斜防雷接地體對接地電阻的優選分析

秦健，糜翔,杜睿

（重慶市防雷中心,重慶 401147）

斜防雷接地體對接地電阻的優選分析

秦健，糜翔,杜睿

（重慶市防雷中心,重慶 401147）

利用平均電位法，研究得出單根防雷斜接地體及4根斜接地體接地電阻計算方法，利用公式進行了實例分析。研究結果表明，單根斜接地體接地電阻與斜置角度呈正相關性，先緩慢變大，60毅時開始變大趨勢加快；在水平接地網的4個邊角敷設斜接地體，能夠有效降低接地電阻，斜置角度為50～60°時降阻效果最優。通過斜接地體的接地角度優選，可降低防雷接地電阻，對土壤電阻率高的地區使接地電阻符合技術規范要求具有實際意義。

平均電位法；斜接地體；降阻

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

1 引言

接地的作用主要是將外部、內部防雷裝置和設備等接入大地，雷電流通過接地體泄放到大地，達到保護人員、設備安全的目的。防雷接地電阻是衡量接地裝置的重要指標之一，關系到整個防雷系統運行的安全、穩定。目前，工程中常用的降阻方法主要有多支線外引接地裝置、接地體深埋在低電阻率土壤中、換土、采用降阻劑等[1]。然而，對于高土壤電阻率地區，由于受地形、地質條件等限制，常規的降阻措施實施困難，且降阻效果不理想[2]；還有城市中心地區的占地面積小的建筑物，以水平接地網為主的接地系統敷設困難，以垂直接地體為主的接地系統又因間距難以滿足要求，相鄰接地體會產生屏蔽作用，不能起到有效散流的作用。

斜接地體不僅可以起到垂直接地極向縱深散流的作用，減小斜接地體之間的屏蔽作用，還能在無需征地的情況下等效擴大接地網面積[3]。本文利用平均電位法，研究了單根防雷斜接地體及4根斜接地體接地電阻計算方法，通過計算結果對斜置角度進行了優選分析。優選方法可用于高土壤電阻率地區和小地網的降阻遙

2 單根防雷斜接地體降阻效果優選

假設一長度為l，半徑為a的圓棒電極置于均勻土壤ρ中，忽略接地體的端部效應，近似認為經圓棒流入土壤的電流I均勻分布，則沿圓棒中軸線硫酸的電流密度為[4]：

在圓柱坐標系（r,θ，z）中（圖1），寫出空間任意一點N（rN，0，z）的電位為：

圖1 單根斜置接地體圖

因此，用平均電位法求得的無限大均勻介質中圓棒接地極的接地電阻為[5]：

3 4根防雷斜接地體降阻效果優選

當有n根接地體時，首先求出單根防雷斜接地體單獨作用時的接地電阻和接地體之間的互電阻，然后求取這些電阻值組成的矩陣的逆矩陣，求該矩陣全元素的總和，取其倒數[3]，接著用式（5）來計算4根接地體的總接地電阻。

4個邊角敷設防雷斜接地體，計算組合接地體的接地電阻（圖2）。

圖2 4根防雷斜接地體布置圖

同理，可求導體3和4在1處產生的電位：

因此，4根斜接地體并聯后總的接地電阻為：

式中,

4根斜接地體與水平地網并聯后的電阻Rgh為：

式中，Rg為斜接地體電阻；Rh為水平地網電阻。

對于斜接地體和水平地網組成的復合地網，各個導體散流時產生的電流場會有屏蔽作用，使散流效果受到影響[6]，采用利用系數來表示接地體之間的屏蔽效應，利用系數η為：

則達到復合接地裝置的接地電阻計算式（13）：

4 工程實例應用

在土壤電阻率ρ=200贅·m布置1根長度為50m、半徑10mm的防雷斜接地體，取與豎直方向不同的夾角θ，根據公式（4）計算單根防雷斜接地體隨角度變化的接地電阻（圖3），數值逐漸增大，0～60毅，接地電阻從5贅增大到11.33贅，增加趨勢較慢；60～80毅，接地電阻從11.33贅增大到36.54贅，增加趨勢較快。

某建筑物地網面積為50m伊50m，水平地網電阻Rg=0.933贅，土壤電阻率ρ=200贅·m，在地網4角布置4根長度為50m、半徑為10mm的防雷斜接地體。取與豎直方向不同的夾角θ，計算得出的接地電阻結果見圖4。接地電阻隨斜置角度變化的規律是：0～10毅，接地電阻基本無變化；10～50毅，接地電阻減小較快；50～60毅，接地電阻基本無變化；60～80毅，接地電阻增大趨勢明顯；56毅時接地電阻最小。

圖4 復合接地裝置接地電阻值與斜置角度關系圖

5 結語

本文利用平均電位法，研究了單根、4根斜接地體接地電阻計算方法，并進行了實例計算。結果表明，單根斜接地體接地電阻與斜置角度呈正相關性，0毅～60毅，接地電阻增加趨勢較慢，60～80毅增加趨勢較快。4根防雷斜接地體在0毅～56毅區間時，阻值與斜置角度呈負相關性，，特別是10～50毅區間，阻值下降趨勢較快；56～80毅區間時，阻值與斜置角度呈正相關性，50～60毅區間時接地電阻變化較小，56°時出現接地電阻最小值。在實際防雷工程中，可結合現場實際情況，選擇合適的斜接地體斜置角度，以優化防雷接地電阻。

【1】郭躍龍，李妙蘭，尹喜民，等.降阻劑在高山避雷網中的應用實例[J].內蒙古廣播與電視技術，2007（4）:59-61.

【2】何榮，田金虎，劉渝根，等.斜接地極降低矩形地網接地電阻研究[J].自動化應用，2013（3）:26-29.

【3】王冬梅，李玉彬，龔南斌，等.斜置接地體對地網接地電阻的影響分析[J].華北電力技術，2010（5）:14-16.

【4】馬金福，朱衛星，馮志偉，等.雷電防護深井法降阻效果分析[J].氣象科技，2009（6）:767-770.

【5】張競.斜接地極對改善地網接地性能的研究[D].重慶：重慶大學, 2012.

【6】王曉輝，程海新，張小青，等.斜置接地體接地電阻計算及斜置角度的優選[J].吉林電力，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，四川鄰水人，從事雷電災害與防護技術研究，（電子信箱）qinshan311@163.com。