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算的方法對組合接地體的工頻接地電阻進行了研究，并對一例復(fù)合接地網(wǎng)進行了局部優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：人工接地裝置；工頻接地電阻；研究

中圖分類號：TU856 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）35-0164-02

1 接地電阻研究的重要意義

當電力系統(tǒng)或電氣設(shè)備發(fā)生接地短路故障或遭受雷擊時，接地是重要的保護措施之一[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，如果接地電阻值比較大，就會造成地網(wǎng)電位異常升高。這樣，除給運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)備的拒動或誤動，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，工頻接地電阻的計算可以用直流接地電阻計算來取代。

3 人工接地裝置工頻接地電阻的計算示例

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

常用垂直接地體接地電阻的簡化計算公式：

而當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，計算這種組合接地體的接地電阻應(yīng)同時考慮垂直接地體與水平接地體之間的相互屏蔽作用，其接地電阻計算公式為：

式中：？濁-組合接地體的利用系數(shù)。

以下對組合體接地電阻進行計算，計算所取參數(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)形時接地電阻的計算

基本計算公式與水平接地體為直棒時相同，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。

4 復(fù)合接地網(wǎng)的局部優(yōu)化設(shè)計

復(fù)合接地網(wǎng)的局部優(yōu)化設(shè)計即求在接地電阻最小時，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)的簡化計算公式

下述介紹了一種復(fù)合接地網(wǎng)接地電阻的簡化計算公式[2]：

4.2 優(yōu)化設(shè)計實例

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)體布置的局部優(yōu)化設(shè)計。

1127Ω·m，L=2.5m，應(yīng)用上文計算公式得到結(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（對應(yīng)以上解n=364）。

5 結(jié)束語

本文通過研究簡單接地體和復(fù)合接地網(wǎng)的工頻接地電阻，得出了一些用于工程實際的實用性結(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??；（2）對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??；（3）對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，固然水平接地體越多，總的接地電阻值越小，但出于工程實際，必須考慮其造價和可行性，因此必須考慮水平接地網(wǎng)的優(yōu)化問題。

參考文獻：

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

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