高土壤电阻率地区接地设计

但是, 根据近几年的研究成果看, 施用降阻剂 的降阻率随着长度的增大而减小呈饱和趋势, 随 着等效直径的增大而增大呈饱和趋势。对于小尺 寸的接地体, 垂直电极、水平接地体、地网的降阻 率最大分别不超过 84% 、60% 、42% ; 对于中型尺 寸的接地体, 水平接地体、地网的降阻率最大分别 不超过 35% 、17% ; 对于大尺寸的接地体, 降阻率 更低, 故施用降阻剂以减小 接地电阻没有必要。 高电阻率地区, 如果接触电阻很大且难以消除, 可 以考虑施用少量降阻剂以减少接触电阻。另外, 降阻剂的使用只起到增大接地体的冲击系数的作 用, 降阻剂对接地体的电感的影响程度尚待试验 证实, 即使降阻剂对减小接地体的电感有作用也 是很小的。所以, 在防雷接地中没有必要使用降 阻剂。其次, 目前各品种的降阻剂其成分含有大 量的盐份, 对地网有腐蚀作用。 2. 3 引外接地体
荷, 即:
R SEds = R SEEds= Q
又, 欧姆定律的微分形式为:
R SDds = R S Q1 Eds= Q 由电阻和电容的定义: C= Q/ V
R= V/ I
Байду номын сангаас
可推导出:
R=
1 C
#
RS RS
EEds 1QEds
当地电阻率各向同性, 上式可改写为:
R=
1 C
#
E RS
1 Q
R
S
Eds = Eds
半径为 s 的半圆球等位面之间的电阻为:
R r- s= V / I= Q( 1/ r- 1/ s) / ( 2P) , ,, ( 2)
当 s y ] 时 R r- ] = RX= Q/ ( 2Pr) ,, ( 3) 式中 的 RX 就是 该半圆 球接地 体的 接地电
高土壤电阻率地区接地设计
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阻。( 2) 式与( 3) 式之比为:
( 4) 接地网的面积一定时, 接地网的长度比对 接地电阻的影响不大, 因此, 可视场地的地形, 地 质以及电力设备的布置等情况来决定接地网的外 缘形状。
( 5) 在接地网内小面积范围, 采用置换或化学 方法改善接地体附近的高电阻率土壤, 除对消除 接触电阻有显著效果外, 对减小接地电阻的作用 不大。
1 前言
变电所中由垂直和水平接地极组成兼有泄流
和均压作用的水平网状接地装置, 确保了工作接 地、系统接地、保护接地。其目的是为了在正常、
事故和雷击情况下利用大地作为接地电流回路的
一个元件, 从而使设备接地处的电位固定为所允
许的电位。
由高斯定理可知, 穿过任一闭合表面的电位
移矢量等于包围在此 表面所限定的 空间内的电
通过以上分析得出, 在设计以减小接地电阻 为目的的人工接地网时, 应注意:
( 1) 接地网的接地电阻主要和接地网的面积 有关, 附 加于接地网上 的 2 ~ 3m 长的垂 直接地 体, 对减小接地电阻的作用不大。
( 2) 接地网孔> 16 个时, 接地电阻减小的很 慢。
( 3) 接地网的埋深达到一定时, 接地电阻减小 的很慢。
( 6) 采用引外接地时, 引外接地体的中心距高 压配电装置接地网中心的距离不宜过大。
3 深井接地
通过近十年的工程实践, 青海电网中, 有相当 一部分变电所采用常规接地方法无法满足接地电 阻的要求, 从而引起事故隐患。但由于青海特殊 的高寒、干燥, 土壤电阻率高, 土壤中含自由水少 等特点, 在工程中采用通用的降阻方法都不理想。 因此, 结合青海省特殊的高土壤电阻率的特点, 寻 找适合青海地质状况、经济有效成熟的降低接地 电阻的方法成为重要问题。 3. 1 深井接地计算
假定地电阻率是均匀的一个与地面齐平的半
径为 r 的半圆球体接地体, 距球心 s 处半圆球面
的电流密度为 D= I/ 2Ps2
因 E= DQ
E= - dV/ ds
故 dV=
-
Eds =
-
DQds=
IQ 2Ps2
d
s
视半球接地体的表面为等位面, r 至 s 间的电
位差为:
V = Qsr 2PIQs2ds= 2IQP( 1/ r- 1/ s) 由上式可以得出半径为 r 的半圆球等位面与
R 1/ R2= S2 / Sl
R1) ) ) 已建成接地网接地电阻 R2) ) ) 需降至的接地电阻 S1 ) ) ) 已建成接地网面积 S2 ) ) ) 需扩大后的接地网面积
对于某一接地网欲降阻至 0. 58, 其相应的地 网面积扩大倍数见表 1。
表1
R1 0. 55 0. 56 0. 57 0. 58 0. 59 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1. 0
QE C
, ,, ,, ,, ( 1)
式中: R ) ) ) 接地体的接地电 阻( 8 )
C )) ) 接地体的电容( F )
Q) ) ) 地电阻率( 8# m)
E=
Er
4P@
1 9@
109
, , , , , 地的介电系数( F / m)
其中:Er ) ) ) 地的相对介电系数。
从公式( 1) 中可以看出, 接地体的接地电阻和 它的电容成反比, 比例常数 Q 和 E决定于地的电
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高土壤电阻率地区接地设计
Earthing Design of the High Soil Resistivity Areas
青海省电力设计院 陆建军( 810008)
=摘 要> 文章通过对变电所接地原理及接地电阻计算方法的理论分析, 针对青海地区的特 殊性以及目前在工程实际中采用的几种常规降低接地电阻措施的比较和存在的问题, 提出了 在高土壤电阻率的青海地区采用深井接地的优势及施工中应注意的问题。通过对白沈沟、汉 庄两个 110kV 变电所的实际运用, 证实了深井接地是高土壤电阻率地区降低接地电阻的一种 有效方法。 =关键词> 高土壤电阻率 接地电阻 深井接地
引外接地体的形式多种多样, 可根据变电所 的具体情况考虑。如利用附近水源设置水下接地 网, 利用所外附近土壤电阻率较低的位置设置接 地装置与主网连接等, 以此来降低所内主接地网 接地电阻值满足工程要求。但该方法受接地连线 电阻和电抗的限制, 引外接地体的距离根据 DL/
T 621- 19975交 流 电气 装 置的 接 地6 规 定应 在 2000m 以内。另外, 由于青海特殊的地理环境地 质状况, 大部分地区地下水埋深较大, 为贫水区, 只在河谷一、二级阶地、盆地中央等地段地下水位 较浅处, 方可采用该 方式。因此, 该方法 限制较 大, 不宜在工程实践中采纳。我省只在 110kV 甘 河滩变电所和 110kV 塔湾变电所得以成功应用。 2. 4 常规接地方法的设计要点
电容的概念可以得出, 增加接地网的埋深, 对降低 接地电阻的作用不大。下面我们来分析一下降低 接地电阻方法。 2. 1 常规接地
从公式( 1) 中可以看到, 由多根水平接地体组 成的接地网, 当扩大接地网面积后, 接地电阻将降 低。但降阻效果如何呢? 我们知道接地电阻与地 网面积的平方根成反比, 即:
S 2/ S 1 1. 21 1. 26 1. 30 1. 35 1. 40 1. 44 1. 96 2. 56 3. 24 4
从表 1 中的数据可看出, 接地电阻降低很小,
而扩地的面积却很大。这样, 不仅使接地网所需 的费用会有较大的增加, 而且还存在受现场条件
限制和扩大征地等诸多问题。
2. 2 采用降阻剂
= Abstract> T hrough theoretical analysis substation. s earthing principal and it resistance calculat ing method, and probes the present problems, the paper proposes t he deep w ell earthing method in Q ing hai prov ince w hich is hig h soil r esistivity area, and thr ough the pr actical application in Baishengou and Hanzhuang 110kV substation, the paper summarizes that deep well ear thing method is an effective method at high so il resistiv ity, and the metho d can decrease the earthing resistance. = Keywords> H igh soil resistivit y Earthing resistance Deep well earthing
学性质。我省接地网设计通常为: 在冻土以下敷
设略小于变电所占地 面积的闭合人 工复合接地
网, 通常能满足规程规范要求的接地电阻。但由
于以下原因: ¹ 通过近几年的设计革命, 对主接线
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5青 海 电 力6 2001 年 1 第 4 期
合理优化, 变电所逐步向无人值班站过渡, 大量采 用新设备、新工艺, 所区规划和总平面布置因地制 宜根据地形和周围环境优化确定, 取消所前区等 措施, 导致变电所所区占地面积大大减小。 º 变 电所所址选择要求有良好的地址条件, 必然要选 择地质坚固的区域, 往往土壤电阻率较高。另外 青海地区地质条件有着特殊性, 青海东部如民和、 乐都、平安等地属湟水河盆地河谷阶地, 地层分布 从上到下为黄土、卵石、第三系泥岩( 深约 20m 左 右) , 土 壤电 阻率 分别 为 100 ~ 1508 #m, 400 ~ 6008#m, 50~ 1008 #m; 西宁盆地如西宁、湟源等 地地层分布 从上到下为粉土、卵石、第三系泥岩 ( 深约 4~ 10m 左右) , 土壤电阻率分别 为 150~ 2008#m , 400~ 6008#m, 50~ 1008#m; 日月山以 西属湖相沉积或冲洪积, 地层分布从上到下为卵 石、碎石、沙板岩, 土壤电阻率在 600~ 10008 #m 左右, 地下水较深在十几到几十 m 不等, 土壤电 阻率约 2008#m; 盐湖地区, 地下水位浅, 土壤电 阻率在 108#m 以下, 但对接地装置 具有强腐蚀 性。青海从总体上讲由东向西土壤电阻率为增高 的趋势。随着青海电网逐步向西部发展, 高土壤 电阻率地区的接地问题愈加突出。 » 随着电力系 统的发展, 系统容量逐渐增大, 目前变电所入地短 路电流达 4~ 5kA。以上三个原因导致平面地网 为了降低接地电阻, 往往需将地网面积扩的很大, 部分变电所接地电阻采用常规接地方法无法满足 安全运行的要求。