山區弱電系統的接地設計與降阻措施探討

蘇州遠艦通訊工程有限公司 郁惠平

北京智匯成科技發展有限公司 楊中華

1.引言

隨著國家經濟的不斷發展，山區弱電系統工程建設的進一步深入，對弱電線路的要求也越來越嚴格，經常會遇上自然條件差、環境惡劣的山區弱電工程建設。山區地質多為土夾石層，或為風化沉積巖，也有部分為裸露巖石。因此，山區弱電系統線路施工中，技術人員較為頭疼的問題就是如何降低線路接地體的接地電阻。

對于大多數山區弱電系統來說，一般都存在著土壤電阻率偏高，場地狹小，土層薄且土質大多為風化石、砂子，有的甚致根本沒有土層，完全為石頭。土壤電阻率高達2000-3000Ω.m，有的甚致高達5000-8000Ω.m，因而給弱電系統的接地造成了許多困難，使許多山區弱電系統接地電阻嚴重偏高，一些弱電系統的工頻接地電阻高達數十歐，或上百歐。山區弱電系統所在的地方，往往是雷電活動強烈的地方，由于弱電系統的接地電阻偏高，對防雷造成了極為不利的影響。當雷電流入地時，電氣設備外殼或接地引下線上產生較高的“反擊”過電壓而向二次線產生反云。同時也會在雷電流入地時沖擊電位升高，產生嚴重的沖擊電而干擾而影響微機保護、綜合自動化系統的安全運行。近年來因為接地不良產生的雷電打壞主設備、打壞微機保護等控制設備的事故在中小型弱電系統時有發生，因而應對弱電系統的接地問題引起充分的重視。進行認真的研究和探討，找到有效降低山區弱電系統接地裝置接地電阻的措施，做好山區弱電系統接地的降阻改造工作，保證弱電系統安全運行。

2.山區弱電系統接地電阻偏高的原因分析

山區弱電系統一般接地電阻偏高的原因主要是以下原因造成的：

2.1 土壤電阻較高造成，山區的土壤電阻率一般都偏高，山區弱電系統的土壤電阻率一般都在2000--3000Ω.m，嚴重的甚致高達5000Ω.m。如我們在西藏某山區弱電系統四周測量土壤電阻率，低的為800Ω.m，大多在2000Ω.m.高的地方甚致達6000Ω.m。因接地裝置的接地電阻與土壤電阻率成正比，接地裝置面積一定時，土壤電阻率愈高，接地裝置的接地電阻也就愈高，降阻難度也就愈大。

2.2 土層薄，地質條件差，山區弱電系統處的土質一般為風化石土壤，或碎石土壤，土層薄，一般不足30cm，大多地方為巖石沒有土層，由于土層薄，就影響水平接地體和垂直接地體的埋深，經檢查山區弱電系統接地裝置的水平接地體的埋深一般都不到30cm，有的浮在地表；由于土層薄，垂直接地體打不下去，其深度一般都不到50cm。由于接地體浮在地表，一方面由于上層土壤土質松散，接地體不能與大地緊密接觸，造成接觸電阻大，且因土壤干濕度易變化，而造成接地體的接地電阻不穩定［2］。另一方面由于上層土壤含氧量高，接地體易發生吸氧腐蝕，而使接地體與周圍土壤之間的接觸電阻增大。同時，由于腐蝕還會造成接地網裂解使部分設備失去接地。

2.3 場地狹小，使接地網面積偏小，一般山區弱電系統都在山谷中，場地狹小，這就使弱電系統的接地網嚴重偏小。有的甚致沒有地方建接地網，這就給接地降阻帶來非常大的難題，因為一般情況下，接地裝置的工頻接地電阻由下式決定:

式中:R—接地裝置的工頻接地電阻，Ω；ρ—土壤電阻率，Ω.m；s—地網面積，m2。

從式（1）式可以看出接地裝置的接地電阻，與土壤電阻率ρ成正比，與接地網的面積的開方值成反比，山區弱電系統由于土壤電阻率高，土質差，土層薄，接地體埋深不夠，地網面積小，這就是造成接地電阻偏高的主要原因。

3.山區弱電系統的接地設計與降阻措施

3.1 從接地材料選用方面考慮

接地材料一般選用結構鋼制成。必須對材料進行檢查，材料不應存在嚴重的銹蝕、厚薄或粗細不均勻等現象。垂直安裝的接地體通常用角鋼或鋼管制成，雖然角鋼制成的接地體在散流效果方面比鋼管差一點，但施工難度小、成本低，所以現場安裝一般采用角鋼。當然，也可以選擇導電性能更高的材料，例如用銅來代替角鋼作為接地體，但使用銅工程成本過高，對于山區弱電工程線路施工經濟上不合算，不宜采用。

3.2 從增加接地體與土壤之間的接觸面積方面考慮[1]

串聯接地極：串聯接地極的工作原理就是增加接地體與土壤的接觸面積，從而減少了接地體與土壤之間的接觸電阻。當接地極的接地電阻值與設計值相差不大時，只要增加幾組接地極，把幾組接地極串聯起來，即可減小接地電阻值，達到設計要求，在施工過程中，這種情況會經常發生，也最為簡單有效，投入的成本也不多。主要適用于線路跨越和設備桿接地。

使用接地網：使用接地網的工作原理也是增加接地體與土壤的接觸面積，從而減少接地體與土壤之間的接觸電阻。當接地網的接地電阻值與設計值相差不大，其土壤結構主要是土或土夾石時，只要增加接地范圍，即可減小接地電阻值，達到設計要求，在施工過程中，這種情況時有發生，實施起來簡單有效，投入的成本也不多。主要適用于山區線路鐵塔接地。

3.3 從降低土壤的電阻率方面考慮[3]

土壤電阻率與土壤的結構(如粘土、沙土等)、土質的緊密度、濕度、溫度等，以及土壤中含有可溶性的電解質有關。影響土壤電阻率的最重要因素是濕度。

工程建設中，通常采用灌注工業鹽水和使用降阻劑來降低土壤電阻率。

灌注工業鹽水：灌注工業鹽水的工作原理就是通過鹽水來改良土壤特性，降低土壤的電阻率。由于工業鹽水的時效性較差，只能在較短的時間內提高土壤導電率，并不能根本解決問題。

使用降阻劑：降阻劑表面有活性劑，粒度較細，吸水后施用于接地體與土壤間，能夠使金屬與土壤緊密地接觸，形成足夠大的電流流通面，有效減小接地電阻；另一方面，它能向周圍土壤滲透，降低周圍土壤電阻率，在接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻率區域。由于降阻劑成本較低，工程實施也比較容易，因此降阻劑在山區電力線路施工中(尤其困難地段)得到廣泛應用。

3.4 采取綜合降阻措施[4]

山區弱電系統由于其接地電阻偏高，采取單一的降阻措施往往難以達到預期的降阻目標，這時需要對現場地形、地勢及土壤電阻率等現場條件進行綜合分析，采取綜合的降阻措施。比如可以采取外延加降阻劑、自然接地體利用等多種降阻措施聯合應用，以達到有效的，大幅度的降低接地電阻的目的。

4.結束語

山區弱電系統由于土壤電阻率高，土質差，土層薄，接地體埋深不夠，地網面積小，這就是造成接地電阻偏高的主要原因，因而進行山區弱電系統的按地設計時要對現場地形、地勢及土壤電阻率等現場條件進行綜合分析，通過認真的技術經濟分析，對弱電系統的接地進行優化設計，根據現場實際條件可以采用多種降阻措施進行降阻處理。也可采取復合降阻措施進行降阻。對改善其地電位分布，防止地電位干擾，以保證弱電系統的安全穩定運行。

[1]徐健,宋鎮江,彭育濤.降低山區輸電線路桿塔防雷接地電阻的方法[J].建筑電氣,200827(9)26-28.

[2]李景祿.關于接地工程中相關參數取值的探討[J].高壓電器,2004.4第40卷264-266.

[3]冀衛軍.降阻劑在山區線路接地中的應用[EB/QL].www..zhulong.com(筑龍網),2006.11.

[4]林桂慶.計算機控制系統接地技術探討[EB/QL].www.blog.edu.cn(中國教育人),2006.2.