張宏偉 陳昱之 張宏閣 殷寧潞

阿拉善盟氣象局(阿拉善盟 750306)

0 緒論

常規(guī)的地網(wǎng)布置方案一般是采用等間距方格布置法，但事實(shí)證明這并非是最好的布置方法。不等間距地網(wǎng)布置法最早是由德國的Sverak 提出的。國內(nèi)是由陳光祿教授于1985 率先提出了均勻土壤下采用不等間距均壓布置接地網(wǎng)的規(guī)律，其他學(xué)者也做過類似的研究。不等間距接地網(wǎng)雖然不能很大程度上降低接地電阻，但它可使地網(wǎng)散流更加的均勻，使地表電位分布更均勻，很大程度上降低跨步電壓和接觸電壓。同時(shí)它也被證明是一種安全、經(jīng)濟(jì)的方法。

1 基本數(shù)據(jù)情況

實(shí)驗(yàn)樓B 座為2011年正式投入使用，該樓為仿造舊校區(qū)建設(shè)的仿古建筑物。該樓位于大氣觀測場北面，周圍無高大建筑物，屬于曠野孤立的建筑物。

表1 實(shí)驗(yàn)室參數(shù)表

1.1 實(shí)驗(yàn)樓各項(xiàng)數(shù)據(jù)

A 樓：L=31.5 m，H=11 m，W=17.5 m；B 樓：L=31 m，H=16 m，W=18 m；C 樓：L=33.5 m，H=11 m，W=17.5m

1.2 雷電實(shí)驗(yàn)室具體參數(shù)(見表1)

1.3 土壤電阻率

實(shí)測土壤電阻率0ρ為：62 ?·m，根據(jù)季節(jié)修正公式：0ρ=ψρ(?·m)。

式中：0ρ——所測土壤電阻率；ψ——季節(jié)修正系數(shù)，見表2；

表2 修正系數(shù)表

在測試地的土壤土質(zhì)為陶土，且在這次測試之前下過一天雨，土壤為中等含水量。所以根據(jù)此表季節(jié)修正系數(shù)ψ 取1.36。

最后得到修正過的數(shù)值。

2 接地地網(wǎng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

在以往大多的接地工程中，接地體間距一般采用等間距，如5m、7m、10m 等布置。但這并不是最好，最優(yōu)的布置方式。由于頂端部和鄰近的屏蔽效應(yīng)，接地網(wǎng)邊角處散流電流密度遠(yuǎn)大于中心處的電流密度，使得地表電位分布很不均勻。

2.1 最優(yōu)壓縮比的確定原則

按指數(shù)規(guī)律布置網(wǎng)導(dǎo)體如圖所示等間距接地網(wǎng)由于中心位置的導(dǎo)體被屏蔽導(dǎo)致散流密度小，而邊角位置由于屏蔽作用小，散流密度大，致使電位梯度大，地表電位分布不均勻。而這種按指數(shù)參數(shù)來布置接地體的地網(wǎng)設(shè)計(jì)，能充分利用中心接地體，使其散流密度增大，而且降低了邊角處的散流密度，同時(shí)這也是一種更經(jīng)濟(jì)，更安全合理的設(shè)計(jì)方式。所以確定最優(yōu)的布置指數(shù)0C是解決最優(yōu)地網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。接地體間距按指數(shù)規(guī)律分布，則距離中心網(wǎng)孔 n 級(jí)的網(wǎng)孔間距以下面公式計(jì)算：，這里面C 就是壓縮比。

圖1 按指數(shù)規(guī)律布置的地網(wǎng)示意圖

那么在長度為L 的水平導(dǎo)體上不等距排列N 根導(dǎo)體時(shí)，可以得到網(wǎng)孔間距為：

2.2 計(jì)算最優(yōu)壓縮比Co 公式

對(duì)于雙層土壤壓縮比的計(jì)算本文采用參考文獻(xiàn)[1]給出的擬合公式：

其中：

a0=a01+a02K+a03K2； a1=a11+a12K+a13K2；a2=a21+a22K，不同的地網(wǎng)邊長所對(duì)應(yīng)的各系數(shù)取值如表3 所示。

表3 擬合公式中的系數(shù)取值

首先根據(jù)地網(wǎng)邊長L 由式(3)確定系數(shù)b，再同h、K 共由式(4)確定出最優(yōu)

壓縮比0C。因此只需要確定了地網(wǎng)的邊長以及建筑物地址周邊的土壤模型(上層土壤厚度h 和反射系數(shù)K)，便可以根據(jù)以上公式確定不等間距布置時(shí)的最優(yōu)壓縮比，然后由式(1)，(2)得到接地體的布置間距，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室地網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

而對(duì)于均勻的土壤結(jié)構(gòu)本文采用了參考文獻(xiàn)[2]給出的擬合公式:

2.3 壓縮比計(jì)算

實(shí)驗(yàn)樓B 座周圍的土壤為均勻的土壤結(jié)構(gòu)，L=37m，N=8，ρ=84m?Ω 。采用公式(5)可以得到C0=0.708。

由于地網(wǎng)設(shè)計(jì)為37m×37m，8×8 方形結(jié)構(gòu)。所以在水平導(dǎo)體上安裝的接地體N=8 為偶數(shù)個(gè)，所以采用上述公式?？梢缘玫骄W(wǎng)孔間距為：

接地體間距是按指數(shù)規(guī)律分布的，由上圖可知不規(guī)則地網(wǎng)分布情況。則距離中心網(wǎng)孔n 級(jí)的網(wǎng)孔間距可用公式計(jì)算：。

可得出各級(jí)網(wǎng)孔間距：dmax=9 m；d1=6.5 m；d2=4.5 m；d3=3 m；優(yōu)化后的垂直接地體布置如下：

圖2 不等間距垂直接地體布置

圖3 地網(wǎng)具體埋設(shè)及聯(lián)接

根據(jù)此聯(lián)接方法，離接入點(diǎn)最遠(yuǎn)的邊角接地體的距離為14.3 m，加上接地體本身長度2.5 m后為L=16.8 m。本文前面已經(jīng)計(jì)算出有效距離el=18.3 m 且大于L=16.8 m。所以地網(wǎng)本身能充分利用每一個(gè)水平和垂直接地體有效的將沖擊電流散入地下，起到了保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和人員的作用。

3 結(jié)論

對(duì)實(shí)驗(yàn)室地網(wǎng)采用不等間距地網(wǎng)，對(duì)接地電阻進(jìn)行計(jì)算，得出了地網(wǎng)所需的垂直接地極的個(gè)數(shù)，闡述了在雙層土壤和均勻土壤下壓縮比的計(jì)算方式，最終完成了實(shí)驗(yàn)室地網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

[1]高延慶,何金良,曾嶸,梁曦東.非均勻土壤中變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),2002, 42(3): 345-348.

[2]陳先祿.接地計(jì)算方法及應(yīng)用不均勻網(wǎng)孔改善電位分布的計(jì)算研究,重慶大學(xué)學(xué)報(bào).1985,4:45-47

[3]張宏偉,張宏閣,楊振華,伍澤之.阿拉善盟礦區(qū)小型雷管炸藥庫防雷技術(shù).電大理工,2014.2:1-3.

[4]張宏偉,等.阿拉善盟風(fēng)力發(fā)電防雷技術(shù)淺談.電大理工，2014,1:21-23.