降阻剂在地网改造中应用实例

降阻剂在地网改造中应用实例
林永强
(福建省莆田市气象局 福建莆田 351100)
摘 要 本文以高土壤电阻率地区的微波发射台接地网改造为例，简述降阻剂降阻机理和接地优化设计原理，并从地网优化设计方案的选择、降阻剂的选用、地网接地设计到实测结果比较，认为采用降阻剂进行降低接地电阻的优化设计方案是切实可行的。

关键词 降阻剂 地网降阻 优化设计
前 言
壶公山微波发射台位于莆田市壶公山山顶，海拔高度711m ，由一幢42m 长， 16m 宽，9m 高的综合机房楼和一座61m 高的发射铁塔组成。

综合楼内设有微波机房和发射机房，其接地装置采用共用接地系统。

经检测地网接地电阻值平均为33.5Ω，不符要求，需改造。

由于该台地处山脉边缘、地势陡峭、场地狭小、地形复杂的山顶上，土壤覆盖层很薄，植被少、含水量小，多为岩石土壤，经实测平均土壤电阻率为2600Ω·ｍ。

因此，在这样的土质上改造接地网，降低接地电阻其难度可想而知。

为此，作者对这次地网优化设计方案、降阻材料选择、接地电阻估算及施工实践进行总结，希望能对以后类似的接地装置设计和施工提供一些借鉴作用。

1 地网优化设计方案
1.1 接地电阻值的要求
该台有微波和电视发射两个机房，按现行国家规范的规定，分别确定其接地电阻值。

微波机房参照《微波站防雷与接地设计规范》YD2011-93 第4.0.1条和《电力系统微波通信工程设计技术规程》DL5025-93的规定，要求地网工频接地电阻值≤10Ω。

电视发射机房参照《广播电视发射设备安全要求》SJ/T11150-1997规定第7.1.2条“安全接地的实现不应依赖机壳、机架的导电性来完成，应专门敷设阻抗不大于0.1Ω的导体与大地连接，大地连接端的地电阻应不大于1Ω。

” 的规定，要求地网工频接地电阻值≤1Ω。

微波和电视发射机房采用共用接地系统，其接地电阻按其中最小值确定(即≤1Ω)。

但同时受地形、地质条件以及改造资金限制，又应该台要求，所以在所有设备严格按规范要求进行等电位接地处理基础上，接地网工频(冲击)接地电阻按≤10Ω进行设计施工。

（编者按：在高土壤电阻率的地区，适当增大冲击接地电阻值是必要的，也是规范允许的。

）
1.2 常规方法降低(冲击)接地电阻值满足条件判定
在不经任何人工降阻处理，按常规方法以水平接地极为主边缘闭合的复合人工接地极(接地网)接地电阻值估算公式为：S R ρ5.00=
式中：R 0 任意形状边缘闭合接地网的接地电阻，Ω
ρ 土壤电阻率，Ω·ｍ
S 接地网总面积，ｍ2
一般接地网是沿建筑物边缘设计成闭合的四边形，由等周定理(在周长一定的n 边形的集合中，正n 边形的面积最大)可知，在矩形中面积相同时，正方形的周长最短。

所以上式可推接地网的边长0l = 0R 5.0S ρ= 。

根据GB50057-94附录三的规定，接地网的有效长度ρ2=e l 。

环形接地体周长的一半等于接地体的有效长度e l 时，有效长度最长，冲击接地电阻值换算系数A 等于1，即接地网的工频接地电阻~R 等于冲击接地电阻i R 。

此时e l =20l 即 ρ2=2×0R 5.0ρ，推出土壤电阻率判定式 ρ=4R 02。

将接地网的预设计接地电阻值R 0=10Ω代入，得ρ=400Ω·ｍ，小于实测土壤电阻率2600Ω·ｍ。

即判定在接地体有效长度内采用常规人工接地网不能满足对（冲击）接地电阻的要求，必须以人工改善接地体等特殊降阻处理方法，来降低（冲击）接地电阻。

1.3 降阻方法的选择
在高土壤电阻率山地降低接地电阻常采用以下方法：(1)换土；(2)接地体埋于较深的低电阻率的土壤中；(3)采用多支线外引接地装置；(4)深井接地；(5)采用降阻剂。

方法(1)、(2)适用于山地比较平缓，面积较大，覆盖层和全风化层较厚的场合。

方法(3)适用
于山地面积狭小，覆盖层和全风化层较薄，四周地形比较复杂的场合（外引线可沿地形随高就低敷设，施工方便）。

方法(4)适用于地下水位高的场合。

根据现场勘察情况，并经过综合分析，确定本接地网改造采用外引接地装置和降阻剂相结合的综合降阻方法。

1.4 接地优化设计
所谓优化设计，就是根据实际情况，应用最优化的方法，力争使接地设计达到既节约资金，又符合设计的要求。

在本次接地网接地设计中，结合实际情况充分利用有利地形，将接地网设计成闭合环形地网，同时在边缘附加垂直地极，这样可产生最佳的投入产出比，节约资金。

2 降阻剂降阻机理与选用
2.1长效接地降阻剂降阻机理
所谓接地电阻，就是当接地电流通过接地体向大地扩散时对无限远的大地产生电位升高所表现出的电阻。

降阻剂之所以能够降低接地电阻值有以下三个方面的原因：(1)降阻剂本身的电阻率很低，小于 2.5Ω·m，把它包在接地体周围，忽略降阻剂的电阻，就相当于把地极尺寸扩大、接地电阻因而降低；(2)减少地极与土壤之间的接地电阻，并且有吸潮性而保持地极附近土壤的潮湿性；(3)在接地体周围使用降阻剂，敷设时的糊状降阻剂溶液会在一定范围向四周土壤渗透，这样就能使局部土壤的电阻率大大降低。

2.2 降阻剂的选用
降阻剂就其特性来说分为物理降阻剂和化学降阻剂。

物理降阻剂由导电的非电解质固体粉末组成并含有一定量起固化作用的水泥。

相对于化学降阻剂，它具有吸潮性、电阻率低、稳定性好、长效、不流失、无毒、无污染、不腐蚀接地体等优点。

参照武汉高压研究所的《接地降阻剂暂行技术条件》(以下称《技术条件》)，应从以下三方面技术来选择降阻剂：
(1)降阻特性，这是使用降阻剂的目的，要求降阻剂有较低的电阻率。

《技术条件》规定：室温(25±15℃)下，降阻剂在工频小电流下的电阻率应小于2.5Ω·m 。

(2)降阻剂对钢接地体的腐蚀率要低。

《技术条件》规定：降阻剂对钢接地体表面平均年腐蚀率应≤0.03㎜/a(越小越好)，降阻剂的酸碱度pH值应在7～12间。

(3)降阻剂的稳定性和长效性要好。

有些降阻剂的降阻效果会随土壤干湿度的变化而变化，特别是无机降阻剂，离子类降阻剂，一旦缺水就会析出颗粒状的晶体，失去特性。

另外，有些降阻剂虽然具有较强的渗透性、扩散性，在短期内降阻效果好，但容易随水分而流失，随时间的推移逐渐降低效果，甚至失效。

《技术条件》规定了降阻剂通过失水、冷热循环、水浸泡试验组成的稳定性，试验后电阻率平均值应≤5Ω·ｍ，固体降阻剂无裂缝发生。

综上所述，降阻剂决定选用电阻率≤0.1Ω·ｍ、pH值≥7.0、聚合后不溶于水、无毒、无污染、稳定性好、不腐蚀接地体，符合《技术条件》要求的北京东辰生产的LRCP长效降阻剂。

3 接地网设计
在工程的实际设计中，对预设计地网的接地电阻值先根据公式和经验进行估算，工程完成后再进行实测。

根据现场地形、地质实际情况运用接地优化设计技术，采用LRCP防腐降阻剂和外引接地方法，同时结合微波站地网布设要求，采取闭合的水平接地体加垂直接地极构成“二维型地网”。

接地网具体设计如图1所示，新地网应多处与原地网可靠焊接，水平接地体采用40×4镀锌扁钢并按10kg/ｍ施加LRCP防腐降阻剂，平均埋深0.5m；垂直接地体采用50×5镀锌角钢，长度1.5m，间距3m （按减少垂直接地极长度，缩短极间的距离进行设计）。

图1 接地网示意图
3.1 接地网有效长度验证
根据GB50057-94附录三环形接地体长度 l 的计算方法，该台主建(构)筑物(铁塔)距接地网最远点的距离为103m ，接地体有效长度ρ2=e l =102m ，即接地网最远点距离基本等于接地体有效长度，符合要求。

3.2 接地网接地电阻值的估算
如图1，因原地网处于新地网范围内，根据接地优化设计中接地体主要是其外廊尺寸起作用的理论，故在改造地网接地电阻估算时不考虑原地网的作用。

(1) LRCP 降阻剂用量按10kg/ｍ算，接地网四周总长约590m ，共需 LRCP=10kg/ｍ×590ｍ=5900(kg)=5.9(t)
(2) 应用LRCP 降阻剂处理后的降阻率
32.0ln ln 1R R R 2
12
=++−=′−=A hd L A hd L β
式中：β 降阻率
R 、R ′使用降阻剂前、后接地电阻值
A 地网形状系数，取1.69
(3) 使用LRCP 降阻剂处理后的接地网面积S 经计算约有2400m 2。

(4) 使用LRCP 降阻剂处理后的接地网接地电阻值R 0估算： )(5.824002600
5.032.05.0·0Ω=××==S R ρ
β
估算接地电阻值R 0为8.5Ω能满足R ≤10Ω的要求。

3.3 降阻剂施工要点
(1) 按图开挖接地沟，并使其达到要求的深度和宽度。

(2) 取细土铺在沟底，厚度控制在5cm 左右，并浇水使其湿润。

(3) 将垂直接地极打入地中，水平接地线沿沟底约高2cm 中心线敷设，并按规定焊好。

(4) 将降阻剂按定量沿水平接地线浇敷一层。

(5) 待降阻剂凝固后再敷一层约20cm 厚的细土，并刮平再浇一遍水，最后将原土回垫到地平并夯实。

3.4 实测结果
本次地网改造使用6.8吨LRCP 降阻剂(比原设计增加0.9吨)，在面积约2400m 2的地网周边水
平地极上施工完成后，测试其接地电阻为7.7Ω，符合原设计要求，与理论计算结果基本相符。

4 结论
(1)对高土壤电阻率地区，采用降阻剂能有效地降低地网接地电阻。

(2)在接地网设计中运用“优化设计”的概念，可使投入产出比达到最佳效果。

(3)地网设计方法和措施在高土壤电阻率地区降低接地电阻值具有推广价值。

参考文献
1 梅卫群，江燕如.建筑防雷工程与设计.北京：气象出版社，2004
2 解广润.电力系统接地技术.北京：水利电力出版社，1991
3 曾永林.接地技术.北京：水利电力出版社，1979
4 武汉高压研究所.接地降阻剂暂行技术条件
5 电力设备接地设计技术规程(SDJ-79).北京:水利电力出版社，1979。