山區(qū)弱電系統(tǒng)的接地設(shè)計與降阻措施探討

蘇州遠(yuǎn)艦通訊工程有限公司 郁惠平

北京智匯成科技發(fā)展有限公司 楊中華

1.引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，山區(qū)弱電系統(tǒng)工程建設(shè)的進(jìn)一步深入，對弱電線路的要求也越來越嚴(yán)格，經(jīng)常會遇上自然條件差、環(huán)境惡劣的山區(qū)弱電工程建設(shè)。山區(qū)地質(zhì)多為土夾石層，或為風(fēng)化沉積巖，也有部分為裸露巖石。因此，山區(qū)弱電系統(tǒng)線路施工中，技術(shù)人員較為頭疼的問題就是如何降低線路接地體的接地電阻。

對于大多數(shù)山區(qū)弱電系統(tǒng)來說，一般都存在著土壤電阻率偏高，場地狹小，土層薄且土質(zhì)大多為風(fēng)化石、砂子，有的甚致根本沒有土層，完全為石頭。土壤電阻率高達(dá)2000-3000Ω.m，有的甚致高達(dá)5000-8000Ω.m，因而給弱電系統(tǒng)的接地造成了許多困難，使許多山區(qū)弱電系統(tǒng)接地電阻嚴(yán)重偏高，一些弱電系統(tǒng)的工頻接地電阻高達(dá)數(shù)十歐，或上百歐。山區(qū)弱電系統(tǒng)所在的地方，往往是雷電活動強(qiáng)烈的地方，由于弱電系統(tǒng)的接地電阻偏高，對防雷造成了極為不利的影響。當(dāng)雷電流入地時，電氣設(shè)備外殼或接地引下線上產(chǎn)生較高的“反擊”過電壓而向二次線產(chǎn)生反云。同時也會在雷電流入地時沖擊電位升高，產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊電而干擾而影響微機(jī)保護(hù)、綜合自動化系統(tǒng)的安全運行。近年來因為接地不良產(chǎn)生的雷電打壞主設(shè)備、打壞微機(jī)保護(hù)等控制設(shè)備的事故在中小型弱電系統(tǒng)時有發(fā)生，因而應(yīng)對弱電系統(tǒng)的接地問題引起充分的重視。進(jìn)行認(rèn)真的研究和探討，找到有效降低山區(qū)弱電系統(tǒng)接地裝置接地電阻的措施，做好山區(qū)弱電系統(tǒng)接地的降阻改造工作，保證弱電系統(tǒng)安全運行。

2.山區(qū)弱電系統(tǒng)接地電阻偏高的原因分析

山區(qū)弱電系統(tǒng)一般接地電阻偏高的原因主要是以下原因造成的：

2.1 土壤電阻較高造成，山區(qū)的土壤電阻率一般都偏高，山區(qū)弱電系統(tǒng)的土壤電阻率一般都在2000--3000Ω.m，嚴(yán)重的甚致高達(dá)5000Ω.m。如我們在西藏某山區(qū)弱電系統(tǒng)四周測量土壤電阻率，低的為800Ω.m，大多在2000Ω.m.高的地方甚致達(dá)6000Ω.m。因接地裝置的接地電阻與土壤電阻率成正比，接地裝置面積一定時，土壤電阻率愈高，接地裝置的接地電阻也就愈高，降阻難度也就愈大。

2.2 土層薄，地質(zhì)條件差，山區(qū)弱電系統(tǒng)處的土質(zhì)一般為風(fēng)化石土壤，或碎石土壤，土層薄，一般不足30cm，大多地方為巖石沒有土層，由于土層薄，就影響水平接地體和垂直接地體的埋深，經(jīng)檢查山區(qū)弱電系統(tǒng)接地裝置的水平接地體的埋深一般都不到30cm，有的浮在地表；由于土層薄，垂直接地體打不下去，其深度一般都不到50cm。由于接地體浮在地表，一方面由于上層土壤土質(zhì)松散，接地體不能與大地緊密接觸，造成接觸電阻大，且因土壤干濕度易變化，而造成接地體的接地電阻不穩(wěn)定［2］。另一方面由于上層土壤含氧量高，接地體易發(fā)生吸氧腐蝕，而使接地體與周圍土壤之間的接觸電阻增大。同時，由于腐蝕還會造成接地網(wǎng)裂解使部分設(shè)備失去接地。

2.3 場地狹小，使接地網(wǎng)面積偏小，一般山區(qū)弱電系統(tǒng)都在山谷中，場地狹小，這就使弱電系統(tǒng)的接地網(wǎng)嚴(yán)重偏小。有的甚致沒有地方建接地網(wǎng)，這就給接地降阻帶來非常大的難題，因為一般情況下，接地裝置的工頻接地電阻由下式?jīng)Q定:

式中:R—接地裝置的工頻接地電阻，Ω；ρ—土壤電阻率，Ω.m；s—地網(wǎng)面積，m2。

從式（1）式可以看出接地裝置的接地電阻，與土壤電阻率ρ成正比，與接地網(wǎng)的面積的開方值成反比，山區(qū)弱電系統(tǒng)由于土壤電阻率高，土質(zhì)差，土層薄，接地體埋深不夠，地網(wǎng)面積小，這就是造成接地電阻偏高的主要原因。

3.山區(qū)弱電系統(tǒng)的接地設(shè)計與降阻措施

3.1 從接地材料選用方面考慮

接地材料一般選用結(jié)構(gòu)鋼制成。必須對材料進(jìn)行檢查，材料不應(yīng)存在嚴(yán)重的銹蝕、厚薄或粗細(xì)不均勻等現(xiàn)象。垂直安裝的接地體通常用角鋼或鋼管制成，雖然角鋼制成的接地體在散流效果方面比鋼管差一點，但施工難度小、成本低，所以現(xiàn)場安裝一般采用角鋼。當(dāng)然，也可以選擇導(dǎo)電性能更高的材料，例如用銅來代替角鋼作為接地體，但使用銅工程成本過高，對于山區(qū)弱電工程線路施工經(jīng)濟(jì)上不合算，不宜采用。

3.2 從增加接地體與土壤之間的接觸面積方面考慮[1]

串聯(lián)接地極：串聯(lián)接地極的工作原理就是增加接地體與土壤的接觸面積，從而減少了接地體與土壤之間的接觸電阻。當(dāng)接地極的接地電阻值與設(shè)計值相差不大時，只要增加幾組接地極，把幾組接地極串聯(lián)起來，即可減小接地電阻值，達(dá)到設(shè)計要求，在施工過程中，這種情況會經(jīng)常發(fā)生，也最為簡單有效，投入的成本也不多。主要適用于線路跨越和設(shè)備桿接地。

使用接地網(wǎng)：使用接地網(wǎng)的工作原理也是增加接地體與土壤的接觸面積，從而減少接地體與土壤之間的接觸電阻。當(dāng)接地網(wǎng)的接地電阻值與設(shè)計值相差不大，其土壤結(jié)構(gòu)主要是土或土夾石時，只要增加接地范圍，即可減小接地電阻值，達(dá)到設(shè)計要求，在施工過程中，這種情況時有發(fā)生，實施起來簡單有效，投入的成本也不多。主要適用于山區(qū)線路鐵塔接地。

3.3 從降低土壤的電阻率方面考慮[3]

土壤電阻率與土壤的結(jié)構(gòu)(如粘土、沙土等)、土質(zhì)的緊密度、濕度、溫度等，以及土壤中含有可溶性的電解質(zhì)有關(guān)。影響土壤電阻率的最重要因素是濕度。

工程建設(shè)中，通常采用灌注工業(yè)鹽水和使用降阻劑來降低土壤電阻率。

灌注工業(yè)鹽水：灌注工業(yè)鹽水的工作原理就是通過鹽水來改良土壤特性，降低土壤的電阻率。由于工業(yè)鹽水的時效性較差，只能在較短的時間內(nèi)提高土壤導(dǎo)電率，并不能根本解決問題。

使用降阻劑：降阻劑表面有活性劑，粒度較細(xì)，吸水后施用于接地體與土壤間，能夠使金屬與土壤緊密地接觸，形成足夠大的電流流通面，有效減小接地電阻；另一方面，它能向周圍土壤滲透，降低周圍土壤電阻率，在接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻率區(qū)域。由于降阻劑成本較低，工程實施也比較容易，因此降阻劑在山區(qū)電力線路施工中(尤其困難地段)得到廣泛應(yīng)用。

3.4 采取綜合降阻措施[4]

山區(qū)弱電系統(tǒng)由于其接地電阻偏高，采取單一的降阻措施往往難以達(dá)到預(yù)期的降阻目標(biāo)，這時需要對現(xiàn)場地形、地勢及土壤電阻率等現(xiàn)場條件進(jìn)行綜合分析，采取綜合的降阻措施。比如可以采取外延加降阻劑、自然接地體利用等多種降阻措施聯(lián)合應(yīng)用，以達(dá)到有效的，大幅度的降低接地電阻的目的。

4.結(jié)束語

山區(qū)弱電系統(tǒng)由于土壤電阻率高，土質(zhì)差，土層薄，接地體埋深不夠，地網(wǎng)面積小，這就是造成接地電阻偏高的主要原因，因而進(jìn)行山區(qū)弱電系統(tǒng)的按地設(shè)計時要對現(xiàn)場地形、地勢及土壤電阻率等現(xiàn)場條件進(jìn)行綜合分析，通過認(rèn)真的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，對弱電系統(tǒng)的接地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場實際條件可以采用多種降阻措施進(jìn)行降阻處理。也可采取復(fù)合降阻措施進(jìn)行降阻。對改善其地電位分布，防止地電位干擾，以保證弱電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

[1]徐健,宋鎮(zhèn)江,彭育濤.降低山區(qū)輸電線路桿塔防雷接地電阻的方法[J].建筑電氣,200827(9)26-28.

[2]李景祿.關(guān)于接地工程中相關(guān)參數(shù)取值的探討[J].高壓電器,2004.4第40卷264-266.

[3]冀衛(wèi)軍.降阻劑在山區(qū)線路接地中的應(yīng)用[EB/QL].www..zhulong.com(筑龍網(wǎng)),2006.11.

[4]林桂慶.計算機(jī)控制系統(tǒng)接地技術(shù)探討[EB/QL].www.blog.edu.cn(中國教育人),2006.2.