电解离子接地系统在变电站接地网改造中的应用.doc

电解离子接地系统在变电站接地网改造中的设计计算

杜尔-梅森（中国）防雷有限公司 郭鹏 陆新义 王凯

广州米蓝防雷科技有限公司 平帅

摘 要：本文通过对普通金属接地电体工频接地电阻计算公式和电解离子接地系统工频接地电阻计算公式的分析发现，水平接地体和垂直接地体的工频接地电阻随土壤电阻率增大而迅速增大，并且水平接地体的工频接地电阻的变化幅度要比垂直接地体的大，当添加长效物理降阻剂后，由于降阻剂对土壤电阻率的改良作用使这样的变化趋于平缓。得出使用电解离子接地系统有理利于改善变电站接地网面积受限制的条件下的变电站工频接地电阻的观点。本文通过广西那前110kv 变电站的接地网改造实例，对特耐电解离子接地系统在变电站的接地网改造中的实际效果与设计计算做了对比，得出只要经过正确的计算，是可以在工程设计中预测电解离子接地系统的工程效果的。

关键词：电解离子接地系统 变电站接地 特耐接地体

1、前言

变电站接地网的设计、施工问题，尤其是山区、临海、丘陵等复杂地质环境下的变电站接地网的设计、施工问题一直是变电站建设中的一大难题。随着国家电力事业的不断发展，各种高科技产品和技术不断被电力部门所采用，电解离子接地系统（Ionic Grounding Array ）这一新技术以其接地效果优异，施工占地面积小，施工周期短的优点被得到广泛的应用。本文以中国南方电网公司，广西那前110kv 变电站的接地网改造为例，对电解离子接地系统在变电站接地网的设计、施工中的问题加以论述。为电解离子接地系统这一新技术在变电站接地网改造中的设计应用提供参考。

2、普通金属接地体工频接地电阻的设计计算

普通金属接地电极的型式很多，以热镀锌金属为主，常用垂直接地体有：角钢、钢管、铜棒、铜管、铜包钢接地棒等。常用水平接地体有：扁钢、圆钢、裸铜线、铜板等。现将以上各类型接地体的工频接地电阻计算公式分列于下，供作设计参考：

1）、垂直接地体工频接地电阻计算 a 、单极式垂直接地体：

R ＝

)141(2-r

L

n L πρ (1) 其中： R ：单根接地体的接地电阻值（Ω）

L ：垂直接地体长度（） ρ：土壤电阻率（Ω·m ） r ：垂直接地体等效半径（m ）

b 、多极式垂直接地体直线形接地网并联:

R=

⎭

⎬⎫

⎩⎨

⎧++++-)1...3121(1)141(21n S r L n L n ππρ (2) 其中： R ：多根垂直接地体直线型接地网并联接地电阻值（Ω） L ：垂直接地体长度(m) ρ：土壤电阻率(Ω·m) n ：垂直接地体数量

S ：垂直接地体间距离（m ） r ：垂直接地体等效半径（m ）

c 、多极式垂直接地体环形接地网并联：

)sin

1141(211"

∑-=+-=n m n

m D L r L n nL R ππρ (3)

其中：R ：多根垂直接地体环形接地网并联接地电阻值（Ω）

D ：等效环状接地网的圆周半径（m ） L ：垂直接地体长度(m) ρ：土壤电阻率(Ω·m) n ：垂直接地体数量

r ：垂直接地体等效半径（m ）

2）、裸铜线的接地电阻计算:

R=

)122(ln -dr

L

L πρ (4) 其中：R ：裸铜线的接地电阻（Ω） ρ：土壤电阻率(Ω·m) L ：埋入铜线的长度(m) r ：埋入铜线的半径(m) d ：铜板的埋设深度（m ）

3)、铜板接地体的接地电阻计算:

a 、铜板(平埋)的接地电阻计算:

R=

)1ln(2r

d

d +πρ (5)

其中：R ：单片铜板接地电阻（Ω）

ρ：土壤电阻率（Ω-㎝） d ：铜板埋设深度（㎝）

r =

)(2cm ab

π

； a ：铜板宽（㎝）；b ：铜板长（㎝） b 、铜带（立埋）的接地电阻计算： R=

)141(2-r

L n L πρ (6)

其中：R ：铜带接地电阻（Ω） ρ：土壤电阻率(Ω·m) L ：铜带埋设长度（m ） r ：铜带等效半径

):(m w w

铜带宽度π

c 、多根并联铜板接地体的接地电阻计算：

R N

R s

T ⨯

=η (7) 其中：R T ：并连接地电阻(Ω)

R s ：单一接地极之接地电阻(Ω)

η：并联效应系数自1.4-1.8，依土壤性质及街地排列间隔以及深度不同妥善选定，土壤电阻率越大则η值越大。

N ：并联接地电极数

3、普通金属接地体工频接地电阻的分析计算

依据本文2部分的设计计算依据，为便于在接地网设计中的应用，我们以一个水平接地体使用40×4mm 镀锌角钢，总长72米，埋深0.8米；垂直接地体使用L50×50×5×3000mm 镀锌角钢，共12根，埋深0.8米；总体结构为24×12m 的矩形地网为例，对普通金属接地体的工频接地电阻在不同土壤电阻率下的变化做以分析。其设计计算结果如下表：

表1：普通金属接地体工频接地电阻设计计算表

土壤电阻率 ρ(Ω·m) 垂直接地体 工频电阻R T 水平接地体 工频电阻R L 复合接地体 工频电阻R i 降阻剂效率

25kg/M

典型土壤类型

100 1.88Ω 3.70Ω 1.66Ω 0.84Ω 湿润粘土 200 3.75Ω 7.37Ω 3.31Ω 1.99Ω 砂质含土河床 300

5.62Ω

11.06Ω

4.97Ω

2.48Ω

粉质沙土