垂直接地極不同間距對接地電阻影響的試驗研究

毛榮方，廖才科，廖云和，杜大梁，宋亞杰

(1.福建省將樂縣氣象局，福建 將樂 353300;2.福建省泰寧縣氣象局，福建 泰寧 354400;3.黑龍江省寧安縣氣象局，黑龍江 寧安 157401)

1 引言

對于土壤電阻率較高、占地面積較小的中小型地網，僅靠水平接地網的接地電阻往往不能滿足國家有關規定和系統運行的要求，需要采取措施來降低接地電阻。在地網內埋設垂直接地極，并把它與水平接地網相連接是常用的措施之一。入地短路電流通過接地極向大地深處流散時，會受到其他接地極散流的影響，即電流屏蔽作用，不僅水平接地導體之間、垂直接地導體之間存在電流屏蔽現象，水平接地導體與垂直接地導體之間也存在電流屏蔽現象。但是，在以往的接地工程設計中，一般是憑經驗選擇和布置垂直接地極的，缺乏對垂直接地極的埋設位置、數量、長度、極間間距等的系統分析，本文通過試驗的方法來分析研究如何科學選擇和布置垂直接地極間距的有關問題，為系統運行和接地工程設計提供參考依據，達到節約材料、節省工時的目的。

2 實驗方法

2.1 小型條型水平垂直混合地網的試驗方法及數據

本次試驗利用泰寧縣幾個火工庫防雷工程于2006年8月27日～2010年9月15日施工時進行對比試驗，實驗方法和檢測數據見表1(因篇幅有限，土壤電阻率為706Ω·m，接地體長100m和土壤電阻率1000Ω·m，接地體長150m的實驗數據從略)。

表1 某火工庫接地電阻實測數據

比較分析小型條型水平垂直混合地網中垂直接地極間距對接地體接地電阻的影響。從實驗數據可看出，在條型水平垂直混合小地網中，隨著垂直接地極的增加，接地體接地電阻成線性下降趨勢，增加垂直接地極能有效地降低接地體的接地電阻，但在有限面積的接地網上布置過多的垂直接地極時，降阻效果將趨于飽和。當垂直接地極的間距為10m左右時，小型地網中垂直接地極降阻性價比最好，一般可降低約35%左右，此時垂直極長度與水平極長度比值約為20%～30%之間，隨著垂直接地極間距的縮短，當垂直接地極間距為5m時，(即垂直極間距為其長的兩倍時)降阻效果達到最大，約為50%。此后，隨著垂直接地級間距的減少，其接地電阻成線性下降比例將被破壞，即隨著間距小于兩倍垂直極長時，接地電阻下降將不明顯，說明隨著垂直極間距非常小后垂直極間屏蔽系數將急劇增大，具體見圖1。

2.2 網格狀水平垂直混合地網的試驗方法及數據

2009年筆者在某小水電站進行地網施工時，利用其水平地網做了幾組試驗，地網面積為150m×150m，(周長600m)，小網格為10m×10m，土壤電阻率為250Ω·m，水平接地網埋深為0.6m，垂直極的長度取為6m，在水平地網邊緣添加不同數量的垂直接地極，極間距分別為6m、12m、18m、24m、30m，測試結果見表2。

表2 網格狀水平垂直混合地網的試驗數據

比較分析網格狀水平垂直混合地網中垂直接地極間距對接地體接地電阻的影響。由表2可以看出，在水平地網保持不變的情況下，接地網的接地電阻隨垂直極根數的增加而降低，當接地極達到一定數值時，接地電阻值趨于恒定。這是因為垂直極間距減小后，相互之間的屏蔽作用增強，垂直極根數越多，屏蔽系數越大。當垂直極根數增加到一定程度時，屏蔽作用已非常明顯，再增加垂直極已沒有多大意義。

3 結果與討論

垂直接地極間距約為垂直極長度的兩倍左右時，能夠取得最高的單位利用率，從而取得好的技術經濟效果，即垂直接地極的利用率最大，防雷施工的成本就最小。

在中小型地網中，水平接地體主要作用是起均壓作用。垂直接地體的主要作用是散流，且由于垂直接地極埋深較深，能有效減少季節因素對土壤含水量的影響，故垂直接地極能有效減小季節因素對地網安全性能的影響。

在高土壤電阻率地區，采用深坑換土進行降阻或深井接地是一個行之有效的降阻方法，主要是由于在高土壤電阻率地區，一般表層土壤含水量較少，進行深埋換土后，隨著接地體埋深的增加，土壤含水量將增大，土壤電阻率得到很大降低，故降阻效果較明顯。

4 結語

通過工程實踐和試驗的方法，說明使用垂直接地體是降低地網接地電阻的有效方法之一，適用于土壤電阻率較高、占地面積小的小型地網，當垂直接地極間距為垂直極長度的兩倍左右時能夠取得較好的降阻效果，而且不會造成材料的浪費。

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