換乘地鐵站并聯(lián)人工接地網(wǎng)接地電阻計算

張 瑞

（中鐵隧道勘察設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 511400）

0 引言

接地設(shè)計是地鐵車站一項重要設(shè)計內(nèi)容，需要保證人身安全、設(shè)備安全及運營可靠性。強電設(shè)備、弱電設(shè)備的工作接地、安全接地及其他需接地的設(shè)備對接地的要求主要體現(xiàn)在接地網(wǎng)的接地電阻值上，接地電阻值≤1 Ω，因此接地電阻計算的準(zhǔn)確性對接地網(wǎng)的設(shè)計有著重要的指導(dǎo)作用。如果計算值較實際值偏大，為了降低接地電阻則需要相應(yīng)增加投資；如果計算值較實際值偏小，就有可能會對接地網(wǎng)的設(shè)計起到誤導(dǎo)作用。

1 普通地鐵車站接地網(wǎng)接地電阻的簡易計算

地鐵車站多為明挖車站，即使暗挖車站，也會設(shè)置一定面積量的明挖區(qū)域，地鐵接地網(wǎng)設(shè)計需要對明挖區(qū)的情況進行合理判斷，在適合區(qū)域基坑底部設(shè)置接地網(wǎng)。結(jié)合車站底板的埋深和地質(zhì)詳勘報告，獲取接地網(wǎng)所在土壤的電阻率，并根據(jù)接地網(wǎng)的規(guī)模，把相關(guān)參數(shù)代入計算公式，目前行業(yè)內(nèi)主要采用的是《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》（第四版）中的復(fù)合型接地電阻的簡易計算公式，見式（1）。

式中ρ——接地網(wǎng)所在土壤的電阻率

S——＞100 m2的閉合接地網(wǎng)的面積

式（1）簡易計算的實用性已經(jīng)被越來越多的地鐵工程所證實。在地鐵車站的接地設(shè)計中，強電和弱電系統(tǒng)采用綜合接地裝置，要求接地電阻≤1 Ω，若計算電阻值不滿足要求，則要通過修改接地網(wǎng)的大小或者增加相應(yīng)的降阻措施來降低接地電阻[1]。

2 換乘地鐵車站綜合接地網(wǎng)接地電阻的簡易計算

城市軌道交通網(wǎng)路越來越發(fā)達，出現(xiàn)了大量的換乘車站，換乘車站由于站位或線路交叉，接地網(wǎng)通常被分割為不連續(xù)的兩處，為了使兩處接地網(wǎng)都有更穩(wěn)定的接地效果，通常通過≥2根電纜或扁銅將兩處接地網(wǎng)進行電氣連接，形成綜合接地網(wǎng)[2]。

對于上述綜合接地網(wǎng)接地電阻的計算，大部分設(shè)計人員使用并聯(lián)電阻計算公式，見式（2）。

式（2）中，Rz為綜合接地網(wǎng)的接地電阻，R1，S1，ρ1分別為接地網(wǎng) 1 的接地電阻、接地網(wǎng)的面積、接地網(wǎng)所在地層的土壤電阻率，R2，S2，ρ2分別為接地網(wǎng)2的接地電阻、接地網(wǎng)的面積、接地網(wǎng)所在地層的土壤電阻率。接地電阻與實體電路的電阻不同，簡單采用電阻公式估算可能存在較大的誤差[3]。當(dāng)接地極經(jīng)由2種不同土壤時（土壤水平分層），如接地極經(jīng)過土壤電阻率ρ1的接地網(wǎng)面積為S1，接地極經(jīng)過土壤電阻率ρ2的接地網(wǎng)面積為S2，接地網(wǎng)的總面積為S，則該接地網(wǎng)在雙層土壤中的接地電阻見式（3）。圖1所示為2種土壤電阻率的接地網(wǎng)。

圖1 2種土壤電阻率的接地網(wǎng)

換乘車站的接地網(wǎng)雖然通過電纜或扁銅連接，但由于電纜或扁銅并未埋在地中，對接地網(wǎng)面積無影響，且電纜或扁銅的電阻較小，對接地電阻值影響較小，理論上與圖1的計算模型非常相似，可通過式（3）對換乘車站的綜合接地電阻進行計算[4]。通過對比式（2）和式（3）可知，采用并聯(lián)電阻公式的計算結(jié)果會較小，接地網(wǎng)總面積越大，兩者計算結(jié)果相差越大。

3 驗證換乘地鐵車站接地網(wǎng)接地電阻簡易計算公式

結(jié)合2個換乘車站對綜合接地網(wǎng)接地電阻計算公式的準(zhǔn)確性進行驗證，計算輸入條件如下。

（1）換乘車站 1。ρ1=102.66 Ωgm，S1=1632 m2，ρ2=137.13 Ωgm，S2=2339 m2。

（2）換乘車站 2。ρ1=168.70 Ωgm，S1=2272 m2，ρ2=195.52 Ωgm，S2=1768 m2。

對于換乘車站1，當(dāng)采用電阻并聯(lián)公式計算接地電阻時，計算結(jié)果見式（4）。

當(dāng)采用接地網(wǎng)在水平分層土壤中的接地電阻計算公式時，計算結(jié)果見式（5）。

施工完畢后，施工單位反饋的接地電阻現(xiàn)場實測值的平均值為0.88。

對于換乘車站2，當(dāng)采用電阻并聯(lián)公式計算接地電阻時，計算結(jié)果見式（6）。

施加降阻劑后，接地電阻計算結(jié)果見見式（7）。

當(dāng)采用接地網(wǎng)在水平分層土壤中的接地電阻計算公式時，計算結(jié)果見式（8）。

施加降阻劑后，接地電阻計算結(jié)果見式（9）。

施工完畢后，施工單位反饋的接地電阻現(xiàn)場實測值的平均值為 0.91 Ω。

從上述的計算值和實測值對比可知，采用式（2）的計算值會偏小，誤差較大，可高達20%以上，而采用式（3）的計算值則比較靠近實測值，誤差較小，能滿足工程設(shè)計需要，可見式（3）更適用于綜合接地網(wǎng)的接地電阻計算[5]。

4 結(jié)束語

計算結(jié)果證明，兩處并聯(lián)接地網(wǎng)的接地電阻計算，直接采用并聯(lián)公式是不可靠的，而將并聯(lián)接地網(wǎng)看作一個經(jīng)過水平分層土壤的復(fù)合接地網(wǎng)，其接地電阻的計算值更準(zhǔn)確，此方法可供類似換乘車站的接地電阻計算時參考。