基于电力接地电阻的研究

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1、基于电力接地电阻的研究基于电力接地电阻的研究 摘要：电力系统接地直接关系到电网安全运行、供电可靠性、用户安全等。在研究影响接地参数的时候结合中外接地研究技术总结出常见电网系统的接地方法。 关键字：电阻率；土壤；接地电阻 1 前言 供电可靠性是对供电系统的主要要求之一在电网的网络各元件和用电设备元件的可靠性相同前提下供电可靠性主要取决于电源中性点的工作方式输电线路的耐雷电水平很大程度上取决于接地电阻值。 2 大地导电性 2.1 大地导电研究 接地电流在地中分布状况除了与电流的频率有关还与大地的导电性有关大地导电有两种方式：一种是电子导电即地下有导体或半导体形成电子导电.另一种为离子导电即土中各种

2、无机盐、酸、碱等形成的离子形成离子的必要条件是水所以土壤的电阻率的大小取决于导电离子的浓度和土壤中的含水量.土壤电阻率是土壤中所含导电离子浓度的倒数和单位体积土壤含水量的倒数的函数,即： （1） 土壤电阻率是接地工程的一个重要参数直接影响接地装置接地电阻的大小对准确测量土壤电阻率及其重要。 对于多孔含水岩石的电阻率可由经验公式得出即： （2） 填充于岩石空隙中水的电阻率。 空隙度（空隙体积比） 水填充空隙空间的比值 土壤固化程度系数 土壤含水率系数 取决于固化程度或岩石的地质状况松散的为1.3左右变化到良好固结的古生代沉积的为1.95左右。由（2）可以看到岩石的电阻率主要决定于它的含水量和水的

3、电阻率 对于具有较好的电子导电性能的矿体在允许的条件下可以直接将接地极引到矿体上加以利用。 对于接地的研究从离开接地体几十米（研究电位分布）到几千米（研究接地电阻测量）这样大的范围地电阻率往往是不均匀的。如果地具有简单的两层结构时用等极距四极法测量出视电阻率随极距变化曲线近似公式为： （3） 式中： 地表层的电阻率。 地层深处的电阻率。 测量时的电极间距。 视电阻率曲线常数。 表计测得的视电阻。 土壤的接地电阻。接地电阻的计算如表达式（4）。在一个圆形的 0.08 m 半径的磁盘片接地电阻为半径 b 的磁盘片,当它被放置在相同电阻率的土壤上的时候,获得表达式 ： （4） 在比较大的区域中土壤通

4、常布满破碎了的岩石或碎石层。 把天然土壤区域做成具有相同电阻率的模型,接地电阻必须在第二层的土壤底部作为计算这土壤的顶部是碎石层或压破岩石层电阻率为岩石的深度 h；底层的电阻率小于表面层电阻率。即使当天然的土壤电阻率不相同天然土壤的顶层电阻一样由压破岩石的两层来计算表达式 (4) 当土壤深度的电阻率非常大的时使用如果压破的岩石深度或碎石层是有限的而且它的电阻率比土壤小,接地电阻应用表达式（5） 计算: （5） C 是一个减少参数; 它的值是压破岩石或碎石层深度 h,比值 或 K 是反映参数由 (-)/(+)给出。 压破的岩石层深度或碎石通常在 0.05 和 0.25 m 之间。如果考虑覆盖的区

5、域厚的顶层可能只有几毫米。因此在实践中顶层的厚度可能被假定在 0.005 到 0.30 m 的范围内。压破的岩石或碎石层的电阻依赖的在变电站附近的岩石性质；一般采用在 2000 到 3000 欧姆/米. 天然土壤的电阻可能在 10 到 1000 的范围内。所以在实际的情况中,电阻率的比率可能是在 2 和 1000 之间。 2.2改善土壤导电性能 接地电阻的值主要由电极的尺寸和土壤电阻率决定. 设电极半径为土壤电阻率为则土壤未经处理时电极的接地电阻为： （6） 经降阻处理后设处理区的半径为：电阻率为 则接地电阻将变为 （7） 如果把称为降阻比则由（6）和（7）可得 （8） 取,即把电极半径扩大到

6、时的称为接地电极的理想降阻比则式（8）可以写成 （9） 表1中列出了不同下和之间的关系。 表1 不同时的和 0.50 0.33 0.25 0.50 0.33 0.25 0.505 0.34 0.258 0.55 0.4 0.325 1.01 1.02 1.08 1.1 1.2 1.3 从表中可以看出 = 时实际降阻比与理想电阻比间的差别很小即使 = 时也可以达到较好的结果。对于球形电极来说要使下降到0.5即使。所需处理的土壤区的半径也需为接地半径的两倍；如果要下降到0.25则应该半径增加到4倍。 3杆塔的接地 3.1 杆塔接地的意义 架空线路铁塔接地对电力系统的安全稳定运行至关重要降低杆塔接地

7、电阻是提高线路耐雷水平减少线路雷击跳闸率的主要措施 3.2 杆塔接地电阻的计算 输电线路铁塔接地主要是为了防止雷击 计算雷电保护接地装置所采用的土壤电阻率应取雷季中最大可能的数值并按下式计算 (10) 式中： 土壤电阻率m； 雷季中无雨水时所测得的土壤电阻率m； 考虑土壤干燥所取的季节系数。 采用表2所列数值。土壤和水的电阻率参考相关文献。 表2 雷电保护接地装置的季节系数 埋 深 m 值 水平接地极 23m的垂直接地极 0.5 1.41.8 1.21.4 0.8. 1.251.45 1.151.3 2.5. 1.01.1 1.01.1 (深埋接地极)注：测定土壤电阻率时如土壤比较干燥则应采用

8、表中的较小值；如比较潮湿则应采用较大值。 表3 水平接地体的形状系数1 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 水平接地体形状 屏蔽系数A 0 0.42 0.60 1.08 1.49 1.60 2.79 3.63 5.31 6.25 形状系数B -0.6 -0.18 0 0.48 0.89 1 2.19 3.03 4.71 5.65 在架空线路铁塔接地装置的设计得考虑如何降低杆塔接地电阻下面是不同接地方式下的电阻计算。 杆塔水平接地装置的工频接地电阻.可用（11）和（12）来计算 （11） （12） 式中 工频接地电阻； 土壤电阻率； 水平接地体的长度m； 水平接地体的埋深m； 水平接

9、地体的直径m； A 屏蔽稀疏； B 形状系数； 单根垂直接地极的工频接地电阻.可用（13）来计算 （13） 式中 垂直接地极的长度 m； 垂直接地极的直径 m； 单独接地极或杆塔接地装置的冲击接地电阻可用下式计算 ( 14) 式中： 单独接地极或杆塔接地装置的冲击接地电阻； 单独接地极或杆塔接地装置的工频接地电阻； 单独接地极或杆塔接地装置的冲击系数。 铁塔接地装置 （15） 式中 流过杆塔接地装置或单独接地极的冲击电流KA; 土壤电阻率； 钢筋混凝土杆放射型接地装置 （16） 钢筋混凝土杆环型接地装置 （17） 单独接地极接地电阻的冲击系数 垂直接地极 （18） 单端流入冲击电流的水平接地极

10、 （19） 中部流入冲击电流的水平接地极 （20） 杆塔自然接地极的冲击系数（） （21） 对钢筋混凝土杆、钢筋混凝土桩和铁塔的基础（一个塔脚）为0.053；对装配式混凝土基础（一个塔脚）和拉线盘（带线棒）为0.038. 当接地装置由较多水平接地极或垂直接地极组成时垂直接地极的间距不应小于其长度的两倍；水平接地极的间距不宜小于5m。 由n根等长水平放射形接地极组成的接地装置其冲击接地电阻可按下式计算 ( 22 ) 式中： 每根水平放射形接地极的冲击接地电阻； 考虑各接地极间相互影响的冲击利用系数。 由水平接地极连接的n根垂直接地极组成的接地装置其冲击接地电阻可按下式计算 ( 23 ) 式中：

11、每根垂直接地极的冲击接地电阻； 水平接地极的冲击接地电阻； 的数值可参照文献选取。 3.3 架空线路杆塔接地方式的选择 1 高压架空线路杆塔的接地装置可采用下列型式：4 在土壤电阻率100m的潮湿地区可利用铁塔和钢筋混凝土杆自然接地。 在土壤电阻率100m300m的地区除利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地外并应增设人工接地装置接地极埋设深度不宜小于0.6m。 在土壤电阻率300m2000m的地区可采用水平敷设的接地装置接地极埋设深度不宜小于0.5m。 在土壤电阻率2000m的地区可采用68根总长度不超过500m的放射形接地极或连续伸长接地极。放射形接地极可采用长短结合的方式。接地极埋设深度不宜小

12、于0.3m。 居民区和水田中的接地装置宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形。 放射形接地极每根的最大长度应符合表4. 表 4 放射形接地极每根的最大长度 1 土壤电阻率 m 500 1000 2000 5000 最大长度 m 40 60 80 100 在高土壤电阻率地区采用放射形接地装置时当在杆塔基础的放射形接地极每根长度的1.5倍范围内有土壤电阻率较低的地带时可部分采用引外接地或其他措施。 4 结束语 电力接地是为了更好的提高线路耐雷水平减少线路雷击跳闸率对电网安全可靠的运行有很重大的作用。接地电阻的大小直接关系到电力的运行。这里从接地电阻的的影响因素分析并提出了可行的减小接地电阻的方法。 参考文献： 1 李景禄胡毅刘春生编著.实用电力接地技术.北京.中国电力出版社.20_； 2 解广阔.电力系统接地技术.北京.水利电力出版社.1991； 3 李润先 编著.中压电网系统接地实用技术.北京.中国电力出版社.20_； 4 中华人民共和国电力行业标准.交流电气装置的接地. DL/ T 211997。 第 页 共 页