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降低接地電阻的常用方法
更新日期:2013-07-30  瀏覽:5134

  為了達到降低接地網接地電阻之目的,首先需要從理論上研究降低接地電阻的方法。由公式 R=ρε/C可以看出,降低接地電阻有以下兩種途徑,一是增大接地體幾何尺寸,以增大接地體的電容C;二是改善地質電學性質,減小地的電阻率ρ和介電系數ε。
一、利用自然接地體
  充分利用混凝土結構物中的鋼筋骨架、金屬結購物,以及上下水金屬管道等自然接地體,是減小接地電阻的有效措施,而且還可以起引流、分流、均壓作用,并使專門敷設的接地帶的連接作用得到加強。
二、增大接地網面積
  大地電阻率ρ和介電系數ε不容易改變,而接地電阻R與接地網電容C成反比:從理論上分析,接地網電容C主要由它的面積尺寸決定,與面積成正比,所以接地網面積與接地電阻成反比。減小接地網接地電阻,增大接地網面積是可行途徑。一個有多根水平接地體組成的接地網可以近似地看成一塊孤立的平板,借用平板接地體接地電阻計算公式,當平板面積增大一倍時,接地電阻減小29.3%。
三、增加垂直接地體
  依據電容概念,增加垂直接地體可以增大接地網電容。當增加的垂直接地體長度和接地網長、寬尺寸可比擬時,接地網由原來的近似于平板接地體趨近于一個半球接地體,電容會有較大增加,接地電阻會有較大減小。由埋深為零半徑為r的圓盤和半徑為r的半球電容之比4ε r/2πεr可得,接地電阻將減小36%。但是對于大型接地網,其電容主要是由它的面積尺寸決定,附加于接地網上有限長度(2~3m)的垂直接地體,不足以改變決定電容大小的幾何尺寸,因而電容增加不大,亦接地電阻減小不多。所以大型接地網不應加以增加垂直接地體作為減小接地電阻的主要方法,垂直接地體僅作為加強集中接地散泄雷電流之用。唯一有效的途徑是采用深井接地。
四、人工改善土壤電阻率(換土)
  在高電阻率地區采用人工改善土壤電阻率的方法,對減小接地電阻具有一定效果。例如,對于一個半徑為r的半圓球接地體而言,其接地電阻的 50%集中在自接地體表面至距球心2r的半圓球內,如果將r至2r間的土壤電阻率降低,可使接地電阻大大減小。
  設原土壤電阻率為ρ2,將r至2r范圍內的電阻率為ρ2的土壤用低電阻率的材料ρ1置換,則半圓球接地體的接地電阻為:RX=( + )/4лr
  置換前的接地電阻 RX為: RX= /2πr
  R與RX之比為: R/RX=( + )/2 
  當 << ,上式改寫為: R=RX/2= /4 r      
  故接地電阻減小的百分數為50%。另外由上式可以看出,用低電阻率的材料置換半球附近高電阻率的土壤,相當于將半球接地體的半徑由R增大到2R,由于接地體幾何尺寸的增加,而使接地電阻減小。
五、深埋接地體
  在地電阻率隨地層深度增加而減小較快的地方,可以采用深埋接地體的方法減小接地電阻。地的電阻率隨深度而減小的規律,往往在達到一定深度后,地電阻率會突然減小很多。因此利用大地性質,深埋接地體后,使接地體深入到地電阻率低的地層中,通過小的地電阻率來達到減小接地電阻的目的。
  對于地電阻率隨地層深度的增加而減小不大的地方,由于地電阻率變化不大,增加接地網的埋深只是增大接地網的電容。利用電容的概念,電容具有儲藏電場能量的本領,它所儲藏的能量,不是儲藏在極板上,而是儲藏在整個介電質中,即整個電廠中:介電質中的能量密度,既與介電系數有關,又與電場的分布有關,因此,比起接地網的幾何尺寸小得多的有限埋深,所增加的儲藏能量的介質空間極為有限;在有限空間中的能量密度又小,儲藏的總能量也就增加不多,即電容增加不大,所以對減小接地電阻作用不大,不宜采用深埋接地體的方法減小接地電阻。深埋接地體和敷設水下接地網可以大大降低直流電阻,但對降低交流電阻作用不大,故國軍標不推薦使用該法。但結合基地航天測試實際情況,主要是低頻信號,此法簡單,效果明顯,可以使用。
六、敷設水下接地網
  在有適宜水源的地方敷設水下接地網,由于水的電阻率比地電阻率小的多,可以取得比較明顯的減小接地電阻的效果。而且敷設水下接地網施工比較簡便,接地電阻比較穩定,運行可靠,但應注意水下接地網距接地對象的距離一般不大于1000m。
七、利用降阻劑
  在接地極周圍敷設了降阻劑后,可以起到增大接地極外形尺寸,降低接觸電阻的作用。降阻劑是由幾種物質配制而成的化學降阻劑,是具有導電性能良好的強電解質和水分。這些強電解質和水分被網狀膠體所包圍,網狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充,使它不致于隨地下水和雨水而流失,因而能長期保持良好的導電作用。而降低阻劑的主要作用是降低與地網接觸的局部土壤電阻率,換句話說,是降低地網與土壤的接觸電阻,而不是降低地網本身的接地電阻。這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法。降阻劑已有超過二十年的工程運用歷史,經過不斷的實踐和改進,現在無論是性能還是使用施工工藝都已經是相當成熟的產品了。
八、利用電解離子接地系統
  電解離子接地系統(Ionic Earthing Array,簡稱IEA)。IEA近幾年在新建變電所中得到廣泛的應用,并取得一定的效果。有研究和實踐證明:土壤電阻率過高的直接原因是因為缺乏自由離子在土壤中的輔助導電作用,IEA能在土壤中提供大量的自由離子,從而有效的解決接地問題。IEA由先進的陶瓷復合材料、合金電極、中性離子化合物組成,以確保能提供穩定的、可靠的接地保護。IEA的主體是銅合金管,以確保較高的導電性能及較長的使用壽命,其內部含有特制的、無毒的電解離子化合物,能夠吸收空氣中的水分,通過潮解作用,將活性電解離子有效釋放到周圍土壤中,正是因為IEA不斷的自動釋放活性電解離子使得周圍土壤的導電性能能始終保持在較高水平,于是故障電流能順暢的擴散到周圍的土壤中,從而充分發揮接地系統的保護作用。另外,IEA所包含的特制回填料具有非常好的膨脹性、吸水性及離子滲透性,使IEA與周圍的土壤保持良好的接觸界面,無論天氣或周圍環境如何變化,都能使IEA保持最佳的接地保護效果。
九、其他方法
  如何降低接地電阻目前已成為工程建設的難點之一,除了以上方法外,利用深孔爆破接地技術、局部換土、采用兩層水平接地網、外延接地(附近有較低土壤電阻率的土壤)等也都有一定的可行性。根據各個工程的不同情況可以選擇適合的降阻措施,而各種方法也不是孤立的,可以相互配合,以取得更好的實際效果。
 

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