降低接地电阻的措施浅谈

范飞飞

[摘    要]接地电阻功能是防止雷电击中电力设备的保护措施。接地电阻直接反映了用电设备与“地”的接触程度，同时也反映了接地网的应用规模。文章介绍了在特殊地质条件下降低地面电阻的措施。

[关键词]降低;接地电阻;措施;土壤;降阻剂

[中图分类号]TM862 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]The function of grounding resistance is a protective measure to prevent lightning from hitting power equipment. The grounding resistance directly reflects the degree of contact between the electrical equipment and the "ground"， and it also reflects the application scale of the grounding grid. Measures to reduce ground resistance under special geological conditions are introduced.

[Keywords]reduce; ground resistance; measure; soil; resistance reducer

接地電阻功能是防止雷电击中设备的保护措施。接地电阻是衡量接地的重要参数。它是电流从相关的接地装置流向大地后再通过大地流向另一个接地体或传播时的电阻。包括了接地线和接地体的电阻，也是接地体与大地之间的电阻。直接反映了用电设备与“地”的接触程度和接地网的实际规模。

1 影响接地电阻的主要因素

（1）接地体：填土体的大小、形状、数量、材质、深度、地理环境、土壤湿度、质地;

（2）接地的介质：比如大地土壤、混凝土和水。电阻率为接地的指标之一，而且对于接地电阻的影响较大。一些接地系统在底座上使用钢筋或将接地电极连接到底座上。混凝土的电阻率影响接地电阻，对于接地电阻率较高的，需要使用附近的水源将接地电极置于水中。

决定接地电阻的相关影响因素是土壤的电阻率。对于土壤阻力用土壤电阻率表示。电阻率用边长为10 mm的立方体的电阻表示。土壤电阻率因相关的土壤特性、温度和物理特性而决定了一定的差异。

2 影响土壤电阻率的主要因素

2.1 土壤性质

土壤对接地电阻率的影响是最大的。不同土壤的电阻率相差也是较大的。如砂土、黄土和红土等。

2.2 含水量

土壤的含水量对电阻率也有很大的影响。干燥土壤的电阻率可以是无限的。当相关土壤性质含水量增加到15%时，这个时候的电阻率会下降。如果往土壤里加水到75%左右的时候，此时电阻率变化很小;当相关的土壤性质里含水量超过75%时，这时候电阻率也会增加。因此，可以看出含水量对电阻率的影响因类型而不同，而且与含水量有关。例如，在电阻率较低的土壤中，加入纯净水会增加电阻率。因此，在用水改良土壤时，要注意以下几点。

（1）温度：当温度在0 ℃以下时，此时土壤中水分会冻结，电阻率会增大，接地极一般放置在冻土层下方，以避免高阻耗散。

（2）化学成分：当土壤中含有酸和碱的成分时，此时的电阻率会下降。并且此功能常用于改善土壤。

（3）物理特性：物理因素会改变土壤对于电流的分布，当土壤含有金属成分时。大地本身牢固并与接地极紧密接触，对电阻率也有很大影响。土壤颗粒越密，电阻率越低，降低因土壤类型而异。沙子和岩石颗粒不易被压缩，因此电阻率降低。当粘土含水量为10%时，假设在这个时候的温度不发生变化，那么单位压力会从20 MPa逐渐增加到200 MPa，并且此时的电阻率可降低到65%。大地与接地电极的接触越强，耗散电阻越低。为了降低接地极的耗散电阻，采用将管状接地极驱动入地。这种施工方法相对简单，并且驱动入地可以压实附近的土壤，与土壤接触，达到降低电阻率的使用效果。如果采用其他方法放置接地极，土壤应靠近接地极使用，以降低电阻率。

（4）土壤热阻系数：不同的季节，温度也会有所不同，土壤的热阻系数也发生变化，热阻也随季节增减。

3 接地系统

北方铜业股分有限公司计量检验部电感耦合等离子体质谱仪接地工程，根据相关厂家提供的条件，该仪器属于精密仪器，接地系统应做单独接地。

3.1 计量检验部电感耦合等离子体质谱仪接地工程

（1）接地要求：单独接地，接地电阻不大于4 Ω，并且对于建筑物离地距离需要大于20 m;地质条件多为岩石，少土壤。

（2）工程方法：120*4紫铜板10片，紫铜板的连接要求是四面焊，可以先焊后贴。扁平紫铜板与铜带的连接四面全焊，长度不小于30 mm;铜板与绝缘线的连接为焊锡，长度不小于30 mm;井宽×深度×长度=2 300 mm×2 300 mm×2 300 mm，将焊接好的铜板放在井底，并放置减阻剂;使用铜带引至设备接地端子。

①测试如下：电阻值为9.85 Ω>4 Ω，不符合标准。

②在附近增加接地极，用低电阻接地代替接地，其他方法同上。经技术测试，电阻值为8.55 Ω>4 Ω，不符合标准。

③将泥水倒入第二组接地极中，其余同上一组。经专业测试，电阻值为6.5 Ω>4 Ω，不符合标准。

④在第二组接地电极旁边的通道中，增加一组新的接地电极，其余与第二次相同。测试结果显示，电阻值为3.8 Ω，小于4 Ω，符合要求。

3.2 通过以上工程结果总结出降低电阻值的方法

3.2.1 更换土壤

这种方法需要应用电阻率较低的土壤替换较高的土壤，替换范围在接地体0.5 m内，以及接地体的1/3以内。但是，这种土壤置换方式是劳动密集型的。

3.2.2 人工处理土壤（化学处理）

人工处理的方法是在土壤里添加食盐、煤、氮肥渣和石灰等化学品，以提高土壤的导电性。使用食盐对不同地区的土壤的影响会有所不同。砂质粘土在经过食盐处理后，土壤的电阻率从1/3降低到1/2，砂质土的电阻率可以从3/5降低到3/4。砂的电阻率降低7/9～7/8;对于岩石土壤，浸入1%的盐水溶液后，电导率可提高70%。虽然工程造价比较低，但在经过人工处理土壤后，会直接降低接地体的热稳定性，缩短了接地体的使用寿命。因此，一般情况下，仅在绝对特殊的情况下才推荐使用。

3.2.3 深埋地电极

当土壤或地下水的电阻率较低时，可采用深埋地电极来降低土壤的电阻值。这种方法对沙质土壤最有效。据记载，3 m深度的土壤电阻率为100%，4 m深度为75%，5 m深度为60%，6 m深度为60%，6.5 m深度为50%，9 m深度为50%，这种方法可以忽略冻干引起的电阻率增加，但施工难度较大，成本高，在岩石地区难度更高。

3.2.4 各种外部接地装置

如果接地装置环境的周围有导电性良好且不容易发生结冰的河流，可选择应用此方法。但在安装时，需要预估对于接地极主线电阻的影响，对于外引接地极的长不超过100 m。

3.2.5 使用接地电阻降低剂

在接地极附近可以选择放置降阻剂，增大接地尺寸，并进一步降低了与周围接地介质的电阻，从而降低接地电阻。当降阻剂用于小面积集中接地时，降阻会更明显。

降阻剂是多种物质组成的化学降阻剂，具有良好的导电性。这是当今相对较新且非常流行的方法。

3.2.6 利用钢筋混凝土体作为流散介质

通过利用与水接触的混凝土中结构和其他金属体作为接地体。在混凝土结构中形成的钢网中，选择一些垂直和水平交叉，将这些点焊接并连接到接地网。

如果水工建筑物作为接地体不能满足时，或水工建筑物使用有困难时，应在附近水域放置外接地装置，接地装置应放置在水速不高或积水的地方，并用一些大石块接地固定。

3.2.7 采取伸长水平接地体

结合实际设计应用，接地体长度的增加，在这个过程中的电感影响也会不断增大，从而影响系数也会不断的增大。此时土壤会受到影响。一般来说，接地体的长度不应过大，应用过程中还需要根据土壤电阻率确定。

3.2.8 采用污水引入

为了降低周围土壤的电阻率，将污水引向埋藏的土体。并且选择接地体为钢管，钢管上的每500 px钻一个小孔，让水渗入地面。

3.2.9 进行深井接地

在条件允许时也可用钻机打井，将钢管钻入井内，并采用科学配比的泥浆倒入钢管井。

在土壤电阻率高的地区，在确定降低土壤电阻的措施時，应根据当地原有的经验、气候条件、地形特征和土壤等进行分析，通过技术经济比较选择接地方法。可以保证线路和设备运行，避免投资过高。

3.3 增加垂直地级深度

增加接地网的深度可以降低接地电阻。当水平接地效果不能继续增加时，需要增加接地极的深度，在地面上放置若干长接地极，并与水平接地网相连，形成三维接地网。土壤电阻率与土壤性质和矿物质含量相关。不同的土壤具有不同的电导率和分布不均。深层土壤含水量高，导电性强，电阻低。因此，增加和加深接地极可以充分利用深层土壤的高导电性来降低电阻，是降低接地网电阻的有效方法。常用的增加接地极深度的方法有一般深井接地、深井接地和斜接地极。

3.4 水下接地网的放置

安装低电阻率水下接地网络以降低电阻。当有水源时，如池塘、水库和河流等，可在最低水位下合理地选择设置接地网，达到降低电阻的目的。为确保安全可靠运行，避免装置出现损坏和腐蚀，接地体和连接电缆一般进行埋地和固定。当水下部分不受外部影响时，只焊接导体并浸入水中。水下接地网稳定可靠的运行可以消除人体对地的接触电阻，对短路电流的耗散有较好的使用效果。在选择水源和放置接地网时，应尽可能将其置于水流速较低的静水中并做好装置的固定，并在动水中进行小接地。尝试在宽阔的水域中增加占用水域，然后垂直移动。在扩大水域面积，水下接地网与接地体之间保持足够的距离，以减少相互保护的影响。

3.5 选材的接地电阻

在接地体金属材料的选择上，由于其种类繁多，通常选择圆镀锌钢作为接地体，该材料在接地电阻中具有很大的应用价值，并且具有一定的经济性能和使用效率，并且使用范围也更广，同时配备特制的重型驱动头和钻头，施工时可驱动30m以上，有效获得恒定的低阻力。目前在选择接地时，根据实际情况可考虑选择电解离子接地极。电解离子接地利用大气压力和气流，利用接地电极的通风孔促进空气进入，与接地电极相互作用。内部金属盐结合并吸湿处理以形成电解质。这些电解质向周围扩散形成接地极，进一步降低了土壤的阻力，达到降低土壤阻力的重要目的。该方法在目前对接地要求较高，工程难度较大时具有一定的接地适用性。另外，在接地设计中，将接地网与电解离子接地极有效结合，可以地达到降低接地电阻的效果。

3.6 降低接地电阻的一些特殊措施

3.6.1 爆破接地技术

爆破技术的原理是利用钻机在地面接地的现场钻井，垂直钻孔并将接地电极放入孔中。为了便于引爆，沿井在一定距离处放置一定的炸药，将附近的岩石炸掉并落下。用压机将装有泥浆的物理减阻剂压入爆破产生的裂缝中，使减阻剂与地下大面积的地面接触和连通，从而得以紧密接触。与接地电极的接触面积增大，达到降低接地电阻的目的。

3.6.2 斜井降阻技术

斜井降阻原理是通过非开挖技术，从主接地网边缘移至电阻率低的其他区域，以获得更佳的扩展效果。斜井降阻技术是一种将电介质释放到土壤中以降低电阻率的方法。土壤水分通过铜管的通气孔被铜管吸收，使复合晶体与水分接触成为介电溶液，通过铜管通气孔排出，形成良好的电解质离子土壤，构成良好的传导通道，降低土壤的电阻率。

4 结束语

综上所述，降低接地电阻的思路就是改变影响接地电阻值的参数，即采取相关的降低接地电阻措施调整和改变土壤电阻率，以达到降低接地电阻的目的。在土壤电阻率高的地区，降低电阻的方法有很多。当在设计范围内不能采用单一的方式降低电阻时，应采用多种形式降低电阻。在选择降低接地电阻方法时，还应考虑经济成本和效率问题，综合考虑采用最经济合理的方法。

参考文献

[1] 千素兰.《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010宣贯[J].电气工程应用，2011（4）：11-16.