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(tǒng)中的重要意義并用定量計(jì)算的方法對(duì)組合接地體的工頻接地電阻進(jìn)行了研究，并對(duì)一例復(fù)合接地網(wǎng)進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：人工接地裝置；工頻接地電阻；研究

中圖分類號(hào)：TU856 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）35-0164-02

1 接地電阻研究的重要意義

當(dāng)電力系統(tǒng)或電氣設(shè)備發(fā)生接地短路故障或遭受雷擊時(shí)，接地是重要的保護(hù)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(yīng)產(chǎn)生的雷電流，最終都需要通過接地體將其傳導(dǎo)泄散到大地中去。當(dāng)電力系統(tǒng)或電氣設(shè)備發(fā)生接地短路故障或其他大電流入地時(shí)，如果接地電阻值比較大，就會(huì)造成地網(wǎng)電位異常升高。這樣，除給運(yùn)行人員安全帶來威脅外，還很有可能因反擊或電纜皮環(huán)流使得電氣設(shè)備的絕緣遭到破壞，高壓串入設(shè)備，輕則導(dǎo)致電氣設(shè)備的拒動(dòng)或誤動(dòng)，重則破壞電氣設(shè)備。因此，如何盡可能地降低接地電阻阻值是接地系統(tǒng)研究中的一個(gè)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(duì)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(gè)基本性能參數(shù)，也是衡量接地系統(tǒng)的有效性、安全性以及鑒定接地系統(tǒng)是否符合設(shè)計(jì)要求的重要參數(shù)。

接地體是埋入土壤中或混凝土基礎(chǔ)中起泄散作用的導(dǎo)體，分為人工接地體和自然接地體兩種。埋設(shè)接地體的作用在于確定土壤中電流起始擴(kuò)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(duì)應(yīng)于接地體向大地泄散直流、工頻交流和暫態(tài)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(jì)算可以用直流接地電阻計(jì)算來取代。

3 人工接地裝置工頻接地電阻的計(jì)算示例

組合接地體是由不止一個(gè)水平或垂直接地體組成的，當(dāng)其中某一個(gè)接地體向大地泄散電流時(shí)，將會(huì)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(chǎn)生的恒定電場(chǎng)將產(chǎn)生相互屏蔽作用，使得組合接地體中各單個(gè)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(shí)接地電阻的計(jì)算

常用垂直接地體接地電阻的簡(jiǎn)化計(jì)算公式：

而當(dāng)n根垂直接地棒與埋設(shè)于土壤中的水平接地體相連接時(shí)，計(jì)算這種組合接地體的接地電阻應(yīng)同時(shí)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(jì)算公式為：

式中：？濁-組合接地體的利用系數(shù)。

以下對(duì)組合體接地電阻進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算所取參數(shù)：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(huán)形時(shí)接地電阻的計(jì)算

基本計(jì)算公式與水平接地體為直棒時(shí)相同，只是要考慮環(huán)形水平接地體各段的并聯(lián)，另外環(huán)形段導(dǎo)體的l取弧長(zhǎng)。

4 復(fù)合接地網(wǎng)的局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)

復(fù)合接地網(wǎng)的局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)即求在接地電阻最小時(shí)，接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體數(shù)的最小值。

4.1 復(fù)合接地網(wǎng)的簡(jiǎn)化計(jì)算公式

下述介紹了一種復(fù)合接地網(wǎng)接地電阻的簡(jiǎn)化計(jì)算公式[2]：

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

本文以普通電子設(shè)備和微電子設(shè)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(fù)合接地網(wǎng)內(nèi)部的最少導(dǎo)體數(shù)，也即復(fù)合接地網(wǎng)導(dǎo)體布置的局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。

1127Ω·m，L=2.5m，應(yīng)用上文計(jì)算公式得到結(jié)果如下。（如表3）

由此可知，在上述參數(shù)條件下，若要求接地電阻為5Ω，接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體數(shù)最少為34根，即橫17根，縱17根（對(duì)應(yīng)以上解n=72）， 若要求接地電阻為1Ω，接地網(wǎng)內(nèi)部導(dǎo)體數(shù)最少為180根，即橫90根，縱90根（對(duì)應(yīng)以上解n=364）。

5 結(jié)束語

本文通過研究簡(jiǎn)單接地體和復(fù)合接地網(wǎng)的工頻接地電阻，得出了一些用于工程實(shí)際的實(shí)用性結(jié)論，如下：（1）垂直接地棒數(shù)量越多，組合接地體接地電阻越?。唬?）對(duì)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?。唬?）對(duì)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(huán)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(shè)接地網(wǎng)時(shí)，固然水平接地體越多，總的接地電阻值越小，但出于工程實(shí)際，必須考慮其造價(jià)和可行性，因此必須考慮水平接地網(wǎng)的優(yōu)化問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]張小青.建筑防雷與接地技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[2]魯志偉，孟奇.復(fù)合接地網(wǎng)接地電阻的簡(jiǎn)化計(jì)算[J].供用電，1998.endprint