人工接地裝置工頻接地電阻的研究

張靜萱

摘 要：文章闡述了接地電阻研究在接地系統中的重要意義并用定量計算的方法對組合接地體的工頻接地電阻進行了研究，并對一例復合接地網進行了局部優化設計。

關鍵詞：人工接地裝置；工頻接地電阻；研究

中圖分類號：TU856 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）35-0164-02

1 接地電阻研究的重要意義

當電力系統或電氣設備發生接地短路故障或遭受雷擊時，接地是重要的保護措施之一[1]。無論是短路故障造成的瞬間大電流，還是直接雷擊或者雷電感應產生的雷電流，最終都需要通過接地體將其傳導泄散到大地中去。當電力系統或電氣設備發生接地短路故障或其他大電流入地時，如果接地電阻值比較大，就會造成地網電位異常升高。這樣，除給運行人員安全帶來威脅外，還很有可能因反擊或電纜皮環流使得電氣設備的絕緣遭到破壞，高壓串入設備，輕則導致電氣設備的拒動或誤動，重則破壞電氣設備。因此，如何盡可能地降低接地電阻阻值是接地系統研究中的一個重要課題。

2 接地電阻與接地體的概念

接地電阻即電氣裝置接地部分的對地電壓與接地電流之比，它是表征接地體向大地泄放電流的一個基本性能參數，也是衡量接地系統的有效性、安全性以及鑒定接地系統是否符合設計要求的重要參數。

接地體是埋入土壤中或混凝土基礎中起泄散作用的導體，分為人工接地體和自然接地體兩種。埋設接地體的作用在于確定土壤中電流起始擴散的邊界條件，在不同程度上以其形狀和尺寸來影響接地電阻值。從接地體向大地泄散的電流種類來看，接地電阻可分為直流接地電阻、工頻接地電阻和沖擊接地電阻，它們分別對應于接地體向大地泄散直流、工頻交流和暫態沖擊電流等三種情況下的接地電阻。通常，工頻接地電阻和直流接地電阻無原則上的差別，工頻接地電阻的計算可以用直流接地電阻計算來取代。

3 人工接地裝置工頻接地電阻的計算示例

組合接地體是由不止一個水平或垂直接地體組成的，當其中某一個接地體向大地泄散電流時，將會受到其附近其他接地體散流作用的影響，各散流接地體所產生的恒定電場將產生相互屏蔽作用，使得組合接地體中各單個接地體的散流效果受到減弱。

3.1 水平接地體為直的圓鋼時接地電阻的計算

常用垂直接地體接地電阻的簡化計算公式：

而當n根垂直接地棒與埋設于土壤中的水平接地體相連接時，計算這種組合接地體的接地電阻應同時考慮垂直接地體與水平接地體之間的相互屏蔽作用，其接地電阻計算公式為：

式中：？濁-組合接地體的利用系數。

以下對組合體接地電阻進行計算，計算所取參數：l=2.5m （垂直接地體），l=5m（水平接地體），d=20mm（水平接地體與垂直接地體相同），h=0.8m。

得到組合接地體接地電阻如表1所示：

3.2 水平接地體為環形時接地電阻的計算

基本計算公式與水平接地體為直棒時相同，只是要考慮環形水平接地體各段的并聯，另外環形段導體的l取弧長。

4 復合接地網的局部優化設計

復合接地網的局部優化設計即求在接地電阻最小時，接地網內部導體數的最小值。

4.1 復合接地網的簡化計算公式

下述介紹了一種復合接地網接地電阻的簡化計算公式[2]：

4.2 優化設計實例

本文以普通電子設備和微電子設備所要求的最大接地電阻值5Ω和1Ω為例，求出在這兩種情況下的復合接地網內部的最少導體數，也即復合接地網導體布置的局部優化設計。

1127Ω·m，L=2.5m，應用上文計算公式得到結果如下。（如表3）

由此可知，在上述參數條件下，若要求接地電阻為5Ω，接地網內部導體數最少為34根，即橫17根，縱17根（對應以上解n=72）， 若要求接地電阻為1Ω，接地網內部導體數最少為180根，即橫90根，縱90根（對應以上解n=364）。

5 結束語

本文通過研究簡單接地體和復合接地網的工頻接地電阻，得出了一些用于工程實際的實用性結論，如下：（1）垂直接地棒數量越多，組合接地體接地電阻越小；（2）對同一組合接地體來說，土壤電阻率越小，組合接地體的接地電阻越小；（3）對具有同樣多垂直接地體的組合接地體來說，水平接地體為環形的組合接地體，其接地電阻值小于水平接地體為直棒的組合接地體；（4）在架設接地網時，固然水平接地體越多，總的接地電阻值越小，但出于工程實際，必須考慮其造價和可行性，因此必須考慮水平接地網的優化問題。

參考文獻：

[1]張小青.建筑防雷與接地技術[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]魯志偉，孟奇.復合接地網接地電阻的簡化計算[J].供用電，1998.endprint