浅谈安哥拉高电阻率地区接地网电阻降阻措施

张冕

摘 要：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。本文结合安哥拉国家实际情况，对于如何降低接地电阻给出一些建议。

关键词：安哥拉；高电阻率；变电站；输电线路

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）16-0142-02

目前安哥拉地区相对落后，每个城市仅有自己的局域电网，并且容量严重不满足当地需求。未来一段时间内，电力系统必然要扩充容量和形成国家电网。对后续电力系统工程而言，具有重大示范效应和推广意义。安哥拉共和国自然资源比较丰富，但各地区的电力网尚未进行全国联网。全国大部分地区处于缺电状态，大部分城市仅有自己的局域电网，采用柴油发电机组供电，大部分用户用电主要依赖自备的柴油发电机机组，能耗大、用电成本高，近年来，随着市政和居民用电需求的增涨，现有城市电网规模已不能满足当地需求。

根据安哥拉国家政府水力能源部的规划，未来几年内电力系统必将要扩充容量和形成国家电网，并且需要修建大量的变电站、输电线路及城市电网等后续电力系统工程。安哥拉地区根据ET-N-003-ED.2《高压及超高压变电站接地网施工要求》规范要求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，需要采用进行防腐处理，安哥拉大部分地区属于高土壤电阻率沙丘地区，土壤电阻率为8000Ω·m，需要采用一定的方式降低接地网电阻[1]。

1 影响接地电阻的主要因素

1.1 土壤电阻率

土壤电阻率是决定接地体电阻的重要因素，为了合理设计接地装置，必须对土壤电阻率进行实测，以便用实测电阻率做接地电阻的计算参数，根据土壤类型及土壤中所含水分的性质和含水量的多少，为地网设计选择正确的金属材料和截面提供依据。

1.2 接地材料的选择

（1）铜导体：裸铜是常用的接地导体，除了具有很好的导电性外，铜导体还具有耐地下腐蚀的优点，因为相对于其他可能的埋在地下的金属，铜是阴极，但是铜接地体的热稳定性较差，还会造成重金属污染。在北美，电镀铜的钢棒用作垂直接地体或接地网的导体。大部分接地工程材料有各种金属材料、接地体、降阻剂和离子接地系统等。（2）镀锌扁铁：镀锌钢用作接地网材料，在国内很常见，主要是其造价相对较低，热稳定性较好，且受传统思维束缚。当然我们应该充分注意接地网本身的腐蚀，地网的导电性及后期带来的维护费用。

据有关文献表明，铜材和钢材的截面积比为1：3。电阻率比为1：8。目前，铜的价格约为钢材的10倍，铜和钢接地网各有优缺点，钢的热稳定性比铜好，且更经济，一般使用寿命为10～15年，但要考虑后期维护和地网的运行安全。铜的导电和抗腐蚀性比钢强，采用铜接地时接地导体不用考虑腐蚀，因此，接地导体只要满足热稳定性要求就可以，另外，采用铜接地网无后期维护费用，但是造价较高。从性能上分析，铜材的导电率约为钢材的8倍，因此，铜截面可选得比钢材小，铜材的抗腐蚀性能优于钢材，在同等条件下，其使用寿命比钢材长，从长远利益看采用铜导体减少了由于接地材料腐蚀引起的接地电阻升高，更换接地材料等不利因素和费用最加，年平均费用低，但是价格高和热稳定性差。目前国内普遍采用的接地网材料是铜和钢两种，而国外大部分采用铜及电镀铜的钢导体，根据当地施工条件，本工程水平接地体选用裸铜绞线、垂直接地体采用镀铜钢棒、物理降阻剂等[2]。

1.3 选择接地网的布置方式

接地工程本身的特点决定了周围环境对工程效果有决定性的影响，脱离了工程所在地的具体情况设计接地工程是不可行的，设计的优劣取决于对当地土壤环境的诸多因素的综合考虑。变电站接地装置大部分都是以水平接地体为主、外缘闭合、内部敷设若干均压导体的接地网，均压导体一般按3m、5m、7m、10m等間距布置或按不等间距进行布置。本工程采用以水平接地体为主，四周埋设若干垂直接地体，并与水平接地体网相连，均压导体按5m等间距布置。

2 降接地网电阻降阻措施分析

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。

接地电阻公式：R=ρε/C

其中：R—接地电阻（Ω）；ρ—大地电阻率（Ω·m）；ε—介电系数，是一个在电的位移和电场强度之间存在的比例常量；C—接地体的电容。

从上述公式可以看出，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ρ和介电系数ε。下面分别讨论降低接地电阻的一些方法。

2.1 增大接地网面积

由上面接地电阻的公式，大地电阻率ρ和介电系数ε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。复合式接地网电阻计算公式如下：（适用于面积大于100m2的闭合式接地网）

其中：R—接地电阻（Ω）；ρ—大地电阻率（Ω·m）；S—为接地网总面积；r—为与接地网总面积S等值圆的半径，即接地网的等效半径；L—为接地网的水平和垂直接地体总长度。

从上述公式可以看出，增加接地网的面积可以有效减小接地电阻。

2.2 增加垂直接地体

依据电容概念，增加垂直接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r的圆盘和半径为r的半球电容之比4εr/2πεr可得，接地电阻减小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（2～3m）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。

2.3 人工改善地电阻率

在高电阻率地区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。土壤电阻率是单位体积土壤含水量B的倒数和土壤中所含导电离子浓度A的倒数的函数，即：

（1）灌注工业盐水。通过盐水增加导电离子浓度来改良土壤特性就是灌注工业盐水的工作原理，降低土壤的电阻率。由于工业盐水的时效性较差，只能在较短的时间内提高土壤导电率，并不能根本解决问题。分析其原因，主要是由于工业盐水本身的时效性所致。（2）用接地电阻降阻剂。采用降阻剂是对降低接地装置电阻的有效方法，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、降低与周围大地介质之间的接触电阻的作用。降阻剂用于小面积的集中接地、小型接地时，其降阻效果较为显著。降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂，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。这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。（3）深埋接地极。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。大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。该方法对含砂土壤最有效果。据有关资料记载，在3m深处的土壤电阻系数为100%，4m深处为75%，5m深处为60%，6.5m深处为50%，9m深处为20%，这种方法可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数，但是施工困难，土方量大，造价高，在岩石地带困难更大。（4）外引接地体法。在土壤电阻率高的地区，当采用放射形接地装置时，如在杆塔基础附近（在放射形接地体 每根最大长度的1.5倍范围内）有土壤电阻率较低的地带，如水井、泉眼、水沟、河边、水库边、耕地等土壤含水量较大的地方，可采用外引接地的措施，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[3]。

3 加大接地体埋设深度

接地电阻的大小与接地体的埋设深度密切相关。故在接地体施工中接地体的埋设深度一般按如下原则进行：山地不小于0.6m，水田、耕地不小于0.8m，岩石不小于0.3m。但在实际施工中，如大面积的加大接地体的埋设深度，必将加大施工难度和施工成本。而加大接地体埋设深度这一措施可以选用垂直接地体与水平接地体相结合的方式实施，效果也是非常明显的。

4 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。

5 利用自然接地体

充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结构物，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連接作用得到加强。

6 雷电保护接地

接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷或其他形式的雷，避雷工作的最终都是把雷电流送入大地。储存雷能量为人类造福，目前科技还达不到，因此没有合理而良好的接地装置是不可能谈及防雷的。所以说设计、施工好高标准的接地系统是防雷工作的重中之重。过去讨论接地的时候，总是把讨论的焦点放在要求接地电阻小于多少Ω上。长期以来，人们有一个错觉，认为接地电阻越小避雷效果就越好，被保护的对象就安全。当然电阻越小散流越快，雷击的高电位保留时间越短，危险性越小，其跨步电压、接触电压产生的机遇也就越小。但是，近十几年来的实践证明，与其说接地电阻值重要，不如说接地装置的结构的合理性更重要，所以我们在减小接地电阻的同时，要重视接地体系的合理性。

7 结语

综上所述，在确定降低接地电阻的具体措施时，应根据安哥拉当地运行经验、气候状况、地质条件进行全面、综合的分析，通过比较，因地制宜地选择合理方案。在减小接地电阻的同时，要求保证接地体系的合理性，形成良好的接地保护网络。良好的接地装置是电网安全稳定运行的重要保证，作为输变电工程的隐蔽项目的接地装置，为保证其工程质量及使用寿命，需要对以上各个环节加强质量管理和周期性运行维护工作，从根本上防止因接地装置而发生的电网事故。

参考文献

[1]DL5009-2014.电力建设安全工作规程[S].

[2]解广润.电力系统接地技术[M].北京水利电力出版社，1991.

[3]GB 11032-2010.交流无间隙金属氧化物避雷器[S].