高阻地区常见降阻法

金小岚 朱辉

[摘 要] 接地电阻是表征接地装置是否符合要求的一个重要标准，其与土壤电阻率和接地面积有关，然在有些地区当接地网面积受限而土壤电阻率又比较高时，此时需要降低土壤电阻率。影响土壤电阻率的有土壤的种类及其湿度、温度等因素，本文通过对其分析发现土壤的种类是最主要的因素，在降低土壤电阻率方面可以通过使用降阻剂来有效降低土壤电阻率，但在使用降阻剂的时候常会出现一些问题，如腐蚀接地极等，所以在使用时还需要采用保护漆予以防范，以此达到较好的效果。

[关键词] 接地 接地电阻 土壤 降阻剂

[中图分类号] TM726 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2015）10-0296-01

引言

雷电是具有危害性的天气现象， 在现代防雷工程设计、施工和验收中， 接地是其中的主要工作， 无论是防直击雷或感应雷， 最终都是通过接地装置将雷电流引入大地， 所以， 没有完善的接地装置是无法起到避雷作用的。在电子科技高速发展的年代，接地装置对设备和人身安全的影响也越来越大，不单是防雷工程中需要接地，对于任何一个电气系统来说，都必须要有个安全稳定的运行系统，避雷接地是关键的一环。就避雷系统接地装置而言， 要求其接地电阻越小越好，接地电阻越小， 散流越快； 落雷物体高电位保持时间越短， 危险越小， 以至于跨步电压、接触电压也越小。而影响接地电阻的主要因素有土壤电阻率， 接地体的尺寸、形状及埋入深度， 接地线与接地体连接等。其中土壤电阻率对接地电阻的大小决定性作用。因此， 在防雷工程设计和施工前， 必须了解接地装置设置处的土壤电阻率的有关情况。

土壤电阻率的大小又和许多因素有关，对于土壤电阻率不太高的地区， 如果用电设备周围的土地面积足够， 则通过打足够数量的人工接地极即可满足要求。但是，对于土壤电阻率比较高的地区， 要达到要求的阻值， 所用的土地面积和钢材量就非常巨大， 有时甚至没有足够的土地面积来做人工接地体，所以在高土壤电阻率地区，设计发、变电站接地电阻都很难满足规程要求， 特别是面积较小的发、变电站要降低接地电阻必须采用降阻措施。工程上主要采用的降阻措施有增大接地网的面积、引外接地、增设垂直接地极、换土以及使用化学元素降阻剂等。

本文以罗湾水电厂变电站为例，通过对其周围的环境以及所处的土壤环境，再结合当地的雷电资料以及在现场所测得的接地电阻值分析，发现当其无法通过扩大接地网面积的时候只能采用降低土壤电阻率的方法来降低接地电阻，同时其深处土壤电阻率很高不能用深井接地的形式，在这样的情况下我们可以通过使用降阻剂来降低土壤的电阻率。

1 接地及接地电阻

1.1 接地及接地电阻的概念

接地通常指将电力系统或建筑物中电气装置，设施的某些导电部分经接地线连接至接地极（埋入地中并直接与大地接触的金属导体）。

在接地体上， 接地极的对地电压与流经接地极流人地中的接地电流之比称为流散电阻。或者， 电流自接地体向四周大地散流时所遇到的全部电阻， 称为流散电阻。电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比， 称为接地装置的接地电阻， 它是接地体的流散电阻接地线本身电阻之和。由于接地线的电阻（包括接地线与接地体间的连接电阻）一般都很小，常可忽略不计。因此可以近似认为接地电阻等于流散电阻。

通常说的接地电阻值都是对于工频电流而言的。当雷电流流过接地装置时，由于雷电流有着强烈的冲击性，这时接地电阻值便会发生很大的变化。这时的接地电阻成为冲击接地电阻，简称冲击电阻。

1.2 影响土壤电阻率的因素

土壤电阻率是决定接地电阻的主要因素之一，土壤电阻率根据土壤性质、含水量、温度、化学成分、物理性质等情况而有量对土壤电阻率的影响， 不仅随土壤的种类不同有所不同， 而且与所含的水质也有关系。

土壤电阻率受影响的因素还有季节，土壤电阻率会随着季节的变化而变化。此外， 土壤本身是否紧密， 与接地极是否紧接， 对土壤电阻率也都有很大影响。由于影响土壤电阻率的因素很多， 因此在设计时最好选用实测的数值。

2 降阻及降阻剂

在进行接地施工的场地，有时虽然布设了足够的接地电极，但是仍然很难得到所要求的接地电阻。所以想出了对接地施工地点的土壤进行化学处理以降低大地电阻率，减少接地电阻的方法。用来进行化学处理的物质就是降阻剂。根据其中所含化学成分不同，开发出多种不同性质及状态的降阻剂。

2.1 几种常见的降阻方法

2.1.1更换土壤： 这种方法是采用电阻率较低的土壤（如：粘土、黑土及砂质粘土等）替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5 m 以内和接地体的1/3 处。但这种取土置换方法对人力和工时耗费都较大。

2.1.2深埋接地体至最佳深度：所谓垂直接地体的埋置深度（h），是指其顶部到地面的距离（一般为0.5 m～1 m）与接地体本身长度之和。所谓最佳埋置深度，是指能使流散电阻尽可能小而又易于达到的埋置深度。

2.1.3采用外引式接地：将接地体引至附近的水井、泉眼、水沟河边、水库边大树下等土壤电阻率较低的地方， 或者敷设水下接地网， 以降低接地电阻。

2.1.4钻孔深埋法如果土壤周围电阻率不均匀， 可在土壤電阻率较低的地方深埋接地体以减小接地电阻。该法适用于建筑物拥挤或敷设接地网的区域狭窄等场合。深埋法对含砂土壤最为有效， 因其含砂层大都处在3m以内的表面层，而地层深处的土壤电阻系数较低。

2.1.5降阻剂降阻：将接地专用降阻剂施于接地网土壤中，利用降阻剂的扩散和渗透作用，降低接地体周围的土壤电阻率，增大接地体的有效截面；并通过其吸水性和保水性改善并保持土壤导电性，从而降低接地网的接地电阻。

2.2 案例分析

江西罗湾水电厂110 kV 变电站是一个运行多年的变电站，对其现场勘测发现其三面环山，占地面积约6 000 ㎡， 表层土壤为土夹石， 平均土壤电阻率为800～1 000 Ω·m 之间，深层为强岩石层，土壤电阻率在1 500 Ω·m 以上， 并随深度的增加而大幅升高，站右前方为推山回填而成的一块坡地， 土质由土夹石、风化岩石等组成，土壤电阻率较高且不均匀，给降低接地电阻带来较大困难。并从当地的资料了解到该地段的最大入地短路电流为2000 A，接地网面积约为6000 ㎡，测得当时接地电阻R=2 Ω.

工程分析：

1）工频接地电阻：R≦2000/I=2000/2000=1.0 Ω

R-接地电阻（Ω）

I-最大入地短路电流，2 000（A）

2）依据DL/T621-1997《交流电气装置的接地》接地电阻的计算公式：

R=0.5×ρ/√S

R-接地電阻；

S-接地面积；

ρ-土壤电阻率。

通过计算发现该地的工频接地电阻为2 Ω，大于设计要求的1 Ω，所以需要通过一些降阻措施来继续降低接地电阻以达到设计的要求。

从以上公式可以得出：接地电阻与接地面积和土壤电阻率密切相关。接地电阻与接地面积的平方根成反比，与土壤电阻率正比。因此，降低接地电阻的有效措施是：增大接地面积或降低土壤电阻率。在此工程中，由于占地面积全部作了接地措施，所以要降低接地电阻只能降低接地土壤电阻率。

施工设计：

采用2.5m 长的L50×50×5 角钢作垂直接地体， 采用（ 40×4） 扁钢作水平接地体。先挖开直径大于100mm、深2-5m 的浅井， 回填少量细土， 打入垂直接地体， 并焊接好水平接地体， 要求埋深大于0. 8m， 然后灌入降阻剂， 降阻剂的量可根据所用降阻剂的具体型号计算。紧贴降阻剂回填细土50～ 60mm， 最后回填沙土层。为避免介质的的不均匀性引起地网的腐蚀，要求降阻剂敷设厚度控制在5-15 mm，且对接地引下线在接地表交界段全段刷两到三层的环氧沥青漆或FVC漆。

3 结束语

对土壤的分类以及其电阻率的分析，对测量土壤电阻率的原理将土壤大致分为低电阻率区，中电阻率区以及高电阻率区。主要考虑到在高电阻率区的地区由于使用一些常用的降阻方法无法将接地电阻降低到相关要求，而接地电阻又是最直接表现接地装置的标准，在防雷接地以及电气接地的接地装置中的重要性，必须对接地电阻采用相关特殊的降阻措施即使用降阻剂来降低接地电阻来达到要求，通过对降阻剂的降阻原理的分析，对其存在的问题进行分析，得出在选用降阻剂时所需要考虑的因素，给降阻剂的选择提供了一个很有实用性的根据。

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