冻土地区接地工程方案

1冻土地区接地工程方案一、冻土地区土壤特性土壤里面或多或少的都含有水分，但温度降到零度或零度以下，土壤里的水分就会凝结成冰将土壤冻结，这样就产生了冻土。冻土是指0摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土（数小时/数日以至半月）/季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）。地球上多年冻土/季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%，其中，多年冻土面积占陆地面积的25%。冻土是一种有其特殊性的土体，冻土的特殊性在于冻土的物理特性与稳定密切相关，对温度变化极为敏感且性质不稳定。冻土还与土中含冰量有关，而含冰量又直接与温度有关，它随着温度的升高而减少，造成冻土的力学、电学等特性发生巨大变化。冻土在正负温度交替变化过程中水分产生剧烈的相变，伴随产生土体体积的变化，表现在工程建设中就是冻胀和融沉变形。多年冻土具有的流变性、融沉性和冻胀性对接地的影响严重。相关资料表明冻土对接地电阻有非常明显的影响,而造成这种影响的因素很多,从土壤的结构、类型、当地的气温、降水量及土壤中的有机质含量等。而土壤的含水量及土壤的温度是影响土壤电阻率的主要因素。2二、冻土地区接地技术2.1冻土地区接地一般方法2.2.1深埋法采用深井或深挖，将接地装置埋设在所在地区的冻土层以下，避开因冻土而造成的各种问题，如接地电阻不稳定，接地电阻难以降低等。是普遍应用的冻土接地方法。2.2.2换土法大面积换土工程量巨大，经济投入高，一般没有技术难度，但是存在后续问题，如土壤再冻结等，小范围的换土很难达到接地效果，也同样存在后续问题，因此此方法很难满足工程需要。2.2.3预热法安装和预设加热装置是附加设备，造成额外的经济投入，因此经济性差，运行成本高，设备维护困难等。2.2.4改变土壤性质法通过撒盐的方式实现，但在在使用常规材料进行接地施工时,往往不能得到预期的效果。2.2.6利用周边环境法在工程地点的周围利用湖泊、盐碱地、矿脉、生活与建筑衍生融盘等直接安装接地装置，方便实用，但是需要有环境条件才能实现。32.2.5特殊材料法在冻土地区使用特殊接地材料，相对工程造价要高一些，因技术性能和接地效果方面的优越表现均能满足冻土接地要求而大受青睐。目前能应用的特殊才有包括一部分非常规接地模块和离子接地系统。三、特耐离子接地系统介绍“特耐”离子接地极是由法国杜尔-梅森公司提供核心技术，以OEM方式在中国进行生产/组装的产品，完全达到了与法国本土产品相同的优良品质。符合UL.NEC.ANSI.IEC.BS等国际标准对接地设备的要求，具有优越的性能价格比。独特的TEREC+降阻核心配方，同时具有离子释放、保水吸湿、缓释、接地极体保护、载体保护、改善土壤级配、抗冻的作用，使接地降阻效果不断提升并在最佳值趋于稳定，几乎不受季节变化影响。系统具有改善土壤结构能力及良好的低温特性，在岩石和沙质土壤地区同样有效，并适于在冻土环境下工作。3.1优越的导电性能“特耐”离子接地极使用高纯度精铜配合热熔焊接技术制造的导电体系，完全避免了体系互连时的接触电阻，并且自身的导电能力及抗腐蚀能力均较普通钢接地体有极大的提高（耐腐蚀能力比镀锌钢强3倍，导电能力比钢强10倍）。43.2先进的填料配方与“特耐”配套之专用TEREC+离子降阻填料配方自身的电阻率极低（仅是石墨基降阻剂的1/5～1/9，膨润土基降阻剂的1/8～1/20），并具备前述的同时具有离子释放、保水吸湿、缓释、电极体保护、载体保护、改善土壤级配、抗冻的作用。配方为理化混合配方，其中含有大量可产生电解离子的成分，可以向周围的土壤不断释放化学离子；配方中含有高效离子载体以及强力吸湿成分，能有效地由空气中吸收并且锁住水分，然后在周围土壤湿度以及电解质浓度开始变化时及时地进行释放，从而使土壤的上述性质趋于稳定。3.3广泛的适用性由于大多数土壤的地表水蓄水层的出现是不确定且季候性的，因此保证电解离子在雨季的缓慢释放也是必要的。配方内的高效离子载体同样可以良好地达到这一要求。鉴于土壤环境的复杂性以及接地网的长效要求，金属电极体的保护是非常重要的。传统的阳极保护在这里显得过于昂贵且可控性差，因此除了对配方的酸碱度的精确控制，使其化学性质呈中性偏碱，腐蚀性极小，可以对精铜极体起良好的保护作用；我们还在配方中增加了保护剂以更好地保证这一点。由于土壤形成过程的多样性，造成土壤的酸碱性质的不同，并且由于外部环境的变化，使其更加千变万化。离子载体在这样的条件下可能会很快被腐蚀或降解，因此我们同样考虑了保护剂以极大地延缓这一过程。5良好的土壤颗粒级配状况可以极大地增强系统的土壤亲和力，使其与周围土壤紧密接触，增大接地极的等效截面积和与土壤的接触面积。TEREC+配方中对此作了精心的安排，使系统具备了良好改善土壤结构能力，在岩土和沙质土壤地区也同样有效。3.4抗冻防寒鉴于我国所处的地理条件，一个地网系统可能面临的环境温度在50～－30℃之间，在低温环境下，由于降阻剂会包含一定量的水分以保证其中的电解质处于离子态，因此电解液的冰点是一个重要指标。通过多次实验及配方调整，我们已经将电解液的冰点控制在了－20℃以下，可以满足绝大多数的冻土环境应用场合。此外，相对于许多石墨（碳）基降阻剂以及膨润土基产品，TEREC+降阻剂不含任何可凝固成分（淀粉质或导电水泥），并且一直保持良好的坍落度及流动性。这样就避免了由于不同物质间在温度变化时热胀冷缩不均而产生的物质分离现象，因而能够随时与周围的土壤保持紧密接触，极大降低了接地网电阻季候性波动的幅度。3.5环保安全“特耐”内部含有特制的环保型电解盐，同样能够不断地主动吸收周围环境空气中存在的水分子并与之相结合，产生电解液，然后通过棒内的缓释机构逐渐补充到外部的降阻剂中，使降阻剂中的电解质始终处于较高的浓度，因而具有良好的渗透性能，可以深入到泥土及岩缝中而形成“根状网络”，使接地面积随着时间的增加而不断扩大；并且由于电解液中的强力吸湿成分，无论天气或环境如何变化，6都能持续吸收水分而使周围土壤保持一定的湿度，这样不仅使接地电阻保持稳定和随时间推移而趋向更低。可以定期检查电解盐的剩余情况，并及时对其进行补充3.6拥有大量的应用案例“特耐”接地极已在全球范围销售数万套，客户范围横跨民用建筑、交通、电力、通信、石化、制造、航空、港口、冶炼、化工、核电、海关、军事、海事、物流、仓储、运动娱乐场等等各种不同行业。四、特耐离子接地系统冻土地区应用方案4.1特耐在冻土地区设计应用我国冻土占地面积较多，主要分布在高海拔和高纬度地区，因此随着经济发展的需要，在这些特殊地区的接地工程会存在一定得困难，在冻土地区设计接地装置应考虑环境变化，气候条件、土壤参数、对接地装置的要求等各种因素因地制宜的选择合理的接地方法和施工方案。例如，在浅层冻土地区适合采用将接地装置埋设在冻土层以下即可，冻土层厚度较深时可以采用深井埋设长垂直接地装置，而在短时冻土或季节性冻土地区对接地电阻要求不高的项目可将接地装置直接埋设在冻土层以内。在冻土地区接地项目的设计中地网型式采用水平与垂直体复合的接地系统，安全性能高，接地降阻效果优良，材料建议选择使用特耐离子垂直接地系统DMI-V-3，水平网格部分使用扁钢或铜缆，施工方法一般可以选择钻探深井施工和压力灌浆，机械开挖等。74.2特耐在冻土地区施工4.2.1水平部分施工要求要求在冻土层的表层埋设深度0.5m左右的水平网格接地装置，这样在大多数地区中，夏季冻土层表层融化时，具有良好的安全性。多年冻土层或永久冻土环境可不安装表面电位均压网格，既不安装水平网格。4.2.2垂直离子接地系统安装要求采用机械钻钻探合适深度以及合适数量的深井，将离子接地系统埋设在井内，同时使用压力灌浆设备将调料灌进井内。4.3特耐接地极电阻计算影响接地电阻的因素甚多，应在考察现场地理地质、水文、气象资料，实测土壤电阻率的基础上进行接地工程的设计、计算和施工布置。我公司根据大量实际应用经验并结合理论，总结出TECHNOTER+特耐离子接地系统计算公式，以供设计参考。4.3.1、特耐接地系统单根垂直接地极Rc=L2LnKDL4----------(1)(1)式中：Rc：单根特耐垂直接地极接地电阻（Ω）ρ：土壤电阻率（Ω·m）L：接地极长度（m）D：添加TEREC+后的等效垂直接地体直径，取0.25-0.35m，一般取0.3m8K：降阻系数当ρ≤50Ω·mK取550≤ρ＜100Ω·mK取10100≤ρ＜500Ω·mK取15500≤ρ＜1000Ω·mK取20ρ≥1000Ω·mK取254.3.2、特耐离子接地系统多根垂直接地极Rn=nRC----------(2)(2)式中：Rc：单根特耐垂直接地极接地电阻（Ω）n:特耐垂直接地极数量（根）:利用系数(按所列表格选取)Rn：n根垂直特耐接地极的接地电阻（Ω）94.3.3、利用系数η敷设成环形的特耐接地极的利用系数η敷设成一排的特耐接地极的利用系数ηA/L特耐接地极根数n利用系数ηA/L特耐接地极根数n利用系数η1234440.690.780.851232220.860.910.941236660.620.730.801233330.780.870.911231010100.550.690.761235550.700.810.871232020200.470.640.711231010100.590.750.811234040400.410.580.671231515150.530.550.781236060600.390.550.651232020200.490.680.771231001001000.360.520.62说明：1、A/L为接地极间的距离与接地极长度的比值2、未计入水平连接导体对系统接地电阻的影响4.3.4、计算示例（1）条件假设：土壤电阻率为350Ω·m，埋设一套3mTECHNOTER+特耐离子接地系统。（2）参数设定：ρ=350Ω·m；L=3m；D=0.3m；K=10。（3）单根特耐离子接地极接地电阻值：Rc=L2LnKDL4=314.32350×Ln103.034=18.22Ω（4）4套3mTECHNOTER+特耐离子接地系统接地电阻值Rc=38.63；n=4;η=0.85代入公式（2）Rn=85.0422.18=5.36Ω10五、参考资料5.1冻土地区接地研究概况冻土地区的接地问题在国外如前苏联和美国等国早有研究，国内近年也已经有专家学者研究并取得成果，具有代表性的是西安交通大学的文习山教授和武汉水利电力大学的研究生李爱民，国内典型的冻土接地工程项目是青藏铁路在冻土地区的接地及其解决方案，电力系统也有少量冻土接地工程应用。5.2土壤的电阻率随温度的变化序号名称含水量（%）电阻率（Ω.m）20°C5°C0°C—5°C—10°C—12°C—15°C—20°C1黄土9.53385036842250570010650150002黄土17.810316687069751680025350328503黄土20.640.2684620240003270033600357004黄土23.433.654558148501890020400231005细砂232255025600045600882002607006细砂7.532451085841700874502862007粗砂2.273501162513875818251549503837008粗砂6.81158174020401002001902009粘土15.24508181070264054008400915010粘土2039569250311243375435011煤6.52523664205370100502430029100