雷電實驗室地網設計

張宏偉 陳昱之 張宏閣 殷寧潞

阿拉善盟氣象局(阿拉善盟 750306)

0 緒論

常規的地網布置方案一般是采用等間距方格布置法，但事實證明這并非是最好的布置方法。不等間距地網布置法最早是由德國的Sverak 提出的。國內是由陳光祿教授于1985 率先提出了均勻土壤下采用不等間距均壓布置接地網的規律，其他學者也做過類似的研究。不等間距接地網雖然不能很大程度上降低接地電阻，但它可使地網散流更加的均勻，使地表電位分布更均勻，很大程度上降低跨步電壓和接觸電壓。同時它也被證明是一種安全、經濟的方法。

1 基本數據情況

實驗樓B 座為2011年正式投入使用，該樓為仿造舊校區建設的仿古建筑物。該樓位于大氣觀測場北面，周圍無高大建筑物，屬于曠野孤立的建筑物。

表1 實驗室參數表

1.1 實驗樓各項數據

A 樓：L=31.5 m，H=11 m，W=17.5 m；B 樓：L=31 m，H=16 m，W=18 m；C 樓：L=33.5 m，H=11 m，W=17.5m

1.2 雷電實驗室具體參數(見表1)

1.3 土壤電阻率

實測土壤電阻率0ρ為：62 ?·m，根據季節修正公式：0ρ=ψρ(?·m)。

式中：0ρ——所測土壤電阻率；ψ——季節修正系數，見表2；

表2 修正系數表

在測試地的土壤土質為陶土，且在這次測試之前下過一天雨，土壤為中等含水量。所以根據此表季節修正系數ψ 取1.36。

最后得到修正過的數值。

2 接地地網設計及優化

在以往大多的接地工程中，接地體間距一般采用等間距，如5m、7m、10m 等布置。但這并不是最好，最優的布置方式。由于頂端部和鄰近的屏蔽效應，接地網邊角處散流電流密度遠大于中心處的電流密度，使得地表電位分布很不均勻。

2.1 最優壓縮比的確定原則

按指數規律布置網導體如圖所示等間距接地網由于中心位置的導體被屏蔽導致散流密度小，而邊角位置由于屏蔽作用小，散流密度大，致使電位梯度大，地表電位分布不均勻。而這種按指數參數來布置接地體的地網設計，能充分利用中心接地體，使其散流密度增大，而且降低了邊角處的散流密度，同時這也是一種更經濟，更安全合理的設計方式。所以確定最優的布置指數0C是解決最優地網設計的關鍵所在。接地體間距按指數規律分布，則距離中心網孔 n 級的網孔間距以下面公式計算：，這里面C 就是壓縮比。

圖1 按指數規律布置的地網示意圖

那么在長度為L 的水平導體上不等距排列N 根導體時，可以得到網孔間距為：

2.2 計算最優壓縮比Co 公式

對于雙層土壤壓縮比的計算本文采用參考文獻[1]給出的擬合公式：

其中：

a0=a01+a02K+a03K2； a1=a11+a12K+a13K2；a2=a21+a22K，不同的地網邊長所對應的各系數取值如表3 所示。

表3 擬合公式中的系數取值

首先根據地網邊長L 由式(3)確定系數b，再同h、K 共由式(4)確定出最優

壓縮比0C。因此只需要確定了地網的邊長以及建筑物地址周邊的土壤模型(上層土壤厚度h 和反射系數K)，便可以根據以上公式確定不等間距布置時的最優壓縮比，然后由式(1)，(2)得到接地體的布置間距，從而實現對實驗室地網的經濟、安全的最優設計。

而對于均勻的土壤結構本文采用了參考文獻[2]給出的擬合公式:

2.3 壓縮比計算

實驗樓B 座周圍的土壤為均勻的土壤結構，L=37m，N=8，ρ=84m?Ω 。采用公式(5)可以得到C0=0.708。

由于地網設計為37m×37m，8×8 方形結構。所以在水平導體上安裝的接地體N=8 為偶數個，所以采用上述公式。可以得到網孔間距為：

接地體間距是按指數規律分布的，由上圖可知不規則地網分布情況。則距離中心網孔n 級的網孔間距可用公式計算：。

可得出各級網孔間距：dmax=9 m；d1=6.5 m；d2=4.5 m；d3=3 m；優化后的垂直接地體布置如下：

圖2 不等間距垂直接地體布置

圖3 地網具體埋設及聯接

根據此聯接方法，離接入點最遠的邊角接地體的距離為14.3 m，加上接地體本身長度2.5 m后為L=16.8 m。本文前面已經計算出有效距離el=18.3 m 且大于L=16.8 m。所以地網本身能充分利用每一個水平和垂直接地體有效的將沖擊電流散入地下，起到了保護實驗設備和人員的作用。

3 結論

對實驗室地網采用不等間距地網，對接地電阻進行計算，得出了地網所需的垂直接地極的個數，闡述了在雙層土壤和均勻土壤下壓縮比的計算方式，最終完成了實驗室地網的設計。

[1]高延慶,何金良,曾嶸,梁曦東.非均勻土壤中變電站接地網優化設計[J].清華大學學報,2002, 42(3): 345-348.

[2]陳先祿.接地計算方法及應用不均勻網孔改善電位分布的計算研究,重慶大學學報.1985,4:45-47

[3]張宏偉,張宏閣,楊振華,伍澤之.阿拉善盟礦區小型雷管炸藥庫防雷技術.電大理工,2014.2:1-3.

[4]張宏偉,等.阿拉善盟風力發電防雷技術淺談.電大理工，2014,1:21-23.