人工接地装置工频接地电阻的研究

张静萱

摘 要：文章阐述了接地电阻研究在接地系统中的重要意义并用定量计算的方法对组合接地体的工频接地电阻进行了研究，并对一例复合接地网进行了局部优化设计。

关键词：人工接地装置；工频接地电阻；研究

中图分类号：TU856 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0164-02

1 接地电阻研究的重要意义

当电力系统或电气设备发生接地短路故障或遭受雷击时，接地是重要的保护措施之一[1]。无论是短路故障造成的瞬间大电流，还是直接雷击或者雷电感应产生的雷电流，最终都需要通过接地体将其传导泄散到大地中去。当电力系统或电气设备发生接地短路故障或其他大电流入地时，如果接地电阻值比较大，就会造成地网电位异常升高。这样，除给运行人员安全带来威胁外，还很有可能因反击或电缆皮环流使得电气设备的绝缘遭到破坏，高压串入设备，轻则导致电气设备的拒动或误动，重则破坏电气设备。因此，如何尽可能地降低接地电阻阻值是接地系统研究中的一个重要课题。

2 接地电阻与接地体的概念

接地电阻即电气装置接地部分的对地电压与接地电流之比，它是表征接地体向大地泄放电流的一个基本性能参数，也是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合设计要求的重要参数。

接地体是埋入土壤中或混凝土基础中起泄散作用的导体，分为人工接地体和自然接地体两种。埋设接地体的作用在于确定土壤中电流起始扩散的边界条件，在不同程度上以其形狀和尺寸来影响接地电阻值。从接地体向大地泄散的电流种类来看，接地电阻可分为直流接地电阻、工频接地电阻和冲击接地电阻，它们分别对应于接地体向大地泄散直流、工频交流和暂态冲击电流等三种情况下的接地电阻。通常，工频接地电阻和直流接地电阻无原则上的差别，工频接地电阻的计算可以用直流接地电阻计算来取代。

3 人工接地装置工频接地电阻的计算示例

组合接地体是由不止一个水平或垂直接地体组成的，当其中某一个接地体向大地泄散电流时，将会受到其附近其他接地体散流作用的影响，各散流接地体所产生的恒定电场将产生相互屏蔽作用，使得组合接地体中各单个接地体的散流效果受到减弱。

3.1 水平接地体为直的圆钢时接地电阻的计算

常用垂直接地体接地电阻的简化计算公式：

而当n根垂直接地棒与埋设于土壤中的水平接地体相连接时，计算这种组合接地体的接地电阻应同时考虑垂直接地体与水平接地体之间的相互屏蔽作用，其接地电阻计算公式为：

式中：？浊-组合接地体的利用系数。

以下对组合体接地电阻进行计算，计算所取参数：l=2.5m （垂直接地体），l=5m（水平接地体），d=20mm（水平接地体与垂直接地体相同），h=0.8m。

得到组合接地体接地电阻如表1所示：

3.2 水平接地体为环形时接地电阻的计算

基本计算公式与水平接地体为直棒时相同，只是要考虑环形水平接地体各段的并联，另外环形段导体的l取弧长。

4 复合接地网的局部优化设计

复合接地网的局部优化设计即求在接地电阻最小时，接地网内部导体数的最小值。

4.1 复合接地网的简化计算公式

下述介绍了一种复合接地网接地电阻的简化计算公式[2]：

4.2 优化设计实例

本文以普通电子设备和微电子设备所要求的最大接地电阻值5Ω和1Ω为例，求出在这两种情况下的复合接地网内部的最少导体数，也即复合接地网导体布置的局部优化设计。

1127Ω·m，L=2.5m，应用上文计算公式得到结果如下。（如表3）

由此可知，在上述参数条件下，若要求接地电阻为5Ω，接地网内部导体数最少为34根，即横17根，纵17根（对应以上解n=72）， 若要求接地电阻为1Ω，接地网内部导体数最少为180根，即横90根，纵90根（对应以上解n=364）。

5 结束语

本文通过研究简单接地体和复合接地网的工频接地电阻，得出了一些用于工程实际的实用性结论，如下：（1）垂直接地棒数量越多，组合接地体接地电阻越小；（2）对同一组合接地体来说，土壤电阻率越小，组合接地体的接地电阻越小；（3）对具有同样多垂直接地体的组合接地体来说，水平接地体为环形的组合接地体，其接地电阻值小于水平接地体为直棒的组合接地体；（4）在架设接地网时，固然水平接地体越多，总的接地电阻值越小，但出于工程实际，必须考虑其造价和可行性，因此必须考虑水平接地网的优化问题。

参考文献：

[1]张小青.建筑防雷与接地技术[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]鲁志伟，孟奇.复合接地网接地电阻的简化计算[J].供用电，1998.endprint