接地电阻的计算与影响接地电阻的因素

刘旭

摘要：  接地电阻的大小影响着用电设备操作人员的安全以及设备的正常运行。本文通过接地电阻计算公式分析影响接地电阻的几个主要因素，并结合工程实际讨论降低接地电阻的若干措施，并比较这些措施对接地电阻阻值的影响。

关键词：接地电阻;影响;电阻率

1、前言

接地是维护电力系统安全可靠运行，保障设备和运行人员安全的重要措施之一。接地电阻值是确认接地装置的有效性以及判断接地系统是否符合设计要求的重要参数。在项目设计前期，就要对接地系统的接地电阻阻值进行计算，以判断照此方案设计接地装置能否满足规范及业主要求。本文以化工厂的接地系统为背景，介绍了几种国内外常用的接地电阻计算方法，并以伊朗甲醇项目为实例进行计算和比较，分析影响接地电阻的因素，并提出了一些自己的看法。

2、接地电阻的计算

2.1、国内计算方法

GB 50065-2011 《交流电气装置的接地设计规范》附录A中给出了人工接地极工频接地电阻的计算公式。对于以水平接地极为主边缘闭合的复合接地网的接地电阻可利用下式计算：

2.2、IEEE计算方法

IEEE Std 80-2000 IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding 第14章中给出了两种接地电阻的算法：Sverak算法和Schwarz公式。

2.2.1、Sverak算法：

3、案例分析

下面就以MEKPCO伊朗甲醇项目为例，按照不同设计方案，采用上述几种算法对接地电阻进行计算。

图3.1给出了该项目全场接地网总图：厂区位置土壤电阻率。厂区接地网为沿着厂区围墙和栅栏敷设的边缘闭合接地网，长280m，宽230m，，水平接地体总长度，埋设深度，接地极采用铜包钢，共打120根。下面分别以水平接地体选择95㎡裸铜线（直径）和95㎡ PVC黄绿线两种方案计算全厂接地电阻。

3.1、方案一：水平接地体采用95㎡裸铜线

采用裸导体作为水平接地体是国内外普遍做法，因为裸导体直接与土壤接触可以起到散流的作用，此时接地网为既有水平接地体又有垂直接地体的边缘闭合型复合接地网。接地电阻计算如下：

3.2、方案二：水平接地体采用95㎡ PVC黄绿线

本项目出于防腐角度的考虑，担心裸铜线常年埋于地下会遭到腐蚀，提出采用95㎡ PVC黄绿线作接地干线的方案。此方案虽然避免了水平接地线被土壤腐蚀，但由于铜导体外侧包裹了一层PVC绝缘外套，因此水平接地线的作用仅相当于导线连接垂直接地极，而无法与大地联通进行散流。所有的入地电流均由垂直接地极扩散流入大地。此时计算接地电阻，式2.1.1、2.1.2、2.1.3和2.2.1均不可采用。此时计算接地电阻只能采用Schwarz公式中的2.2.4式：

即采用铜包钢接地极120根也无法将接地电阻降至一下，而如此大截面的垂直接地极打120根对于本项目来说已经相当多了。

3.3、两种方案的比较

由上计算可见，仅采用垂直接地极进行接地效果不好，垂直接地极远也不及水平接地极对系统的降阻作用。在既有水平接地极（与土壤直接接触）又有垂直接地极的复合型接地网中，水平接地极对接地电阻阻值起决定性作用，垂直接地极的形状和个数对系统接地电阻的影响几乎可以忽略不计。

由2.1.2式可知，减小接地电阻的最有效的方法：减少、增大。

4、结论

通过以上计算分析，对于化工厂常见的边缘闭合复合型接地网的接地电阻，笔者提出了自己的看法和结论：

1）當水平接地体和垂直接地体均与土壤直接接触时，水平接地体对全厂接地电阻阻值起决定性作用，垂直接地极的作用可以忽略。

2）当水平接地极不与土壤直接接触时，入地电流只能通过垂直接地体流向大地。此时垂直接地极的个数决定接地电阻阻值。欲降低接地电阻，只能增打接地极。但由于电流的屏蔽效应，接地极打得越多，屏蔽效应越大，降阻效果越不明显。

3）减小接地电阻的最有效的方法是：降低土壤电阻率，增大闭合接地网外轮廓的面积。

4）加密网格无法有效地降低接地电阻阻值，这是因为电流的屏蔽效应。但对于大型发电厂和变电站，选择合适的均压带间距可有效降低接触电压和跨步电压。

5）在水平接地极与土壤直接接触的情况下，增打垂直接地极对工频接地电阻的影响甚微。但垂直接地极对防雷接地还是必要的。

6）对于化工厂接地系统，采用裸铜导体或扁钢做水平接地极对接地电阻值无影响，工程中偏好采用铜导体做水平接地极的主要原因是铜在土壤中的耐腐蚀性要优于扁钢。

参考文献：

[1] 国家标准.GB 50065-2011.交流电气装置的接地设计规范.

[2] 工业与民用配电设计手册.第三版.中国电力出版社，2005.

[3] IEEE Std80-2000. IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.

[4] Sverak J.G.， “Simplified analysis of electrical gradients above a ground grid; Part I-How good is the present IEEE method？” IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems， vol.PAS-103， no.1， pp.7-25， Jan.1984.

[5] Schwarz S.J.， “Analytical expression for resistance of grounding systems，” IEEE Transactions on Power Apparatus and systems， vol.73， no.13， part III-B， pp.1011-1016， Aug. 1954.