為了達(dá)到降低接地網(wǎng)接地電阻之目的,首先需要從理論上研究降低接地電阻的方法。由公式 R=ρε/C可以看出,降低接地電阻有以下兩種途徑,一是增大接地體幾何尺寸,以增大接地體的電容C;二是改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì),減小地的電阻率 和介電系數(shù)ε。下面分別討論降低接地電阻的一些方法。
1、增大接地網(wǎng)面積
由接地電阻的物理概念,大地電阻率ρ和介電系數(shù)ε不容易改變,而接地電阻R與接地網(wǎng)電容C成反比:從理論上分析,接地網(wǎng) 電容C主要由它的面積尺寸決定,與面積成正比,所以接地網(wǎng)面積與接地電阻成反比。減小接地網(wǎng)接地電阻,增大接地網(wǎng)面積是可行途徑。一個(gè)有多根水平接地體組 成的接地網(wǎng)可以近似地看成一塊孤立的平板,當(dāng)平板面積增大一倍時(shí),接地電阻減小29.3%。
2、增加垂直接地體
依據(jù)電容概念,增加垂直接地體可以增大接地網(wǎng)電容。當(dāng)增加的垂直接地體長度和接地網(wǎng)長、寬尺寸可比擬時(shí),接地網(wǎng)由原來的 近似于平板接地體趨近于一個(gè)半球接地體,電容會(huì)有較大增加,接地電阻會(huì)有較大減小。由埋深為零半徑為r的圓盤和半徑為r的半球電容之比4εr/2πεr可 得,接地電阻減小36%。但是對(duì)于大型接地網(wǎng),其電容主要是由它的面積尺寸決定,附加于接地網(wǎng)上有限長度(2~3m)的垂直接地體,不足以改變決定電容大 小的幾何尺寸,因而電容增加不大,亦接地電阻減小不多。所以大型接地網(wǎng)不應(yīng)加以增加垂直接地體作為減小接地電阻的主要方法,垂直接地體僅作為加強(qiáng)集中接地 散泄雷電流之用。
3、人工改善地電阻率
在高電阻率地區(qū)采用人工改善地電阻率的方法,對(duì)減小接地電阻具有一定效果。例如,對(duì)于一個(gè)半徑為r的半圓球接地體而 言,其接地電阻的50%>集中在自接地體表面至距球心2r的半圓球內(nèi),如果將r至2r間的土壤電阻率降低,可使接地電阻大大減小。
設(shè) 原地電阻率為ρ2,將r至2r范圍內(nèi)的電阻率為ρ2的土壤用低電阻率的材料ρ1
置換,則半圓球接地體的接地電阻為:RX= (ρ1+ρ2)/4лr
置換前的接地電阻RX為:RX=ρ2/2πr
R與RX之比為:R/RX=(ρ1+ρ2)/2ρ2
當(dāng)ρ1 《ρ2,上式改寫為: R=RX/2=ρ2/4πr
故接地電阻減小的百分?jǐn)?shù)為50%。另外由5。1式可以看出,用低電阻率的材料置 換半球附近高電阻率的土壤,相當(dāng)于將半球接地體的半徑由R增大到2R,由于接地體幾何尺寸的增加,而使接地電阻減小。
4、利用接地電阻降阻劑
在接地極周圍敷設(shè)了降阻劑后,可以起到增大接地極外形尺寸,降低與起周圍大地介質(zhì)之間的接觸電阻的作用,因而能 在一定程度上降低接地極的接地電阻。降阻劑用于小面積的集中接地、小型接地網(wǎng)時(shí),其降阻效果較為顯著。
降阻劑是由幾種物質(zhì)配制而成的化學(xué)降阻劑,是具有導(dǎo)電性能良好的強(qiáng)電解質(zhì)和水分。這些強(qiáng)電解質(zhì)和水分被網(wǎng)狀膠體所包圍,網(wǎng)狀膠體的空格又被部分 水解的膠體所填充,使它不致于隨地下水和雨水而流失,因而能長期保持良好的導(dǎo)電作用。這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法。
5、深埋接地體
在地電阻率隨地層深度增加而減小較快的地方,可以采用深埋接地體的方法減小接地電阻。地的電阻率隨深度而減小的規(guī)律,往往在 達(dá)到一定深度后,地電阻率會(huì)突然減小很多。因此利用大地性質(zhì),深埋接地體后,使接地體深入到地電阻率低的地層中,通過小的地電阻率來達(dá)到減小接地電阻的目 的。
對(duì)于地電阻率隨地層深度的增加而減小不大的地方,由于地電阻率變化不大,增加接地網(wǎng)的埋深只是增大接地網(wǎng)的電容。利用電容的概念, 電容具有儲(chǔ)藏電場能量的本領(lǐng),它所儲(chǔ)藏的能量,不是儲(chǔ)藏在極板上,而是儲(chǔ)藏在整個(gè)介電質(zhì)中,即整個(gè)電廠中:介電質(zhì)中的能量密度,既與介電系數(shù)有關(guān),又與電 場的分布有關(guān),因此,比起接地網(wǎng)的幾何尺寸小得多的有限埋深,所增加的儲(chǔ)藏能量的介質(zhì)空間極為有限;在有限空間中的能量密度又小,儲(chǔ)藏的總能量也就增加不 多,即電容增加不大,所以對(duì)減小接地電阻作用不大,不宜采用深埋接地體的方法減小接地電阻。深埋接地體和敷設(shè)水下接地網(wǎng)可以大大降低直流電阻,但對(duì)降低交 流電阻作用不大,故國軍標(biāo)不推薦使用該法。但結(jié)合基地航天測試實(shí)際情況,主要是低頻信號(hào),此法簡單,效果明顯,可以使用。
6、敷設(shè)水下接地網(wǎng)
在有適宜水源的地方敷設(shè)水下接地網(wǎng),由于水的電阻率比地電阻率小的多,可以取得比較明顯的減小接地電阻的效果。而且敷 設(shè)水下接地網(wǎng)施工比較簡便,接地電阻比較穩(wěn)定,運(yùn)行可靠,但應(yīng)注意水下接地網(wǎng)距接地對(duì)象的距離一般不大于1000m。
7、利用自然接地體
充分利用混凝土結(jié)構(gòu)物中的鋼筋骨架、金屬結(jié)購物,以及上下水金屬管道等自然接地體,是減小接地電阻的有效措施,而且還可 以起引流、分流、均壓作用,并使專門敷設(shè)的接地帶的連接作用得到加強(qiáng)。
隨文一張典型小型局房接地平面圖:
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