接地體的選擇和經(jīng)濟性分析

蔣理成

（中國鐵路通信信號上海工程集團有限公司，上海 200436）

在日常的接地施工過程中，我們往往根據(jù)工作經(jīng)驗選擇接地體的材料和規(guī)格形狀，并沒有一個合適的理論指導(dǎo)我們選擇接地體，為了日后更好地進行接地施工，減少不必要的浪費和合理降低接地電阻，本文對日常遇到的接地做一些理論探討。

1 接地電阻計算理論

理論上，接地電阻越小，接觸電壓和跨步電壓就越低，對人身和設(shè)備越安全。但要求接地電阻越小，則人工接地裝置的投資也就越大，而且在土壤電阻率較高的地區(qū)不易做到。在實踐中，可利用埋設(shè)在地下的各種金屬管道（易燃體管道除外）和電纜金屬外皮以及建筑物的地下金屬結(jié)構(gòu)等作為自然接地體。由于人工接地裝置與自然接地體是并聯(lián)關(guān)系，從而可減小人工接地裝置的接地電阻，減少工程投資。

人工接地裝置常用的有垂直埋設(shè)的接地體、水平埋設(shè)的接地體以及復(fù)合接地體等。此外，接地電阻大小還與接地體形狀有關(guān)，在工程中通常使用垂直、水平接地體，這里只簡要介紹上述兩種接地電阻的計算。

1.1 垂直埋設(shè)接地體的散流電阻

垂直埋設(shè)的接地體有多種形狀，比如角鋼，鋼管等，在計算過程中，以鋼管接地體為例，作為計算公式的基礎(chǔ)。鋼管垂直接地體接地電阻計算公式如下。

將上述公式簡化后，得到以下近似公式。

式中：ρ——土壤電阻率。

L——接地體長度。

d——接地鐵管或圓鋼的直徑。

為防止氣候?qū)拥仉娮柚档挠绊?，一般將鐵管頂端埋設(shè)在地下0.5～0.8 m深處，在此深度下，由于地下水位的影響，土壤的濕度變化不會很大，土壤電阻律ρ也不會有很大的變化。

若垂直接地體采用角鋼或扁鋼，其等效直徑為：

等邊角鋼d=0.84 b

扁鋼d=0.5 b

為達到所要求的接地電阻值，往往需埋設(shè)多根垂直接地體，垂直接地體排列成行或成環(huán)形，而且相鄰接地體之間距離一般取接地體長度的1～3倍，以便平坦分布接地體的電位和有利施工。這樣，電流流入每根接地體時，由于相鄰接地體之間的磁場作用而阻止電流擴散，即等效增加了每根接地體的電阻值，因而接地體的合成電阻值并不等于各個單根接地體流散電阻的并聯(lián)值，而相差一個利用系數(shù)，于是接地體合成電阻為

式中：Re——單根垂直接地體的接地電阻。

ηL——接地體的利用系數(shù)。

n——垂直接地體的并聯(lián)根數(shù)。

接地體的利用系數(shù)與相鄰接地體之間的距離a和接地體的長度L的比值有關(guān)，a/L值越小，利用系數(shù)就越小，則散流電阻就越大。在實際施工中，接地體數(shù)量不超過10根，取a/L=3，也就是說，如果接地體長度為2 m，每根接地體之間的距離不小于6 m。當接地體排列成行時，ηL在0.9～0.95之間；接地體排列成環(huán)形時，ηL約為0.8。如果接地體距離太近，散流干擾變大，ηL的數(shù)值將變小，不能充分發(fā)揮每根接地體的效果，但是也不能無限制增加接地體之間的距離，否則將大大增加土方開挖的工作量。

1.2 水平埋設(shè)接地體的散流電阻

一般水平埋設(shè)接地體采用扁鋼、角鋼或圓鋼等，其人工接地電阻按下式求得。

式中：L——水平接地體總長度。

h——接地體埋沒深度。

A——水平接地體結(jié)構(gòu)型式的修正系數(shù)。

水平接地體結(jié)構(gòu)型式修正系數(shù)如表1所示。

表1 水平接地體結(jié)構(gòu)型式修正系數(shù)

當垂直接地體和水平接地體連接一體綜合設(shè)置時，可采取公式（5）進行近似計算。

其中B為干擾系數(shù)，跟垂直接地體和水平接地體的設(shè)置有關(guān)，通常取1.1～1.2之間。

2 接地材料選取經(jīng)濟性分析

垂直接地體接地電阻分析如下。

分析公式（1），（2），可以將土壤的電阻率設(shè)定為常數(shù)，在下面的比較中，可暫時不予考慮。其他部分設(shè)為可變量Q，分別帶入不同長度的接地極，鋼管直徑d取5 cm。計算系數(shù)Q如表2所示。

表2 系數(shù)Q計算對比

表3 接地形勢效果對比

通過表3中的數(shù)據(jù)分析，可以看出：

1）當接地極總長是6 m時，采取4根1.5 m垂直接地極的接地效果要好于采取3根2 m接地極的接地效果。

2）當接地極總長是7.5 m時，采用5根1.5 m接地極的效果好于采用3根2.5 m的接地效果。

3）當接地極總長是10 m時，采用5根2 m接地極的效果好于采用4根2.5 m的接地效果。

根據(jù)上述分析，在大地電阻率變化不大，用料相同的情況下，采用1.5 m的效果好于2 m，2 m的效果好于2.5 m。此處不推薦2.5 m，除了接地效率比較差之外，同時也要考慮大部分鋼管都是6 m定長，1根鋼管可以切成4根1.5 m，3根2 m，2根2.5 m。如果采用2.5 m，浪費比較大。

上述僅是對地形限制不大的情況進行了分析，當受到地形限制，接地極埋設(shè)位置比較局限時，可采取加長接地極長度的方法來降低接地電阻。

在新疆烏魯木齊高速公路照明工程接地系統(tǒng)和上海A30高速公路照明工程中，筆者嘗試性的使用了短接地極系統(tǒng)，均取得了良好的接地效果和經(jīng)濟效果。

[1]王洪澤.復(fù)合接地網(wǎng)接地電阻的簡化計算[J].電力建設(shè)，2001,25（8）：70-72.