接地電阻的計(jì)算與影響接地電阻的因素

劉旭

摘要：??接地電阻的大小影響著用電設(shè)備操作人員的安全以及設(shè)備的正常運(yùn)行。本文通過(guò)接地電阻計(jì)算公式分析影響接地電阻的幾個(gè)主要因素，并結(jié)合工程實(shí)際討論降低接地電阻的若干措施，并比較這些措施對(duì)接地電阻阻值的影響。

關(guān)鍵詞：接地電阻;影響;電阻率

1、前言

接地是維護(hù)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，保障設(shè)備和運(yùn)行人員安全的重要措施之一。接地電阻值是確認(rèn)接地裝置的有效性以及判斷接地系統(tǒng)是否符合設(shè)計(jì)要求的重要參數(shù)。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期，就要對(duì)接地系統(tǒng)的接地電阻阻值進(jìn)行計(jì)算，以判斷照此方案設(shè)計(jì)接地裝置能否滿足規(guī)范及業(yè)主要求。本文以化工廠的接地系統(tǒng)為背景，介紹了幾種國(guó)內(nèi)外常用的接地電阻計(jì)算方法，并以伊朗甲醇項(xiàng)目為實(shí)例進(jìn)行計(jì)算和比較，分析影響接地電阻的因素，并提出了一些自己的看法。

2、接地電阻的計(jì)算

2.1、國(guó)內(nèi)計(jì)算方法

GB 50065-2011 《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A中給出了人工接地極工頻接地電阻的計(jì)算公式。對(duì)于以水平接地極為主邊緣閉合的復(fù)合接地網(wǎng)的接地電阻可利用下式計(jì)算：

2.2、IEEE計(jì)算方法

IEEE Std 80-2000 IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding 第14章中給出了兩種接地電阻的算法：Sverak算法和Schwarz公式。

2.2.1、Sverak算法：

3、案例分析

下面就以MEKPCO伊朗甲醇項(xiàng)目為例，按照不同設(shè)計(jì)方案，采用上述幾種算法對(duì)接地電阻進(jìn)行計(jì)算。

圖3.1給出了該項(xiàng)目全場(chǎng)接地網(wǎng)總圖：廠區(qū)位置土壤電阻率。廠區(qū)接地網(wǎng)為沿著廠區(qū)圍墻和柵欄敷設(shè)的邊緣閉合接地網(wǎng)，長(zhǎng)280m，寬230m，，水平接地體總長(zhǎng)度，埋設(shè)深度，接地極采用銅包鋼，共打120根。下面分別以水平接地體選擇95㎡裸銅線（直徑）和95㎡ PVC黃綠線兩種方案計(jì)算全廠接地電阻。

3.1、方案一：水平接地體采用95㎡裸銅線

采用裸導(dǎo)體作為水平接地體是國(guó)內(nèi)外普遍做法，因?yàn)槁銓?dǎo)體直接與土壤接觸可以起到散流的作用，此時(shí)接地網(wǎng)為既有水平接地體又有垂直接地體的邊緣閉合型復(fù)合接地網(wǎng)。接地電阻計(jì)算如下：

3.2、方案二：水平接地體采用95㎡ PVC黃綠線

本項(xiàng)目出于防腐角度的考慮，擔(dān)心裸銅線常年埋于地下會(huì)遭到腐蝕，提出采用95㎡ PVC黃綠線作接地干線的方案。此方案雖然避免了水平接地線被土壤腐蝕，但由于銅導(dǎo)體外側(cè)包裹了一層PVC絕緣外套，因此水平接地線的作用僅相當(dāng)于導(dǎo)線連接垂直接地極，而無(wú)法與大地聯(lián)通進(jìn)行散流。所有的入地電流均由垂直接地極擴(kuò)散流入大地。此時(shí)計(jì)算接地電阻，式2.1.1、2.1.2、2.1.3和2.2.1均不可采用。此時(shí)計(jì)算接地電阻只能采用Schwarz公式中的2.2.4式：

即采用銅包鋼接地極120根也無(wú)法將接地電阻降至一下，而如此大截面的垂直接地極打120根對(duì)于本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)已經(jīng)相當(dāng)多了。

3.3、兩種方案的比較

由上計(jì)算可見(jiàn)，僅采用垂直接地極進(jìn)行接地效果不好，垂直接地極遠(yuǎn)也不及水平接地極對(duì)系統(tǒng)的降阻作用。在既有水平接地極（與土壤直接接觸）又有垂直接地極的復(fù)合型接地網(wǎng)中，水平接地極對(duì)接地電阻阻值起決定性作用，垂直接地極的形狀和個(gè)數(shù)對(duì)系統(tǒng)接地電阻的影響幾乎可以忽略不計(jì)。

由2.1.2式可知，減小接地電阻的最有效的方法：減少、增大。

4、結(jié)論

通過(guò)以上計(jì)算分析，對(duì)于化工廠常見(jiàn)的邊緣閉合復(fù)合型接地網(wǎng)的接地電阻，筆者提出了自己的看法和結(jié)論：

1）當(dāng)水平接地體和垂直接地體均與土壤直接接觸時(shí)，水平接地體對(duì)全廠接地電阻阻值起決定性作用，垂直接地極的作用可以忽略。

2）當(dāng)水平接地極不與土壤直接接觸時(shí)，入地電流只能通過(guò)垂直接地體流向大地。此時(shí)垂直接地極的個(gè)數(shù)決定接地電阻阻值。欲降低接地電阻，只能增打接地極。但由于電流的屏蔽效應(yīng)，接地極打得越多，屏蔽效應(yīng)越大，降阻效果越不明顯。

3）減小接地電阻的最有效的方法是：降低土壤電阻率，增大閉合接地網(wǎng)外輪廓的面積。

4）加密網(wǎng)格無(wú)法有效地降低接地電阻阻值，這是因?yàn)殡娏鞯钠帘涡?yīng)。但對(duì)于大型發(fā)電廠和變電站，選擇合適的均壓帶間距可有效降低接觸電壓和跨步電壓。

5）在水平接地極與土壤直接接觸的情況下，增打垂直接地極對(duì)工頻接地電阻的影響甚微。但垂直接地極對(duì)防雷接地還是必要的。

6）對(duì)于化工廠接地系統(tǒng)，采用裸銅導(dǎo)體或扁鋼做水平接地極對(duì)接地電阻值無(wú)影響，工程中偏好采用銅導(dǎo)體做水平接地極的主要原因是銅在土壤中的耐腐蝕性要優(yōu)于扁鋼。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 50065-2011.交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2] 工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè).第三版.中國(guó)電力出版社，2005.

[3] IEEE Std80-2000. IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.

[4] Sverak J.G.， “Simplified analysis of electrical gradients above a ground grid; Part I-How good is the present IEEE method？” IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems， vol.PAS-103， no.1， pp.7-25， Jan.1984.

[5] Schwarz S.J.， “Analytical expression for resistance of grounding systems，” IEEE Transactions on Power Apparatus and systems， vol.73， no.13， part III-B， pp.1011-1016， Aug. 1954.