浅谈高土壤电阻率地区的接地装置

浅谈高土壤电阻率地区的接地装置福建省武平县水利局连盛福[摘要]：本文对高土壤电阻率地区的接地装置进行分析和探讨，采用原土壤置换散流介质土的方法可使接地电阻降低，从而达到接地要求。[关键词]：变压站接地装置高土壤电阻率技术应用分析目前我县现有35KW变电站11座，容量45350KVA，大都建在各主要乡镇的所在地附近位置、条件都较好的地方。桃溪变也座落于桃溪镇政府1km处的一个小山岗上，是武北四乡的中心变电站，担负着输变电和配电任务，始建于1987年，变电容量2000KVA，于93年增容至3150KVA，2002年增容至4000KVA。当该站开工平整场地后，其室内外的配电装置均座落在风化的岩石层上，土壤电阻率约为2×105Ω.cm。在开挖厂房基础和接地槽的开挖已有一定的难度，挖好后，接地棒大部分只能打入地层1.0m左右，当把室内外接地装置连接并回填好10天后，测得接地电阻为33.6Ω，那么该如何处理如此高的接地电阻呢？对高土壤电阻率的处理方法有多种，但必须把握的一条是一定要因地制宜，一切从实际出发，花小钱办好事。下面介绍二种方法，着重推荐第二种方法：一、利用水和与水接触的潮湿混凝土作为散流介质。1.充分利用水工建筑物（水塔、水井、水池等）以及其他与水接触的金属部分作为自然接地体。此时，在水下钢筋混凝土结构内绑扎成的许多钢筋网中，选择纵横各一排中的各交点加以电焊，并与接地网相连接起来。一般水的电阻率ρ＝（0.1～0.5）×104Ω.cm，位于水下的混凝土每100m2表面积的散流电阻约为2～3Ω。2.当利用水工建筑物作为自然接地体仍不能满足要求时或者利用水工建筑物作为自然接地体有困难时，应优先在就近的水中（河水、井水、池水）敷设外引接地装置。该人工接地装置应尽可能敷设于水源流速不大之处或静水中，并妥为固定，但该装置由于面积较大，很难找到合适的场地。以上所述接地装置较适用于电站厂房和电站户外配电接地装置的接地电阻不能满足要求时采用，对变电站由于地点的限制，离水源较远等因素，不宜采用。二、利用土壤置换与化学处理利用化学处理的办法比较昂贵，一般用于防雷辅助集中接地装置和屋外配电装置均压带接地装置中，而不宜作为降低总接地电阻的主要措施，只能在受地形限制，附近不可能利用天然场地作为散流介质时，才考虑采用。桃溪变电站就是在室内外接地网连接好并回填后，测得接地电阻为33.6Ω。在这种情况下，经查阅有关资料认为将回填的原土重新挖出清除，并考虑利用置换土壤的方法来降低接地电阻的（其接地网的布置详见图1）。这种方法可充分利用现有资源或市场上容易购得的食盐、当地工厂的一些金属下脚料等，其主要措施如下：1.利用低电阻率的粘土（ρ1×104Ω.cm）和当地机械厂的铁屑、废渣和食盐均匀混合，分层夯实，作为沟和坑的散流介质。其方法如下：1）散流介质土的拌制：将黄粘土90％与5％食盐、5％铁屑废渣拌和均匀，保持25～30％的湿度，拌和后待用，等效电阻率约为1.86×104Ω.cm。2）接地极采用∠50×5角钢或Φ50镀锌钢管，长1.0m（一般采用2.5m，但因是风化软石层，打入地层长度有限），极间间距2.0m（一般采用5m）,用混合料回填接地极长的1/2～2/3，半径为80cm，并夯实，接地均压带一般采用-40×4扁铁，间距3m。3）接地带采用-40×4扁铁连接，埋深80cm，将挑沟风化岩土弃之，置换混合好的介质土回填，并每20cm夯实，回填介质土40cm后，浇水湿润，上层用粘土回填夯实。2.人工接地沟（或坑）的几何尺寸及其散流电阻：1）接地坑几何尺寸如图2。根据《电力工程设计手册》中，最大电位梯度发生在离接地极边缘0.5～1.0m处，所以人工接地坑的坑径无需过大，一般可取1＝50cm，2＝100cm。考虑到开挖难度，L取100～200cm，因地质状况而定，由锤击贯入，直置不能贯入，如有富余长度，可将顶部割除，预留坑底以上10cm作连接接地带焊接长度，焊好后将焊口及接地极顶端打毛部位用沥青漆涂刷防腐。根据《电力工程设计手册》一书中，其接地电阻的计算公式如下：2)接地沟的几何尺寸，采用外切于以接地带为中心0.5m为半径圆的梯形断面，取B1＝20cm，B2＝30cm，如图3所示。其散流电阻计算如下：①当接地带为圆钢时，式中：——接地带长度（单位：cm）。R——接地电阻（单位：Ω）——填料等效电阻率（单位：Ω.cm）——原土壤电阻率（单位：Ω.cm）r0——接地带宽度（单位：cm）——接地带与原土壤壁的距离（单位：cm）②当接地带为扁铁时，式中：——扁铁宽度（单位：cm）。根据以上方法置换土壤10天后测得接地电阻为19.0Ω。按式（3）计算，根据图1，扁铁总长＝130m=13000cm，＝1.86×104Ω.cm，＝2×105Ω.cm，＝4cm,=22cm,则：其计算结果为17.56Ω与实测结果19.0Ω基本相接近，但仍不能达到设计要求。该站由于受地形和终端杆、防雷接地网及防直击雷的独立避雷针接地网的限制，周边有居民和茶场厂房、公路等，位置已相当有限，因此在进厂房门口下层的一小块空地上增补接地体和接地坑，如图4。增补扁铁长20m，接地坑开挖成1.5m×1.5m的正方形，深2.0m，接地坑回填散流介质掺和料厚1.5m，面层用0.5m粘土覆盖。坑内用三根接地棒连接，长2.5m，并与接地网相连接（见图4）。完成时是10月份，经测得接地电阻为11.2Ω，与要求的≤10Ω基本接近。根据以上的措施置换土壤后，由原测得的接地电阻33.6Ω降至19.3Ω，增补接地坑和接地体后又从19.0Ω降至11.2Ω，实践证明在高土壤电阻率地区利用土壤置换散流介质掺和料对降低接地电阻值具有明显的效果，且成本较低，材料容易。该变电所于1988年10月投入运行，至今已有18年，每年受雷电流的冲击约在15次左右，均未发生异常现象，目前该变电所又在扩建成110Kv变电所。参考文献：《电力工程设计手册》上海人民出版社出版[作者简介]连盛福：福建省武平县水利局质电股股长，助理工程师