斜防雷接地体对接地电阻的优选分析

秦健，糜翔,杜睿

（重庆市防雷中心,重庆 401147）

斜防雷接地体对接地电阻的优选分析

秦健，糜翔,杜睿

（重庆市防雷中心,重庆 401147）

利用平均电位法，研究得出单根防雷斜接地体及4根斜接地体接地电阻计算方法，利用公式进行了实例分析。研究结果表明，单根斜接地体接地电阻与斜置角度呈正相关性，先缓慢变大，60毅时开始变大趋势加快；在水平接地网的4个边角敷设斜接地体，能够有效降低接地电阻，斜置角度为50～60°时降阻效果最优。通过斜接地体的接地角度优选，可降低防雷接地电阻，对土壤电阻率高的地区使接地电阻符合技术规范要求具有实际意义。

平均电位法；斜接地体；降阻

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.020

1 引言

接地的作用主要是将外部、内部防雷装置和设备等接入大地，雷电流通过接地体泄放到大地，达到保护人员、设备安全的目的。防雷接地电阻是衡量接地装置的重要指标之一，关系到整个防雷系统运行的安全、稳定。目前，工程中常用的降阻方法主要有多支线外引接地装置、接地体深埋在低电阻率土壤中、换土、采用降阻剂等[1]。然而，对于高土壤电阻率地区，由于受地形、地质条件等限制，常规的降阻措施实施困难，且降阻效果不理想[2]；还有城市中心地区的占地面积小的建筑物，以水平接地网为主的接地系统敷设困难，以垂直接地体为主的接地系统又因间距难以满足要求，相邻接地体会产生屏蔽作用，不能起到有效散流的作用。

斜接地体不仅可以起到垂直接地极向纵深散流的作用，减小斜接地体之间的屏蔽作用，还能在无需征地的情况下等效扩大接地网面积[3]。本文利用平均电位法，研究了单根防雷斜接地体及4根斜接地体接地电阻计算方法，通过计算结果对斜置角度进行了优选分析。优选方法可用于高土壤电阻率地区和小地网的降阻遥

2 单根防雷斜接地体降阻效果优选

假设一长度为l，半径为a的圆棒电极置于均匀土壤ρ中，忽略接地体的端部效应，近似认为经圆棒流入土壤的电流I均匀分布，则沿圆棒中轴线硫酸的电流密度为[4]：

在圆柱坐标系（r,θ，z）中（图1），写出空间任意一点N（rN，0，z）的电位为：

图1 单根斜置接地体图

因此，用平均电位法求得的无限大均匀介质中圆棒接地极的接地电阻为[5]：

3 4根防雷斜接地体降阻效果优选

当有n根接地体时，首先求出单根防雷斜接地体单独作用时的接地电阻和接地体之间的互电阻，然后求取这些电阻值组成的矩阵的逆矩阵，求该矩阵全元素的总和，取其倒数[3]，接着用式（5）来计算4根接地体的总接地电阻。

4个边角敷设防雷斜接地体，计算组合接地体的接地电阻（图2）。

图2 4根防雷斜接地体布置图

同理，可求导体3和4在1处产生的电位：

因此，4根斜接地体并联后总的接地电阻为：

式中,

4根斜接地体与水平地网并联后的电阻Rgh为：

式中，Rg为斜接地体电阻；Rh为水平地网电阻。

对于斜接地体和水平地网组成的复合地网，各个导体散流时产生的电流场会有屏蔽作用，使散流效果受到影响[6]，采用利用系数来表示接地体之间的屏蔽效应，利用系数η为：

则达到复合接地装置的接地电阻计算式（13）：

4 工程实例应用

在土壤电阻率ρ=200赘·m布置1根长度为50m、半径10mm的防雷斜接地体，取与竖直方向不同的夹角θ，根据公式（4）计算单根防雷斜接地体随角度变化的接地电阻（图3），数值逐渐增大，0～60毅，接地电阻从5赘增大到11.33赘，增加趋势较慢；60～80毅，接地电阻从11.33赘增大到36.54赘，增加趋势较快。

某建筑物地网面积为50m伊50m，水平地网电阻Rg=0.933赘，土壤电阻率ρ=200赘·m，在地网4角布置4根长度为50m、半径为10mm的防雷斜接地体。取与竖直方向不同的夹角θ，计算得出的接地电阻结果见图4。接地电阻随斜置角度变化的规律是：0～10毅，接地电阻基本无变化；10～50毅，接地电阻减小较快；50～60毅，接地电阻基本无变化；60～80毅，接地电阻增大趋势明显；56毅时接地电阻最小。

图4 复合接地装置接地电阻值与斜置角度关系图

5 结语

本文利用平均电位法，研究了单根、4根斜接地体接地电阻计算方法，并进行了实例计算。结果表明，单根斜接地体接地电阻与斜置角度呈正相关性，0毅～60毅，接地电阻增加趋势较慢，60～80毅增加趋势较快。4根防雷斜接地体在0毅～56毅区间时，阻值与斜置角度呈负相关性，，特别是10～50毅区间，阻值下降趋势较快；56～80毅区间时，阻值与斜置角度呈正相关性，50～60毅区间时接地电阻变化较小，56°时出现接地电阻最小值。在实际防雷工程中，可结合现场实际情况，选择合适的斜接地体斜置角度，以优化防雷接地电阻。

【1】郭跃龙，李妙兰，尹喜民，等.降阻剂在高山避雷网中的应用实例[J].内蒙古广播与电视技术，2007（4）:59-61.

【2】何荣，田金虎，刘渝根，等.斜接地极降低矩形地网接地电阻研究[J].自动化应用，2013（3）:26-29.

【3】王冬梅，李玉彬，龚南斌，等.斜置接地体对地网接地电阻的影响分析[J].华北电力技术，2010（5）:14-16.

【4】马金福，朱卫星，冯志伟，等.雷电防护深井法降阻效果分析[J].气象科技，2009（6）:767-770.

【5】张竞.斜接地极对改善地网接地性能的研究[D].重庆：重庆大学, 2012.

【6】王晓辉，程海新，张小青，等.斜置接地体接地电阻计算及斜置角度的优选[J].吉林电力，2006,34（6）:23-24.

Analysis on the Effect of Grounding Resistance of Oblique Lightning Protection Grounding Body

QIN Jian,MI Xiang,DU Rui
（Chongqing Lightning ProtectionCenter,Chongqing 401147，China）

Make use ofthe average potential method,the grounding resistance calculation method of single oblique lightning protection groundingbodyandfourobliquebodieswasobtained;anexampleanalysiswasmadebyusingtheformula.Researchresultsshowthat there wasapositivecorrelationbetweenthegroundingresistanceofsingleobliquegroundingbodyandtheinclinedangle;theresistanceincreased slowly,aftertheinclinedangleachieved60degrees,theresistanceincreasedfaster.Thegroundingresistancewaseffectivelyreducedbylaying obliquegroundingbodyonthefourcornersofhorizontalgroundinggrid;theeffectofresistancereductionisoptimalwhentheinclinedangleis 50degreesto60degrees.Thelightningprotectiongroundingresistancecanbereducedbychooseanoptimumangleofobliquegrounding.It hasapracticalsignificancetothegroundingresistanceofthehighsoilresistivityareaaccordedwithtechnicalspecification.

averagepotentialmethod;obliquegroundingbody;resistancereduction

TU774.+4;TM862+.3

A

1007-9467（2016）06-0084-03

2016-01-22

秦健（1980～），男，四川邻水人，从事雷电灾害与防护技术研究，（电子信箱）qinshan311@163.com。