换乘地铁站并联人工接地网接地电阻计算

张 瑞

（中铁隧道勘察设计研究院有限公司，广东广州 511400）

0 引言

接地设计是地铁车站一项重要设计内容，需要保证人身安全、设备安全及运营可靠性。强电设备、弱电设备的工作接地、安全接地及其他需接地的设备对接地的要求主要体现在接地网的接地电阻值上，接地电阻值≤1 Ω，因此接地电阻计算的准确性对接地网的设计有着重要的指导作用。如果计算值较实际值偏大，为了降低接地电阻则需要相应增加投资；如果计算值较实际值偏小，就有可能会对接地网的设计起到误导作用。

1 普通地铁车站接地网接地电阻的简易计算

地铁车站多为明挖车站，即使暗挖车站，也会设置一定面积量的明挖区域，地铁接地网设计需要对明挖区的情况进行合理判断，在适合区域基坑底部设置接地网。结合车站底板的埋深和地质详勘报告，获取接地网所在土壤的电阻率，并根据接地网的规模，把相关参数代入计算公式，目前行业内主要采用的是《工业与民用供配电设计手册》（第四版）中的复合型接地电阻的简易计算公式，见式（1）。

式中ρ——接地网所在土壤的电阻率

S——＞100 m2的闭合接地网的面积

式（1）简易计算的实用性已经被越来越多的地铁工程所证实。在地铁车站的接地设计中，强电和弱电系统采用综合接地装置，要求接地电阻≤1 Ω，若计算电阻值不满足要求，则要通过修改接地网的大小或者增加相应的降阻措施来降低接地电阻[1]。

2 换乘地铁车站综合接地网接地电阻的简易计算

城市轨道交通网路越来越发达，出现了大量的换乘车站，换乘车站由于站位或线路交叉，接地网通常被分割为不连续的两处，为了使两处接地网都有更稳定的接地效果，通常通过≥2根电缆或扁铜将两处接地网进行电气连接，形成综合接地网[2]。

对于上述综合接地网接地电阻的计算，大部分设计人员使用并联电阻计算公式，见式（2）。

式（2）中，Rz为综合接地网的接地电阻，R1，S1，ρ1分别为接地网 1 的接地电阻、接地网的面积、接地网所在地层的土壤电阻率，R2，S2，ρ2分别为接地网2的接地电阻、接地网的面积、接地网所在地层的土壤电阻率。接地电阻与实体电路的电阻不同，简单采用电阻公式估算可能存在较大的误差[3]。当接地极经由2种不同土壤时（土壤水平分层），如接地极经过土壤电阻率ρ1的接地网面积为S1，接地极经过土壤电阻率ρ2的接地网面积为S2，接地网的总面积为S，则该接地网在双层土壤中的接地电阻见式（3）。图1所示为2种土壤电阻率的接地网。

图1 2种土壤电阻率的接地网

换乘车站的接地网虽然通过电缆或扁铜连接，但由于电缆或扁铜并未埋在地中，对接地网面积无影响，且电缆或扁铜的电阻较小，对接地电阻值影响较小，理论上与图1的计算模型非常相似，可通过式（3）对换乘车站的综合接地电阻进行计算[4]。通过对比式（2）和式（3）可知，采用并联电阻公式的计算结果会较小，接地网总面积越大，两者计算结果相差越大。

3 验证换乘地铁车站接地网接地电阻简易计算公式

结合2个换乘车站对综合接地网接地电阻计算公式的准确性进行验证，计算输入条件如下。

（1）换乘车站 1。ρ1=102.66 Ωgm，S1=1632 m2，ρ2=137.13 Ωgm，S2=2339 m2。

（2）换乘车站 2。ρ1=168.70 Ωgm，S1=2272 m2，ρ2=195.52 Ωgm，S2=1768 m2。

对于换乘车站1，当采用电阻并联公式计算接地电阻时，计算结果见式（4）。

当采用接地网在水平分层土壤中的接地电阻计算公式时，计算结果见式（5）。

施工完毕后，施工单位反馈的接地电阻现场实测值的平均值为0.88。

对于换乘车站2，当采用电阻并联公式计算接地电阻时，计算结果见式（6）。

施加降阻剂后，接地电阻计算结果见见式（7）。

当采用接地网在水平分层土壤中的接地电阻计算公式时，计算结果见式（8）。

施加降阻剂后，接地电阻计算结果见式（9）。

施工完毕后，施工单位反馈的接地电阻现场实测值的平均值为 0.91 Ω。

从上述的计算值和实测值对比可知，采用式（2）的计算值会偏小，误差较大，可高达20%以上，而采用式（3）的计算值则比较靠近实测值，误差较小，能满足工程设计需要，可见式（3）更适用于综合接地网的接地电阻计算[5]。

4 结束语

计算结果证明，两处并联接地网的接地电阻计算，直接采用并联公式是不可靠的，而将并联接地网看作一个经过水平分层土壤的复合接地网，其接地电阻的计算值更准确，此方法可供类似换乘车站的接地电阻计算时参考。