雷電實(shí)驗(yàn)室地網(wǎng)設(shè)計

張宏偉 陳昱之 張宏閣 殷寧潞

阿拉善盟氣象局(阿拉善盟 750306)

0 緒論

常規(guī)的地網(wǎng)布置方案一般是采用等間距方格布置法，但事實(shí)證明這并非是最好的布置方法。不等間距地網(wǎng)布置法最早是由德國的Sverak 提出的。國內(nèi)是由陳光祿教授于1985 率先提出了均勻土壤下采用不等間距均壓布置接地網(wǎng)的規(guī)律，其他學(xué)者也做過類似的研究。不等間距接地網(wǎng)雖然不能很大程度上降低接地電阻，但它可使地網(wǎng)散流更加的均勻，使地表電位分布更均勻，很大程度上降低跨步電壓和接觸電壓。同時它也被證明是一種安全、經(jīng)濟(jì)的方法。

1 基本數(shù)據(jù)情況

實(shí)驗(yàn)樓B 座為2011年正式投入使用，該樓為仿造舊校區(qū)建設(shè)的仿古建筑物。該樓位于大氣觀測場北面，周圍無高大建筑物，屬于曠野孤立的建筑物。

表1 實(shí)驗(yàn)室參數(shù)表

1.1 實(shí)驗(yàn)樓各項(xiàng)數(shù)據(jù)

A 樓：L=31.5 m，H=11 m，W=17.5 m；B 樓：L=31 m，H=16 m，W=18 m；C 樓：L=33.5 m，H=11 m，W=17.5m

1.2 雷電實(shí)驗(yàn)室具體參數(shù)(見表1)

1.3 土壤電阻率

實(shí)測土壤電阻率0ρ為：62 ?·m，根據(jù)季節(jié)修正公式：0ρ=ψρ(?·m)。

式中：0ρ——所測土壤電阻率；ψ——季節(jié)修正系數(shù)，見表2；

表2 修正系數(shù)表

在測試地的土壤土質(zhì)為陶土，且在這次測試之前下過一天雨，土壤為中等含水量。所以根據(jù)此表季節(jié)修正系數(shù)ψ 取1.36。

最后得到修正過的數(shù)值。

2 接地地網(wǎng)設(shè)計及優(yōu)化

在以往大多的接地工程中，接地體間距一般采用等間距，如5m、7m、10m 等布置。但這并不是最好，最優(yōu)的布置方式。由于頂端部和鄰近的屏蔽效應(yīng)，接地網(wǎng)邊角處散流電流密度遠(yuǎn)大于中心處的電流密度，使得地表電位分布很不均勻。

2.1 最優(yōu)壓縮比的確定原則

按指數(shù)規(guī)律布置網(wǎng)導(dǎo)體如圖所示等間距接地網(wǎng)由于中心位置的導(dǎo)體被屏蔽導(dǎo)致散流密度小，而邊角位置由于屏蔽作用小，散流密度大，致使電位梯度大，地表電位分布不均勻。而這種按指數(shù)參數(shù)來布置接地體的地網(wǎng)設(shè)計，能充分利用中心接地體，使其散流密度增大，而且降低了邊角處的散流密度，同時這也是一種更經(jīng)濟(jì)，更安全合理的設(shè)計方式。所以確定最優(yōu)的布置指數(shù)0C是解決最優(yōu)地網(wǎng)設(shè)計的關(guān)鍵所在。接地體間距按指數(shù)規(guī)律分布，則距離中心網(wǎng)孔 n 級的網(wǎng)孔間距以下面公式計算：，這里面C 就是壓縮比。

圖1 按指數(shù)規(guī)律布置的地網(wǎng)示意圖

那么在長度為L 的水平導(dǎo)體上不等距排列N 根導(dǎo)體時，可以得到網(wǎng)孔間距為：

2.2 計算最優(yōu)壓縮比Co 公式

對于雙層土壤壓縮比的計算本文采用參考文獻(xiàn)[1]給出的擬合公式：

其中：

a0=a01+a02K+a03K2； a1=a11+a12K+a13K2；a2=a21+a22K，不同的地網(wǎng)邊長所對應(yīng)的各系數(shù)取值如表3 所示。

表3 擬合公式中的系數(shù)取值

首先根據(jù)地網(wǎng)邊長L 由式(3)確定系數(shù)b，再同h、K 共由式(4)確定出最優(yōu)

壓縮比0C。因此只需要確定了地網(wǎng)的邊長以及建筑物地址周邊的土壤模型(上層土壤厚度h 和反射系數(shù)K)，便可以根據(jù)以上公式確定不等間距布置時的最優(yōu)壓縮比，然后由式(1)，(2)得到接地體的布置間距，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室地網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全的最優(yōu)設(shè)計。

而對于均勻的土壤結(jié)構(gòu)本文采用了參考文獻(xiàn)[2]給出的擬合公式:

2.3 壓縮比計算

實(shí)驗(yàn)樓B 座周圍的土壤為均勻的土壤結(jié)構(gòu)，L=37m，N=8，ρ=84m?Ω 。采用公式(5)可以得到C0=0.708。

由于地網(wǎng)設(shè)計為37m×37m，8×8 方形結(jié)構(gòu)。所以在水平導(dǎo)體上安裝的接地體N=8 為偶數(shù)個，所以采用上述公式。可以得到網(wǎng)孔間距為：

接地體間距是按指數(shù)規(guī)律分布的，由上圖可知不規(guī)則地網(wǎng)分布情況。則距離中心網(wǎng)孔n 級的網(wǎng)孔間距可用公式計算：。

可得出各級網(wǎng)孔間距：dmax=9 m；d1=6.5 m；d2=4.5 m；d3=3 m；優(yōu)化后的垂直接地體布置如下：

圖2 不等間距垂直接地體布置

圖3 地網(wǎng)具體埋設(shè)及聯(lián)接

根據(jù)此聯(lián)接方法，離接入點(diǎn)最遠(yuǎn)的邊角接地體的距離為14.3 m，加上接地體本身長度2.5 m后為L=16.8 m。本文前面已經(jīng)計算出有效距離el=18.3 m 且大于L=16.8 m。所以地網(wǎng)本身能充分利用每一個水平和垂直接地體有效的將沖擊電流散入地下，起到了保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和人員的作用。

3 結(jié)論

對實(shí)驗(yàn)室地網(wǎng)采用不等間距地網(wǎng)，對接地電阻進(jìn)行計算，得出了地網(wǎng)所需的垂直接地極的個數(shù)，闡述了在雙層土壤和均勻土壤下壓縮比的計算方式，最終完成了實(shí)驗(yàn)室地網(wǎng)的設(shè)計。

[1]高延慶,何金良,曾嶸,梁曦東.非均勻土壤中變電站接地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計[J].清華大學(xué)學(xué)報,2002, 42(3): 345-348.

[2]陳先祿.接地計算方法及應(yīng)用不均勻網(wǎng)孔改善電位分布的計算研究,重慶大學(xué)學(xué)報.1985,4:45-47

[3]張宏偉,張宏閣,楊振華,伍澤之.阿拉善盟礦區(qū)小型雷管炸藥庫防雷技術(shù).電大理工,2014.2:1-3.

[4]張宏偉,等.阿拉善盟風(fēng)力發(fā)電防雷技術(shù)淺談.電大理工，2014,1:21-23.