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降低接地电阻的常用方法
更新日期:2013-07-30  浏览:3150

  为了达到降低接地网接地电阻之目的,首先需要从理论上研究降低接地电阻的方法。由公式 R=ρε/C可以看出,降低接地电阻有以下两种途径,一是增大接地体几何尺寸,以增大接地体的电容C;二是改善地质电学性质,减小地的电阻率ρ和介电系数ε。
一、利用自然接地体
  充分利用混凝土结构物中的钢筋骨架、金属结购物,以及上下水金属管道等自然接地体,是减小接地电阻的有效措施,而且还可以起引流、分流、均压作用,并使专门敷设的接地带的连接作用得到加强。
二、增大接地网面积
  大地电阻率ρ和介电系数ε不容易改变,而接地电阻R与接地网电容C成反比:从理论上分析,接地网电容C主要由它的面积尺寸决定,与面积成正比,所以接地网面积与接地电阻成反比。减小接地网接地电阻,增大接地网面积是可行途径。一个有多根水平接地体组成的接地网可以近似地看成一块孤立的平板,借用平板接地体接地电阻计算公式,当平板面积增大一倍时,接地电阻减小29.3%。
三、增加垂直接地体
  依据电容概念,增加垂直接地体可以增大接地网电容。当增加的垂直接地体长度和接地网长、宽尺寸可比拟时,接地网由原来的近似于平板接地体趋近于一个半球接地体,电容会有较大增加,接地电阻会有较大减小。由埋深为零半径为r的圆盘和半径为r的半球电容之比4ε r/2πεr可得,接地电阻将减小36%。但是对于大型接地网,其电容主要是由它的面积尺寸决定,附加于接地网上有限长度(2~3m)的垂直接地体,不足以改变决定电容大小的几何尺寸,因而电容增加不大,亦接地电阻减小不多。所以大型接地网不应加以增加垂直接地体作为减小接地电阻的主要方法,垂直接地体仅作为加强集中接地散泄雷电流之用。唯一有效的途径是采用深井接地。
四、人工改善土壤电阻率(换土)
  在高电阻率地区采用人工改善土壤电阻率的方法,对减小接地电阻具有一定效果。例如,对于一个半径为r的半圆球接地体而言,其接地电阻的 50%集中在自接地体表面至距球心2r的半圆球内,如果将r至2r间的土壤电阻率降低,可使接地电阻大大减小。
  设原土壤电阻率为ρ2,将r至2r范围内的电阻率为ρ2的土壤用低电阻率的材料ρ1置换,则半圆球接地体的接地电阻为:RX=( + )/4лr
  置换前的接地电阻 RX为: RX= /2πr
  R与RX之比为: R/RX=( + )/2 
  当 << ,上式改写为: R=RX/2= /4 r      
  故接地电阻减小的百分数为50%。另外由上式可以看出,用低电阻率的材料置换半球附近高电阻率的土壤,相当于将半球接地体的半径由R增大到2R,由于接地体几何尺寸的增加,而使接地电阻减小。
五、深埋接地体
  在地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方,可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻。地的电阻率随深度而减小的规律,往往在达到一定深度后,地电阻率会突然减小很多。因此利用大地性质,深埋接地体后,使接地体深入到地电阻率低的地层中,通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的。
  对于地电阻率随地层深度的增加而减小不大的地方,由于地电阻率变化不大,增加接地网的埋深只是增大接地网的电容。利用电容的概念,电容具有储藏电场能量的本领,它所储藏的能量,不是储藏在极板上,而是储藏在整个介电质中,即整个电厂中:介电质中的能量密度,既与介电系数有关,又与电场的分布有关,因此,比起接地网的几何尺寸小得多的有限埋深,所增加的储藏能量的介质空间极为有限;在有限空间中的能量密度又小,储藏的总能量也就增加不多,即电容增加不大,所以对减小接地电阻作用不大,不宜采用深埋接地体的方法减小接地电阻。深埋接地体和敷设水下接地网可以大大降低直流电阻,但对降低交流电阻作用不大,故国军标不推荐使用该法。但结合基地航天测试实际情况,主要是低频信号,此法简单,效果明显,可以使用。
六、敷设水下接地网
  在有适宜水源的地方敷设水下接地网,由于水的电阻率比地电阻率小的多,可以取得比较明显的减小接地电阻的效果。而且敷设水下接地网施工比较简便,接地电阻比较稳定,运行可靠,但应注意水下接地网距接地对象的距离一般不大于1000m。
七、利用降阻剂
  在接地极周围敷设了降阻剂后,可以起到增大接地极外形尺寸,降低接触电阻的作用。降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂,是具有导电性能良好的强电解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体所包围,网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充,使它不致于随地下水和雨水而流失,因而能长期保持良好的导电作用。而降低阻剂的主要作用是降低与地网接触的局部土壤电阻率,换句话说,是降低地网与土壤的接触电阻,而不是降低地网本身的接地电阻。这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。降阻剂已有超过二十年的工程运用历史,经过不断的实践和改进,现在无论是性能还是使用施工工艺都已经是相当成熟的产品了。
八、利用电解离子接地系统
  电解离子接地系统(Ionic Earthing Array,简称IEA)。IEA近几年在新建变电所中得到广泛的应用,并取得一定的效果。有研究和实践证明:土壤电阻率过高的直接原因是因为缺乏自由离子在土壤中的辅助导电作用,IEA能在土壤中提供大量的自由离子,从而有效的解决接地问题。IEA由先进的陶瓷复合材料、合金电极、中性离子化合物组成,以确保能提供稳定的、可靠的接地保护。IEA的主体是铜合金管,以确保较高的导电性能及较长的使用寿命,其内部含有特制的、无毒的电解离子化合物,能够吸收空气中的水分,通过潮解作用,将活性电解离子有效释放到周围土壤中,正是因为IEA不断的自动释放活性电解离子使得周围土壤的导电性能能始终保持在较高水平,于是故障电流能顺畅的扩散到周围的土壤中,从而充分发挥接地系统的保护作用。另外,IEA所包含的特制回填料具有非常好的膨胀性、吸水性及离子渗透性,使IEA与周围的土壤保持良好的接触界面,无论天气或周围环境如何变化,都能使IEA保持最佳的接地保护效果。
九、其他方法
  如何降低接地电阻目前已成为工程建设的难点之一,除了以上方法外,利用深孔爆破接地技术、局部换土、采用两层水平接地网、外延接地(附近有较低土壤电阻率的土壤)等也都有一定的可行性。根据各个工程的不同情况可以选择适合的降阻措施,而各种方法也不是孤立的,可以相互配合,以取得更好的实际效果。
 

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