換乘地鐵站并聯(lián)人工接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算

張 瑞

（中鐵隧道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 511400）

0 引言

接地設(shè)計(jì)是地鐵車站一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)內(nèi)容，需要保證人身安全、設(shè)備安全及運(yùn)營(yíng)可靠性。強(qiáng)電設(shè)備、弱電設(shè)備的工作接地、安全接地及其他需接地的設(shè)備對(duì)接地的要求主要體現(xiàn)在接地網(wǎng)的接地電阻值上，接地電阻值≤1 Ω，因此接地電阻計(jì)算的準(zhǔn)確性對(duì)接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)有著重要的指導(dǎo)作用。如果計(jì)算值較實(shí)際值偏大，為了降低接地電阻則需要相應(yīng)增加投資；如果計(jì)算值較實(shí)際值偏小，就有可能會(huì)對(duì)接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)起到誤導(dǎo)作用。

1 普通地鐵車站接地網(wǎng)接地電阻的簡(jiǎn)易計(jì)算

地鐵車站多為明挖車站，即使暗挖車站，也會(huì)設(shè)置一定面積量的明挖區(qū)域，地鐵接地網(wǎng)設(shè)計(jì)需要對(duì)明挖區(qū)的情況進(jìn)行合理判斷，在適合區(qū)域基坑底部設(shè)置接地網(wǎng)。結(jié)合車站底板的埋深和地質(zhì)詳勘報(bào)告，獲取接地網(wǎng)所在土壤的電阻率，并根據(jù)接地網(wǎng)的規(guī)模，把相關(guān)參數(shù)代入計(jì)算公式，目前行業(yè)內(nèi)主要采用的是《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）中的復(fù)合型接地電阻的簡(jiǎn)易計(jì)算公式，見式（1）。

式中 ρ— 接地網(wǎng)所在土壤的電阻率

S— ＞100 m2的閉合接地網(wǎng)的面積

式（1）簡(jiǎn)易計(jì)算的實(shí)用性已經(jīng)被越來(lái)越多的地鐵工程所證實(shí)。在地鐵車站的接地設(shè)計(jì)中，強(qiáng)電和弱電系統(tǒng)采用綜合接地裝置，要求接地電阻≤1 Ω，若計(jì)算電阻值不滿足要求，則要通過(guò)修改接地網(wǎng)的大小或者增加相應(yīng)的降阻措施來(lái)降低接地電阻[1]。

2 換乘地鐵車站綜合接地網(wǎng)接地電阻的簡(jiǎn)易計(jì)算

城市軌道交通網(wǎng)路越來(lái)越發(fā)達(dá)，出現(xiàn)了大量的換乘車站，換乘車站由于站位或線路交叉，接地網(wǎng)通常被分割為不連續(xù)的兩處，為了使兩處接地網(wǎng)都有更穩(wěn)定的接地效果，通常通過(guò)≥2根電纜或扁銅將兩處接地網(wǎng)進(jìn)行電氣連接，形成綜合接地網(wǎng)[2]。

對(duì)于上述綜合接地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算，大部分設(shè)計(jì)人員使用并聯(lián)電阻計(jì)算公式，見式（2）。

式（2）中，Rz為綜合接地網(wǎng)的接地電阻，R1，S1，ρ1分別為接地網(wǎng) 1 的接地電阻、接地網(wǎng)的面積、接地網(wǎng)所在地層的土壤電阻率，R2，S2，ρ2分別為接地網(wǎng)2的接地電阻、接地網(wǎng)的面積、接地網(wǎng)所在地層的土壤電阻率。接地電阻與實(shí)體電路的電阻不同，簡(jiǎn)單采用電阻公式估算可能存在較大的誤差[3]。當(dāng)接地極經(jīng)由2種不同土壤時(shí)（土壤水平分層），如接地極經(jīng)過(guò)土壤電阻率ρ1的接地網(wǎng)面積為S1，接地極經(jīng)過(guò)土壤電阻率ρ2的接地網(wǎng)面積為S2，接地網(wǎng)的總面積為S，則該接地網(wǎng)在雙層土壤中的接地電阻見式（3）。圖1所示為2種土壤電阻率的接地網(wǎng)。

圖1 2種土壤電阻率的接地網(wǎng)

換乘車站的接地網(wǎng)雖然通過(guò)電纜或扁銅連接，但由于電纜或扁銅并未埋在地中，對(duì)接地網(wǎng)面積無(wú)影響，且電纜或扁銅的電阻較小，對(duì)接地電阻值影響較小，理論上與圖1的計(jì)算模型非常相似，可通過(guò)式（3）對(duì)換乘車站的綜合接地電阻進(jìn)行計(jì)算[4]。通過(guò)對(duì)比式（2）和式（3）可知，采用并聯(lián)電阻公式的計(jì)算結(jié)果會(huì)較小，接地網(wǎng)總面積越大，兩者計(jì)算結(jié)果相差越大。

3 驗(yàn)證換乘地鐵車站接地網(wǎng)接地電阻簡(jiǎn)易計(jì)算公式

結(jié)合2個(gè)換乘車站對(duì)綜合接地網(wǎng)接地電阻計(jì)算公式的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算輸入條件如下。

（1）換乘車站 1。ρ1=102.66 Ωgm，S1=1632 m2，ρ2=137.13 Ωgm，S2=2339 m2。

（2）換乘車站 2。ρ1=168.70 Ωgm，S1=2272 m2，ρ2=195.52 Ωgm，S2=1768 m2。

對(duì)于換乘車站1，當(dāng)采用電阻并聯(lián)公式計(jì)算接地電阻時(shí)，計(jì)算結(jié)果見式（4）。

當(dāng)采用接地網(wǎng)在水平分層土壤中的接地電阻計(jì)算公式時(shí)，計(jì)算結(jié)果見式（5）。

施工完畢后，施工單位反饋的接地電阻現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值的平均值為0.88。

對(duì)于換乘車站2，當(dāng)采用電阻并聯(lián)公式計(jì)算接地電阻時(shí)，計(jì)算結(jié)果見式（6）。

施加降阻劑后，接地電阻計(jì)算結(jié)果見見式（7）。

當(dāng)采用接地網(wǎng)在水平分層土壤中的接地電阻計(jì)算公式時(shí)，計(jì)算結(jié)果見式（8）。

施加降阻劑后，接地電阻計(jì)算結(jié)果見式（9）。

施工完畢后，施工單位反饋的接地電阻現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值的平均值為 0.91 Ω。

從上述的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值對(duì)比可知，采用式（2）的計(jì)算值會(huì)偏小，誤差較大，可高達(dá)20%以上，而采用式（3）的計(jì)算值則比較靠近實(shí)測(cè)值，誤差較小，能滿足工程設(shè)計(jì)需要，可見式（3）更適用于綜合接地網(wǎng)的接地電阻計(jì)算[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算結(jié)果證明，兩處并聯(lián)接地網(wǎng)的接地電阻計(jì)算，直接采用并聯(lián)公式是不可靠的，而將并聯(lián)接地網(wǎng)看作一個(gè)經(jīng)過(guò)水平分層土壤的復(fù)合接地網(wǎng)，其接地電阻的計(jì)算值更準(zhǔn)確，此方法可供類似換乘車站的接地電阻計(jì)算時(shí)參考。

[1]GB 50157—2013.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[2]GB/T 50065—2011.交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[3]周晉.對(duì)高土壤電阻率地區(qū)地鐵車站綜合接地網(wǎng)的探討[J].城市軌道交通研究，2014（12）：62-64.

[4]張鵬，鄭建新.深圳機(jī)場(chǎng)T3航站樓地鐵換乘樞紐綜合接地系統(tǒng)施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2012（4）：26-29.

[5]王洪澤.復(fù)合接地網(wǎng)接地電阻的簡(jiǎn)化計(jì)算[J].電網(wǎng)技術(shù)，2001（8）：70-72.