南疆铁路石质地带接地系统方案探讨

朱毅

摘 要：如何降低接地电阻是一个复杂的问题，南疆线石质地带采用等离子电极并结合深井法，以更易实施更经济的方式取得了良好的降阻效果。

关键词：南疆铁路；石质地带；接地电阻；等离子电极；深井施工

随着铁路建设标准的提高，区间设备越来越多，接地系统对于保障设备安全运行起到了极为重要的作用。接地系统不良，设备受干扰严重，无法正常工作；雷电流泄放不畅，威胁设备及人身安全，影响铁路运输生产。

以南疆铁路为例，根据铁路沿线土壤电阻率测试报告，土壤模型5m深的土壤电阻率为8600Ω·m。依据人工垂直接地体的简化计算公式R=kρ（Ω）。式中k为简化计算系数，它与接地体的材料直径（或等效直径）、接地体的长度及埋深有关；而ρ值为土壤电阻率，干旱、半干旱、石质地带ρ值，其接地电阻一般都在kΩ～MΩ。如何降低接地电阻目前已成为工程建设的难点之一，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。因此关键点就在于如何在建设难度、投资等方面找到契合点以达到降阻效果。

根据测量时天气和土壤情况，取季节系数1.5，则ρ=1608.6Ω·m。采用传统经典水平复合接地网设计方法，主边缘闭合的50×5热镀锌扁钢，计算出接地网总面积S=12350m2，水平接地极总长度L=5440m，水平接地极埋深为0.8m，50×5扁钢半径为0.025m，地网主边缘长度L0=598m。

计算分析，采用上述方法R≤4.6458Ω，不满足R≤4Ω设计规范要求，故传统经典水平复合接地网设计还需采用深埋、换填土等方法来进一步降低电阻率。

根据接地规范要求及以上接地电阻的计算结果，接地电阻值不能超过4Ω。由于5m层土壤电阻率较高，若接地电阻降的很低所需费用很大。综合以上规定和计算结果，拟降接地装置的电阻值降至4Ω。根据接地装置的接地电阻RW与接地网面积的平方成反比的原理，欲将RW从4.6458Ω降至4Ω，那么接地网的面积要增加现在接地网面积的1.57倍，因此可供选择比较的降阻措施主要有以下几项：

（1）采用水平地网灌注降阻剂及外加深井

水平接地网灌注降阻剂

需用降阻剂20kg/m，总共需要约20×5440=108.8吨。

采用灌注降阻剂深井接地极

铁路沿线5m、10m、15m层的土壤电阻率分别为813.05Ω.m、667.81Ω.m和582.796Ω.m。在计算深井接地体时接地电阻时，上层土壤电阻率取5m层土壤的电阻率值，即1068.33Ω·m，下层取15m层土壤的电阻率值来进行计算。采用D50钢管，D=0.05，灌注降阻剂后D=0.15。井深为15m时，即L=15时，单个深井电阻值为：

采用n个灌降阻剂深井接地极后，工频接地电阻为：

（2）单独采用深井灌注降阻法

由于15m层土壤电阻率相对较小，因此可以考虑水平接地网不灌注降阻剂

而单独用深井（灌注降阻剂）来降低接地装置的电阻。

Rc的值已经在上面求出，Rc=19.21Ω

除以屏蔽系数0.7：Rc/0.7n Ω。

采用n个灌降阻剂深井接地极后，工频接地电阻为：

（3）电解地极处理

查厂家资料，选取电解地极套数为：

所以该处接地需要电解电极18套。

因此接地系统可采用以下三种方案

方案1：采用水平地网灌注降阻剂及外加深井方法。需要降阻劑108吨，还需要打10m深井9口，需要D50钢管90m和热镀锌接地扁钢（50×5）180m。

方案2：单独采用深井灌注降阻剂方法。需要打15m深井29口，D50钢管660m和热镀锌接地扁钢（50×5）440m，降阻剂1.4吨。

方案3：用等离子电极方法需要等离子电极18套，5m深井9口，降阻剂0.4吨。

综合上述由于方案三从工程合理性、经济性、稳定性等方面考虑为降阻最佳方案。

如何降低接地电阻是一个复杂的问题，不能仅从一个方面考虑，要根据各个工程的不同情况可以选择适合的降阻措施，而各种方法不是孤立的，可以相互配合，以取得更好的实际效果。石质地带接地使用IEA接地材料，并结合深井法，可在高电阻地带，以更易实施更经济的方式实现降低接地电阻，达到设计要求。

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