降低接地電阻阻值的方法

2021-03-03 23:09:52 字數 4638 閱讀 6979

1 接地裝置在電力網中的重要性

(1)接地的作用主要是防止人身遭受電擊、裝置和線路遭受損壞、預防火災、防止雷擊、防止靜電損害和保障電力系統正常執行。近年來,國內許多地區連續發生多起因接地網不滿足要求而引起的裝置損壞事故,同時雷擊是導致電網事故的主要自然災害之一,雷擊引發的電網事故佔總事故的50%以上,因此良好的接地裝置應是防雷的重要措施。

(2)接地裝置在防雷中的作用。雷電的破壞作用主要是雷電流引起的,為了防止雷擊事故的發生,必須了解接地裝置上可能出現的最大電位。一般來說,雷電流通過單根引下線的全部電壓降是:

ufj=i×rch+l0×l×di/dt

式中i--雷電流,ka

rch--接地裝置的衝擊電阻,ω

l0--單位長度的電感,μl/m

l--接地引下線的長度,m

ufj--電壓降,kv

di/dt--雷電流的陡度,kv/μs

從上述公式中,我們可以看出,在防雷接地裝置中,接地電阻阻值越小,則瞬間衝擊接地電壓降就越小,遭受雷擊的危險性就越小,因此足夠小的接地電阻值和安全可靠的防雷接地裝置是防雷的重要保證。

2 接地的形式

接地極按其布置方式可分為外引式接地極和環路式接地極。若按其形狀,則有管形、帶形和環形幾種基本形式。若按其結構,則有自然接地極和人工接地極之分。

用來作為自然界地極的有上下水的金屬管道、與大地有可靠連線的建築物和構築物的金屬結構、敷設在地下而其數量不少於兩根的電纜金屬包皮及敷設於地下的各種金屬管道(但可燃液體以及可燃或**的氣體管道除外)。用來作為人工接地極的有鋼管、角鋼、扁鋼和圓鋼等鋼材,在有化學腐蝕性的土壤中,則應採用鍍鋅的鋼材或銅質的接地極。

電氣裝置敷設接地裝置後當然比沒有敷設接地裝置時要安全得多,但是接地裝置的布置形式如果是單根接地極或外引式接地極,由於電位分布的不均勻,人體仍不免要受到電擊的危險。此外,單根接地極或外引式接地極的可靠性也比較差,外引式接地極與室內接地幹線相連線僅依靠兩條幹線,若這兩條幹線發生損傷時,整個接地幹線就與接地極斷絕。當然,兩條幹線同時發生損傷的情況是比較少的。

3 接地材料的選擇及其應用

(1)接地材料對接地電阻的影響。決定接地電阻r大小的因素很多,我們以接地環作接地主體的情形來分析傳統地網的接地公式:

式中ρ--土壤電阻率,ω·m

d--鋼材等效直徑,m

s--地網面積,m2

h--埋設深度,m

l--接地極長度,m

a--形狀係數。

式(1)表明,傳統的接地方式在土壤電阻率已經確定的情況下,要想達到設計要求的電阻必須有足夠的接地面積,要降低接地電阻只有擴大接地面積,每擴大4倍的接地面積,接地電阻會降低一倍。式(2)、(3)表明,要降低接地電阻的另乙個方法是加大接地材料的尺寸,但耗材太大,效果並不理想,因此需要運用更好的接地材料和施工設計方法。

(2)接地材料的選擇。廣泛使用的接地工程材料有各種金屬材料、接地體、降阻劑和離子接地系統等。金屬材料如扁鋼,也常用銅材替代,主要用於接地環的建設,這是大多接地工程都選用的。

接地體有金屬接地體(角鋼、銅棒和銅板)這類接地體壽命較短,接地電阻上公升快,地網改造頻繁,維護費用比較高。從傳統金屬接地極(體)中派生出的特殊結構的接地體(帶電解質材料),使用效果比較好,一般稱為離子或中空接地系統。另外就是非金屬接地體,使用比較方便,幾乎沒有壽命的約束,各方面比較認可。

(3)接地材料應用。通常防雷接地的接地電阻是10ω,實際上有弱電裝置的感應防雷都要求4ω或1ω的接地電阻。常常有個誤區,認為做到10ω、4ω或1ω的接地電阻就滿足了設計要求,而沒有考慮季節因數。

因為,土壤電阻率是隨季節變化的,規範所要求的接地電阻實際是接地電阻的最大許可值,為了滿足這個要求,地網的接地電阻要求達到:

式中rmax--接地電阻最大值,就是我們說的10ω、4ω或1ω的接地電阻

ω--是季節因數,根據地區和工程性質取值,常用值為1.45。所以,我們所說的接地電阻實際是

r=6.9ω(rmax=10ω),r=2.75ω(rmax=4ω),r=0.65ω(rmax=1ω)

這樣,地網才是合乎規範要求的,在土壤電阻率最高的時候(常為冬季)也滿足設計要求。

(4)各種接地材料效能比較。接地材料是接地的工作主體,材料的選擇很重要。不同的接地材料各有優勢和侷限。

工程實踐中要因地制宜地合理選用接地材料,用較低的代價達到工程設計要求。幾種接地材料(方式)的比較,見表1所示。

表1 幾種接地材料(方式)的比較

4 降低接地電阻的技術措施

(1)更換土壤。這種方法是採用電阻率較低的土壤(如粘土、黑土及砂質粘土等)替換原有電阻率較高的土壤,置換範圍在接地體周圍0.5m以內。但這種取土置換方法對人力和工時耗費都較大。

(2)人工處理土壤。在接地體周圍土壤中加入化學物,如食鹽、木炭、爐灰、氮肥渣、電石渣、石灰等,提高接地體周圍土壤的導電性。這種方法雖然工程造價較低且效果明顯,但土壤經人工處理後,會降低接地的熱穩定性、加速接地體的腐蝕、減少接地體的使用年限。

因此,通常是在萬不得以的條件下才建議採用。

(3)深埋接地極。當地下深處的土壤或水的電阻率較低時,可採取深埋接地極來降低接地電阻值。這種方法對含砂土壤最有效果。

據有關資料記載,在3m深處的土壤電阻係數為100%,4m深處為75%,5m深處為60%,6.5m深處為50%,9m深處為20%,這種方法可不考慮土壤凍結和乾枯所增加的電阻係數,但施工困難,土方量大,造價高,在岩石地帶困難更大。

(4)多支外引式接地裝置。如接地裝置附近有導電良好及不凍的河流湖泊,可採用此法。但在設計、安裝時,必須考慮到連線接地極幹線自身電阻所帶來的影響,因此,外引式接地極長度不宜超過100m。

(5)利用接地電阻降阻劑。在接地極周圍敷設了降阻劑後,可以起到增大接地極外形尺寸,降低接觸電阻的作用。

降阻劑是由幾種物質配製而成的化學降阻劑,是具有導電性能良好的強電解質和水分。這些強電解質和水分被網狀膠體所包圍,網狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充,使它不致於隨地下水和雨水而流失,因而能長期保持良好的導電作用。這是目前採用的一種較新和積極推廣普及的方法。

(6)採取伸長水平接地體。結合工程實際運用,經過分析結果表明,當水平接地體長度增大時,電感的影響隨之增大,從而使衝擊係數增大,當接地體達到一定長度後,再增加其長度,衝擊接地電阻也不再下降。接地體的有效長度如表2所示。

表2 在不同土壤電阻率下的水平接地體有效長度

5 結束語

良好的接地裝置是電網安全穩定執行的重要保證,需要對設計規劃論證階段、接地材料和形式的選擇、導體截面熱穩定和機械強度的校驗、施工過程質量管理、工程交接驗收環節的專案,進行檢查和週期性執行維護工作。只有這樣,才能長期保證接地裝置的良好質量,從根本上防止發生電網事故。

降阻劑利弊分析

出於降低接地成本的目的,為了更好地降低接地電阻,日本人發明了「降阻劑」。即在接地體上包裹導電水泥等導電的混凝土,從而增加接地體散流面,進一步降低接地電阻。使用降阻劑是效率極為低下的降阻措施,而且一般都會腐蝕接地體,大大縮短接地體的壽命,弊遠大於利,目前已經被日本主流所拋棄。

美國人更乾脆,為了防止不法商家使壞,直接在ieee接地標準(世界權威的接地標準)規定,不得在變電站等接地措施中考慮降阻劑的降阻效果。然而,讓人痛心的是,被日本和美國拋棄的「降阻劑」卻一直沒有退出中國市場。

降阻劑如何工作的呢。例如,對土壤電阻率為2000ω·m左右的輸變電線路桿塔,各設計院常常會設計總長250m左右的接地體達到相應的降阻要求。其人工以及鋼材費用大概在4000元左右,但是,一旦使用2噸~3噸降阻劑後,費用則增長了兩倍。

降阻效果僅為14%,無任何實質性價值。而且,使用降阻劑還必然帶來了乙個非常嚴重的後果,就是大量腐蝕接地體,將接地體十年的壽命縮短成兩年,極大地浪費了國家財富。

當然,有的降阻劑生產廠家會辯稱,接地體之所以會被降阻劑腐蝕是因為輸變電工程公司以及各供電局等不負責任,沒有將降阻劑施工到位,導致接地體外漏被腐蝕。事實上,在惡劣的高電阻率山區,接地溝既挖不平整,也挖不直,可塑性不強的圓鋼則必定會有部分頂在左方、右方或者下方的石頭上,無法被包好,從而必然導致該部分加速腐蝕。 使用降阻劑會導致接地體快速生鏽,增大了接地體被雷擊的概率,使得輸變電線路頻頻在雷暴日被擊毀出故障。

降阻劑導致接地體腐蝕失去安全防護功效的問題使得電力部門頭疼不已。

對於防雷系統來說,使用降阻劑除增加了接地費用外,還會加快接地體的腐蝕,增加避雷針變為可怕的引雷針的可能性。對於聯通、移動等電信運營公司來說,使用降阻劑在增加接地費用的同時還大大增加了機房和鐵塔被雷擊的可能,而所有費用最終還是被轉嫁到廣大消費者頭上。使用降阻劑進一步增加了雷達、通訊等基站被雷擊的可能性,並影響了軍事部門的正常工作,直接影響到我們的國防安全,威脅著軍人的生命健康。

在各建築的接地體上使用降阻劑,則會極大地加速接地體的腐蝕速度,使得接地體在兩年內就不能再正常起作用,導致接地電阻大幅度上公升,達不到安全要求。而各物業管理公司顯然不可能像供電公司那樣定期檢測接地電阻(電力部門技術實力雄厚,往往能查出降阻劑導致接地體腐蝕進而引發各種事故的根因,從而能採取頻繁測量、頻繁改造的措施不斷減少其危害),排除安全隱患,可想而知居住在社群內的居民將時刻面臨接地體失效帶來的危險。

降阻劑還會對環境造成危害,使得土壤被大量有害金屬、煤渣等汙染。一旦原接地體被降阻劑腐蝕後,相應接地溝便不能再布置接地體,否則會被更快地腐蝕,只能重新開挖地溝布置接地體。而相當多的山地地形惡劣,無法在改造時重新開挖接地溝,只能在原接地溝中重新布置接地體,不要多久,又會被降阻劑重新腐蝕,從而帶來了不可逆轉的後果。

日常生活中,降阻劑也增加了人們使用熱水器等大功率用電器的觸電風險。如果接地體失效,此時用來淋浴的熱水器一旦出現了故障導致漏電(一般新買的不會,但是,時間久了則很難避免,而且也很難檢測),而洗澡時又沒記得關閉電源,那麼,洗澡的人很有可能因此而觸電斃命。而且,引下線處被降阻劑腐蝕後,使用其他需要接地保護的大功率用電器的危險性也會大大增加。

降低防雷接地電阻方法

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