一、变電(diàn)站接地概述

接地网作為(wèi)变電(diàn)所交直流设备接地及防雷保护接地，对系统的安全运行起着重要的作用(yòng)。由于接地网作為(wèi)隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地電(diàn)阻的测量结果。随着電(diàn)力系统電(diàn)压等级的升高及容量的增加，接地不良引起的事故扩大问题屡有(yǒu)发生。因此，接地问题越来越受到重视。变電(diàn)所地网因其在安全中的重要地位，一次性建设、维护困难等特点在工程建设中受到重视。另外，在设计及施工时也不易控制，这也是工程建设中的难点之一。因此，為(wèi)保证電(diàn)力系统的安全运行，降低接地工程造价，应采用(yòng)经济、合理(lǐ)的接地网设计思路。

二、接地電(diàn)阻降阻方法

為(wèi)了达到降低接地网接地電(diàn)阻之目的，首先需要从理(lǐ)论上研究降低接地電(diàn)阻的方法。由公式R=ρε/C可(kě)以看出，降低接地電(diàn)阻有(yǒu)以下两种途径，一是增大接地體(tǐ)几何尺寸，以增大接地體(tǐ)的電(diàn)容C；二是改善地质電(diàn)學(xué)性质，减小(xiǎo)地的電(diàn)阻率ρ和介電(diàn)系数ε。

接地网是在接地系统的基础，由接地环（网）、接地极（體(tǐ)）和引下線(xiàn)组成，以往常有(yǒu)种误解，把接地环作為(wèi)接地的主體(tǐ)，很(hěn)少使用(yòng)接地體(tǐ)，在接地要求不高或地质条件相当优越的情况下，接地环也能(néng)够起到接地的作用(yòng)，但是通常的情况下，这是不可(kě)行的，接地环可(kě)以起到辅助接地地作用(yòng)，主导作用(yòng)是用(yòng)接地體(tǐ)来完成的。决定接地電(diàn)阻大小(xiǎo)的因素很(hěn)多(duō)，下面先来分(fēn)析一下计算传统地网接地電(diàn)阻的公式（仅以接地环接地时）。式中：

р（Ω.m）-----土壤電(diàn)阻率；

d(m)------------钢材等效直径；

S（m2）---------地网面积；

H(m)------------埋设深度；

L(m)------------接地极長(cháng)度(m) ；

A---------------形状系数。

式（1）表明，传统的接地方式在土壤電(diàn)阻率已经确定的情况下，要想达到设计要求的電(diàn)阻必须有(yǒu)足够的接地面积，要降低接地電(diàn)阻只有(yǒu)扩大接地面积，每扩大4倍的接地面积，接地電(diàn)阻会降低一倍。

式（2）、（3）表明，在上述的接地网中，要降低接地電(diàn)阻的另一个方法是加大接地材料的尺寸，但是耗材太大而且效果并不理(lǐ)想。以下降低接地電(diàn)阻的一些常用(yòng)的合理(lǐ)的方法。

1、增大接地网面积

由上面接地電(diàn)阻的物(wù)理(lǐ)概念，大地電(diàn)阻率ρ和介電(diàn)系数ε不容易改变，而接地電(diàn)阻R与接地网電(diàn)容C成反比：从理(lǐ)论上分(fēn)析，接地网電(diàn)容C主要由它的面积尺寸决定，与面积成正比，所以接地网面积与接地電(diàn)阻成反比。减小(xiǎo)接地网接地電(diàn)阻，增大接地网面积是可(kě)行途径。一个有(yǒu)多(duō)根水平接地體(tǐ)组成的接地网可(kě)以近似地看成一块孤立的平板，借用(yòng)平板接地體(tǐ)接地電(diàn)阻计算公式，当平板面积增大一倍时，接地電(diàn)阻减小(xiǎo)29.3%。

2、增加垂直接地體(tǐ)

依据電(diàn)容概念，增加垂直接地體(tǐ)可(kě)以增大接地网電(diàn)容。当增加的垂直接地體(tǐ)長(cháng)度和接地网長(cháng)、宽尺寸可(kě)比拟时，接地网由原来的近似于平板接地體(tǐ)趋近于一个半球接地體(tǐ)，電(diàn)容会有(yǒu)较大增加，接地電(diàn)阻会有(yǒu)较大减小(xiǎo)。由埋深為(wèi)零半径為(wèi)ｒ的圆盘和半径為(wèi)ｒ的半球電(diàn)容之比４εr／２πεr可(kě)得，接地電(diàn)阻将减小(xiǎo)３６％。但是对于大型接地网，其電(diàn)容主要是由它的面积尺寸决定，附加于接地网上有(yǒu)限長(cháng)度（２～３ｍ）的垂直接地體(tǐ)，不足以改变决定電(diàn)容大小(xiǎo)的几何尺寸，因而電(diàn)容增加不大，亦接地電(diàn)阻减小(xiǎo)不多(duō)。所以大型接地网不应加以增加垂直接地體(tǐ)作為(wèi)减小(xiǎo)接地電(diàn)阻的主要方法，垂直接地體(tǐ)仅作為(wèi)加强集中接地散泄雷電(diàn)流之用(yòng)。唯一有(yǒu)效的途径是采用(yòng)深井接地。

3、人工改善地電(diàn)阻率

在高電(diàn)阻率地區(qū)采用(yòng)人工改善地電(diàn)阻率的方法，对减小(xiǎo)接地電(diàn)阻具有(yǒu)一定效果。例如，对于一个半径為(wèi)ｒ的半圆球接地體(tǐ)而言，其接地電(diàn)阻的50%集中在自接地體(tǐ)表面至距球心2ｒ的半圆球内，如果将ｒ至2ｒ间的土壤電(diàn)阻率降低，可(kě)使接地電(diàn)阻大大减小(xiǎo)。

设原地電(diàn)阻率為(wèi)ρ2，将ｒ至2ｒ范围内的電(diàn)阻率為(wèi)ρ2的土壤用(yòng)低電(diàn)阻率的材料ρ1置换，则半圆球接地體(tǐ)的接地電(diàn)阻為(wèi)：ＲX=(ρ1+ρ2)/4лr

置换前的接地電(diàn)阻RX為(wèi)： RX=ρ2/2πr
R与RX之比為(wèi)：         R/RX=(ρ1+ρ2)/2ρ2

当ρ1<<ρ2，上式改写為(wèi)： R=RX/2=ρ2/4πr      

故接地電(diàn)阻减小(xiǎo)的百分(fēn)数為(wèi)５０%。另外由上式可(kě)以看出，用(yòng)低電(diàn)阻率的材料置换半球附近高電(diàn)阻率的土壤，相当于将半球接地體(tǐ)的半径由Ｒ增大到２Ｒ，由于接地體(tǐ)几何尺寸的增加，而使接地電(diàn)阻减小(xiǎo)。

4、深埋接地體(tǐ)

在地電(diàn)阻率随地层深度增加而减小(xiǎo)较快的地方，可(kě)以采用(yòng)深埋接地體(tǐ)的方法减小(xiǎo)接地電(diàn)阻。地的電(diàn)阻率随深度而减小(xiǎo)的规律，往往在达到一定深度后，地電(diàn)阻率会突然减小(xiǎo)很(hěn)多(duō)。因此利用(yòng)大地性质，深埋接地體(tǐ)后，使接地體(tǐ)深入到地電(diàn)阻率低的地层中，通过小(xiǎo)的地電(diàn)阻率来达到减小(xiǎo)接地電(diàn)阻的目的。

对于地電(diàn)阻率随地层深度的增加而减小(xiǎo)不大的地方，由于地電(diàn)阻率变化不大，增加接地网的埋深只是增大接地网的電(diàn)容。利用(yòng)電(diàn)容的概念，電(diàn)容具有(yǒu)储藏電(diàn)场能(néng)量的本领，它所储藏的能(néng)量，不是储藏在极板上，而是储藏在整个介電(diàn)质中，即整个電(diàn)厂中：介電(diàn)质中的能(néng)量密度，既与介電(diàn)系数有(yǒu)关，又(yòu)与電(diàn)场的分(fēn)布有(yǒu)关，因此，比起接地网的几何尺寸小(xiǎo)得多(duō)的有(yǒu)限埋深，所增加的储藏能(néng)量的介质空间极為(wèi)有(yǒu)限；在有(yǒu)限空间中的能(néng)量密度又(yòu)小(xiǎo)，储藏的总能(néng)量也就增加不多(duō)，即電(diàn)容增加不大，所以对减小(xiǎo)接地電(diàn)阻作用(yòng)不大，不宜采用(yòng)深埋接地體(tǐ)的方法减小(xiǎo)接地電(diàn)阻。深埋接地體(tǐ)和敷设水下接地网可(kě)以大大降低直流電(diàn)阻，但对降低交流電(diàn)阻作用(yòng)不大，故國(guó)军标不推荐使用(yòng)该法。但结合基地航天测试实际情况，主要是低频信号，此法简单，效果明显，可(kě)以使用(yòng)。

5、敷设水下接地网

在有(yǒu)适宜水源的地方敷设水下接地网，由于水的電(diàn)阻率比地電(diàn)阻率小(xiǎo)的多(duō)，可(kě)以取得比较明显的减小(xiǎo)接地電(diàn)阻的效果。而且敷设水下接地网施工比较简便，接地電(diàn)阻比较稳定，运行可(kě)靠，但应注意水下接地网距接地对象的距离一般不大于１０００ｍ。

6、利用(yòng)自然接地體(tǐ)

充分(fēn)利用(yòng)混凝土结构物(wù)中的钢筋骨架、金属结購(gòu)物(wù)，以及上下水金属管道等自然接地體(tǐ)，是减小(xiǎo)接地電(diàn)阻的有(yǒu)效措施，而且还可(kě)以起引流、分(fēn)流、均压作用(yòng)，并使专门敷设的接地带的连接作用(yòng)得到加强。

三、变電(diàn)站接地网设计应注意的问题

 1、接地電(diàn)阻

《電(diàn)力设备接地设计技术规程》(SDJ8—79)中对接地電(diàn)阻值有(yǒu)具體(tǐ)的规定，一般不大于0.5Ω。在高土壤電(diàn)阻率地區(qū)，当接地装置要求做到规定的接地電(diàn)阻在技术经济上极不合理(lǐ)时，大接地短路電(diàn)流系统接地電(diàn)阻允许达到5Ω，但应采取措施，如防止高電(diàn)位外引采取的電(diàn)位隔离措施，验算接触電(diàn)势，跨步電(diàn)压等。根据规程规定，主要是以发生接地故障时，接地電(diàn)位的升高不超过2000V进行控制，其次以接地電(diàn)阻不大于0.5Ω和5Ω进行要求。因此，人们普遍认為(wèi)，110kV及以上变電(diàn)所中，接地電(diàn)阻值小(xiǎo)于0.5Ω即认為(wèi)合格，大于0.5Ω就是不合格，不管短路電(diàn)流有(yǒu)多(duō)大都不必采取措施。这是不合理(lǐ)的。

接地的实质是控制变電(diàn)所发生接地短路时，故障点地電(diàn)位的升高，因為(wèi)接地主要是為(wèi)了设备及人身的安全，起作用(yòng)的是電(diàn)位而不是電(diàn)阻，接地電(diàn)阻是衡量地网合格的一个重要参数，但不是唯一的参数。

随着電(diàn)力系统容量的不断增大，一般情况下单相短路電(diàn)流值较大。在有(yǒu)效接地系统中单相接地时的短路電(diàn)流一般都超过4kA，而青海地區(qū)变電(diàn)所大部分(fēn)接地電(diàn)阻又(yòu)很(hěn)难做到0.5Ω。因此，从安全运行的角度出发，不管在什么情况下，都应该验算地网的接触電(diàn)势和跨步電(diàn)压，必要时应采取防止高電(diàn)位外引的隔离措施。

接地短路電(diàn)流分(fēn)析当系统发生接地故障时，产生的接地短路電(diàn)流经三种途径流入系统接地中性点。(1)经架空地線(xiàn)—杆塔系统(2)经设备接地引下線(xiàn)，地网流入本站内变压器中性点(3)经地网入地后通过大地流回系统中性点。而对地网接地電(diàn)阻起决定性作用(yòng)的只是入地短路電(diàn)流。所以，正确地考虑和计算各部分(fēn)短路電(diàn)流值，对合理(lǐ)地设计地网有(yǒu)着很(hěn)大的影响。

架空地線(xiàn)系统的影响对于有(yǒu)效接地系统110kV以上变電(diàn)所，線(xiàn)路架空地線(xiàn)都直接与变電(diàn)站内出線(xiàn)架构相连。当发生接地短路时，很(hěn)大一部分(fēn)短路電(diàn)流经架空地線(xiàn)系统分(fēn)流，因此，在计算时，应考虑该部分(fēn)分(fēn)流作用(yòng)，发生接地故障时，总的短路電(diàn)流是一定的，只要增大架空地線(xiàn)的分(fēn)流電(diàn)流，就可(kě)减小(xiǎo)入地短路電(diàn)流，因此，降低架空地線(xiàn)的阻抗也是安全接地设计重要的一个分(fēn)支。架空地線(xiàn)采用(yòng)良导體(tǐ)，正确利用(yòng)架空地線(xiàn)系统分(fēn)流，将使地网的设计条件更為(wèi)有(yǒu)利。

入地短路電(diàn)流从上述分(fēn)析可(kě)知，入地短路電(diàn)流是总的接地短路電(diàn)流减去架空地線(xiàn)的分(fēn)流，再减去流经变压器中性点的電(diàn)流(也就是流经变電(diàn)器的零序電(diàn)流)。如此计算，入地短路電(diàn)流值相对比较小(xiǎo)。由于接地電(diàn)阻允许值R≤2000I，所以接地電(diàn)阻相应的允许值就比较大，设计也容易满足。另外，对于一个给定的地网，其接地電(diàn)阻也基本确定:从R≈0.5ρ/S可(kě)知，对实际的接地网面积减少有(yǒu)很(hěn)大影响。

2、接地装置的设计

土壤電(diàn)阻率的测量工程土壤電(diàn)阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料，由于受到测量设备、方法等条件的限制，土壤電(diàn)阻率的测量往往不够准确。我省地处青藏高原东部，地质结构复杂，变電(diàn)所占地虽然不大，但多(duō)為(wèi)不均匀地质结构。现在的实测，往往只取3～4个测点，过于简单。建议提高测量精度，设计采用(yòng)《设计手册》中提供的计算平均電(diàn)阻率的方法，使设计误差值减小(xiǎo)。

接地网布置根据地网接地電(diàn)阻的估算公式:R≈0.5ρ/S式中：ρ——土壤電(diàn)阻率(Ω·m)；S—接地网面积(m²)；R—地网接地電(diàn)阻(Ω)；地网面积一旦确定，其接地電(diàn)阻也就基本一定，因此，在地网布置设计时，应充分(fēn)利用(yòng)变電(diàn)所的全部可(kě)利用(yòng)面积，如果地网面积不增加，其接地電(diàn)阻是很(hěn)难减小(xiǎo)的。

垂直接地极的作用(yòng)在110kV变電(diàn)所中，一般采用(yòng)水平接地線(xiàn)為(wèi)主，带有(yǒu)垂直接地极的复合型地网。根据R=0.5ρ/S可(kě)知，接地网的接地電(diàn)阻与垂直接地极的关系不大。理(lǐ)论分(fēn)析和试验证明，面积為(wèi)30×30m2—100×100m2的水平地网中附加Φ40mm×2.5m的垂直接地极若干，其接地電(diàn)阻仅下降2.8～8%。但是，垂直接地极对冲击散流作用(yòng)较好，因此，在独立避雷针、避雷線(xiàn)、避雷器的引下線(xiàn)处应敷设垂直接地极，以加强集中接地和散泄雷電(diàn)流。例如，在330kV阿兰变電(diàn)所的接地设计中，通过计算，接地网的设计全部由水平接地體(tǐ)构成，只在避雷针，避雷器附近敷设少量垂直地极，实际运行证明效果是较好的。

地网均压网的设计根据设计规程规定，当包括地网外围4根接地線(xiàn)在内的均压带总根数在18根以下时，宜采用(yòng)長(cháng)孔接地网。由于110kV变電(diàn)所占地面积一般不超过100×100m2，考虑均压線(xiàn)间屏蔽作用(yòng)，均压線(xiàn)总根数一般為(wèi)8～12根左右，故根据规程规定，一般采用(yòng)長(cháng)孔方式布置，但存在以下几个方面的问题。

1、方孔地网纵、横向均压带相互交错，因此地网的分(fēn)流效果优于長(cháng)孔地网，均压效果比長(cháng)孔地网好且可(kě)靠性。
2、長(cháng)孔地网均压線(xiàn)与主网连接薄弱，均压線(xiàn)距离较長(cháng)，发生接地故障时，沿均压線(xiàn)電(diàn)压降较大，易造成二次控制電(diàn)缆和设备损坏。当某一条均压線(xiàn)断开时，均压带的分(fēn)流作用(yòng)明显降低，而方孔地网的均压带纵横交错，当某条均压線(xiàn)断开时，对地网的分(fēn)流效果影响不大。因此，建议在变電(diàn)所地网设计时，采用(yòng)正方孔均压网设计，以提高接地安全性。

3、接地网的腐蚀

接地网的腐蚀状况在八十年代及以前变電(diàn)所的设计中，很(hěn)少或根本就没有(yǒu)考虑地网的腐蚀问题。由于地网腐蚀引起的安全事故屡有(yǒu)发生，如接地引下線(xiàn)断开使高压运行设备处于无接地状态，地下主网腐蚀断裂使地网分(fēn)割成几块，发生接地时使二次设备烧坏等。另外，由于地网属隐蔽工程，埋于地下后不易检查、修复等，因此，从设计的角度应加大对地网腐蚀的调查研究，以便有(yǒu)利于系统的安全运行。一般变電(diàn)所的设计年限按25～30年考虑，但地网的实际安全寿命只有(yǒu)10～15年左右，与变電(diàn)所的设计年限极不配套。加之，由于系统容量的增加，短路水平的提高，腐蚀后的地网更不能(néng)满足安全运行的要求。

接地网的防腐设计接地网的材料一般為(wèi)扁钢和圆钢，其腐蚀状态应根据变電(diàn)所当地的腐蚀参数进行计算。但一般情况下其腐蚀参数很(hěn)难测定。因此，在工程设计没有(yǒu)实际数据时按扁钢腐蚀速度：0.1 -0.2 mm/a；圆钢腐蚀速度：0.065 -0.07 mm/a；热镀锌扁钢腐蚀速度：0.065 -0.07 mm/a计算。在计算时，还应考虑不同敷设部位腐蚀情况不同的影响，可(kě)参考以下数据。采用(yòng)扁钢接地网的年腐蚀率，当接地网部位為(wèi)水平接地體(tǐ)时年腐蚀速度：0.1 -0.12 mm/a；為(wèi)设备引下線(xiàn)时年腐蚀速度：0.2 -0.3 mm/a；為(wèi)電(diàn)缆沟中的接地带时年腐蚀速度：0.47 mm/a。

对于一般变電(diàn)所地网的设计年限不应小(xiǎo)于30年，对于重要枢纽变電(diàn)站的地网寿命应按50年考虑。这两种情况都不大于规程规定的设计年限，但更接近于实际。关于地网材料的选用(yòng)问题，常规选用(yòng)扁钢和圆钢两种，相同截面的扁钢与圆钢与周围土壤介质的接触面不一致，扁钢约為(wèi)50%左右，但由于其腐蚀机理(lǐ)不完全一致，腐蚀结果基本上一致，这已从陕西電(diàn)网和青海電(diàn)网地网腐蚀调查报告中已得到确认，而且规程中也提供了不同的腐蚀数据。因此，关于接地材料选用(yòng)扁钢还是圆钢没有(yǒu)很(hěn)大差别。关于防腐的设计问题，一般应考虑在设计年限内，采用(yòng)热镀锌材料。

4、接触電(diàn)势与跨步電(diàn)压

接触電(diàn)势与跨步電(diàn)压是地网安全性设计的两个重要参数，新(xīn)规范中指出这两参数不应超过下列数值:ut=174+0.17ρ+tu0=174+0.7ρ+t式中:Ut——最大允许接触電(diàn)势(V)Uo——最大允许跨步電(diàn)压(V)ρ+——人站立处地表面土壤電(diàn)阻率(Ω·m)t——接地短路持续时间(s)从以上可(kě)知，新(xīn)规范中ut、u0比设计规程要求的条件更苛刻，更趋于安全，但给地网的设计带来的困难也更大。对于一个给定的变電(diàn)所，短路产生的最大接触電(diàn)势和最大跨步電(diàn)压也确定。从上式中可(kě)以看出，用(yòng)提高ρ+值来提高ut、u0的允许值也是合理(lǐ)设计地网的一个方面。因此，ρ+是一个比较重要的数据。当变電(diàn)所的接触電(diàn)势、跨步電(diàn)压不满足要求时，设备區(qū)可(kě)采用(yòng)做绝缘操作平台，做局部均压网，道路采用(yòng)砾石、碎石或沥青混凝土等高土壤電(diàn)阻率路面结构来处理(lǐ)，不宜采用(yòng)砖、方砖等材料，故地面施工应严格按照设计要求进行。

5、地网的敷设深度

规程和新(xīn)规范中明确指出，接地网的埋设深度宜采用(yòng)0.6m，《设计手册》中又(yòu)补充到，在冻土地區(qū)宜敷设于冻土层以下，现设计中一般将地网全部埋设于冻土层以下。

地网敷设深度对最大接触系数的影响最大接触電(diàn)势是地网设计中的一个重要参数，地网设计的问题之一就是如何降低地网的最大接触電(diàn)势。地网的接触電(diàn)势的最大接触系数Kjm与地网的埋深有(yǒu)如图2所示的关系。从图2可(kě)以看出，接地网的埋深由零开始增加时，其接触系数是减少的，但埋深超过一定范围后，Kjm又(yòu)开始增大。这是因為(wèi)地网图2　最大接触系数Kjm和埋深h的关系曲線(xiàn)(接地网面积A=40×40m2，接地體(tǐ)直径d=0.01m，网孔个数n=400个)敷设深度的不同，在网孔中心地面上产生的電(diàn)场强度的变化决定的，引起网孔中心地面与地网之间产生的電(diàn)位差不同。当埋深增加到一定深度后，電(diàn)流趋向于地层深处流动，地面上的電(diàn)流密度越来越小(xiǎo)，因而网孔中心地面与地网之间的電(diàn)位差又(yòu)开始增大，因此，规程中规定的敷设深度是合理(lǐ)的。

敷设深度对接地電(diàn)阻的影响目前所遇到的变電(diàn)所一般都是处于季节性冻土地區(qū)。如按规程规定，将地网敷设在0.6m深度时，冬季将使地网处于冻土层中。由于土壤冻结后其電(diàn)阻率将增大為(wèi)原来的3倍以上，对地网接地電(diàn)阻有(yǒu)一定的影响。目前采用(yòng)的地网是以水平接地線(xiàn)為(wèi)主边缘带有(yǒu)垂直接地极的复合型地网，冬季垂直接地极大部分(fēn)伸于下层非冻结土壤中。此时土壤结构可(kě)以等效為(wèi)两层電(diàn)阻率不同的土壤结构。有(yǒu)研究表明，对于处于双层土壤介质中的垂直電(diàn)极，其各部分(fēn)的散流密度与周围介质的電(diàn)阻率成反比，除了在電(diàn)极尖端处，具有(yǒu)ρiJi=常数(其中Ji為(wèi)处于電(diàn)阻率為(wèi)ρi土壤中的電(diàn)极部分(fēn)的散流密度)。此时，当電(diàn)极有(yǒu)一部分(fēn)进入下层土壤时，整个電(diàn)极的散流電(diàn)阻将主要取决于下层土壤。此时地网的接地電(diàn)阻也将主要取决于地网的非冻结土壤。因此，在季节性冻土地區(qū)，采用(yòng)这种带有(yǒu)垂直接地极的复合型地网是有(yǒu)很(hěn)大的优点的，如果在冬季由于土壤的冻结，而对接地電(diàn)阻没有(yǒu)很(hěn)大的影响时，就没有(yǒu)必要把地网都埋于冻土层以下。将地网埋于冻土层以下，对地网的接地電(diàn)阻来讲肯定是有(yǒu)利的。但是如果单纯為(wèi)敷设地网开挖土层则将使工程开挖土方量大大增加，施工困难。工程造价也随之上升。规程中还规定，接地電(diàn)阻应满足一年四季变化的要求，这在实际工程中很(hěn)难做到，冬季土壤的冻结对接地電(diàn)阻肯定有(yǒu)影响，但可(kě)通过其安全要求的各种因素进行综合比较，合理(lǐ)控制。因此，在工程设计中应合理(lǐ)的确定地网的埋设深度。

变電(diàn)所地网的设计应结合实际情况进行，在具體(tǐ)工程设计中应重点考虑地网布置，敷设深度，腐蚀及热稳定校验等方面。对合格地网的概念应有(yǒu)全面的认识，接地電(diàn)阻应按实际的流经地网入地的短路電(diàn)流计算，降低接地電(diàn)阻、降低接触電(diàn)势和跨步電(diàn)压等都是合格地网要求的主要因素。因此，在保证变電(diàn)所接地的安全条件下，应综合考虑各种因素，合理(lǐ)地设计接地装置以便于变電(diàn)所的安全运行和施工，降低工程造价。

 四、材料选择与施工工艺的优化

单使用(yòng)接地环要达到某个接地電(diàn)阻值，接地环包围的面积Ｓ和土壤電(diàn)阻率有(yǒu)关。我们以一个城市常见的土壤電(diàn)阻率200Ω.m来分(fēn)析，要做接地電(diàn)阻1Ω的地网站地应為(wèi)10000平方。即使，对于大型建筑物(wù)而言，本身站地很(hěn)大，也最多(duō)可(kě)以建设一个这样的地网，但是对于这样大型的建筑即使是以联合接地的办法，考虑到要求独立地的设备，一个地网是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不够的。在建筑林立的城市和地形复杂的山(shān)地要求大面积可(kě)供施工的的土质空地是不太可(kě)能(néng)的，及时在地理(lǐ)条件许可(kě)的地方，由于开挖量大、耗材多(duō)，费工费料工程费用(yòng)高，是不可(kě)取的。所以，需要运用(yòng)更好的接地材料和施工设计方法。

要达到设计接地電(diàn)阻要求，克服环境条件的制约，有(yǒu)把握的达到良好稳定的接地效果，应从三方面入手进行施工设计。

1、因地制宜的设计方案

通常的防雷接地的接地電(diàn)阻是10Ω，实际上有(yǒu)弱電(diàn)设备的感应防雷都要求4Ω或1Ω的接地電(diàn)阻。这里常常有(yǒu)个误區(qū)，认為(wèi)作到10Ω、4Ω或1Ω的接地電(diàn)阻就满足了设计要求，而没有(yǒu)考虑季节因数。因為(wèi)，土壤電(diàn)阻率是随季节变化的，规范所要求的接地電(diàn)阻实际上是接地電(diàn)阻的最大许可(kě)值，為(wèi)了满足这个要求，地网的接地電(diàn)阻要达到：

R=Rmax/ω

式中：Rmax----接地電(diàn)阻最大值，就是我们说的10Ω、4Ω或1Ω的接地電(diàn)阻

ω-----是季节因数，根据地區(qū)和工程性质取值，常用(yòng)值為(wèi)1.45

所以，我们所说的接地電(diàn)阻实际是：

R=6.9Ω-------- Rmax=10Ω

R=2．75Ω------ Rmax=4Ω

R=0.65Ω------- Rmax=1Ω

这样，地网才是合乎规范要求的---在土壤電(diàn)阻率最高的时候（常為(wèi)冬季）也满足设计要求。

接地工程本身的特点就决定了周围环境对工程效果的决定性的影响，脱离了工程所在地的具體(tǐ)情况来设计接地工程是不可(kě)行的。设计的优劣取决于对当地土壤环境的诸多(duō)因数的综合考虑。土壤電(diàn)阻率、土层结构、含水情况、季节因数、气候以及可(kě)施工面积等等因数决定了接地网形状、大小(xiǎo)、工艺材料的选择。

广泛使用(yòng)的接地工程材料有(yǒu)各种金属材料（最常用(yòng)的如扁钢）、接地體(tǐ)、降阻剂和离子接地系统等。金属材料如扁钢，也常用(yòng)铜材替代，主要用(yòng)于接地环的建设，这是大多(duō)接地工程都选用(yòng)的；接地體(tǐ)有(yǒu)金属接地體(tǐ)（角钢、铜棒和铜板）这类接地體(tǐ)寿命较短，接地電(diàn)阻上升快，地网改造频繁（有(yǒu)的地區(qū)每年都需要改造），维护费用(yòng)比较高，但是从传统金属接地极（體(tǐ)）中派生出类特殊结构的接地體(tǐ)（带電(diàn)解质材料），使用(yòng)效果比较好，一般称為(wèi)离子9或中空）接地系统；另外就是非金属接地體(tǐ)，使用(yòng)比较方便，几乎没有(yǒu)寿命的约束，各方面比较认可(kě)。降阻剂分(fēn)為(wèi)化學(xué)将阻剂和物(wù)理(lǐ)降阻剂，化學(xué)降阻剂自从发现有(yǒu)污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有(yǒu)使用(yòng)了，现在广泛接受的是物(wù)理(lǐ)降阻剂（也称為(wèi)長(cháng)效型降阻剂）。在以下的讨论中以非金属接地块、物(wù)理(lǐ)降阻剂和离子接地系统為(wèi)代表进行探讨。下面将设计中考虑的主要因素进行简要的说明。

1）、地网形式

地网的形状直接影响接地达到的效果和达到设计要求所需要的地网站地积。首先应建立接地环（或接地面），提倡使用(yòng)水平接地极（常用(yòng)的是外部接地环）和水平垂直接地體(tǐ)配合使用(yòng)。在很(hěn)容易达到接地目的，要求低的接地中可(kě)以选用(yòng)平面的接地方法（接地环接地）；一般应用(yòng)接地體(tǐ)和接地环配合使用(yòng)，形成三维的结构。

三维的接地有(yǒu)三种不同类型：等長(cháng)接地、非等長(cháng)接地和法拉第笼式接地。A、等長(cháng)接地用(yòng)相同的接地體(tǐ)，这种方式接地體(tǐ)的埋设深度基本一致，施工方便同时可(kě)以取得较好的效果。B、非等長(cháng)接地是更科(kē)學(xué)的接地方式，采用(yòng)不同的接地體(tǐ)相互配合，由于接地體(tǐ)長(cháng)度和埋设深度不同，大大的加大了等势面积，突破地网面积局限。要求设计人员对多(duō)种接地工艺有(yǒu)一定认识，本身施工并不困难，使用(yòng)得当可(kě)以完成相当难度的接地工程。这种方法夜叫“半法拉第笼”接地工艺。C、法拉第笼式接地是多(duō)层水平接地网，用(yòng)垂直接地體(tǐ)相互连接形成笼式结构。由于施工量大，并不常用(yòng)。在设计中还应考虑地网集肤效应、跨步電(diàn)压等因数。

2、岩土条件

A、岩土类型

岩土直接关系接地的难度，设计中最重要的参数之一就是的是岩土的土壤電(diàn)阻率，但仅仅考虑土壤这个参数是不够的，还要考虑开挖（钻进）难度、破碎还是整體(tǐ)岩石、持水能(néng)力等因数。有(yǒu)的岩土電(diàn)阻率高，但是在整體(tǐ)岩石之间常有(yǒu)较好的土壤间隙层，在这样的环境中，避开整體(tǐ)岩石，在间隙中开挖灌降阻剂效果很(hěn)好。阿坝卡吉岭通讯机站，土壤電(diàn)阻率4500Ω.m，原联合地网接地電(diàn)阻率68Ω，上述施工后接地電(diàn)阻降為(wèi)9.4Ω。

B、地形制约

施工环境常常是受到各种情况的制约，按照理(lǐ)想的模式考虑大面积的地网是不现实的。有(yǒu)专家认為(wèi)，接地面积一定后，如果接地极長(cháng)度不超过地网1/20，要想突破局限是不可(kě)能(néng)的，即使做成整块铜板也没有(yǒu)用(yòng)的。实践中也应证了这一理(lǐ)论。所以，当地形局限时，我们可(kě)以考虑地网的纵深方向，使用(yòng)离子接地系统或深井施工工艺。西昌某航天观测站，土壤電(diàn)阻率1100Ω.m，设备需要4Ω信号-屏蔽独立地，考虑季节因数，应作到2.75Ω，而可(kě)供施工的面积只有(yǒu)8平方的狭長(cháng)位置，采用(yòng)加長(cháng)（20m）离子接地系统3套安装后，达到2.5Ω的接地電(diàn)阻。

C、含水情况

一般来说，湿润的土壤导電(diàn)性较好，但是，实际工程中我们发现，当含水量超过饱以后，接地效果反而不好。当地底下有(yǒu)潮湿，接地體(tǐ)深入到这一层时，降阻效果会好得多(duō)。例如，云尾移动通讯站，土壤電(diàn)阻率测量值1200欧，使用(yòng)接地块240块，接地電(diàn)阻达到1欧以下；同样的，湖(hú)南柯壶口变電(diàn)所也是1200欧的从土壤電(diàn)阻率，地表破碎沙石层，但是开挖150mm发现潮湿土层，埋设接地块80只，原预计达到4欧的地网，结果达到了1.2欧。

D、施工工艺

真确的施工工艺才能(néng)达到良好的设计的实施效果，看起来不重要的实施细节常常导致严重的后果。因為(wèi)接地工程是隐蔽工程，当施工完成后，错误不一定马上可(kě)以检测到，即使发现问题补救也是很(hěn)麻烦的，尤其是防腐细节。

使用(yòng)接地快时，埋设应尽量选择适合的土层进行，预先开挖80-100cm的土坑（平埋），底部尽量平整，使埋设的接地块受力均匀。接地块水平设置，用(yòng)连接線(xiàn)使连接头与接地网连接，用(yòng)螺栓连接后热焊接或热融接，焊接完成以后应去处焊渣等，再用(yòng)防腐沥青或防锈漆进行焊接表面的防锈处理(lǐ)，回填需要分(fēn)层夯实，保证土壤的密实和接地块与土壤的接触紧密，底部回填40-50cm后，应适量加水，保证土壤的湿润，令接地块充分(fēn)吸湿。使用(yòng)降阻剂时，為(wèi)了防腐，包裹厚度应在30mm以上。接地用(yòng)的钢材一般有(yǒu)50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm角钢；40mm×4mm或40mm×5mm的扁钢；ф 50mm、h>3mm的钢管。角钢对角線(xiàn)長(cháng)的约為(wèi)70mm，短的约為(wèi)56.6mm。若包裹厚度為(wèi)30mm，地网开挖直径尺寸应在130mm。对水平扁钢来说，由于地面开挖高低不平，扁钢本身弯曲不直，在施工中许多(duō)部位刚刚被降阻剂盖住。这样，钢材实际上处在两个介质的交界处，大大地加快了腐蚀程度，因此地网开挖尺寸也应该加大。我们认為(wèi)垂直极灌降阻剂直径以130—200mm為(wèi)好，水平沟以150mm×100mm為(wèi)好（扁钢竖放）。这样做的开挖工程量和降阻剂用(yòng)量都会增加，但从整體(tǐ)降阻、防腐效果看是合理(lǐ)的。

离子接地系统埋深一般為(wèi)3000-4000mm，当加長(cháng)时相应加深，有(yǒu)条件的用(yòng)钻机施工。孔径保证100-250mm（根据接地系统的形式选择）。施工中应保证导電(diàn)為(wèi)辅料包裹密实，消除空管和气泡。

2、接地材料的选型

接地材料是接地的工作主體(tǐ)，材料的选择很(hěn)重要。下面对常用(yòng)的接地材料的属性做个简单的介绍。广泛使用(yòng)的接地工程材料有(yǒu)各种金属材料（最常用(yòng)的如扁钢）、接地體(tǐ)、降阻剂和离子接地系统等。金属材料如扁钢，也常用(yòng)铜材替代，主要用(yòng)于接地环的建设，这是大多(duō)接地工程都选用(yòng)的；接地體(tǐ)有(yǒu)金属接地體(tǐ)（角钢、铜棒和铜板）这类接地體(tǐ)寿命较短，接地電(diàn)阻上升快，地网改造频繁（有(yǒu)的地區(qū)每年都需要改造），维护费用(yòng)比较高，但是从传统金属接地极（體(tǐ)）中派生出类特殊结构的接地體(tǐ)（带電(diàn)解质材料），使用(yòng)效果比较好，一般称為(wèi)离子或中空）接地系统；另外就是非金属接地體(tǐ)，使用(yòng)比较方便，几乎没有(yǒu)寿命的约束，各方面比较认可(kě)。在以下的讨论中以降阻剂、非金属接地块和离子接地系统為(wèi)代表进行探讨。

降阻剂分(fēn)為(wèi)化學(xué)将阻剂和物(wù)理(lǐ)降阻剂，化學(xué)降阻剂自从发现有(yǒu)污染水源事故和腐蚀地网的缺陷以后基本上没有(yǒu)使用(yòng)了，现在广泛接受的是物(wù)理(lǐ)降阻剂（也称為(wèi)長(cháng)效型降阻剂）。物(wù)理(lǐ)降阻剂是接地工程广泛接受的材料，属于材料學(xué)中的不定性复合材料，可(kě)以根据使用(yòng)环境形成不同形状的包裹體(tǐ)，所以使用(yòng)范围广，可(kě)以和接地环或接地體(tǐ)同时运用(yòng)，包裹在接地环和接地體(tǐ)周围，达到降低接触電(diàn)阻的作用(yòng)。并且，降阻剂有(yǒu)可(kě)扩散成分(fēn)，可(kě)以改善周边土壤的导電(diàn)属性。现在的较先进降阻剂都有(yǒu)一定的防腐能(néng)力，可(kě)以加長(cháng)地网的使用(yòng)寿命，其防腐原理(lǐ)一般来说有(yǒu)几种：牺牲阳极保护（電(diàn)化學(xué)防护），致密覆盖金属隔绝空气，加入改善界面腐蚀電(diàn)位的外加剂成分(fēn)等方法。物(wù)理(lǐ)降阻剂有(yǒu)超过二十年的工程运用(yòng)历史，经过不断的实践和改进，现在无论是性能(néng)还是使用(yòng)施工工艺都已经是相当成熟的产品了。

非金属接地體(tǐ)有(yǒu)是在通讯、广電(diàn)等部门广泛使用(yòng)的工程材料。基本成分(fēn)是导電(diàn)能(néng)力优越的非金属材料材料复合加工成型的，加工方法有(yǒu)浇注成型和机械压模成型的，一般来说浇注成型的产品结构松散、强度低、导電(diàn)性能(néng)差，而且质量不稳定，一些小(xiǎo)型厂家少量生产使用(yòng)这样的办法；机械压模法，是使用(yòng)设备在几到十几吨的压力下成型的，不仅尺寸精度较高、外观较好，更重要的是材料结构致密、電(diàn)學(xué)性能(néng)好、抗大電(diàn)流冲击能(néng)力强，质量也相当稳定，但是生产成本较高，批量生产多(duō)采用(yòng)。选型时，尽量采用(yòng)后者，特别是接地體(tǐ)有(yǒu)抗大電(diàn)流或大冲击電(diàn)流的要求（如電(diàn)力工作地、防雷接地）时，不宜采用(yòng)浇注成型的非金属接地體(tǐ)。非金属接地體(tǐ)的特点是稳定性优越，其气候、季节、寿命都是现有(yǒu)接地材料中好的，是不受腐蚀的接地體(tǐ)，所以，不需要地网维护，也不需要定期改造，但是，非金属接地體(tǐ)施工需要的地网面积比传统接地面积小(xiǎo)很(hěn)多(duō)，但是在不同地质条件下也需要的保证足够接地面积才可(kě)以达到良好的效果。

离子（中空）接地系统是传统的金属接地改进而来，从工作原理(lǐ)到材料选用(yòng)都脱胎换骨的变化，形成各种形状的结构。这些接地系统的共同点是结构部分(fēn)采用(yòng)防腐性更好的金属，内填充電(diàn)解物(wù)质及其载體(tǐ)组分(fēn)的内填料，外包裹导点性能(néng)良好的不定性导電(diàn)复合材料，一般称為(wèi)外填料。接地系统的金属材料已经出现的有(yǒu)不锈钢、铜包钢和纯铜材的。不锈钢的防腐较钢材好，但是在埋地环境中依然会多(duō)多(duō)少少的锈蚀，以不锈钢為(wèi)主體(tǐ)的接地系统不宜在腐蚀性严重的环境中使用(yòng)。表面处理(lǐ)过的铜是很(hěn)好的抗锈蚀材料，铜包钢是铜-钢复合材料，钢材表面覆盖铜，可(kě)以节约大量的贵金属—铜材。套管法或電(diàn)镀法生产，表面铜层的厚度从0.01mm到0.50mm，厚度越厚防腐效果越好。纯铜材料防腐性能(néng)好，但是要耗用(yòng)大量的贵金属，在性能(néng)要求较高的工程中使用(yòng)。由于接地系统大多(duō)向垂直方向伸展，所以接地面积大多(duō)要求很(hěn)小(xiǎo)，可(kě)以满足地形严重局限的工程需要。特别是，补偿类型的接地系统有(yǒu)加長(cháng)的设计，筆(bǐ)者曾使用(yòng)过加長(cháng)至24米的接地系统，辅以深井法施工，可(kě)以达到非常好的效果。介绍的接地材料各有(yǒu)优势，但是都有(yǒu)自身的局限。我们提倡各取所長(cháng)，选择适当的材料满足不同的工况。

 五、本项目设计方案

 1、引用(yòng)标准

 GBJ65-83     《工业与民(mín)用(yòng)電(diàn)力装置的接地设计规范》

GB50059-92   《35-110KV变電(diàn)所设计规范》         

GB50057-94   《建筑物(wù)防雷设计规范》             

DL/T621-97 《交流電(diàn)气装置的接地》

2、环境概况

A、变電(diàn)站总占地面积為(wèi)120×60共7200平方米。

B、工程所在地土层平均厚度约為(wèi)5米估算；

C、工程為(wèi)110kv变電(diàn)站；

D、土壤電(diàn)阻率估测為(wèi)1000Ω·m；

3、设计分(fēn)析：

根据规范，110kv变電(diàn)站接地要求应為(wèi)0.5Ω。

根据传统地网面积——接地電(diàn)阻的计算公式计算：《工业与民(mín)用(yòng)電(diàn)力装置的接地设计规范》GBJ65-83  附表1.1>

R =0.5ρ/√s

=0.5*×1000/173

=2.89Ω

其中：

р（Ω.m）-----土壤電(diàn)阻率

S（m2）---------地网面积

R(Ω)---------- 接地電(diàn)阻

根据计算结果发现，仅靠普通环型地网即使设置普