降低接地電阻的措施淺談

范飛飛

[摘? ? 要]接地電阻功能是防止雷電擊中電力設(shè)備的保護(hù)措施。接地電阻直接反映了用電設(shè)備與“地”的接觸程度，同時(shí)也反映了接地網(wǎng)的應(yīng)用規(guī)模。文章介紹了在特殊地質(zhì)條件下降低地面電阻的措施。

[關(guān)鍵詞]降低;接地電阻;措施;土壤;降阻劑

[中圖分類號(hào)]TM862 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]The function of grounding resistance is a protective measure to prevent lightning from hitting power equipment. The grounding resistance directly reflects the degree of contact between the electrical equipment and the "ground"， and it also reflects the application scale of the grounding grid. Measures to reduce ground resistance under special geological conditions are introduced.

[Keywords]reduce; ground resistance; measure; soil; resistance reducer

接地電阻功能是防止雷電擊中設(shè)備的保護(hù)措施。接地電阻是衡量接地的重要參數(shù)。它是電流從相關(guān)的接地裝置流向大地后再通過大地流向另一個(gè)接地體或傳播時(shí)的電阻。包括了接地線和接地體的電阻，也是接地體與大地之間的電阻。直接反映了用電設(shè)備與“地”的接觸程度和接地網(wǎng)的實(shí)際規(guī)模。

1 影響接地電阻的主要因素

（1）接地體：填土體的大小、形狀、數(shù)量、材質(zhì)、深度、地理環(huán)境、土壤濕度、質(zhì)地;

（2）接地的介質(zhì)：比如大地土壤、混凝土和水。電阻率為接地的指標(biāo)之一，而且對(duì)于接地電阻的影響較大。一些接地系統(tǒng)在底座上使用鋼筋或?qū)⒔拥仉姌O連接到底座上。混凝土的電阻率影響接地電阻，對(duì)于接地電阻率較高的，需要使用附近的水源將接地電極置于水中。

決定接地電阻的相關(guān)影響因素是土壤的電阻率。對(duì)于土壤阻力用土壤電阻率表示。電阻率用邊長為10 mm的立方體的電阻表示。土壤電阻率因相關(guān)的土壤特性、溫度和物理特性而決定了一定的差異。

2 影響土壤電阻率的主要因素

2.1 土壤性質(zhì)

土壤對(duì)接地電阻率的影響是最大的。不同土壤的電阻率相差也是較大的。如砂土、黃土和紅土等。

2.2 含水量

土壤的含水量對(duì)電阻率也有很大的影響。干燥土壤的電阻率可以是無限的。當(dāng)相關(guān)土壤性質(zhì)含水量增加到15%時(shí)，這個(gè)時(shí)候的電阻率會(huì)下降。如果往土壤里加水到75%左右的時(shí)候，此時(shí)電阻率變化很小;當(dāng)相關(guān)的土壤性質(zhì)里含水量超過75%時(shí)，這時(shí)候電阻率也會(huì)增加。因此，可以看出含水量對(duì)電阻率的影響因類型而不同，而且與含水量有關(guān)。例如，在電阻率較低的土壤中，加入純凈水會(huì)增加電阻率。因此，在用水改良土壤時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)。

（1）溫度：當(dāng)溫度在0 ℃以下時(shí)，此時(shí)土壤中水分會(huì)凍結(jié)，電阻率會(huì)增大，接地極一般放置在凍土層下方，以避免高阻耗散。

（2）化學(xué)成分：當(dāng)土壤中含有酸和堿的成分時(shí)，此時(shí)的電阻率會(huì)下降。并且此功能常用于改善土壤。

（3）物理特性：物理因素會(huì)改變土壤對(duì)于電流的分布，當(dāng)土壤含有金屬成分時(shí)。大地本身牢固并與接地極緊密接觸，對(duì)電阻率也有很大影響。土壤顆粒越密，電阻率越低，降低因土壤類型而異。沙子和巖石顆粒不易被壓縮，因此電阻率降低。當(dāng)粘土含水量為10%時(shí)，假設(shè)在這個(gè)時(shí)候的溫度不發(fā)生變化，那么單位壓力會(huì)從20 MPa逐漸增加到200 MPa，并且此時(shí)的電阻率可降低到65%。大地與接地電極的接觸越強(qiáng)，耗散電阻越低。為了降低接地極的耗散電阻，采用將管狀接地極驅(qū)動(dòng)入地。這種施工方法相對(duì)簡單，并且驅(qū)動(dòng)入地可以壓實(shí)附近的土壤，與土壤接觸，達(dá)到降低電阻率的使用效果。如果采用其他方法放置接地極，土壤應(yīng)靠近接地極使用，以降低電阻率。

（4）土壤熱阻系數(shù)：不同的季節(jié)，溫度也會(huì)有所不同，土壤的熱阻系數(shù)也發(fā)生變化，熱阻也隨季節(jié)增減。

3 接地系統(tǒng)

北方銅業(yè)股分有限公司計(jì)量檢驗(yàn)部電感耦合等離子體質(zhì)譜儀接地工程，根據(jù)相關(guān)廠家提供的條件，該儀器屬于精密儀器，接地系統(tǒng)應(yīng)做單獨(dú)接地。

3.1 計(jì)量檢驗(yàn)部電感耦合等離子體質(zhì)譜儀接地工程

（1）接地要求：單獨(dú)接地，接地電阻不大于4 Ω，并且對(duì)于建筑物離地距離需要大于20 m;地質(zhì)條件多為巖石，少土壤。

（2）工程方法：120*4紫銅板10片，紫銅板的連接要求是四面焊，可以先焊后貼。扁平紫銅板與銅帶的連接四面全焊，長度不小于30 mm;銅板與絕緣線的連接為焊錫，長度不小于30 mm;井寬×深度×長度=2 300 mm×2 300 mm×2 300 mm，將焊接好的銅板放在井底，并放置減阻劑;使用銅帶引至設(shè)備接地端子。

①測試如下：電阻值為9.85 Ω>4 Ω，不符合標(biāo)準(zhǔn)。

②在附近增加接地極，用低電阻接地代替接地，其他方法同上。經(jīng)技術(shù)測試，電阻值為8.55 Ω>4 Ω，不符合標(biāo)準(zhǔn)。

③將泥水倒入第二組接地極中，其余同上一組。經(jīng)專業(yè)測試，電阻值為6.5 Ω>4 Ω，不符合標(biāo)準(zhǔn)。

④在第二組接地電極旁邊的通道中，增加一組新的接地電極，其余與第二次相同。測試結(jié)果顯示，電阻值為3.8 Ω，小于4 Ω，符合要求。

3.2 通過以上工程結(jié)果總結(jié)出降低電阻值的方法

3.2.1 更換土壤

這種方法需要應(yīng)用電阻率較低的土壤替換較高的土壤，替換范圍在接地體0.5 m內(nèi)，以及接地體的1/3以內(nèi)。但是，這種土壤置換方式是勞動(dòng)密集型的。

3.2.2 人工處理土壤（化學(xué)處理）

人工處理的方法是在土壤里添加食鹽、煤、氮肥渣和石灰等化學(xué)品，以提高土壤的導(dǎo)電性。使用食鹽對(duì)不同地區(qū)的土壤的影響會(huì)有所不同。砂質(zhì)粘土在經(jīng)過食鹽處理后，土壤的電阻率從1/3降低到1/2，砂質(zhì)土的電阻率可以從3/5降低到3/4。砂的電阻率降低7/9～7/8;對(duì)于巖石土壤，浸入1%的鹽水溶液后，電導(dǎo)率可提高70%。雖然工程造價(jià)比較低，但在經(jīng)過人工處理土壤后，會(huì)直接降低接地體的熱穩(wěn)定性，縮短了接地體的使用壽命。因此，一般情況下，僅在絕對(duì)特殊的情況下才推薦使用。

3.2.3 深埋地電極

當(dāng)土壤或地下水的電阻率較低時(shí)，可采用深埋地電極來降低土壤的電阻值。這種方法對(duì)沙質(zhì)土壤最有效。據(jù)記載，3 m深度的土壤電阻率為100%，4 m深度為75%，5 m深度為60%，6 m深度為60%，6.5 m深度為50%，9 m深度為50%，這種方法可以忽略凍干引起的電阻率增加，但施工難度較大，成本高，在巖石地區(qū)難度更高。

3.2.4 各種外部接地裝置

如果接地裝置環(huán)境的周圍有導(dǎo)電性良好且不容易發(fā)生結(jié)冰的河流，可選擇應(yīng)用此方法。但在安裝時(shí)，需要預(yù)估對(duì)于接地極主線電阻的影響，對(duì)于外引接地極的長不超過100 m。

3.2.5 使用接地電阻降低劑

在接地極附近可以選擇放置降阻劑，增大接地尺寸，并進(jìn)一步降低了與周圍接地介質(zhì)的電阻，從而降低接地電阻。當(dāng)降阻劑用于小面積集中接地時(shí)，降阻會(huì)更明顯。

降阻劑是多種物質(zhì)組成的化學(xué)降阻劑，具有良好的導(dǎo)電性。這是當(dāng)今相對(duì)較新且非常流行的方法。

3.2.6 利用鋼筋混凝土體作為流散介質(zhì)

通過利用與水接觸的混凝土中結(jié)構(gòu)和其他金屬體作為接地體。在混凝土結(jié)構(gòu)中形成的鋼網(wǎng)中，選擇一些垂直和水平交叉，將這些點(diǎn)焊接并連接到接地網(wǎng)。

如果水工建筑物作為接地體不能滿足時(shí)，或水工建筑物使用有困難時(shí)，應(yīng)在附近水域放置外接地裝置，接地裝置應(yīng)放置在水速不高或積水的地方，并用一些大石塊接地固定。

3.2.7 采取伸長水平接地體

結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用，接地體長度的增加，在這個(gè)過程中的電感影響也會(huì)不斷增大，從而影響系數(shù)也會(huì)不斷的增大。此時(shí)土壤會(huì)受到影響。一般來說，接地體的長度不應(yīng)過大，應(yīng)用過程中還需要根據(jù)土壤電阻率確定。

3.2.8 采用污水引入

為了降低周圍土壤的電阻率，將污水引向埋藏的土體。并且選擇接地體為鋼管，鋼管上的每500 px鉆一個(gè)小孔，讓水滲入地面。

3.2.9 進(jìn)行深井接地

在條件允許時(shí)也可用鉆機(jī)打井，將鋼管鉆入井內(nèi)，并采用科學(xué)配比的泥漿倒入鋼管井。

在土壤電阻率高的地區(qū)，在確定降低土壤電阻的措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)卦械慕?jīng)驗(yàn)、氣候條件、地形特征和土壤等進(jìn)行分析，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選擇接地方法。可以保證線路和設(shè)備運(yùn)行，避免投資過高。

3.3 增加垂直地級(jí)深度

增加接地網(wǎng)的深度可以降低接地電阻。當(dāng)水平接地效果不能繼續(xù)增加時(shí)，需要增加接地極的深度，在地面上放置若干長接地極，并與水平接地網(wǎng)相連，形成三維接地網(wǎng)。土壤電阻率與土壤性質(zhì)和礦物質(zhì)含量相關(guān)。不同的土壤具有不同的電導(dǎo)率和分布不均。深層土壤含水量高，導(dǎo)電性強(qiáng)，電阻低。因此，增加和加深接地極可以充分利用深層土壤的高導(dǎo)電性來降低電阻，是降低接地網(wǎng)電阻的有效方法。常用的增加接地極深度的方法有一般深井接地、深井接地和斜接地極。

3.4 水下接地網(wǎng)的放置

安裝低電阻率水下接地網(wǎng)絡(luò)以降低電阻。當(dāng)有水源時(shí)，如池塘、水庫和河流等，可在最低水位下合理地選擇設(shè)置接地網(wǎng)，達(dá)到降低電阻的目的。為確保安全可靠運(yùn)行，避免裝置出現(xiàn)損壞和腐蝕，接地體和連接電纜一般進(jìn)行埋地和固定。當(dāng)水下部分不受外部影響時(shí)，只焊接導(dǎo)體并浸入水中。水下接地網(wǎng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行可以消除人體對(duì)地的接觸電阻，對(duì)短路電流的耗散有較好的使用效果。在選擇水源和放置接地網(wǎng)時(shí)，應(yīng)盡可能將其置于水流速較低的靜水中并做好裝置的固定，并在動(dòng)水中進(jìn)行小接地。嘗試在寬闊的水域中增加占用水域，然后垂直移動(dòng)。在擴(kuò)大水域面積，水下接地網(wǎng)與接地體之間保持足夠的距離，以減少相互保護(hù)的影響。

3.5 選材的接地電阻

在接地體金屬材料的選擇上，由于其種類繁多，通常選擇圓鍍鋅鋼作為接地體，該材料在接地電阻中具有很大的應(yīng)用價(jià)值，并且具有一定的經(jīng)濟(jì)性能和使用效率，并且使用范圍也更廣，同時(shí)配備特制的重型驅(qū)動(dòng)頭和鉆頭，施工時(shí)可驅(qū)動(dòng)30m以上，有效獲得恒定的低阻力。目前在選擇接地時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況可考慮選擇電解離子接地極。電解離子接地利用大氣壓力和氣流，利用接地電極的通風(fēng)孔促進(jìn)空氣進(jìn)入，與接地電極相互作用。內(nèi)部金屬鹽結(jié)合并吸濕處理以形成電解質(zhì)。這些電解質(zhì)向周圍擴(kuò)散形成接地極，進(jìn)一步降低了土壤的阻力，達(dá)到降低土壤阻力的重要目的。該方法在目前對(duì)接地要求較高，工程難度較大時(shí)具有一定的接地適用性。另外，在接地設(shè)計(jì)中，將接地網(wǎng)與電解離子接地極有效結(jié)合，可以地達(dá)到降低接地電阻的效果。

3.6 降低接地電阻的一些特殊措施

3.6.1 爆破接地技術(shù)

爆破技術(shù)的原理是利用鉆機(jī)在地面接地的現(xiàn)場鉆井，垂直鉆孔并將接地電極放入孔中。為了便于引爆，沿井在一定距離處放置一定的炸藥，將附近的巖石炸掉并落下。用壓機(jī)將裝有泥漿的物理減阻劑壓入爆破產(chǎn)生的裂縫中，使減阻劑與地下大面積的地面接觸和連通，從而得以緊密接觸。與接地電極的接觸面積增大，達(dá)到降低接地電阻的目的。

3.6.2 斜井降阻技術(shù)

斜井降阻原理是通過非開挖技術(shù)，從主接地網(wǎng)邊緣移至電阻率低的其他區(qū)域，以獲得更佳的擴(kuò)展效果。斜井降阻技術(shù)是一種將電介質(zhì)釋放到土壤中以降低電阻率的方法。土壤水分通過銅管的通氣孔被銅管吸收，使復(fù)合晶體與水分接觸成為介電溶液，通過銅管通氣孔排出，形成良好的電解質(zhì)離子土壤，構(gòu)成良好的傳導(dǎo)通道，降低土壤的電阻率。

4 結(jié)束語

綜上所述，降低接地電阻的思路就是改變影響接地電阻值的參數(shù)，即采取相關(guān)的降低接地電阻措施調(diào)整和改變土壤電阻率，以達(dá)到降低接地電阻的目的。在土壤電阻率高的地區(qū)，降低電阻的方法有很多。當(dāng)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)不能采用單一的方式降低電阻時(shí)，應(yīng)采用多種形式降低電阻。在選擇降低接地電阻方法時(shí)，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)成本和效率問題，綜合考慮采用最經(jīng)濟(jì)合理的方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 千素蘭.《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010宣貫[J].電氣工程應(yīng)用，2011（4）：11-16.