沙漠地区高速公路机电接地的解决方案

陈建华

[摘要]文章介绍了高速公路机电系统的接地保护方案，着重分析了接地模块和降阻剂的优越性和施工方法。

[关键词]高速公路；接地电阻；降阻剂

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.23.070

1引言

我国高速公路自投运以来，机电系统因接地系统不良遭受损害时有发生，轻者设备丧失部分功能，重者系统频繁瘫痪，不能正常运行，给交通安全带来了极大的隐患。良好的接地系统是高速公路通信、监控、收费系统机电设备的工作和数据传输的可靠保证。在山区、沙漠等高土壤电阻率地区如何有效地降低接地装置的接地电阻，目前仍然是高速公路机电系统中广大工程技术人员面对的主要技术难题。近年来，接地模块和降阻剂的推广及应用，为降低接地电阻提供了良好的解决方案。

2沙漠地区高速公路接地的重要性

在高速公路机电系统中，接地系统是雷击综合保护、过电压保护、防静电保护等的基础。

监控系统接地电阻达不到规范要求或设备接地连接不良就可能导致图像受干扰，尤其是雷雨天，两个接地点之间产生电势差，导致监视器的输入电平超出1V±3db的范围，轻微的造成图像失真或干扰条纹，严重时还会损坏设备。

接地系统是通信电源系统的重要组成部分，它不仅直接影响通信的质量和电源系统的正常运行，还起到保护人身安全和设备安全的作用。通信系统中电话局蓄电池组-48正极接地，从而减少由于继电器线圈或电缆金属外皮绝缘不良时产生的电蚀作用。

依据《智能建筑设计标准》GB/T 50314—2000，建筑应采用总等电位联结，各楼层的智能化系统设备机房、楼层弱电间、楼层配电间等的接地应采用局部等电位联结。接地极当采用联合接地体时，接地电阻不应大于1Ω。部标《通信（局）站接地设计暂行技术规定》YDJ26—89也规定综合通信大楼的接地电阻值不宜大于1Ω。

子靖高速地处陕北黄土高原与毛乌素沙漠的过渡区，是国家高速公路网“五纵七横”主骨架中青岛至银川国道主干线陕西境内的重要路段，全长120.67千米。5个收费站，1个服务区和1个停车区。联合设计要求收费岛和机房接地电阻不大于1Ω。经现场测量调查，子靖高速地处毛乌素沙漠地带，干燥，常年降水量极少，地阻高达300多欧姆，1个收费站地表大部分是岩石，如果采用常规接地材料，仅靠打角铁把阻值做到小于1欧姆困难非常大。传统的方法是加大镀锌扁钢接地网，形成多点接地，在高电阻率土壤地区，则还要在较大范围内换上低电阻率土壤，或在接地体周围埋入食盐、水和木炭。这些方法有的要耗费大量的钢材，有的降阻效果有限，有的有效期短，如食盐法不仅在几个月内就失效，还严重腐蚀接地体。

根据现有地理条件，经查阅资料反复论证后，首次引入了新型接地产品——Pms-JD01型非金属接地模块和Pms-JD03防腐型长效降阻剂。

3接地模块及计算

接地模块是一种以导电无机非金属材料为主的接地体，它由导电性和物理化学稳定性好的复合非金属材料、金属电极、电解质和吸湿剂组成。

3.1工作原理

非金属接地模块内置金属电极，埋置土壤中与土壤紧密接触，可有效扩大流散面积。由于新型接地模块有很强的保湿、吸湿性和稳定的导电性，能进一步改善接地体的导电性能，从而达到良好的降阻效果。接地模块配合专用的降阻剂使用，能迅速改善与土壤的接触电阻，并通过流动渗透作用有效降低接地模块周围的土壤电阻率，从而进一步充分发挥接地模块的降阻效果。

3.2性能特点

①接地模块采用化学稳定非金属导体材料作为模块的导电介质，其导电性不受季节影响；②能吸湿保湿、保持与土壤有效接触，接地电阻低；③在高土壤电阻率地区，能有效降低地网接地电阻；④耐大工频和冲击电流冲击，电阻稳定；⑤耐腐蚀、无毒、使用寿命长、安装简便； ⑥接地模块能有效降低接地体的高接触电阻，改善周围土壤电阻率，优化降阻性能。

3.3用量计算

根据地网土层的土壤电阻率，采用下式计算Pms-JD01型接地模块用量：水平埋置，单个模块接地电阻：Rj≈K×ρ，并联后总接地电阻：Rnj=Rj/nη

式中：ρ——土壤电阻率（Ω·m）；K——接地模块计算系数，具体取值参考表1：

Rj——单个模块接地电阻（Ω）；Rnj——总接地电阻（Ω）；n——接地模块个数；η——安装利用系数，根据行业规范，一般在0.75～0.85。计算接地电阻时参数的取值型 号规格（mm）重量（kg）室温下电阻率（Ω·m）工频接地电阻Ω（ρ=40Ω·m）计算系数KPms-JD01φ100×80015≤0.7≤5.5K≈O.14Pms-JD02φ260×100060≤0.7≤3K≈0.09

4降阻剂及用量

防腐型长效接地降阻剂属于物理性降阻剂，其中含有细石墨、膨润土、固化剂、润滑剂、导电水泥等。将防腐型长效接地降阻剂施用于金属接地体和土壤之间，并紧密包围在金属接地体周围，一方面能够与金属接地体和土壤紧密接触，扩大散流面积，降低金属接地体与土壤间的接触电阻；另一方面通过向周围土壤、岩石缝隙的渗透，形成树根网状，在接地电极周围形成一个变化平缓低电阻降区域，降低周围土壤电阻率，使整个地网接地电阻显著降低。

由于降阻剂中含有金属钝化防锈剂，能将金属接地体表面迅速钝化，有效阻止金属接地体的锈蚀，延长金属接地体使用寿命（理论有效期30年以上）；降阻剂中保水剂能长期保持金属接地体周围附近土壤的湿润状态，有效防止干燥季节接地电阻受气候变化的影响，因此防腐型长效接地降阻剂具有良好防腐蚀长效稳定性。降阻剂本身不含铅、砷等有害、有毒元素，在使用过程中对周围环境和地下水资源无污染、无毒性、安全可靠。接地降阻剂各项性能指标全部达到《接地降阻剂暂行技术条件》要求。

5接地施工及注意事项

经过实地测量和综合计算，每个站区需使用接地模块25根，降阻剂2吨，镀锌扁钢100米，及防腐漆。接地网采用环形布置，如下图所示。

5.1施工方法

一是接地模块采用垂直埋置，特殊地形采用水平埋置。埋置深度不小于0.8米。二是模块间距离不小于3米。三是模块极芯相互并联后或通过镀锌扁钢连接时，必须焊接，焊接长度按照规范要求至少为模块极芯宽度的2倍。四是应在焊接处清除焊渣，涂上防腐导电漆或沥青漆。五是回填土时应适量洒水分层夯实，待模块充分吸湿24小时后用接地电阻测试仪测量接地电阻。

经测量，子靖高速12站区的接地电阻为0.3～0.8欧姆，达到了技术要求。

5.2注意事项

根据接地模块和降阻剂产品的多样化和已有的使用实践，在使用接地模块和降阻剂时还应着重注意以下几点：

一是贮存模块应保持一定湿度，避免高温、干燥、曝晒。二是运输和安装时，应避免机械力损伤模块。三是在寒冷地区，模块应埋在冻土层以下。不能选用未按暂行技术条件进行试验或试验不合格的接地模块和降阻剂，慎用未取得进网证的降阻剂。四是已结块的和失效的降阻剂不能使用。五是施工时要严格按施工图纸、产品说明书进行：搅拌要均匀，电极应全部被降阻剂包围并有一定的厚度，覆盖土要用细土夯实，与土壤交界处的接地极要采取防腐措施，保证施工质量，充分发挥降阻剂的作用，降低接地电阻。六是应根据土壤电阻率、土壤、气候条件、地理条件、接地方式和已有的使用及运行经验来选用降阻剂。七是降阻剂用量越大，降阻率越大，但降阻剂用量增大到一定程度，降阻效果出现饱和现象，这点在使用降阻剂过程中应引起足够重视。

6结论

对于高速公路机电系统的接地工程，通过结合工程实际，按照规范标准进行施工，采用正确的接地方法，才能保证机电系统的正常运行，保障高速公路的畅通。