雷电实验室地网设计

张宏伟 陈昱之 张宏阁 殷宁潞

阿拉善盟气象局(阿拉善盟 750306)

0 绪论

常规的地网布置方案一般是采用等间距方格布置法，但事实证明这并非是最好的布置方法。不等间距地网布置法最早是由德国的Sverak 提出的。国内是由陈光禄教授于1985 率先提出了均匀土壤下采用不等间距均压布置接地网的规律，其他学者也做过类似的研究。不等间距接地网虽然不能很大程度上降低接地电阻，但它可使地网散流更加的均匀，使地表电位分布更均匀，很大程度上降低跨步电压和接触电压。同时它也被证明是一种安全、经济的方法。

1 基本数据情况

实验楼B 座为2011年正式投入使用，该楼为仿造旧校区建设的仿古建筑物。该楼位于大气观测场北面，周围无高大建筑物，属于旷野孤立的建筑物。

表1 实验室参数表

1.1 实验楼各项数据

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

1.2 雷电实验室具体参数(见表1)

1.3 土壤电阻率

实测土壤电阻率0ρ为：62 Ω·m，根据季节修正公式：0ρ=ψρ(Ω·m)。

式中：0ρ——所测土壤电阻率；ψ——季节修正系数，见表2；

表2 修正系数表

在测试地的土壤土质为陶土，且在这次测试之前下过一天雨，土壤为中等含水量。所以根据此表季节修正系数ψ 取1.36。

最后得到修正过的数值。

2 接地地网设计及优化

在以往大多的接地工程中，接地体间距一般采用等间距，如5m、7m、10m 等布置。但这并不是最好，最优的布置方式。由于顶端部和邻近的屏蔽效应，接地网边角处散流电流密度远大于中心处的电流密度，使得地表电位分布很不均匀。

2.1 最优压缩比的确定原则

按指数规律布置网导体如图所示等间距接地网由于中心位置的导体被屏蔽导致散流密度小，而边角位置由于屏蔽作用小，散流密度大，致使电位梯度大，地表电位分布不均匀。而这种按指数参数来布置接地体的地网设计，能充分利用中心接地体，使其散流密度增大，而且降低了边角处的散流密度，同时这也是一种更经济，更安全合理的设计方式。所以确定最优的布置指数0C是解决最优地网设计的关键所在。接地体间距按指数规律分布，则距离中心网孔 n 级的网孔间距以下面公式计算：，这里面C 就是压缩比。

图1 按指数规律布置的地网示意图

那么在长度为L 的水平导体上不等距排列N 根导体时，可以得到网孔间距为：

2.2 计算最优压缩比Co 公式

对于双层土壤压缩比的计算本文采用参考文献[1]给出的拟合公式：

其中：

a0=a01+a02K+a03K2； a1=a11+a12K+a13K2；a2=a21+a22K，不同的地网边长所对应的各系数取值如表3 所示。

表3 拟合公式中的系数取值

首先根据地网边长L 由式(3)确定系数b，再同h、K 共由式(4)确定出最优

压缩比0C。因此只需要确定了地网的边长以及建筑物地址周边的土壤模型(上层土壤厚度h 和反射系数K)，便可以根据以上公式确定不等间距布置时的最优压缩比，然后由式(1)，(2)得到接地体的布置间距，从而实现对实验室地网的经济、安全的最优设计。

而对于均匀的土壤结构本文采用了参考文献[2]给出的拟合公式:

2.3 压缩比计算

实验楼B 座周围的土壤为均匀的土壤结构，L=37m，N=8，ρ=84m⋅Ω 。采用公式(5)可以得到C0=0.708。

由于地网设计为37m×37m，8×8 方形结构。所以在水平导体上安装的接地体N=8 为偶数个，所以采用上述公式。可以得到网孔间距为：

接地体间距是按指数规律分布的，由上图可知不规则地网分布情况。则距离中心网孔n 级的网孔间距可用公式计算：。

可得出各级网孔间距：dmax=9 m；d1=6.5 m；d2=4.5 m；d3=3 m；优化后的垂直接地体布置如下：

图2 不等间距垂直接地体布置

图3 地网具体埋设及联接

根据此联接方法，离接入点最远的边角接地体的距离为14.3 m，加上接地体本身长度2.5 m后为L=16.8 m。本文前面已经计算出有效距离el=18.3 m 且大于L=16.8 m。所以地网本身能充分利用每一个水平和垂直接地体有效的将冲击电流散入地下，起到了保护实验设备和人员的作用。

3 结论

对实验室地网采用不等间距地网，对接地电阻进行计算，得出了地网所需的垂直接地极的个数，阐述了在双层土壤和均匀土壤下压缩比的计算方式，最终完成了实验室地网的设计。

[1]高延庆,何金良,曾嵘,梁曦东.非均匀土壤中变电站接地网优化设计[J].清华大学学报,2002, 42(3): 345-348.

[2]陈先禄.接地计算方法及应用不均匀网孔改善电位分布的计算研究,重庆大学学报.1985,4:45-47

[3]张宏伟,张宏阁,杨振华,伍泽之.阿拉善盟矿区小型雷管炸药库防雷技术.电大理工,2014.2:1-3.

[4]张宏伟,等.阿拉善盟风力发电防雷技术浅谈.电大理工，2014,1:21-23.