趙軍偉
[摘要]接地系統(tǒng)的可靠性是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要條件，是發(fā)電廠、電力系統(tǒng)設備以及人身安全的重要保證。本文從影響接地電阻的各個因素出發(fā)，詳細介紹了降低接地電阻的各種具體方法。
[關鍵詞]防雷接地，接地電阻，性能改善，降阻方法

一　引言
接地系統(tǒng)是確保整個發(fā)電、變電系統(tǒng)長期正常運行的基礎，也是減少設備和人身事故的基本保障。一個優(yōu)秀的接地設計方案必須要綜合考慮現(xiàn)場的各種實際因素，包括地質結構、氣候環(huán)境等因素，才能確保方案的最終結果達到設計要求，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。
二 影響接地電阻的因素
接地電阻主要包括接地線和接地體本身的電阻、接地體與大地的電阻之間的接觸電阻以及土壤散流電阻。由于對接地電阻數(shù)值起主要影響的部分土壤散流電阻，而影響土壤散流電阻的主要是所處區(qū)域的地質結構形態(tài)和該地區(qū)的氣候水文情況。
（一）地質條件影響
不同地質結構，不同含水率下，土壤的導電性能也就千差萬別，以土為例，具體見下表[1]：
類別 名   稱 不同情況下電阻率的變化范圍（Ω.m）
  電阻率近似值（W．m） 較濕時（一般地區(qū) 多雷區(qū)） 較干時（少雨區(qū) 沙漠區(qū)） 地下水含堿時
    
土 陶粘土泥炭 泥炭巖 沼澤地黑土 圓田土 陶土粘土砂質粘土黃土 10205060100200300400 5～2010～3030～10030～10030～300100～200100～1000---- 10～10050～30050～30050～30080～10002501000---- 3～103～3010～3010～3010～303030～100----
在上表中可以明顯的發(fā)現(xiàn)地質土壤的不同和水文條件的不同對接地電阻的影響程度，特別是各個地區(qū)的氣候變化，使得地下水位隨季節(jié)變化后同一地點的接地網(wǎng)電阻也會發(fā)生明顯變化。
（二）接地網(wǎng)的結構形式
接地網(wǎng)的結構形式主要是指接地材料的選型、接地網(wǎng)的尺寸、網(wǎng)格、接地極配置等方面對接地電阻的影響。
接地材料的不同也會對接地電阻的有較大影響，例如：在北方凍土層區(qū)域采用石墨等非金屬接地材料更有利于保持接地電阻的穩(wěn)定。
由于接地體之間的具有互相屏蔽的作用，因此接地網(wǎng)格大小以及接地極之間的距離對接地電阻的降低效率有著明顯差異。
美國《電磁兼容性設計手冊》認為從經(jīng)濟性考慮，接地網(wǎng)應盡可能覆蓋面積大以降低接地電阻，而且網(wǎng)孔數(shù)不宜多余16個。
三 降低接地網(wǎng)接地電阻的方法
降低接地電阻的方法除了利用河流、地下水、建筑物等自然條件降低接地電阻、改良土壤和規(guī)范施工方法保證接地網(wǎng)施工質量等常規(guī)方式外，還有以下幾種方式：
（一）利用地質結構降低接地電阻
通過地質結構降低接地電阻的實質就是將接地體與土壤電阻率低的土壤層相接觸以便降低散流電阻，最典型的就是深井接地和深埋接地。
在同電阻率的單層土壤中，由于降阻率的變化與接地極長度的平方成反比，所以當接地極的長度超過一定長度后對接地電阻的降低效果的影響是有限的。
而且從施工成本角度來講，接地井的開挖或鉆孔成本會隨著深度的加大而大幅度增加。一般在單層土壤中接地極的長度在3米以下，以2.5米居多。
因此，只有在深層土壤的電阻率比表層土壤低時，加大接地極長度延伸到低電阻土壤中才會進一步降低接地電阻。原因是垂直接地極將故障電流直接引入深層的土壤內，如果深層的土壤電阻率比上層要高就起不到提高散流的目的。接地極對接地電阻的影響效果還與兩層土壤之間的反射率有大小直接有關[6]。
在設計和安裝接地極（特別是深井接地極）的時候還應該注意接地極之間的屏蔽作用[2]，一般要求接地極間距離為接地極長度的2倍。
另外，由于高寒地區(qū)的凍土層厚度會隨氣溫變化出現(xiàn)變化，而且水在變成固態(tài)冰后，電阻率會出現(xiàn)大幅度提高，因此必須嚴格根據(jù)凍土的變化規(guī)律來埋設接地網(wǎng)[7]。
由于大多數(shù)區(qū)域的地質結構都是很多層不同電阻率的土層所構成的，而且土壤的分層排列是隨機的，沒有固定順序。在進行接地設計時必須進行仔細的地質實地勘探，分析土壤的分布結構，然后通過設計計算合理布置接地極來有效減小接地電阻。
（二）利用導電性好的接地材料降低接地電阻
使用電阻率低的接地材料也可以很好地降低地網(wǎng)的整體接地電阻值，例如選擇銅絞線、銅排、非金屬等接地材料來直接降低接地網(wǎng)的電阻值。
非金屬接地模塊是由高純度的石墨鱗片與金屬電極高溫鍛造而成。模塊保留了石墨的導電性能，其特有的網(wǎng)絡空隙也形成了許多放電通道。在埋入地下后會向周圍土壤不斷釋放離子，并在雷擊放電后能夠形成不可逆轉的碳化通道，可以進一步降低土壤電阻。由于模塊的波浪形表面加大了接地體與土壤之間的接觸面積，增加了散流面積，降低了散流電阻。[3]
（三）利用降阻劑降低接地電阻
一般是在接地體周圍填充一定體積的降阻材料，利用降阻材料電阻率低的特性以及擴大與土壤的接觸面，提高散流性能，最終實現(xiàn)接地電阻的降低。對于山區(qū)、高土壤電阻率以及北方干旱地區(qū)使用降阻劑對接地電阻的降低能起到較好的效果。
在山區(qū)高阻區(qū)域除了采用普通的挖溝外，還可以采用鉆孔和爆破制造裂隙的方法提高降阻材料的滲透范圍，通過增加毛細接地根來擴大與土壤的接觸面，降低電阻。
在高阻區(qū)還可以采用新型的電解離子接地極（IEA），離子接地極是由銅合金的空心管和內部的特制電解離子化合物組成。其工作原理是由于大氣壓力的改變和自然空氣的流動，促使空氣流入接地極的頂部通氣孔，使空氣與接地極內的金屬鹽化合，經(jīng)過吸濕處理形成電解液。這些電解液會叢接地極底部滲出，向四周擴散形成接地毛細根，從而持續(xù)降低土壤電阻。
由于其具有高性能的長效降阻性能，已經(jīng)逐漸被很多在建的核電項目所采用，用于替代常規(guī)的鍍鋅管材或型鋼接地極，例如世界首臺AP1000的三門核電機組就設計采用了離子接地極和銅接地網(wǎng)配套建立接地系統(tǒng)。          
（四）采用合適的接頭連接方式降低接地電阻
在接地材料的連接方式主要是焊接、機械壓接和螺接等幾種，其中焊接相比其他連接方法的電阻要小，在焊接方式中的熱熔焊接方法形成的連接電阻最小。
四 結論
接地系統(tǒng)是關乎電力系統(tǒng)正常運行以及減小事故面積的最后保障，接地系統(tǒng)設計前必須進行詳細的勘察，然后綜合利用各種降低接地電阻的措施，確保接地電阻滿足系統(tǒng)運行需要。在使用各種接地電阻降低措施的時候必須確保長效性與穩(wěn)定性，同時兼顧環(huán)境保護和資源節(jié)約。
參考文獻
1、中國電力企業(yè)聯(lián)合會：GB50169-2006電氣裝置安裝工程接地裝置施工驗收規(guī)范，中國計劃出版社，2006年；
2、陳先祿、劉渝根、黃勇編箸：接地，重慶大學出版社，2002年；
3、濮方正：稀土防雷防腐降阻劑接地應用實例，全國電網(wǎng)中性點接地方式與接地技術研討會論文集，2005年；
4、張明峰：變電站接地網(wǎng)的研究，東南大學論文，2006年；
5、李生林：特高壓接地系統(tǒng)優(yōu)化設計及降阻措施的研究，西南交通大學論文，2008年；
6、高延慶、曾嶸、何金良、梁曦東：雙層土壤結構的簡化分析，清華大學學報（自然科學版），2002年；
7、王小英、張賽忠、鄭鴿：降低山區(qū)接地電阻的若干措施，防雷與接地，2009年；