淺析土壤電阻率對接地網接地電阻的影響

任立甲

目前在石油化工行業接地網設計過程中，設計人很少涉及到接地網接地電阻的計算，并且對土壤電阻率重視程度不足，設計方式模式化，雖然在絕大部分工程中，是能夠滿足要求或是現場可以通過一些手段彌補的，但是對于設計人員來說，應當對土壤電阻率對接地網接地電阻的影響有一個基本的了解。本文是作者通過學習接地電阻計算的知識，結合對數據的分析和自身理解做了一些簡單分析。

【關鍵詞】土壤電阻率 雙層土壤 立體（復合）接地網

1 導言

目前，在石油化工行業電氣專業設計工作中，設計人對土壤電阻率對接地網接地電阻的重視程度不足，一方面，在設計前收集資料時，不注意或是收集不到建設單位當地的土壤電阻率，另一方面設計人員在設計接地網時，并未計算過其所設計的接地網的接地電阻能達到一個什么樣的程度，而是通過對比周邊工程及以往常規的做法，憑借經驗以模式化的方式來進行設計，僅是要求接地網接地電阻達到10歐姆或4歐姆。對于大部分的工程滿足要求不代表對所有的工程都適用。對所設計的接地網是否能夠達到此要求沒有一個可以支撐其設計方案的計算，僅依靠經驗判斷未免有些經不起質疑。

為了能夠對未來設計接地網時能夠對其接地電阻有一個預估，對土壤電阻率等參數對接地電阻影響能有一個衡量數據，特搜集了一些接地電阻計算方法的素材，經過一階段的學習，同時為了說明問題，結合實際項目中的一個接地圖來做了一個模型，對計算方法及結果進行了分析，并根據此計算簡單談一談對公式及數據的理解和認識。

2 公式的選取

首先考慮采用針對雙層土壤中接地網接地電阻的計算方法。在接地電阻的計算中，土壤的類型、含水量、溫度、溶解在土壤中的水中化合物的種類和濃度、土壤顆粒大小以及顆粒大小的分布、密集性和壓力、電暈等均能構影響到土壤的電阻率。而在實際工程中，埋在地下的接地體并非處于一個單一均勻的土壤里，隨著深度的不同，土壤也會有所差別。

其次根據實際工程的常用做法，采用立體（復合）接地網的接地電阻計算公式。平面接地網向地層深處擴散故障電流的能力有其局限性，而增加長垂直接地極形成的立體接地網，可有效地利用垂直接地極在底層深處沿水平和垂直兩個方向擴散故障電流。可以有效地降低主接地電網的接地電阻，還可以有效地改善垂直接地極頂層上面平面接地網的電位分布。目前項目中大部分接地網都是水平接地體和垂直接地體相互連接，組成了立體的接地網。

3 計算模型

圖1中建筑物根據其功能對接地網接地電阻的要求是4Ω。其周邊接地網的長為La=52.75m，寬為Lc=18m，接地網四角設接地檢查井（帶接地極），接地極共n=20根，分布于接地網周邊，每根長l=2.5m，其直徑為d=0.02m，分布于周邊接地網上，接地網埋深h=0.8m。假設為在地下H=1.2m處土壤開始改變，即水平接地體與垂直接地體的上半部分處于某一種土壤中（假設為黏土，根據參考文獻[2]中的數據，其土壤電阻率按照50Ω·m來考慮）。1.2m以下是與另一種土壤類型接觸的垂直接地體的下半部分，分不同的情況，其電阻率分別考慮70Ω·m（模擬土壤含沙石較少的情況），400Ω·m（模擬多石土壤的情況），1500Ω·m（模擬砂、沙礫類型土壤的情況）。

4 計算過程

以上各參數代入計算公式，得到計算結果為：

當下層土壤電阻率為70Ω·m時，接地網接地電阻0.91Ω。

當下層土壤電阻率為400Ω·m時，接地網接地電阻3.69Ω。

當下層土壤電阻率為1500Ω·m時，接地網接地電阻9.49Ω。

5 公式及結果的分析

從數據中來分析。隨著下層土壤電阻率的升高，接地網接地電阻從0.91Ω，3.69Ω到9.49Ω也在升高。最低的數值為0.91Ω，已經超出本工程的要求。但是從中可以看出在某些對接地電阻要求很高（如1Ω）的工程上，只有土壤條件非常好的情況下，簡單接地網才可以滿足要求，地質情況較差時簡單的接地網想要滿足1Ω的接地電阻非常困難；其中間的數值為3.69Ω，該數值也能夠滿足本次工程的要求，但是需要引起注意的是計算數據的偏差，如參考文獻[1]中作者所述，此計算方法與計算機的計算誤差通長都小于10%，我們在實際計算過后，仍然要考慮計入誤差之后接地網的接地電阻是否仍然能滿足要求（按照10%考慮誤差后，接地電阻值為4.06Ω），然而對于400Ω·m以下土壤電阻率的接地網來說，一般情況下石油化工行業所需要的接地網接地電阻值就都能夠滿足要求了，偏差也不會太大，即使出現一些偏差，現場可以通過增加幾根接地極、多埋幾根接地線，再或者添加一些降阻劑等簡單方法來處理；本次模擬計算中，得到的最大數值為9.49Ω，該數值已經不能滿足本次工程的要求，在實際中需要通過綜合多種方法來解決，而我們在設計中，遇到類此情況則需要考慮多設幾組接地極，接地網布的大一些、密一些，還要考慮大量的降阻劑等方式，甚至更換土壤等方法。總之，對接地電阻要求較高的情況下，簡單的接地網已不適用于高電阻率的土壤。

另外，在石油化工行業，除了變配電所、機柜間等單元要求接地電阻達到4歐姆以外，其余如裝置區等要求接地電阻達到10歐姆即可，所以在工程中若非遇到極惡劣的地質情況或特殊接地電阻的要求，我們所做的設計雖未經過詳細計算，也是能夠滿足的。

6 結論

從本次計算中可以看出不同類型土壤（不同土壤電阻率）對接地網接地電阻的影響，在設計中，在不同電阻率的土壤情況下，可以參考本次分析，估計出接地網的設計難度，從而避免設計結果與實際情況差距太過巨大，導致現場無法處理的情況。而且設計前收集資料時，也應該盡可能的詳細了解施工現場土壤的電阻率情況，以便對所做的工程更加了解，避免模式化的設計可能導致的錯誤。

參考文獻

[1]王洪澤.計算雙層土壤中接地體和接地網電阻的16個新公式[J].廣西電力工程，1998（03）.

[2]工業與民用配電設計手冊（第三版）.

作者單位

中國石油工程建設公司華東設計分公司 山東省青島市 266000