浅析土壤电阻率对接地网接地电阻的影响

        目前在石油化工行业接地网设计过程中，设计人很少涉及到接地网接地电阻的计算，并且对土壤电阻率重视程度不足，设计方式模式化，虽然在绝大部分工程中，是能够满足要求或是现场可以通过一些手段弥补的，但是对于设计人员来说，应当对土壤电阻率对接地网接地电阻的影响有一个基本的了解。本文是作者通过学习接地电阻计算的知识，结合对数据的分析和自身理解做了一些简单分析。

                1 导言

        目前，在石油化工行业电气专业设计工作中，设计人对土壤电阻率对接地网接地电阻的重视程度不足，一方面，在设计前收集资料时，不注意或是收集不到建设单位当地的土壤电阻率，另一方面设计人员在设计接地网时，并未计算过其所设计的接地网的接地电阻能达到一个什么样的程度，而是通过对比周边工程及以往常规的做法，凭借经验以模式化的方式来进行设计，仅是要求接地网接地电阻达到10欧姆或4欧姆。对于大部分的工程满足要求不代表对所有的工程都适用。对所设计的接地网是否能够达到此要求没有一个可以支撑其设计方案的计算，仅依靠经验判断未免有些经不起质疑。

        为了能够对未来设计接地网时能够对其接地电阻有一个预估，对土壤电阻率等参数对接地电阻影响能有一个衡量数据，特搜集了一些接地电阻计算方法的素材，经过一阶段的学习，同时为了说明问题，结合实际项目中的一个接地图来做了一个模型，对计算方法及结果进行了分析，并根据此计算简单谈一谈对公式及数据的理解和认识。

        2 公式的选取

        首先考虑采用针对双层土壤中接地网接地电阻的计算方法。在接地电阻的计算中，土壤的类型、含水量、温度、溶解在土壤中的水中化合物的种类和浓度、土壤颗粒大小以及颗粒大小的分布、密集性和压力、电晕等均能构影响到土壤的电阻率。而在实际工程中，埋在地下的接地体并非处于一个单一均匀的土壤里，随着深度的不同，土壤也会有所差别。

        其次根据实际工程的常用做法，采用立体（复合）接地网的接地电阻计算公式。平面接地网向地层深处扩散故障电流的能力有其局限性，而增加长垂直接地极形成的立体接地网，可有效地利用垂直接地极在底层深处沿水平和垂直两个方向扩散故障电流。可以有效地降低主接地电网的接地电阻，还可以有效地改善垂直接地极顶层上面平面接地网的电位分布。目前项目中大部分接地网都是水平接地体和垂直接地体相互连接，组成了立体的接地网。

        3 计算模型

        图1中建筑物根据其功能对接地网接地电阻的要求是4Ω。其周边接地网的长为La=52.75m，宽为Lc=18m，接地网四角设接地检查井（带接地极），接地极共n=20根，分布于接地网周边，每根长l=2.5m，其直径为d=0.02m，分布于周边接地网上，接地网埋深h=0.8m。假设为在地下H=1.2m处土壤开始改变，即水平接地体与垂直接地体的上半部分处于某一种土壤中（假设为黏土，根据参考文献[2]中的数据，其土壤电阻率按照50Ω·m来考虑）。1.2m以下是与另一种土壤类型接触的垂直接地体的下半部分，分不同的情况，其电阻率分别考虑70Ω·m（模拟土壤含沙石较少的情况），400Ω·m（模拟多石土壤的情况），1500Ω·m（模拟砂、沙砾类型土壤的情况）。

        4 计算过程

        以上各参数代入计算公式，得到计算结果为：

        当下层土壤电阻率为70Ω·m时，接地网接地电阻0.91Ω。

        当下层土壤电阻率为400Ω·m时，接地网接地电阻3.69Ω。

        当下层土壤电阻率为1500Ω·m时，接地网接地电阻9.49Ω。

        5 公式及结果的分析

        从数据中来分析。随着下层土壤电阻率的升高，接地网接地电阻从0.91Ω，3.69Ω到9.49Ω也在升高。最低的数值为0.91Ω，已经超出本工程的要求。但是从中可以看出在某些对接地电阻要求很高（如1Ω）的工程上，只有土壤条件非常好的情况下，简单接地网才可以满足要求，地质情况较差时简单的接地网想要满足1Ω的接地电阻非常困难；其中间的数值为3.69Ω，该数值也能够满足本次工程的要求，但是需要引起注意的是计算数据的偏差，如参考文献[1]中作者所述，此计算方法与计算机的计算误差通长都小于10%，我们在实际计算过后，仍然要考虑计入误差之后接地网的接地电阻是否仍然能满足要求（按照10%考虑误差后，接地电阻值为4.06Ω），然而对于400Ω·m以下土壤电阻率的接地网来说，一般情况下石油化工行业所需要的接地网接地电阻值就都能够满足要求了，偏差也不会太大，即使出现一些偏差，现场可以通过增加几根接地极、多埋几根接地线，再或者添加一些降阻剂等简单方法来处理；本次模拟计算中，得到的最大数值为9.49Ω，该数值已经不能满足本次工程的要求，在实际中需要通过综合多种方法来解决，而我们在设计中，遇到类此情况则需要考虑多设几组接地极，接地网布的大一些、密一些，还要考虑大量的降阻剂等方式，甚至更换土壤等方法。总之，对接地电阻要求较高的情况下，简单的接地网已不适用于高电阻率的土壤。

        另外，在石油化工行业，除了变配电所、机柜间等单元要求接地电阻达到4欧姆以外，其余如装置区等要求接地电阻达到10欧姆即可，所以在工程中若非遇到极恶劣的地质情况或特殊接地电阻的要求，我们所做的设计虽未经过详细計算，也是能够满足的。

        6 结论

        从本次计算中可以看出不同类型土壤（不同土壤电阻率）对接地网接地电阻的影响，在设计中，在不同电阻率的土壤情况下，可以参考本次分析，估计出接地网的设计难度，从而避免设计结果与实际情况差距太过巨大，导致现场无法处理的情况。而且设计前收集资料时，也应该尽可能的详细了解施工现场土壤的电阻率情况，以便对所做的工程更加了解，避免模式化的设计可能导致的错误。