阻效果较明显。

4 结语

通过工程实践和试验的方法，说明使用垂直接地体是降低地网接地电阻的有效方法之一，适用于土壤电阻率较高、占地面积小的小型地网，当垂直接地极间距为垂直极长度的两倍左右时能够取得较好的降阻效果，而且不会造成材料的浪费。

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