一类笼式网接地电阻的计算

146一类笼式网接地电阻的计算
一类笼式网接地电阻的计算
Calculati on of Grounding Res i stanee of t K i nd of Cage Gr i d
王瑞东许闻文徐义亨（浙江中控技术股份有限公司，浙江杭州310012）
摘要：笼式接地网系利用建筑结构体位于地表下的建筑钢筋作为接地体。

某核电站GRE/GSE笼式接地网是由法国ALSTOM设计的，用于对汽轮机进行控制、保护与监测遥该笼式网由毗邻的汽轮机平台建筑物的笼式网和核岛电气厂房建筑物的笼式网并接组成遥推导此类地网接地电阻的分析计算，计算结果与实测数据吻合遥
关键词:笼式接地网;接地电阻;等电位接地
Abstract:The cage ground i n g gr i d uses the bu ild i n g re i n forcement under the ground as the ground ing body.The GRE/ GSE cage ground i n g gr i d of f nuclear power stat i ons des i g ned by Alstom of France,wh ich is used to control,protect and mon i t or the steam turb i n e.The cage gr i d is composed of the cage network for the adjacent turb i n e platform bu ild i n g and the cage network of electr i c al bu ild i n g for the nuclear island.Th i s paper deduces the analys i s and calculat i o n of the ground i n g res istance for th i s k i n d of ground ing gr i d,and the calculat i o n results are cons i s tent w i t h the measured.
Keywords:cage ground i n g gr i d,ground i n g res i s tance,equ ipotent i a l ground i n g
1笼式接地网
笼式接地网（简称“笼式网”）系利用建筑结构体位于地表下的建筑钢筋作为接地体；利用地表上的建筑钢筋作网格式的屏蔽体以屏蔽外界电磁场的干扰（见图1）。

由于建筑物地下部分与地上部分的钢筋形成了一个“电笼”（cage），故笼式网也被称为法拉第笼，即整个笼式网是一个等电位体。

图1建筑物的笼式接地网
图1所示的笼式网其接地电阻R的计算公式为：
（1）姨A
式中：p-土壤平均电阻率,O・m；A-建筑物的地表下部分与大地的接触面积（包括基础结构体的底面积与侧面积的总和）,m2。

公式（1）的推导见附录A遥
下面用一个实例来说明笼式网接地电阻的计算。

2GRE/GSE接地系统的构成
某核电站GRE/GSE笼式网是由法国ALSTOM设计的，用于对汽轮机进行控制、保护与监测的工业产品。

由于核岛电气厂房与汽轮机厂房毗邻，故GRE/GSE笼式网由汽轮机平台建筑物的笼式网和核岛电气厂房建筑物的笼式网并接组成（见图2）。

图2两个互连笼式网的构成
核岛的笼式网或常规岛的笼式网,没有将±0.0m以上的、建筑物墙体内的钢筋作外部防雷装置的接地引下线用，而是在建筑物的墙体外，离墙体有一定安全距离的地方单独设置一圈垂直接地体（垂直接地体之间的距离为12m，垂直接地体的长度为2.5m）,引下线与该圈垂直接地体相连，并将该圈垂直接地体与建筑物的笼式网进行等电位连接。

在建筑物墙体的外部周边设置了若干个接地井，供包括外部防直击雷装置在内的接地连接用。

这比起某些规范标准（如《GB50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范》）将笼式网墙体内的建筑钢筋作引下线用,GRE/GSE笼式网的设计显然要合理得多。

依据法国电力集团标准（EDF）,法方提供的接地电阻的计算公式,为：
R=1.6p1/P+0.6p2/L（2）式中：P-接地网的周长,m；
L-埋地导体的长度，皂；
P1、P2-土壤电阻率,o・m遥
法方对此公式的演绎以及公式中符号的定义不甚清楚，故无法进行设计计算。

3提出的分析计算方法
由于该笼式网是由两个笼式网并接组成。

设汽轮机平台建筑物的笼式网其接地电阻按式（1）计算为R q,核岛电气厂房的笼式网其接地电阻按式（1）计算为R"。

两笼式网并联在一起时,总的接地电阻值设为R q与R h并联的等效电阻R z并乘以一个大于1的校正系数渍，渍的大小可通过实测求取。

R z=（R q R h/R q+R h）^（3）考虑到两个笼式网相隔的距离较近，在相邻的两侧，面向土壤中散发的接地电流线因同种电流总是相互排斥的（见图3）,
图3
两个互联笼式网相邻面电力线的分布
《工业控制计算机》2021年第34卷第5期147
使相邻两侧面间的土壤得不到充分的散流，这相当于减小了电流的流通截面积，从而使散流电阻增加。

所以式(3冤的右面需乘上一个大于1的校正系数渍，渍的大小非固定因子，取决于现场两个接地网之间的距离、耦合情况、相对位置的影响，结合现场实际的情况，取渍值为1.1遥
4计算与验证
已知:汽轮机平台建筑物的底面积为(60x100)m2,建筑物地下深度约7m遥故建筑物的地表下部分与大地接触面积(包括结构体的底面积与侧面积的总和)A为：
A=60x100+2x(60+100)x7=8240(m2)
该核电站的GRE/GSE接地系统的土壤电阻率，根据广东省地球物理勘察院提供的数据：
1)20m高层平台上1m埋深的土壤电阻率建议采用1000O・m, 5m埋深的土壤电阻率建议采用15000・m；
2)7m高层平台上1m埋深的土壤电阻率建议采用800 O・m,5m埋深的土壤电阻率建议采用1300O・m。

现场测试结果，土壤电阻率P的平均值约为10000・m。

由于汽轮机平台建筑物的笼式网以及核岛电气厂房的笼式网,它们的框架结构相同，故A值近似相同，渍值为1.1,按式(3)计算,GRE/GSE系统,其接地体的接地电阻值约为2.40。

该核电站对笼式接地网实测的接地电阻列于表1遥
表1笼式接地网实测的接地电阻数据
市,：中：.：1丁I眄J垃A為加11乱U
t-；t；：扛！尺
:：沙盲川U>
::-J-'J.1：:
「；阳2,f
1i.也■:卜!厂人[.X
由于核岛厂房的笼式网与汽轮机厂房的笼式网实际已连为一体，故表1所示的六个接地电阻数据，实际系代表两个笼式网的总接地电阻值。

六个数据有些差异是测试点附近土壤环境的差异引起土壤电阻率不同所致。

由此可见,本文提岀的分析计算方法基本和实测数据吻合。

附录A：公式(1)的推导
A.1半球状接地体接地电阻的计算
图4为半球状接地体的接地模型。

假设接地电流从接地体表面向周围大地呈放射形流岀。

图4半球状接地体模型
设半球状接地体的半径为L,流岀的接地电流通过许多同心半球状的大地部分(见图5)遥我们在讨论接地电阻值的时候，离不开金属电阻体的基本公式R=P丄/S,其中，籽为电阻率丄为长度,S为电流的流通截面积。

设图5中画有粗黑线的部分与接地体中心距离为x,粗黑线部分的厚度微分为dx,其电阻值的微分为dR,则有：
dR=p-凿曾,(4) 2仔x
将式(4)从接地体的表面r积分到则1就可以求岀总的接地电阻值：
R=
因接地电阻是从接地体到无限远处的全部电阻，如果则1为无限大，则员/L等于零，则式(5)为：
R=1仔F(6)式(6)就是计算半球状接地体的接地电阻的公式。

由式可知，随着接地体半径的增大，其接地电阻值按1/r成比例减小，即因截面积(2仔则2)逐渐变大而使接地电阻收敛。

A.2简单笼式网的接地电阻计算
如图1所示的简单笼式网的接地电阻可从上述的半球状接地体的接地电阻的计算公式演绎岀来。

设建筑物的地表下部分与大地接触面积(包括结构体的底面积与侧面积的总和)为A (m2),土壤平均电阻率为p(O・m)，如将建筑物的地表下部分等效为半球状接地体，其等效半径r可按下述步骤求取。

因为A=2仔r2
得等效半径r=\/A/2仔
代入式(6)砸=产
2仔r
整理后得砸=举(7)
V A
由式(7冤可知，建筑物的地表下部分与大地接触面积A愈大,笼式网的接地电阻值R就愈小遥
参考文献
[1]徐义亨•控制工程中的电磁兼容[M]•上海：上海科学技术出版社，
2017
[2]高桥健彦，川濑太郎•接地技术[M].北京:科学出版社,2003
[3]中国建筑学会建筑电气分会•电磁兼容与防雷接地[M].北京：中国建
筑工业出版社,2010
[4]全国雷电防护标准化技术委员会.GB/T21714.4-2008,雷电防护
第4部分:建筑物内电气和电子系统[S]•北京：中国标准出版社，2008
[5]中国电力企业联合会.GB50169-2006,电气装置安装工程接地装
置施工及验收规范[S].北京冲国计划出版社,2006
[6]四川省住房和城乡建设厅.GB50343-2012,建筑物电子信息系统
防雷技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2012
[7]能源行业核电标准化技术委员会.NB/T20073-2012，核电厂仪表
和控制设备接地准则[S]•北京:原子能出版社,2012
[8] IEEE.IEEE Guide for Instrumentation and Control Equipment
Grounding in Generating Stations[S].IEEE,2004
[收稿日期：2021.3.18
]。