土壤电阻率十篇

土壤电阻率篇1

【关键词】土壤电阻率 双层土壤 立体（复合）接地网

1 导言

目前，在石油化工行业电气专业设计工作中，设计人对土壤电阻率对接地网接地电阻的重视程度不足，一方面，在设计前收集资料时，不注意或是收集不到建设单位当地的土壤电阻率，另一方面设计人员在设计接地网时，并未计算过其所设计的接地网的接地电阻能达到一个什么样的程度，而是通过对比周边工程及以往常规的做法，凭借经验以模式化的方式来进行设计，仅是要求接地网接地电阻达到10欧姆或4欧姆。对于大部分的工程满足要求不代表对所有的工程都适用。对所设计的接地网是否能够达到此要求没有一个可以支撑其设计方案的计算，仅依靠经验判断未免有些经不起质疑。

为了能够对未来设计接地网时能够对其接地电阻有一个预估，对土壤电阻率等参数对接地电阻影响能有一个衡量数据，特搜集了一些接地电阻计算方法的素材，经过一阶段的学习，同时为了说明问题，结合实际项目中的一个接地图来做了一个模型，对计算方法及结果进行了分析，并根据此计算简单谈一谈对公式及数据的理解和认识。

2 公式的选取

首先考虑采用针对双层土壤中接地网接地电阻的计算方法。在接地电阻的计算中，土壤的类型、含水量、温度、溶解在土壤中的水中化合物的种类和浓度、土壤颗粒大小以及颗粒大小的分布、密集性和压力、电晕等均能构影响到土壤的电阻率。而在实际工程中，埋在地下的接地体并非处于一个单一均匀的土壤里，随着深度的不同，土壤也会有所差别。

其次根据实际工程的常用做法，采用立体（复合）接地网的接地电阻计算公式。平面接地网向地层深处扩散故障电流的能力有其局限性，而增加长垂直接地极形成的立体接地网，可有效地利用垂直接地极在底层深处沿水平和垂直两个方向扩散故障电流。可以有效地降低主接地电网的接地电阻，还可以有效地改善垂直接地极顶层上面平面接地网的电位分布。目前项目中大部分接地网都是水平接地体和垂直接地体相互连接，组成了立体的接地网。

3 计算模型

图1中建筑物根据其功能对接地网接地电阻的要求是4Ω。其周边接地网的长为La=52.75m，宽为Lc=18m，接地网四角设接地检查井（带接地极），接地极共n=20根，分布于接地网周边，每根长l=2.5m，其直径为d=0.02m，分布于周边接地网上，接地网埋深h=0.8m。假设为在地下H=1.2m处土壤开始改变，即水平接地体与垂直接地体的上半部分处于某一种土壤中（假设为黏土，根据参考文献[2]中的数据，其土壤电阻率按照50Ω・m来考虑）。1.2m以下是与另一种土壤类型接触的垂直接地体的下半部分，分不同的情况，其电阻率分别考虑70Ω・m（模拟土壤含沙石较少的情况），400Ω・m（模拟多石土壤的情况），1500Ω・m（模拟砂、沙砾类型土壤的情况）。

4 计算过程

以上各参数代入计算公式，得到计算结果为：

当下层土壤电阻率为70Ω・m时，接地网接地电阻0.91Ω。

当下层土壤电阻率为400Ω・m时，接地网接地电阻3.69Ω。

当下层土壤电阻率为1500Ω・m时，接地网接地电阻9.49Ω。

5 公式及结果的分析

从数据中来分析。随着下层土壤电阻率的升高，接地网接地电阻从0.91Ω，3.69Ω到9.49Ω也在升高。最低的数值为0.91Ω，已经超出本工程的要求。但是从中可以看出在某些对接地电阻要求很高（如1Ω）的工程上，只有土壤条件非常好的情况下，简单接地网才可以满足要求，地质情况较差时简单的接地网想要满足1Ω的接地电阻非常困难；其中间的数值为3.69Ω，该数值也能够满足本次工程的要求，但是需要引起注意的是计算数据的偏差，如参考文献[1]中作者所述，此计算方法与计算机的计算误差通长都小于10%，我们在实际计算过后，仍然要考虑计入误差之后接地网的接地电阻是否仍然能满足要求（按照10%考虑误差后，接地电阻值为4.06Ω），然而对于400Ω・m以下土壤电阻率的接地网来说，一般情况下石油化工行业所需要的接地网接地电阻值就都能够满足要求了，偏差也不会太大，即使出现一些偏差，现场可以通过增加几根接地极、多埋几根接地线，再或者添加一些降阻剂等简单方法来处理；本次模拟计算中，得到的最大数值为9.49Ω，该数值已经不能满足本次工程的要求，在实际中需要通过综合多种方法来解决，而我们在设计中，遇到类此情况则需要考虑多设几组接地极，接地网布的大一些、密一些，还要考虑大量的降阻剂等方式，甚至更换土壤等方法。总之，对接地电阻要求较高的情况下，简单的接地网已不适用于高电阻率的土壤。

另外，在石油化工行业，除了变配电所、机柜间等单元要求接地电阻达到4欧姆以外，其余如装置区等要求接地电阻达到10欧姆即可，所以在工程中若非遇到极恶劣的地质情况或特殊接地电阻的要求，我们所做的设计虽未经过详细算，也是能够满足的。

6 结论

从本次计算中可以看出不同类型土壤（不同土壤电阻率）对接地网接地电阻的影响，在设计中，在不同电阻率的土壤情况下，可以参考本次分析，估计出接地网的设计难度，从而避免设计结果与实际情况差距太过巨大，导致现场无法处理的情况。而且设计前收集资料时，也应该尽可能的详细了解施工现场土壤的电阻率情况，以便对所做的工程更加了解，避免模式化的设计可能导致的错误。

参考文献

[1]王洪泽.计算双层土壤中接地体和接地网电阻的16个新公式[J].广西电力工程，1998（03）.

[2]工业与民用配电设计手册（第三版）.

土壤电阻率篇2

变电站接地系统是电气设备正常运行、保障人身和设施安全、防止雷电和静电危害等必不可少的措施。接地电阻是衡量接地系统好坏的主要标准之一，接地电阻应满足设备对电位、接触电势、跨步电势和暂态过电压的要求，其大小取决于土壤电阻率、入地短路电流、接地网形式等数值。随着电力系统的发展，对接地技术提出了新的要求，表现在以下几个方面：

1、输电线路电压等级高、系统容量急剧增大，入地短路电流大幅度升高；

2、集成电气设备的出现和广泛应用，如GIS设备、箱式变压器、模块化变电站等，使变电站占地面积越来越小，地网面积也随之减小；

3、变电站设计倡导资源节约型，要求少占良田耕地并要为城市发展让路，随着电网的迅速发展，致使电力设施被迫建在偏远郊区、山区等地质状况复杂、高土壤电阻率地区，且地网面积也受征地问题的限制。

4、随着电力系统自动化水平和管理水平的不断提高，计算机等电子设备进入电力系统，带来强电设备干扰弱电设备、侵入波对电子设备的损坏和射频干扰等问题。

为确保电力系统的安全稳定运行，提高供电可靠性，接地系统的设计显得日益突出。

一、接地降阻的技术

110kV及以上大接地短路电流系统，其接地网的接地电阻要符合以下标准：R≤2000/IΩ，I为流经接地装置的入地短路电流。当I>4000A时，规范规定R≤0.5Ω。目前大接地短路电流的I值大多超过4000A，所以需要一般电阻率地区接地电阻R≤0.5Ω，在高土壤电阻率地区规范明确可适当放宽R，但需采取均压措施、隔离接地电位措施等，并要验算接触电压和跨步电压。故对110kV及以上变电站设计时至少要求接地电阻R≤0.5Ω。实际工程中，当变电站面积确定后，影响接地电阻大小的关键因数就是土壤电阻率，有些变电站占地面积小、土壤电阻率高，设计时需要考虑降阻效果及技术方案便于实施，费用经济合理。

土壤电阻率是接地设计的一个重要参数，直接影响接地装置接地电阻的大小、接地电流的分布、地网电位分布、跨步电压和接触电势。随着电网的不断发展，在土壤电阻率达到200～300Ωm时，对大型变电站，沿用常规复合地网设计理念已经不能满足要求，必须分析、研究、建立新的概念，采用新方法以适应发展的需要，从而达到运行安全可靠，技术经济合理。为了降低高土壤电阻率地区接地电阻，保证运行人员及电气设备的安全运行，工程中常采应用自然接地体、引外接地深埋接地、井式或深钻式接地极、深孔爆破、降阻剂法、人工改善土壤电阻率或应用新型接地材料等方法。

实际项目中要求根据地势情况采用对应措施，应用科学的降阻方案，经过技术与经济比较，进而获取最好的降阻成效，尽可能地做到技术处于前沿，经济实惠，环境友好的状态。

1、应用自然接地体

自然接地体包含土地上有优良接触的各式金属部件、金属井管、混凝土结构物中的钢筋骨架以及埋设在地下的金属管道与设备等。利用这些自然接地体，使专门敷设的接地带连接作用得到加强，从而减小接地电阻，而且还可以起到引流、分流、均压作用。变电站地网设计中要尽可能地应用自然接地体来削减接地电阻。

2、引外接地、深埋接地

在高土壤电阻率地区，当发电厂、变电站2000米以内有较低土壤电阻率区域，能够设计和主接地网相接的协助接地网或变电站周围有池塘、低洼沼泽地等水源，可以设置水下接地网时，可敷设引外接地装置，然后利用接地扁钢与变电站地网相连达到削减接地电阻的目的。在设计引外接地时，应考虑降阻的需要决定外延电网的大小，并考虑安全的需要决定引外接地网的网格布置、埋深和形状。引外接地装置要避开行人经常走动的地方以防止跨步电压，埋深要达到1米以上，以便不影响田地的耕作使用和避免接地体遭到破坏。

架空线杆塔采用放射形接地极，在放射形接地极每根长度的1.5倍范围内有较低土壤电阻率地带时，可部分采用外引接地。

实际项目中要求依据变电站周围土壤电阻率平行分布状况来考虑是否引外接地，并不是每个项目都可以做引外接地的。此外，引外接地也需要征地，而且后期的运行维护也不容易，所以需在项目设计中考虑周全。

对于地电阻率随地层深度增加而减小较快的地方，可以采用深埋接地体的方法减小接地电阻。地电阻率随深度增加而减小的规律，往往在达到一定深度后，地电阻率会突然减小很多。因此利用大地性质，深埋接地体后，使接地体深入到地电阻率低的地层中，通过小的地电阻率来达到减小接地电阻的目的。

3、井式或深钻式接地极

当变电站所在位置地下深层有较低土壤电阻率的地质结构时，可以采用深井式、深入钻地式接地极或爆发式接地技术进行降阻或构成立体地网。深层土地电阻率不受外界环境的制约，稳定性能好。尤其是在较深的地域出现地富水层或含有低电阻率物品（如金属矿）时，降阻效果显著。采用深井式接地极要求对接地装置及其周围测出垂直方向上的土壤电阻率均匀分布。采用深井式接地极可减少占地、接地装置接地电阻受气候影响较小，接地问题在变电站内解决，不涉及征地协调问题，广受电力系统的偏爱。对于占据地面很小的市内变电站，常常采用长垂直接地极综合爆发式接地技术来降低变电站的接地电阻。

采用深井式接地极需要考虑屏蔽问题，且对垂直接地极铺排的形式、深度还有距离的远近，均需根据项目的现实状况，整合分层土壤地质情况确定，在设计中需要遵循以下原则：

（1）为了削减平行接地网与垂直接地极之间的屏蔽，进而提升垂直接地极的应用指数，深井接地极一般应设在水平地网的边缘，并且深井接地极之间的距离应达到接地体长度的2`3倍，才能取得良好的降阻效果。

（2）垂直接地极的数目和尺寸的挑选需要依据平行接地网电阻数值的高低、降阻需要及地质结构最终确定。同时需考虑两点：一是垂直接地极数量并非越多降阻效果越好，当接地极添加到一定数目时降阻效果会趋于饱和；二是尺寸过长的垂直接地极其投资成本相对较高。深井式接地极的施工费用往往大于水平接地施工费用的若干倍。

（3）处于高土壤电阻率的区域，为了获得优良的降阻成效，选用压强灌浆法把长时间有效的接地降阻液浇注进填埋好的垂直接地极井内深处。假如变电站所在的地方深处是岩石层，仍能够选用爆发式接地技术，把井内深处的岩石爆破，进而方便地让降阻液顺着裂隙渗透入，大幅度的削减接地电阻。

4、爆破法

爆破接地技术是通过爆破制裂，再用压力机将低电阻率材料压入爆破裂隙中，从而改善接地极周围土壤的电阻率分布和散流性能，属于大范围的土壤改性。深井爆破接地极不但可以利用常规深井接地极降组的有利因素，而且利用人工爆破使使地下岩石产生裂缝，通过在裂缝中填充低电阻率材料，在地下较大范围的岩石内形成一个网状、向外延伸的散流带，降组效果更好明显。

基本原理是：采用钻孔机在地中垂直钻直径为100mm，深度为几十米甚至上百米的孔，在孔中布置接地电极，然后沿孔整个深度隔一定距离安放一定量的炸药进行爆破，然后用压力机将调成浆状的降阻剂压入深孔及爆破制裂产生的缝隙中，加强接地电极与土壤的接触，等效增大了接地极的直径，从而大幅度降低接地电阻。爆破法应用在裂隙较多、土壤干燥或岩石地区。

5、运用降阻剂

降阻剂由电解质、防腐剂、固化剂、剂及填充材料组成，通常可分为2大类：化学降阻剂和物理降阻剂。化学降阻剂原理是借助化合物的离子改善土壤的导电特性从而降低地网的接地电阻，有较强的时效性；物理降阻剂工作原理是借助其本身的低电阻率（主要材料为碳粉）在土壤中渗透，降低接地体与土壤间的接触电阻，效果比较稳定。

降阻剂的降阻成效在长时间的经过项目实施中得到了检验，亦被现在的国际标准与电力行业标准推崇与应用，其降阻原理主要体现在以下几个方面：

（1）由于降阻剂的扩散和渗透作用，降低了地网周围的土壤电阻率，在接地体四周组成一个改变平缓的电阻值较低的领域。

（2）等效增大接地极外形尺寸。接地体周围施加降阻剂后，相当于扩大了接地体的有效截面，组成相当大的电流传递面，这种原理对固体降阻剂和膨胀土类降阻剂最为明显。

（3）消除接触电阻。在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低接触电阻的作用。

（4）降阻剂的吸水性和保水性改善并保持土壤导电性能。

实际项目中，降阻剂的应用在获得了良好降阻效果同时，也存在一系列的问题，表现在：降阻剂的腐蚀问题、降阻效果问题、降阻稳定性及长效问题，还有对降阻剂对土壤下层地下水资源的污染等问题。所以需要选择电阻率数值较低、处于稳定状态与成效可以长时间维持的、对钢接地体的腐蚀率要低、对环境无污染、不含有毒物质经环保部门检测通过的环境友好型的降阻剂，而且要求严格按照生产厂家说明书上的说明来使用和施工。

6、人工改善土壤电阻率

在高土壤电阻率地区应用人工改善地电阻率方法，对于减小接地电阻有一定的效果。

（1）人工换土的方法

在接地体周围1～4米范围内，换上比原来土壤电阻率小得多的土壤，可以用粘土、泥炭、黑土等，必要时可以使用焦炭粉和碎土炭。换土后，接地电阻可以减小到原来的2/3～2/5，这种方法，其土壤电阻率受外界压力和温度的影响变化较大，在地下水位高、水分渗入多的地区使用效果较好，但在石质地层则难以取得较满意效果。

（2）添加食盐等人工处理方式

在接地体四周土壤中添加食盐、煤渣、焦炭、炉灰等，提高土壤的导电效果，其中常用的方法是添加食盐，因为食盐对改善土壤电阻系数的效果很好，且价格较低、受季节影响较小。对于扁钢、圆钢等水平接地体，用上述方法处理可以获得很好的效果。但是，该方案也存在缺陷，就像对岩石还有含石较多的土壤效果不好，会削减接地体的稳固性，增大接地体锈蚀速度，由于食盐的溶解流失而让接地电阻的慢慢变大。

7、应用全新的接地材质

（1）采用导电性能良好的接地材料

采用导电性能良好的接地材料可以降低接地体本身的电阻，加强散流从而达到降阻目的。例如采用铜质材料、铜包钢质的材料等，但是此方法资金投入较高，通常用于市区变电站。

（2）采用电解离子接地系统

电解离子接地列系统，简称IEA。IEA能在土壤中提供大量的自由离子，从而有效解决接地问题。IEA由先进的陶瓷复合材料、合金电极、中性离子化合物组成，以确保提供稳定、可靠的接地保护。其原理是将陶瓷合金化合物（固体）装入有孔的铜管或铜合金管中，由于管内含有电解离子化合物，每跟铜管就变成一个电解离子接地极。IEA的铜、铜合金管保证地极有较高的导电性能及较长的使用寿命。IEA内部特制的无毒电解离子化合物可以自动释放活性电解离子，能降低周围土壤的电阻率，使土壤导电性能高，散流效果好，长效发挥作用。IEA特制的回填料具有较好的膨胀性、吸水性及离子渗透性，使其与土壤有良好的接触界面，不受周围环境和气候的影响，保持最佳的接地保护效果。该方案投资相对也是比较大的。

（3）采用新型接地材料

目前的新型降阻材料有降阻模块、防腐离子接地体等。采用这种方法主要是考虑增强单个垂直接地体的降阻效果，优势在于施工量小、效果明显，资金投入较前两种小，近几年使用相对较多。

二、结束语

总的来讲，上述各种降阻方法都有其运用的特定条件，应针对不同的地区、不同的条件采用适当的方法，同时各种方法也不是独立的。对于采用何种降组措施，需要结合具体工程的接地电阻目标值，对变电站周围的地形、地势进行认真的勘探测量，找出有利于降组的最佳条件，然后综合几种降阻措施的组合方案，如采用外引接地加降阻剂、深井接地加接地模块、深井外引加降阻剂等，综合计算分析比较各种方案的效果、费用以及运行维护是否方便来确定采取的降组措施。合理配合使用几种降组措施往往能用最少的投资来获得最佳的降组效果。

需要指出的是，变电站地网的设计中，除接地电阻之外，接触电压和跨步电压值都要求要复合规范的要求，故在接地网的边缘经常有人出入的走道处，应铺设砾石、沥青路面或“帽檐式”均压带，以降低。在经常有人出入的地方，要结合道路施工，采用高土壤电阻率路面结构层作为安全措施。

参考文献

[1]姚天中，王巨丰.基于回填土物理改良地网降阻技术――换土法接地电阻计算分析[J].广西电力.2007（03）.

[2]鲁志伟，常树生，东方，周秧.引外接地对降低接地网接地阻抗的作用分析[J].高电压技术.2006（06）.

[3]葛莺.关于对变电站降低地网电阻的分析与论述[J].内蒙古石油化工.2006（05）.

[4]陈先禄，于玉铭，刘渝根.用表面电荷法计算空腹式接地装置的接地电阻[J].重庆大学学报（自然科学版）. 2006（04）.

[5]唐世宇，莫文强，周艳玲.高土壤电阻率地区变电站接地处理[J].高电压技术.2006（03）.

[6]尹浩柳，崔翔，赵志斌.池塘对附近变电站接地电阻影响的分析[J].高电压技术.2006（01）.

土壤电阻率篇3

随着国民经济的飞速发展，现有供电能力难以满足日益增长的电力需求，我国大部分地区已经出现电力供应不足问题，为此国家投巨资新建变电所，以缓解电力供需矛盾，保障电网安全运行和社会基本供电需求。新建在高土壤电阻率地区的变电所，大多接地电阻难以满足规程要求，而进行改造效果不明显，还要提高工程造价，又有些不经济。为此我们对高土壤电阻率地区变电所接地网安全运行开展专题研究，已在我局伊春变、金山变两所取得了成功经验，值得广泛推广。

2 采用方法

1997年在对我局新建220KV伊春变、220KV金山变地网接地电阻验收试验时，测得伊春变接地电阻为3.7Ω，金山变接地电阻为3.4Ω，不能满足工程设计的要求。此后，我局投资近66万元，采取地网外扩、添加降阻剂、打接地井等方法，对两个变电所进行了接地网改造，改造后的伊春变、金山变接地电阻的实测值分别为0.74Ω、0.68Ω，仍不能满足规程规定的R≤2000/I或R≤0.5Ω的要求。因伊春变、金山变地处山区，属于高土壤电阻率地区，再进行改造效果不明显，又会浪费大量的人力、物力，增加工程造价。为此我们对伊春变、金山变接地网安全运行开展专题论证，成效非常明显。

3实施步骤

3.1伊春变、金山变两所接地网前期改造

3.1.1采用高效膨润土降阻剂降低接地网电阻

降阻剂具有较低的电阻率（ρ≤0.35Ω.m），加水后有较大的膨胀倍数（3～5倍），施加在接地体周围相当与增加了接地体的有效截面，消除了接地体与土壤的接触电阻，降低了接地体周围土壤电阻率，因而具有较好的降阻性能，特别是对高土壤电阻率地区的降阻效果最为明显。

3.1.2 扩大接地网面积降低接地网电阻

伊春变、金山变两所外附近均无建筑物，可以在变电所以外进行接地网的敷设，通过扩大接地网面积，有效的降低接地网电阻。

3.1.3 深井压力灌降阻剂方法降低接地网电阻

通过在伊春变、金山变两所内采用深井压力灌降阻剂方法，明显降低了接地网电阻。

通过以上几种方法，使伊春变、金山变两所地网接地电阻由3.7Ω、3.4Ω降为0.74Ω、0.68Ω， 接地网电阻降低效果明显，但仍不能满足规程规定的R≤2000/I或R≤0.5Ω的要求。

3.2 实测伊春变、金山变两所接地网相关数据

金山变：实测土壤电阻率：ρf =100.5Ω.m

实测跨步电压： VKS：0.04V

接 触 电 压：VJS：0.03V

（电网注入电流0.5A）

伊春变：实测土壤电阻率：ρf =396.5Ω.m

实测跨步电压： VKS：0.011V

（电网注入电流1.0A）

接触电压：VJS：0.015V

（电网注入电流1.5A）

3.3 理论推算伊春变、金山变两所接地网相关数据

根据标准3.4：110KV及以上变电所接地装置接触电压和跨步电压应根据下式计算：

式中：ρf ：人脚站立处土壤表面电阻率，Ω·m；

t ：故障电流持续时间， S。

我们计算中t取0.07s，ρf 为实测值；

金山变：接触电压要求值VJ为722.2V

跨步电压要求值VK为923.6V

伊春变：接触电压要求值VJ为911.8V

跨步电压要求值VK为1704.3V

根据实测系统接触电压及跨步电压计算系统可能出现的最严重故障（短路）情况下，接触电压及跨步电压为：推导值按下式计算：

U =UcId/Ic

式中：Ic ___ 模拟注入地网中电流， A；

Uc ___ 注入电流Ic时测得接触或跨步电压，V；

金山变：接触电压推算值VK/为510V 小于要

求值 VJ722.2V

跨步电压推算值VJ/为680V 小于要求值 VK923.6V

伊春变：接触电压推算值VK/为267V 小于要

求值 VJ911.8V

跨步电压推算值VJ/为293.7V小于要求值 VJ1704.3V

以上说明金山变、伊春变接触电压及跨步电压满足标准要求。

3.4 对照标准《交流电气装置的接地》6.2.2逐条论证如下：

（1）标准6.2.2 a、防止转移电位引起的危害：主要是高电位引外及低电位引内问题。伊春变、金山变无通向所外管道及运输铁路轨道，金山变无低压配出线，伊春变、金山变两所均无低压三相四线向外供电，无需考虑高电位引外问题。由于金山变、伊春变均装有程控电话，通讯设备已加装隔离变，无须考虑低电位引内问题。

（2）标准6.2.2 b、要求，对于金山变、伊春变现场均采用氧化锌避雷器，所以不必考虑短路电流非 周期分量影响。

（3）标准6.2.2 c、要求验算接触电压、跨步电压差。

4 结论

我们对两变电所接地装置接地极逐极测量，所有接地极与地网均接触良好。

综合分析以上诸因素，根据《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）要求，两变电所接地网能满足系统设备安全运行及工作人员人身安全的要求。

土壤电阻率篇4

【关键词】接地电阻；电阻率；土壤

引言

接地电阻是接地体与零电位大地之间的所谓对地电压与通过接地极流入地中的接地电流的比值，包含接地体周围土壤中的流散电阻和接地线电阻、接地体电阻。一般情况下，接地线电阻、接地体电阻只在接地电阻中占很小的一部分，可以忽略不计。

接地体的接地电阻很难满足设计要求，从人工接地体的工频接地电阻的计算公式：

式中：Rc是指接地体的接地电阻；ρ是指土壤的电阻率；d是指接地体型材的直径；L是指接地体的有效长度（深度）；A是水平接地体的形状系数。可以得出，可以从两方面降低接地电阻值：①增加接地体与土壤之间的接触面积，其中包括接地体形式；②降低土壤的电阻率。电力线路工程上，一般要求线路杆塔要求控制在30Ω以内。针对不同地质条件采取不同措施来降低接地体的接地电阻。原则上接地电阻越小越好，但施工中应考虑经济合理的原则，我们可以从以下几个方面进行考虑：

1 增加接地体与土壤之间的有效接触面积

根据SJD8-29《电力设备接地设计技术规程》的要求，接地体截面积的计算公式为：

式中：Sjd―接地体截面，mm2；

Ijd―流经接地体的短路电流稳定值，A；

Td―短路电流的等效持续时间，S；

C―接地材料的热稳定系数，对于钢接地体，C=70；

Kf―趋肤效应系数，对准20mm及以下圆钢或600mm2及以下扁钢，取Kf=1.0。

1.1 选择合适接地装置结构型式

在架空电力线杆塔接地电阻的计算中，推荐几种水平接地布置型式：①适用于铁塔，为口字型加四射线；②适用于钢筋混凝土门型杆，为一字型两头两射线形；③适用于门型杆，日字环型元射线（用于较低土壤电阻率或居民区，要求水平接地线闭合）。根据我们经验，在高阻地区（>4×105Ω・cm），如出现接地电阻值过大，由于雷电流特性，采用延伸接地体的埋设长度不如增加接地线，如使用4支超过100m接地线，远不如合理增加2支以上60m射线式接地线效果显著。

1.2 串联接地极

串联接地极为了减少接地体与土壤之间的接触电阻。当接地体的接地电阻值与设计值相差不大时，在增加了几组接地极，即可减小接地电阻值，达到设计要求，这种方法也最为简单有效。有的地方土壤比较潮湿，土壤电阻率不高，在个别接地电阻超过设计标准的地点，我们串联了2～3组接地极，测量时其接地电阻值就达到设计要求。

1.3 增加分角地线

增加分角地线增加接地体与土壤的接触面积，达到减少接地体与土壤之间的接触电阻目的。在施工过程中，在增加射线接地线时需要注意的是：任一接地线节点（交汇点）至多三线合一，即从某一节点出来的射线最好是两支，根据“人工接地极工频接地电阻的计算公式”三线交汇于一点时水平接地极的形状系数A等于0.867；四线交汇于一点时，A=2.14；五线交汇于一点则A=5.27；即交汇线越多A值越大，也就是接地材料的利用率越低。作业过程中同时一定要注意控制好射线间夹角，其原因是两射线夹角越小散流电场互相屏蔽越严重，平行布置时相互屏蔽最为严重，大大降低了接地材料利用率，从而增大接地电阻。

2 降低土壤的电阻率

土壤电阻率与土壤的结构、可溶性电解质、致密度、湿度、温度等有关。影响土壤电阻率ρ的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度和土壤中的含水量。

输电线路杆塔接地主要是以防雷为主要目的，因而在架空线路杆塔接地装置的设计考虑的是如何降低杆塔接地装置的冲击接地电阻，但在工程实际中因冲击接地电阻与诸多因素有关，不便于实际测量和控制。因而，在实际工程中仍以考核工频接地电阻为主，特殊地段，需要冲击接地电阻时，用工频接地电阻乘以冲击系数α，或通过冲击接地电阻的计算求得。通常采用四电极法测量土壤电阻率ρ。测试布极方法如下图所示：

土壤电阻率的简化计算公式：ρ=2π×a×Rc（其中a为地桩间的距离，Rc为测得的接地电阻值）。工程建设中，通常采用置换电阻率低的土壤和使用化学降阻法来降低土壤电阻率。

2.1置换电阻率低的土壤

置换电阻率低的土壤即用黏土、黑土及砂质黏土，或在接地体周围土壤中加入煤渣、木炭、炉灰、工业盐等物质代替原有的土壤，达到降低土壤的电阻率目的。工程中往往采用局部置换，选料不能是酸性物质，以免腐蚀接地体，施工中一般换掉接地体上部1/3长度、周围0.5m以内的土壤，注意要与原土壤充分接触。但实际操作中，由于地形条件限制、材质容易流失、降阻效果不确定性等因素影响，往往配合使用。

2.2使用化学降阻法

降阻剂一般都含有大量金属氧化物，遇水后电离出大量金属离子。降阻剂施用于接地体与土壤间，能够使金属与土壤紧密地接触，形成较大的电流流通面，有效减小接地电阻；另一方面，它能向周围土壤渗透，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻率区域。由于降阻剂成本较低，工程实施也比较容易，因此降阻剂在一些困难地段的电力线路施工中得到广泛应用。

某110kV送线路工程施工中，地质较为复杂，施工时我们按照设计要求埋设接地体，验收时发现2#铁塔接地电阻高达100Ω以上，基于该铁塔地理位置特殊，周围环境复杂，增加水平接地线困难，为了确保线路的接地电阻满足设计要求及安全运行的要求，施工班组考虑使用降阻剂，着重考虑产品的技术特性：

（1）降阻特性：根据《接地降阻剂暂行技术条件》要求，在室温（25°±15℃）下降阻剂在工频小电流的电阻率应小于5Ω・m。

（2）降阻剂的腐蚀性：使用的降阻剂应对接地金属无腐蚀作用。一般地，降阻剂呈弱碱性，并且降阻剂浆料在24h内应能够完全凝固。一方面，降阻剂呈弱碱性对接地体有一定的保护作用；另一方面，降阻剂如不能凝固，日久随地表水流失，浸泡在导电液浆中的电极也会加速腐蚀；相反，凝固后的降阻剂将成为金属电极的固体保护层，隔离土壤中腐蚀液体的浸入。

（3）降阻剂的稳定性：使用降阻剂后，确保降阻剂的性能不会随时间发生变化，降阻剂的导电物质不随地表水而流失，也就是说稳定性的好坏决定了降阻剂的寿命长短。

2#铁塔接地使用降阻剂后，再次测量时，其接地电阻值竟不到20Ω，满足设计要求。

土壤电阻率篇5

本文讲述在土壤电阻率地区的变电站的降阻实施方法，以具体变电站的实际情况为例，讲述了测量地电阻率的方法，根据地电阻率情况演算了几种不同的设计方案，并对优劣进行了比较。着重介绍了采用电解地极进行降阻的方法，并给出了详细的设计和实施方法，对项目工程管理人员具有一定的实际参考意义。

【关键词】

高土壤电阻率地区变电站接地降阻电解地极

中图分类号：P631文献标识码： A

高土壤电阻率区域的变电站地网如何简单、有效的实施降阻，是一个长久以来困扰大家的问题。通过多年来的项目实施，了解过也实践过很多不同的地网降阻方案，各种方案费用投入、实施的难易程度和降阻效果也颇为迥异。本文结合位于山区的某110KV变电站的降阻工程的实例，进行各种接地方案之间的对比，并最终提出有效的解决方案。

一、现场概况

某110KV变电站面积S=3621平方米(长×宽：71m× 51m)，基础地网完工后接地电阻测量值R=1.36欧姆，远未达到设计要求要求降至0.5欧姆以下。

1.变电站土壤情况

根据地质测绘、勘探结合区域地质资料以及收集的该场地地质资料，土壤导电性能差。土壤均为黄土及砂石土为主，土壤干燥，土壤电阻率较高。

图1 土地断层结构图

图2现场石头土壤环境图

2、土壤电阻率的测量

对变电站周围地区的土壤电阻率的测量，其测量数据的准确性直接影响设计方案的可行性，因此必须非常仔细的进行这项工作。我们在变电站西侧和南侧分别选择两个基准点进行测量，每个基准点采用互相垂直的两个方向进行测量，以保证最终数据的可靠性。采用的设备为ZC-8接地电阻测试仪，用对称四极法对土壤电阻率进行测量。

在变电站围墙外西侧30米的地方选择一个基准点对土壤电阻率进行测量，对测量基准点的两个互相垂直的方向（南北、东西）分别记录测量数据。

同样的方法在变电站南侧60米的地方选择一个基准点进行测量。

测量示意图和结果如下：

图3变电站周围土壤电阻率的测试位置的选择和各方向的测试结果

以此方法获得测点不同深度下的视电阻率值，表面土壤电阻率较低，深层土壤电阻率较高，土壤电阻率的选择采用加权平均的计算方法，即该变电站的平均土壤电阻率设计参考值为ρ=800Ω•m。

二、各种实施方案之间的比较

1、 扩大接地网面积以降低接地电阻

由以上资料知，基础地网接地电阻值为R=1.36Ω，地网面积S=3621，若要把接地电阻值降至0.5Ω，则需要多大的接地面积S？

根据公式：

即在变电站S=64万平方米范围上做地网，才能把接地网电阻降至0.5Ω，若要在变电站周边这么大的范围内做地网，其施工难度大，投资费用高，另考虑变电站周边环境均为砂石山地，含水份土壤稀少，即可用面积受现场条件的限制，故不能实现。

2、置换土壤和打深井的降阻方法

由于接地网所在的土壤电阻率较高，接地电阻很难降下来，如果采用电阻率较低的材料如降阻剂，将接地网内的所有土壤用降阻剂来替换，并辅助打多口深井，即将接地网等效于一个半球接地体，如下图所示：

图4半球接地体示意图

其中r为半球接地体的半径，其接地电阻的公式：

现场土壤电阻率ρ=800Ω・m，将接地电阻值降到R=0.5Ω，需将半球接地体的半径r扩至：

总而言之，如用打深井放降阻剂，则应在该地网周边打很多个254米深的井,这样做成本很高,且仍占用较多土地,现场地下土壤电阻效率也不低，显然不是现实的解决办法。

3、采用电解地极改善土壤电阻率降阻的方法

从半球接地电阻公式可知道，如果能将大于接地半球r的土壤电阻率降下来，接地电阻值R就可以降下来。

具体的解决办法：我们采用向土壤施放电解质的方法来降低土壤电阻率，即采用电解地极，作为施放电解质的载体，电解地极一般是在铜管内填装无毒化合物晶体，不会对环境造成任何污染，铜管埋于地下，铜管上的呼吸孔吸收土壤的水分，使化合物晶体变为电解质溶液，又从呼吸孔排泄出，并向四周流入土壤，在土壤中形成了成片导电率良好的电解质离子土壤，特别是在砂土、岩石地质结构的地下，电解质液可向砂质粘土的纵深方向和岩石表面的四周渗透，使原来导电率极差的砂岩地质结构形成了一个良好的电解质导电通道，从而大范围地降低了土壤电阻率。

为此，结合变电站四周的环境，采用在变电站基础接地网四周可外延处外延接地线,这是一套完善、经济有效的方法。

即：为满足该地网接地电阻R≤0.5Ω的技术要求，在接基础地网的外延接地线上，均匀布设电解地极，采用等效半球体接地原理进行降低接地电阻，通过电解质向地表深层和四周的泄放，将地网改造成半球体。

三、 采用电解地极的降阻方案的分析和计算

1、需改善土壤环境的接地等效半径

根据等效半球体接地电阻的计算公式:

其中：r为等效接地半径。

从以上公式中得出：当接地体大小不变时，只要将接地体周围尽可能大的范围内土壤电阻率ρ降低，就能将接地电阻降下来。

把基础地网看成近似圆形的半球接地体，根据全站的接地网面积3621，从以上接地半球的公式中可以得出，当接地体大小不变时，只要能将基础地网外范围的土壤电阻率ρ降低，就能将基础地网的接地电阻值降低,目前最有效的方法是：在变电站基础地网周围可开挖处向外延接地线，具体结合现场情况而定。

外延半径r≥，

即半球半径：

即在外延半径r上布设电解地极，每隔约10米打一根角钢,电解地极埋设在土壤中吸收水份而泄放电解质向地表纵深和四周浸透，形成良好的导电体，使基础地网变成一个等效的接地半球。极大的降低了这一范围内的土壤电阻率，这样使得基础地网的接地电阻大幅度下降。

施工方式：在变电站站征地的范围内以大于254米的距离做外延地网，在埋设接地线路径上相隔大于20m的距离分别均匀放置电解地极，每隔约10米放置一根垂直接地极，材料为L50×5×1500热镀锌角钢。电解溶液向四周渗透，就可将变电站征地范围内的土壤进行改善。

2、电解地极使用数量的计算

为使接地装置的接地电阻长期处于一种稳定、低阻的良好状态，电解地极数量按以下公式计算

从1.36Ω降到0.5Ω所需要的电解地极数量：

公式：其中：

R为地网设计接地电阻；

R0为地网原接地电阻；

ρ为土壤电阻率；

k为系数

当： ρ＜200Ω.m，k取3

200≤ρ＜500Ω.m，k取4

500≤ρ＜1000Ω.m，k取5

ρ≥1000Ω.m，k取5.5

该变电站平均土壤电阻率ρ=800Ω.m ，则k取4.5。

所以电解地极套数根据

计算得电解地极使用套数：N=23套

四、施工工艺

1、接地网采用水平接地及电解地极为主降阻材料，以垂直接地极为辅组成复合接地网。

2、水平接地体采用60×8mm热镀锌扁钢，接地网外延接地线埋深大于0.6米，垂直接地极采用50×5×1500热镀锌角钢，每间隔约10米打一根，局部遇到岩石处，以打到岩石为止。

3、电解地极埋设：挖不小于0.8m深的地沟，将地极放在已挖好的沟里，与预留的铜铁过渡接头连接，上紧螺杆；接好后在埋电解地极处倒入专用回填料，将电解地极均匀覆盖，然后再用普通土回填，回填土夯实即可。

4、地桩与扁钢搭接，焊接点要牢靠，无夹渣、未焊透、裂纹等缺陷，再用普通土回填，回填土夯实即可。

5、焊接点处理：焊接前将焊接点清理干净，扁钢与扁钢、扁钢与地桩的搭接，焊接点要牢靠无夹渣，未焊透、裂纹等缺陷。

6、接地网各交叉点均应可靠焊接，搭接长度不得小于100毫米，双面焊接，不得有虚焊、假焊现象。焊接处应采取涂防腐漆或沥青等防腐蚀措施。回填土要均匀无杂，回填时一定要将土夯实，不得用碎石和建筑垃圾回填。

结论：

采用本方案，项目实施完毕后测的接地电阻值为0.381Ω，达到当初的设计要求。与其它降阻方案相比，采用电解地极的降阻具有占地面积小、施工简单、地网寿命较长的优点。

【参考资料】：

（1）DL475-92《接地装置工频特性参数的测量导则》

（2）DL/T5161.6-2002《接地装置施工质量检验》

（3）GB50169-2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

（4）《发电厂、变电站过电压保护及接地设计》（中国电力出版社2009年6月出版）舒廉甫 著

土壤电阻率篇6

【关键词】 基站接地 降低 地阻

移动通信基站的接地的目的一是为设备的操作人员提供安全保障。二是防止设备损坏和提高设备工作的稳定性。接地是利用大地作为接地电流回路，在电气设备与大地之间实现低阻抗的电气连接，它将设备接地处的电位固定为所允许的值。由于地理环境因素一些基站为了增大基站的覆盖面积，将基站选建在高山顶上，移动基站建在高山顶上普遍存在着地形复杂、场地狭小和土壤电阻率较高，给移动网接地的设计和施工带来很大的困难，使得接地电阻不能够达标，不能做到移动基站设备的防雷保护。

一、高山移动基站接地存在的主要问题分析

移动基站接地电阻偏高的原因分析：由于其位置一般都建在较高的山上，而这些地方往往是雷电活动强烈的地方，加上高高耸立的铁塔最容易遭受雷击，因而对防雷接地就有较严格的要求，然而这些地方的土壤电阻率往往较高，给有效降低接地电阻带来了困难，从而造成通信基站的严重破坏。造成高山移动基站接地电阻超标主要有以下原因：（1）地质、地势复杂，特别是山区主要是土壤电阻率偏高，有的山区土层较薄或根本没有土壤，基本上全为岩石。接地施工难度大。（2）设计施工方面的原因 在山区由于地形复杂，土壤不均匀，土壤电阻变化较大，在设计接地时需要实地进行认真的勘探，结合实际情况进行认真的设计。

为了降低地阻，在建设过程中使用了一些措施，但有一些措施存在不正确的做法：（1）不正确的使用外延接地，有的为了降低接地电阻在很大的范围内设置了外延接地，有的甚致把接地引到山下，这对降低接地电阻是有效的方法，过长的外延由于接地体自身的电感作用，对降低冲击接地电阻是无效的。（2）采用食盐或化学降阻剂进行降阻，这种方法只能短时有效，随着时间的推移，随着水土流失，木炭、食盐或化学降阻剂会逐渐失去作用，还会造成对接地体的腐蚀，这已为大量的工程实例所证实。

二、降低接地电阻的几种方法

除了加强管理外，技术措施也是一个重要的环节。保障通信设备安全运行的直接、有效的技术措施就是做好接地保护。根据技术设计、工程施工管理经验，目前采取的方法主要有以下几种：

1、更换土壤 。这种方法是采用电阻率较低的土壤（如：粘土、黑土及砂质粘土等）替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3处。但这种取土置换方法对人力和工时耗费都较大。

2、人工处理土壤（对土壤进行化学处理）。在接地体周围土壤中加入化学物，如食盐、木炭、炉灰、电石渣、石灰等，提高接地体周围土壤的导电性。采用食盐，对于不同的土壤其效果也不同，如砂质粘土用食盐处理后，可降低土壤电阻率、砂土的电阻率及砂的电阻率；对于多岩土壤，用1%食盐溶液浸渍后，也可以降低地阻。这种方法虽然工程造价较低且效果明显，但土壤经人工处理后，会降低接地的热稳定性、加速接地体的腐蚀、减少接地体的使用年限。

3、深埋接地极 。当地下深处的土壤或水的电阻率较低时，可采取深埋接地极来降低接地电阻值。这种方法对含砂土壤最有效果。这种方法可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数，但施工困难，土方量大，造价高，在岩石地带困难更大。

4、多支外引式接地装置。如接地装置附近有导电良好及不冻的河流湖泊，可采用此法。但在设计、安装时，必须考虑到连接接地极干线自身电阻所带来的影响，因此，外引式接地极长度不宜超过100m。

5、利用降阻剂。在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低与起周围大地介质之间的接触电阻的作用，因而能在一定程度上降低接地极的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地、小型接地网时，其降阻效果较为显著。降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂，是具有导电性能良好的强电解质和水分。

当降低接地装置的接地电阻，采用接地降阻剂是较有效的措施。降阻剂的作用是一种化学处理的方法，它是众接地体周围加入离子生成物质，以改善土壤的导电性能，这种物质的作用是增大接地体的有效半径，从而增大接地体的流散面积，使接地电阻降低。

移动通信基站的接地设计必须考虑基站构筑物的形式、地理位置、周边环境、地质气候条件、土壤组成、大地电阻率、占地赔偿等因素。其接地边界可以根据地理环境因素确定，对于不确定性因素较多的基站，应给予一定的设计裕量；设计方案应对不可预见因素具备调整空间，以便快速地完成设计变更和施工。

土壤电阻率篇7

摘要：

直流工程建设初期，直流接地极的选址合理性会影响交流电网的直流偏磁状况。针对典型土壤，从直流电流透深以及直流偏磁计算的角度，研究了直流接地极极址勘测时的测量范围以及测量深度。在运用大地电磁（MT）法进行直流接地极勘测时，推荐测量范围为待选极址周围70km；测量深度推荐值为70km，测量深度必须穿过高阻层，直到电阻率下降到临界电阻率以下，否则会给直流接地极评估带来显著误差。同时给出了MT法的测量点布置方法。

关键词：

直流输电；直流偏磁；临界电阻率；测量范围；测量深度

随着我国经济的高速发展，直流输电在我国取得了迅速的发展［1-3］。直流接地极在直流输电中起到正常运行时箝制中性点电位和单极大地运行时泄放入地电流的重要作用，在直流输电工程规划初期，须进行直流接地极的设计以及极址的选取工作［4］。由于交流系统的跨度以及低阻特性，直流输电入地电流会引起交流电网变压器直流偏磁［5］，对电力系统的安全运行造成严重危害［6-9］。目前，变压器的直流偏磁问题已成为直流输电领域研究的重要问题。由于直流输电受端换流站往往处于经济发达区域，交流网络庞大复杂，并且由于勘测以及征地问题，直流接地极极址无法远离高压变电站，使得交流电网内直流偏磁危害尤其突出。直流接地极极址的勘测涉及到接地极自身的安全性能及其对交流电网和其他系统的影响评估。选址初期，需要对待选极址土壤进行勘测，目前学者研究的主要土壤模型为水平和垂直层状模型［10-11］、复合结构模型［12-14］。长距离直流输电的入地电流具有很强的穿透能力，文献［15］指出，约有30％的电流可以穿透到深度为直流极距离的大地中；文献［16-17］得出了深层土壤电阻率对于地表电位的分布有着重要影响的结论。可见，接地极极址勘测时的测深与测量范围对于准确建立土壤模型以及评估［18］接地极对其他系统的影响具有重要作用。在电力系统中，广泛使用传统的四极法作为大地电阻率的测量手段，但对于研究直流接地极对环境以及其他系统的影响时，应该考虑大深度范围的大地电阻率的测量，需要使用地质勘探领域的大地电磁MT（MagnetoTelluric）［19］法进行。由于土壤分布的不均匀性，各测点通过MT法勘测得到的数据可能存在较大差异。在运用MT法进行直流接地极选址时，MT法的测量范围以及测深没有规程可以参考，对于MT法的测量结果的评价也没有参考依据。本文将从地表电位分布以及直流偏磁计算的角度，针对直流极选址时土壤的勘测范围、测深提出参考标准，并针对土壤勘探的测量结果提出评价的标准，同时在勘探方案上提出相应建议。

1直流接地极选址的理论模型

研究直流接地极极址土壤勘探的范围、勘探结果的评价标准以及确定直流接地极优化选址时，主要涉及：水平多层土壤地表电位分布模型、大地回流理论模型、交流电网直流电流分布的计算模型这3个模型。

1.1水平多层土壤地表电位分布模型在研究直流电流从直流极注入时，一般考虑将接地极细分为足够稠密的导体段，运用场路结合的节点电压法来计算地表电位的分布［20］。在计算与直流接地极距离大于接地极尺寸10倍的地表电位时，接地极的形状对地表电位的影响很小，此时可以将接地极等效为一个点电流源来研究［21］。在如图1所示的多层水平土壤的分层模型下，导电媒质中单位点电流源所产生的电位表达式被称为格林函数。对于点电流源在第m层、场点在第i层的格林函数的表达式。

1.2大地回流理论模型通过1.1节得到的电位函数进行求偏导，可以求得土壤中任一点的电场强度和电流密度，通过对电流密度的积分可以得到任意深度范围内流过的电流大小。根据式（5）可以计算单极大地运行情况，直流入地电流在距离直流极不同距离的剖面上任意深度范围内流过的电流占总入地电流的百分数。

1.3交流电网直流电流分布的计算模型对于任意参数在交流电网直流网络参数确定的情况，使用节点电压法有。

2直流接地极选址时的土壤勘探

直流接地极在选址时，除了需要考虑接地极的跨步电势、发热问题，还需考虑直流接地极对周围环境的影响。规程［4］规定，需对预选极址20km范围内的地质、水文情况进行调查勘测，且在预选极址10km范围内原则上不宜有地下金属管道、铁道以及有效接地的变压器。

2.1极址土壤勘测范围推荐值根据如图2所示的典型大地的结构，最上层为腐殖土层，其电阻率在10~1000Ω•m之间，厚度为几米到几十米；第2层为全新世地层，其电阻率在100~400Ω•m之间，厚度为1～4km；第3层为原始岩石，其电阻率在1000~20000Ω•m之间，厚度为10~30km；第4层为层地球的内部热层，土壤电阻率很小，厚度认为很大。选取典型土壤结构参数见表1。运用大地回流理论可以求得直流输电工程单极大地运行时，距离直流接地极不同距离的土壤垂直剖面上各深度范围内直流电流分布的百分数。如果某深度以下流过的电流占总入地电流的60%，则定义该深度为60%入地电流透深。假设直流输电工程双极相距1000km，两直流极埋深均为3m。根据在我国青海格尔木、湖北宜昌、广东惠州三地运用MT法对大地电阻率测量所得的实测值，以及经典大地分层结构，分别计算4种土壤结构下与直流接地极不同距离的60%入地电流透深，计算结果见图3。从图3中可以得到，随着与直流接地极距离的增加，直流入地电流趋于流向数百千米以下深度的深层土壤，因此，在进行直流接地极选址时，深层土壤的结构是不可忽略的。我国地壳厚度最大的地区为青藏高原，最大厚度达70km，如果60%入地电流透深达到70km的地壳，大部分电流透过地壳从地幔中流过，则此时可以认为大部分电流已流入底层土壤。在直流接地极选址时，通常用MT法测量大地结构，规程［4］中推荐测量待选极址周围20km范围内的地质结构，从图3中可以看出，在经典大地分层结构下，60%入地电流透深达到距地表70km深的地幔层时，与直流接地极距离约为20km，与规程结论相符。我国青海格尔木、湖北宜昌、广东惠州三地可以分别代表我国高海拔地区、中部平原地区以及低海拔沿海地区的土壤结构。根据图3结果，在格尔木土壤结构下，60%入地电流透深达到地幔层时，与直流接地极的距离约为70km，此时大部分电流从地幔中流过，浅层土壤中流过的电流很小，因此，超过此范围外可不关心浅层土壤的结构。如果认为在直流接地极对电网影响范围内的深层地幔土壤结构具有一致性，则在此范围以内测量表层至深层土壤结构具有较大参考价值。因此，在进行直流接地极选址时，本文推荐使用MT法测量待选极址周围70km范围内表层到深层土壤的大地电阻率。

2.2极址土壤勘测深度推荐值由于各地区土壤结构差异巨大，研究接地极极址土壤的勘探深度问题时比较困难。由图3可以得到，在经典大地分层结构下，电流的穿透深度高于其他3种土壤结构，考虑最保守的情况，本文选用经典大地分层结构来研究选址时土壤的勘探深度。MT法对土壤的探测深度与探头的探测频段有关，探头频段的下限值越小，则其探测深度越大。根据经典大地分层结构，大地结构中存在原始岩石层，电阻率很高，其电阻率在1000~20000Ω•m之间，厚度在10~30km之间；其下存在内部热层，土壤电阻率很小，厚度很大。本文从直流偏磁计算的角度，研究MT法测深不够对交流电网直流偏磁计算的影响。规程［4］规定在距离直流接地极10km以内不允许存在接地变压器，假设交流电网分布在距离直流极10km以外的范围，交流线路的直流电阻为0.03Ω／km，线路长度大于20km，接地变压器接地电阻为0.2Ω，接地变压器绕组的每相直流电阻为0.3Ω。为了研究底层土壤对直流偏磁计算的影响，通过改变底层土壤的电阻率，可以得到地表电位分布的差异曲线。由于电网的结构未知，本文使用贪婪算法，根据地表电位分布的差异曲线，对可能位于不同位置的2座变电站及其之间的线路的直流电流大小进行计算，可以得到土壤结构参数的差别对于变压器中性点电流计算的影响，如图4所示。图中，ΔU1、ΔU2分别为底层土壤的改变对两站地表电位造成的差异；ΔI为电位差异造成的中性点电流的差异。改变底层土壤电阻率，得到最大中性点电流差异ΔImax如表2所示。如果把限定的中性点电流的最大差值设定为1A，则底层土壤电阻率的可变范围是（0，1320）Ω•m，临界土壤反射系数为-0.827，超出此范围则认为会对中性点电流的计算造成较大影响。从表2可知，如果测深不能穿透高阻层，而把底层也当作高阻层，则会对中性点电流的计算值造成巨大影响，所以对极址土壤进行勘测时，必须使测量深度穿透高阻层。在经典土壤参数的范围内，通过改变表1中高阻层的厚度以及电阻率，以中性点电流的最大误差值1A作为限定条件，计算底层土壤的临界土壤电阻率和反射系数，结果见表3。从表3中可以得出3个结论：a.高阻层厚度越大，对下层土壤的屏蔽作用越大，则下层土壤电阻率的可变范围越大，临界反射系数的绝对值越小；b.高阻层电阻率越大，则临界反射系数的绝对值越大，底层土壤电阻率的可变范围越大。c.根据以上2个结论可以得出，如果在测深穿越高阻层且电阻率逐渐降低时，只要最终测深对应的电阻率小于对应的临界电阻率，则该深度以下的土壤电阻率对中性点电流的计算偏差可以控制在限定范围以内。运用MT法对土壤电阻率进行实际测量时，在测量达到一定深度且穿越高阻层后，土壤电阻率一般呈现下降趋势，此时最终测深需满足上述结论。例如，在测量某极址大地结构时，得到的数据显示土壤结构存在一个厚度约为20km、平均电阻率在14000Ω•m左右的高阻层，如果最后的穿透深度对应的土壤电阻率未降到880Ω•m以下，则可认为测深不够，需要继续勘测。在工程应用中可通过表3估算临界电阻率以评价测深是否达到误差限定范围。在实际测量中，可以根据本文提供的方法针对具体土壤特性以及设定不同误差限定值进行建模评估。本文对高阻层的起始深度高于表1所示的情况也进行了计算，计算结果如图5所示。结果显示，高阻层起始深度的增加会使临界电阻率的值更为宽裕，故对于深度更深的高阻层，表3的结果更为保守。整个地壳平均厚度约为17km，大陆地壳平均厚度约为39~41km。高山、高原地区地壳最高可达70km，平原、盆地地壳相对较薄。地壳以下为上地幔，上地幔中有岩石圈和软流层，软流层中存在岩浆。鉴于此，在工程中，本文推荐MT法的测深为70km，再根据临界电阻率评价测试结果。

2.3极址土壤勘测方法MT法广泛应用于矿产勘探，为测量接地极深层大地电阻率提供了方便。该方法是建立在大地电磁感应原理基础上的电磁测量方法，场源是天然的交变电磁场。MT法工作时，在同一点和同一时刻连续记录电场的2个相互垂直的水平分量Ex和Ey，以及磁场的3个互相垂直的分量Hx、Hy和Hz，通过计算处理得到该点的波阻抗Z，布线方法如图6所示。由于土壤局部的不均匀性，在对极址进行勘探时，需要对待选极址附近多个点进行测量。根据2.1和2.2节的结论，选取的测点在距离直流接地极70km的范围内，推荐测深为70km，并根据临界电阻率对测试结果进行评估。由于距离直流接地极近的位置的土壤中浅层电流百分数高于远处，因此距离近的测点的参考价值更大，在选点时可以增加近处测点数目，本文推荐在距离待选极址20km处选取3个测点，分别位于待选极址正北、西南、东南方向；50km处选取2个测点，分别位于待选极址正南、西北方向；70km处选取1个测点，位于待选极址东北方向。在取得MT法测试原始数据并进行处理后，得到频率和视在电阻率曲线，运用MT法反演理论进行土壤层状结构反演，此时可以将各测点所得频率和视在电阻率的值放在一起进行综合反演，使得总体反演的均方根误差最小，从而得到用以评估直流接地极性能的土壤模型。

3结论

a.从直流电流透深的角度，研究了直流接地极极址土壤勘测时的测量范围。推荐测量待选极址周围70km范围内表层到深层土壤的大地电阻率。b.从直流偏磁计算的角度，在典型土壤的基础上，研究了直流接地极极址土壤勘测时的测量深度。土壤测深必须穿透高阻层，直到电阻率下降到临界电阻率以下，否则会给直流接地极影响的评估带来显著误差。推荐测深为70km并根据临界电阻率评估测量深度是否满足误差要求。c.提出MT法测量时推荐的布点方法。在距离待选极址20km处选取3个测点，50km处选取2个测点，70km处选取1个测点，涵盖接地极各方向。

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土壤电阻率篇8

关键词：土壤电阻率接地电阻电解地极

一、工程及地质概况

±800kV穗东换流站位于增城市朱村镇，地质、地球物理概况，属山间冲积盆地、丘陵推平、依山而建，站前地势开阔，多为耕地和水塘，场地地表为回填土和原生土。广东省电力设计院对已经平整的场地进行土壤电阻率测试时，原始地貌已经不存在，在回填区下15～16m深度已经铺设地网，挖方区揭露的地层为强风化花岗岩，填方区为素填土由粉质粘土或砾质粘性土组成，并经过强夯，地表较密实。各地层的电阻率差异明显，满足电法工作前提，并经测试得出以下技术资料：

两次进场进行土壤电阻率测量均遇到阴雨天气，但由于厂区已经整平，地下水位较低，从测试数据来看，雨水对测试结果影响不大。

本次土壤电阻率测量发现，测区东南角挖方区土壤电阻率较高，达到4200 （未下雨之前测量得到）；西南角挖方区土壤电阻率也较高，在3000 左右（下雨后阴天测量得到）；强夯区地表的土壤电阻率也较高，在2000 左右；地表以下5～15m之间，土壤电阻率降低，在350 ～700 之间，为粉质粘土的土壤电阻率；在15～22m左右，由于受地网和原始地貌的鱼塘影响，土壤电阻率大大降低，仅70～150 左右；22m以下，土壤电阻率会随着岩性的改变逐渐加大，在800～2100 之间。建议在电阻率较高的挖方区和强夯区地表进行降阻处理，以满足设计安全的需要。

根据广东省电力设计院资料和技术方案，和现场勘察该变电站地网扩网工程实际情况进行技术分析，结合已改造成功的南方电网贵州电力盘南电厂、云南罗平500kV站、广东莞城500kV站、广东博罗500kV站、广西龙滩电厂等大型变电站地网扩网降阻施工经验，加上该站土壤电阻率很高，主地网面积大，相对对周围打的斜井屏蔽影响较大，因此建议在主地四边（或预留地网接头处）打10口斜井，总长度为1500米左右，井内安放DK-AG地极，DK-AG电解地极具有超的渗透能力，能尽最大可能地满足改善土壤导电性能，降低土壤电阻起到最佳的降阻效果，也就是能尽最大可能地改善砂质粘土层导电性能，降低土壤电阻率，达到降低该站接地电阻的目的。

二、降阻设计方案

（一）、降阻设计依据

将原地网看成是一个接地的金属半球体，如图1所示：

当电流I经由接地半球流入土壤时，在距接地半球中心距离为r的半球面上任一点的电流密度δr为：

（1）

该点电位梯度为：

（2）

即： （3）

设dRr，是一以r为半径，dr为厚度的半球面形薄层的微分电阻，由于半径为r处电流I的微分压降为dvr，因此：

（4）

图中虚线所示是一个以接地半径为中心，并以rx为半径的半园球体，自接地半球表面至半径为rx半球体的扩散电阻：

（5）

当 rx∞时，接地半球扩散电阻为：

（6）

由上式可见：

要求接地电阻降到0.5Ω以下，ρ=1000Ω.m，接地半球半径要达到318.47m,即要打318.47m深的深井多个，显然是不可能的。

当接地体的大小不变时，只要将接地体周围尽可能大的范围内土壤电阻率ρ降低，就能将接地电阻降低。

（二）．设计思想及降阻原理

根据广东省电力设计院、广东天广工程监理咨询有限公司和施工单位提供的资料和要求，结合现场勘察800千伏穗东变站地网降阻工程实际情况，这个变电站现有地网面积很大，为27万平方米，土壤电阻率高，实测土壤电阻率为ρ=800－2100ΩΜ左右,现有接地电阻经有关检测单位初步测试，结果为1.065Ω,还不到设计要求（R≤0.5Ω），为此必须得想办法降阻，如果简单地用传统的办法扩大地网面积来实现降阻，依据公式S=0.25•ρ2/R02R0=ρ•0.5/ 可计算，需要扩很大面积，基本上是做不到的（土地资原有限）。本设计方案仍然考虑采用上次500千伏深圳宝安（白花洞）换流站和500千伏惠州博罗变电站的成功案例做法，也就是基本按广东电力设计院原设计方案，增加降阻部份设计来实现进一降阻和方便施工。

具体方法是在原地网四周（除靠山面）尽量靠近围墙接地网边沿（或预留外扩网接头）打斜井，地网三面打10口斜井，斜深超过基础后，位于地下深度3－10米左右平行向站外延伸，每口斜井长度视地质情况而定，每口井内在末端相隔20－40米放置DK-AG电解地极3－7套，10口斜井内共安装54套DK电解地极，用电解离子质来改善粘土的导电性能，使砂质积层土形成良好的导电层，达到降阻的目的。

（三）．斜井布置与电解地极安装

A、根椐DL475-92《接地装置工频特性参数的测量导则》。

B、广东省电力设计院和现场监理部提供的资料及我广西地凯防雷工程有限公司深圳分公司现场勘察情况。参照标准

1、《建筑安装工程质量验收统一标准》GB50300-2001

2、《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB50150-91

3、《电气装置安装工程施工及验收规范》GB50254～50259-96

执行南方电网公司《电网建设安全健康．环保 “三欣”标准评价体系》

（1）、安装方法：在地网四周边沿打斜井向外延伸，井与井之间间隔20m以上，斜井内安放电解地极和填充料，共打10口斜井,安装54套专配电解地极，降阻填充料按标准配置,然后用扁钢与原地网连接，接头作防锈处理。如图1,实际施工中据现场情况可以适当调整。

工程用料：

注意：外扩辅助地网的斜井和电解离子地极的配料、安装分布、母线跨接等要考虑辅助地网可靠连接、电位衡。如图1,实际施工中据现场情况可以适当调整斜井位置和数量，根据地质结构安装2－7套电解地极。

如果按上述方案施工,施工完后,进行测试,接地网不能满足R≤0.5Ω,则根据本站地质情况采取以下措施：增加斜井数量和增加埋设地极数量，施工达到合格为止。

三、需要电解地极数量的计算

根据技术规范提供的数据，新建基础地网接地电阻R0为1.065欧姆，东南角土壤电阻率特别高，为4200Ω•m，西南角土土壤电阻率次之，为3000Ω•m，考虑上述地质因素，因此在地下（离子地极放置层）平均土壤电阻率取值为1650Ω•m，用来计算满足变电站地网电阻值设计值R≤0.5欧姆的要求,需要埋放DK－AG电解地极用量计算如下：

公式： 其中：

其中：R0为基础地网的接地电阻1.065Ω；

R 为地网设计接地电阻0.5值；ρ为土壤电阻率；k为系数取5

根据

计算得：N＝41.18≈42套

考虑主地网对扩网有一定的屏蔽、考虑到扩网部分电位均衡及接地电阻尽量于0.5值，因此系数取1.3, N=42×1.3＝54.6≈54(套)

需要电解地极用量为54套，将该站地网接地电阻降至0.5欧以下。

四、结论语

对本文介绍了云南至广东±800Kv直流输电工程穗东换流站地网进行降阻改造过程，该工程由广西地凯防雷工程有限公司承接了该项工程，地凯公司深圳分公司进行了专业设计。今年2月份完成±800kV穗东变电站地网降阻工程的专业设计，并通过广东天广工程监理咨询有限公司、南方电网超高压公司工程处广州现管部、组织有关专家论证和广东省电力设计院的评审，进行了为期两个月的紧张施工，4月中旬通过现场验收测试，地网接地电阻从降阻前的1.069Ω降至0.2968Ω，完全满足设计投产要求，达到优质工程标准，从而保证了该重点工程按时投产。

从上述案例中得知，当变电站的土壤电阻率较高，不能征地扩大地网面积降阻，将地网接地电阻降低至设计要求值时，可采用打斜井安装DK-AG电解地极来实现降阻。

土壤电阻率篇9

关键词：不同下垫面；云地放电；位置影响

0 引言

大气的下垫面是指地球表面的海洋、陆地上的高原、山地、平原、森林、草原、建筑物、土壤和植被等，下垫面的性质和形状，是影响雷击放电位置的重要因素之一。本文通过历年雷电灾害的收集、闪电定位观测资料，对云地闪电发生地在一定区域内的地形、地貌、地面上建筑物、地表土壤电阻率等调查、测试，从中寻找出不同下垫面对云地放电位置影响的某种规律。

1 大气电场的产生和演变

大气中的分子受来自地壳、大气、地球外空射线以及地面上森林火灾、工厂排放、火山爆发等等电离源的作用而电离产生大气带电粒子，形成大气电场。

大气电场可分为晴天电场和扰动天气电场，电场强度随时间、地点、天气状况和离地面的高度而变。当存在激烈的天气现象（如雷暴、雪暴、尘暴）时，大气电场的数值和方向均有明显的不规则变化。

就全球平均而言，电场强度在陆地上约为120V/m，在海洋上为130V/m，在工业集中区由于空气中存在高浓度的气溶胶，电场强度会增至每米数百伏。就雷电的日变化情况看，雷电多发生在午后到上半夜，主要集中在14时到21时，凌晨到早上较少。主要原因是：进入盛夏期下垫面受热温度激增上下温差大，热力和动力两者共同作用，动力抬升局部地区对流天气增强， 造成雷电活动频繁（图1）。

2 云地放电的条件

雷雨云由一大团翻腾、波动的水、冰晶和空气组成。当云团里的冰晶在强烈气流中上下运动时，空气中的水分子在冰晶的表面逐渐凝结成一层冰，就形成冰雹。这些被强烈气流反复翻腾、波动的冰晶和水滴充满了静电。其中重量较轻、带正电的电荷堆积在云层上方；较重、带负电的聚集在云层底部。当电场强度达到可以击穿空气时，就会以闪电的形式把能量释放出来。大气中达到大气击穿电位梯度是雷电发生的必要条件。通常情况下，超过一半以上的闪电发生在雷雨云内的正、负电荷中心区之间，称作云内闪电。另一类闪电发生于云体与地面之间的对地放电，称为云地放电。

地表上有树枝等尖端放电产生的电荷，有输电线路电晕放电，有工厂排放的带电离子等等。它们之间受到电场、重力、对流等因素的非对称的作用，使得大气中各处的正、负电荷分布不均匀，实际测量各处地面大气电场强度会因时间、地点而不同。当电场强度超过约400kV/m足以把空气击穿时，就会发生闪电放电。

把云层与大地之间形成的电场模拟为电容器时：

q=E0St0/ρ （1）

式中：q―电荷量；t0―时间；E0―电场强度；ρ―土壤电阻率

由（1）式可知：如果云层底部所带负电荷Q≤q时，不会产生雷击；当Q>q时雷击发生，雷击是否会向大地发生闪击，由两种因素决定：其一是云层带电荷量的多少，其二是模拟电容器内的电场强度是否达到大气击穿的电位梯度。

3 雷雨云的运动轨迹

一般情况下，雷雨云大体上随500hPa高度上的气流方向运行，其速度平均为30～40km/h，移动速度春秋季大于夏季，夜间大于白天。地形对雷雨云移动有影响，一般是：雷雨云遇山地阻挡，由于迎风面有上升气流影响，雷雨云在山地的迎风面停滞少动；当雷雨云受山脉阻挡时，雷雨云即沿山脉走向移动，如山脉有缺口，则雷雨云顺着山口移动。

4 不同下垫面对大气电场的影响

4.1 地面建筑物对大气电场的影响

目前，随着我国雷电监测预警业务的发展，全国气象部门和科研院所利用大气电场仪对雷雨云大气电场进行测量，并利用所测量的电场值进行雷电预警，结果如下。

4.1.1 地面建筑物的存在对周围大气电场产生较大的影响

建筑物顶部的大气电场明显大于地面电场，且随建筑物高度增加而增强。例如，建筑物屋面长、宽均为40m，高度分别是h=10、20、50和100m时，其楼顶的大气电场分别是地面（当建筑物不存在时地面相同位置）处的1.4、1.7、2.8和4.5倍，其屋面转角处的电场最大。

4.1.2 地面上建筑物对其周围地表面电场有明显的屏蔽作用

距离建筑物越近，其屏蔽作用越明显，在地面上的影响范围约为建筑物高度的3.5倍。

4.2 地表土壤电阻率对大气电场的影响

4.2.1 土壤电阻率

表征土壤导电性能的参数，与土壤的含水量、温度、含盐量以及土壤中所含可溶性的电解质有关。土壤含水量增加时，土壤电阻率下降；当土壤含水量增加到20%～25%时，土壤电阻率保持相对稳定。土壤电阻率也受温度的影响，当土壤温度升高时，其电阻率下降，在0℃时土壤由于水份冻结而使电阻率迅速增加。由于土壤所含可溶性电解质的变化，土壤电阻率的数值往往也差别很大。一年四季当中，在同一地点气温和天气的变化，土壤中含水量和囟鹊牟煌，土壤电阻率也不断在变化。

4.2.2 雷击位置周围土壤电阻率测试点的选取

以历年调查收集到的雷击事故接闪点位置为圆心测得ρ1，半径500米范围取4个方位测试土壤电阻率得平均值ρ2，测试点选点示意图如图3。通过测试发现，地形变化大的区域，周围土壤电阻率变化非常明显。

5 不同下垫面雷击的选择性

5.1 与地面上的建筑物情况有关

地面上的高层建筑、屋面上的各种金属物体、尖端等有利于雷云与大地建立良好放电通道的地方容易造受雷击。在旷野中，即使建筑物并不是很高，但由于它比较孤立、突出，也比较容易遭雷击，这是影响雷击选择性的重要因素。

工厂烟囱排出的粉尘和烟气中含有导电粒子和游离气体，它们比一般空气容易导电，相当于加高了烟囱的高度，也导致了烟囱易于遭雷击。

5.2 与建筑物内部结构有关

建筑物结构材料所能积蓄电荷量的多少直接影响建筑物接闪的频率。当建筑物结构中，如墙、板、梁、柱和基础内的钢筋较多时，容易积累大量的电荷。又如金属屋顶、金属构架、电梯间和水箱等也是积累大量电荷的部位。此外，附属在建筑物上的突出物，如旗杆、广告牌、排气烟囱、透气管等金属构架也容易遭雷击。

建筑物的结构，内部设备情况对雷电的发展也有关系，金属结构的建筑物、内部有大量金属物体的厂房或经常潮湿的房屋，由于这些地方具有良好的导电性能，因此比较容易遭雷击。

5.3 与地形和地物有关

从地形看，对靠山和临水的地区，临水一面的低洼潮湿地点和山口或风口特殊地形易受雷击。从地物看，铁路集中的枢纽，长距离的高压输电线、大量金属管道仓库，由于容易产生大量感应电荷，从而容易遭雷击。

5.4 与地表土壤电阻率有关

大气电场受土壤电阻率的影响较大，通过对比不同土壤电阻率情况下的水平电场，发现地表水平电场受地面导电率的影响非常明显， 土壤电阻率对雷电辐射磁场的影响随土壤电阻率的变化而变化。主要表现在振幅和极性上，土壤导电率越小，其负向幅值的衰减速度就越快。

从表1可以看出，雷击落雷点区域下垫面土壤电阻率与周边500米区域土壤电阻率相比较具有最小值或次最小值。土壤电阻率小由于其导电性良好，土壤中的先导电流沿着电阻率较小的路径流动。在岩石与土壤交接处、山坡与稻田交界处，雷击大多落于土壤和稻田处。在青山纸业―片仔癀―农校；军分区―芝山―小坑头；九龙江沿岸一带雷暴分布较周边强烈的多。一份自1954―1984年的雷电调查统计揭示了雷击的选择性，该资料表明雷击在靠近河、湖、池和潮湿地区的占23.5%，靠近大树、高层建筑占15%，靠近烟囱、天线的占10%，此外，稻田和导电性良好的土壤交界地带也占10%。

6 结 语

地面上高耸的建筑物、烟囱、工业集中的金属屋面厂房、粉尘及气体排放区、地表土壤电阻率较小的位置、土壤电阻率变化很大的地表交界处，能影响局部的大气电场，使得在同一区域内该位置云地放电次数明显较多。这对防雷工程的设计具有重要的意义。它给我们提供了雷击选择性的一些思考。据此，我们可以决定哪些地区、哪些建筑物应该重点安装避雷装置和设备应有的良好接地装置，而另一些地区、建筑物在防雷投资上可以少花一些或甚至不必花费投资。

参考文献

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[2] 李树晨 和伟 付小芮.大地电阻率与云地放电之间的关系[C]. 全国电磁兼容学术会议，2007

[3] 耿雪莹 张其林 刘明远.地面建筑物对雷暴云大气电场影响的模拟研究[C]. 中国气象学会，2011

[4] 邵霖，T晓冬.福建省雷暴活动时空分布规律分析》[C]. 中国雷电与防护，2005（3）

[5] 张敏锋，冯霞.我国雷暴天气的气候特征[J]. 热带气象学报，1998，14（2）

土壤电阻率篇10

关键词： 电阻率 防雷 联合接地 端子 散流电阻 电压 软交换 汇接局

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0054-03

1 神华准能公司通信系统介绍

神华准能公司通信系统分为中心局、露天矿、铁路三大部分，中心局与露天矿的维护工作由准能公司信息处负责，铁路通信隶属大准铁路公司管辖。铁路、露天矿为端局，中心局为汇接局。

中心局机房设备包括华为公司1万门CC08数字程控交换机、OSN2500光传输系统、艾默生动力环境监控系统以及综合业务接入等设备，露天矿机房设备较少，但相应安全装置同样不可或缺。目前中心局机房正在进行软交换设备的安装与调试。原因为伴随着互联网的高速发展，公司现有ADSL上网方式已经不能满足用户访问互联网的需求，结合目前住宅小区智能化的建设趋势，使用光纤到户（FTTH）方式选择NGN和PON接入技术组网，实现用户上网速度的提升，满足用户需求。由于中心区设备较多，安全工作至关重要，设备的安全防护措施主要是接地，而人员的安全则是按规程操作，良好的接地及保护措施可以防止雷电的袭击，规范的操作可以避免不必要的意外发生。

CC08数字程控交换机设备的保护由外及里，层层防护，外线电缆进入机房配线架，在上架前要对电缆进行接地，上架后，内线与外线之间有保安装置，单板上有过压保护，通过这一道道防线，切实做到保护设备安全运行的目的。中心局机房设备的接地方式为联合接地，也就是说交换、传输、接入等设备统一接到一个接地排上采取联合接地。

2 防雷接地基础知识

雷电的产生首先是雷云的形成，地面气体（湿度较大）受热上升与高空冷空气相遇形成积云，云层负电荷从而吸附其他云层的电荷，在运动中使电荷大量聚集。而云层中的电荷分布是不均匀的，当不同电荷的积云相互靠近时，或带电积云对大地的静电感应而产生异性电荷时，宇宙间将发生巨大的电脉冲放电，这样就产生了雷电现象。通过统计分析，雷电具有一定的特性，大多数雷电放电发生在云内，少数发生在雷云与大地之间，而90%左右的雷是负极性的。雷电的过压会造成相当严重的后果，电磁污染、电磁干扰、设备损坏甚至系统崩溃。雷击分为感应雷和直击雷两种形式。感应雷是指附近发生雷击时设备或线路产生静电感应或电磁感应所产生的雷击。直击雷是雷电直接击中电气设备或线路，造成强大的雷电流通过击中的物体泄放入地，所以，直击雷的破坏性很大，大部分雷击为感应雷，其伤害相对直击雷较小，但如果防护措施不当，也会给设备和人员带来极大的危险。因此，有效的防雷措施是保护设备和人员的必要手段。常见的防雷元器件有接闪器、消雷器和避雷器，大体上，雷电的防护分为外部防雷和内部防雷，外部防雷主要采取接闪器、引下线及接地装置，内部防雷主要有屏蔽、过压保护、合理布线以及安全距离。通过种种合理的措施与办法，通信机房设备与人员的安全得到了切实的保障。

3 中心局联合接地系统

通信局中接地装置或接地系统中的“地”指的就是我们通常说的大地，因为其面积的幅员辽阔，因此具有无限大的电容量，可以作为良好的参考零电位。“接地”就是将通信设备中的接地端子，通过接地装置与大地作连接，并把该部位的的电荷导入大地，达到降低危险电压和防止电磁干扰的目的。

在掌握联合接地系统之前，有必要了解一下接地的分类及作用。通信电源接地系统根据其性质和用途的不同，可以分为，交流接地和直流接地，工作接地系统和保护接地系统和防雷接地系统。其中防雷接地系统又划分为设备防雷和建筑防雷。

交流接地系统分为工作接地和保护接地，工作接地是指低压交流电网中将三相电源中的中性点直接接地。交流工作接地的作用是将三相交流负荷不平衡引起的在中性线上的不平衡电流泄放于地，从而来减小中性点电位的偏移，使各相设备能够正常运行正常运行。平时说的零线，就是接地后的中性线。保护接地是指在正常情况下将受电设备与带电部分绝缘的金属部分与接地装置做良好的电气连接，这样设备即使绝缘装置遭到损害，也不会发生触电的危险。

直流接地系统由工作接地和保护接地两部分组成，这两者都起保护作用。工作接地保护通信设备和直流通信电源设备的正常运转；保护接地保护人身和设备的安全。在通信电源的直流供电系统中，为了保护通信设备的正常运行、保障通信质量而设置的电池一极接地，称为直流工作接地，通常为48V和24V的正极接地。直流工作接地作用很大；①利用大地做良好的参考零电位，保证在各通信设备间参考点位没有差异，确保设备正常工作；②减少因用户线路对地绝缘异常时所造成的通信回路单音。直流保护接地是将设备的金属外壳和金属护套部分接地，主要作用有1、直流设备绝缘损坏时不致于发生触电危险，从而保证维护人员的安全；③减小设备和线路中的电磁感应，防止静电发生。减小杂音，达到屏蔽目的。一般情况下，直流的工作接地和保护接地合二为一，继而出现了更为科学的联合接地系统。

采用联合接地方式使所有接地系统联合组成低接地电阻值的均压网优点显著，具体表现为：（1）地电位均衡，同层各地线系统电位大体相同，消除危及设备的电位差；（2）公共接地母线为全局建立了基准零电位点。全局按一点接地原理而用一个接地系统，基本上不存在电位差；（3）消除了地线系统的干扰。依据各种不同电特性设计多种地线系统，使其相互影响，而采用一个接地系统后，成功地做到了无干扰；（4）电磁兼容性能变好。由于强、弱电，高频及低频电都等电位，又采用分屏蔽设备及分支地线等方法，所以电磁兼容性能获得提高。

联合接地装置包括地、接地体、接地引入线、地线排和接地配线，把接地装置tongguo接地线与设备的接地端子连接起来就构成了接地系统。如图1所示。

接地装置系统中，接地电阻尤为重要，它是接地体对地电阻和接地引线电阻的总和，一般由接地引线电阻、接地体本身电阻、接地体与土壤的接触电阻以及接地体周围呈现电流区域的散流电阻这四部分组成。接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地装置流入大地电流的比值。衡量土壤电阻大小的物理量是电阻率，土壤电阻率，即电流通过体积为1m3土壤的这一面到另一面的电阻值，符号为ρ，单位Ω・m，土壤电阻率的大小与以下几个因素有关：

（1）土壤的性质。

不同土壤的性质对土壤的电阻率影响差别很大，一般来讲，土壤含有化学物质较多时，其土壤电阻率也较小。同一块土壤，大地表面部分土壤电阻率较大，距离地面越深，电阻率越小，而且有稳定的趋势。所以在世纪工作中，应根据世纪情况的不同，选择好接地装置的位置，尽量将接地体埋在较理想的土壤中。

（2）土壤的温度。

当土壤的温度在0℃以上时，随着土壤温度的升高，土壤电阻率减小，但不明显，当土壤温度上升到100℃时，由于土壤中水分的蒸发反而使土壤的电阻率有所增强。但是当土壤的温度在0℃以下时，土壤中水分结冰，其土壤电阻率急剧上升，而且当温度继续下降时，土壤电阻率增加十分明显。因此，在实际应用中，往往将接地体埋设在冻土层以下，以避免产生很大的接地电阻。

同时，对于同一接地装置系统在一年中的不同季节里，其接地电阻不同，这除了土壤温度的因素，还与土壤的湿度有关。

（3）土壤的湿度。

土壤电阻率随土壤湿度的变化有着明显的差别，一般来讲，湿度增加会使土壤电阻率明显减小。所以，一方面接地体的埋设应尽量选择地势低洼、水分较大之处；另一方面，平时在测量系统接地电阻时，应选择在干季测量，以保证一年中接地电阻最大的时间里系统的接地电阻仍然能够满足设备要求。

（4）土壤的密度。

土壤的密度即土壤的紧密程度。土壤受力越大，越密实，电阻率就越小。因此，在接地体的埋设方法上，不用采取挖掘土壤后再埋入接地体的方法，可采用直接打入接地体的方法，这样既施工简单，又可以使接地电阻下降。

（5）土壤的化学成分。

土壤中含有某些特定化学成分（如酸、减、盐等）时，土壤电阻率就会明显变小，在实际工作中，要想减小土壤的电阻率，可以试用在土壤中深入食盐，或者添加其他的化学降阻剂。

4 接地电阻测试

测试接地装置的接地阻抗时电流极要布置的越远越好，一般情况下，电流极与被测试接地装置边缘的距离应为被试接地装置最大对角线长度的4至5倍，电压引线长度为电流引线长度0.618倍。接地网肩负着工作接地和保护接地的双重作用，当接地电阻过大发生接地故障时，使中性点电压偏移增大，可能使健全相和中性点电压过高，远远超过绝缘要求的水平而造成设备损坏。在雷击时，由于电流很大，会产生很高的残压，使附近的设备受到反击的威胁，并降低接地网本身保护设备带电导体的耐雷水平，达不到设计的要求而至使设备损坏。同时合格的接地系统的接地电阻可以保证维护人员安全；但由于土壤中含有的某些化学成分，会对对接地装置造成腐蚀，随着时间的推移，如果接地装置被腐蚀，就会影响到通信局设备的安全运行；因此，对地网接地电阻的定期测试必须加大力度；运行中通信局地网接地电阻的测量，如果受到系统流入地网电流的干扰以及试验引线线间的干扰，测试结果就会产生较大的误差。如果对地网接地电阻测试不准确，不仅损坏设备，而且会造成不必要的损失，通过多年接地电阻测试经验，现总结如下：

接地电阻测试仪型号ZC-8

测试图连接：

测试步骤：

（1）首先要清楚被测地网的形状、大小和具体尺寸；确定被测地网的对角线长度D，仪表端所有接线应正确无误。

（2）在距离地网的2D处，打下地阻仪的电流极棒C和电压极棒P，探针入地不小于40cm，测试两次。

（3）保持接地摇表水平放置并使倍率调整检流计机械归零，把倍率开到最大档，摇动摇表手柄并匀速加快摇柄速度，达到120r/min，同时调整仪表电位器刻度盘，使接地电阻测试仪处于平衡状态。

（4）在检流计指针偏向某一方向时，转动刻度盘，让检流计归到“0”点。这个时候，刻度盘上的读数乘上倍率档就是被测电阻值。

（5）如果刻度盘读数小于1时，检流计指针却仍然没有平衡，那么，就把倍率开关开小一档，通过大小调节，直到完全平衡为止。

注意事项：

（1）测量前，对于辅助电极的布极位置选择有严格要求，所选择的布极点必须没有其他电流的干扰，并且辅助电压极和接地体边缘三者之间各自的距离不小于20m。

（2）为保证测量精度，尽可能把接地体和它上脸的设备断开，防止接地体上泄露的杂散电流影响测量精度。

（3）不允许测试极棒松动，土壤必须密实。测量时，可通过调整辅助电极上下位置来防止地阻仪灵敏度过高。如果地阻仪灵敏度过低，那么就通过在辅助电极周围胶水，来减小辅助电极的接触电阻。

（4）尽量不在雨天或者雨后来测量接地电阻因为地面湿度大会造成接地电阻减小的情况。

（5）禁止在被测物体带电时测量，另外，当测试现场是斜坡时，电流极棒和电压极棒距地网的距离应是水平距离投影到斜坡上的距离。

在现实的工作当中，测试接地电阻存在诸多安全方面的问题，人孔井盖开启后，井中有大量有毒气体，测试时要求将气体释放一段时间后技术人员再下到井中作业，否则很容易造成窒息现象。测试时一人操作另外一人负责监护，避免发生其他意外。所有实地测量，除了是为整改提供依据以外，都是为了为作业人员寻求最有效的人身安全保障。同时，也能充分防止设备的进一步损坏。这样通信设备就可以正常运行，设备维护人员的工作环境也更为可安全靠。所以在每年的春季安全检查工作中，接地电阻测试是一项必不可少的工作。

5 结语

虽然说雷电的产生不可避免，但是科学的进步会使雷电对设备的伤害以及给人们生活带来的不便日益减小。采取各种有效的手段防止设备、人员遭受雷击是目前应对雷电的主要工程，也是科研领域研究的重要课题。作为通信设备的维护人员，学习与设备各方面相关的知识是提高专业技能和维护水平的关键，只有了解、掌握维护、安全常识才能确保设备安全、可靠、稳定运行。

参考文献

[1]张雷霆.通信电源[M].北京：人民邮电出版社，2005.