一、说明

接地装置在电力、电子系统中是很重要的，承担着将电力故障电流、雷电流、静电等有效导入大地，减小跨步电压的任务。接地的防腐蚀性能对安全接地起着至关重要的作用。使用传统的镀锌钢材作为接地材料的应用越来越少，以铜材为主导的接地材料越来越被广泛应用。

二、接地设计

据现场勘察及用户提供的图纸资料：

n当地土壤含石量较大，地表土层多为碎石及风化岩石所生成的红土，土层下多为岩石，土壤呈碱性，具有一定腐蚀性。

n原变电站内设置有一组主接地装置，为垂直接地极及水平接地极组成，垂直接地极为2.5米长50×50×5镀锌角钢，水平接地极为40×4镀锌扁钢，接地极埋深为400mm，地网面积约3450平米；

n四支避雷塔分别设有半圆型独立接地装置，半径为5米，总面积为150平米；

n在变电站的左侧及后侧有外引接地装置，但图纸中没有提供相应资料，按实地勘察情况分析，预计总面积约有1000平米；

n现有接地电阻经实测为5.8Ω（据供电公司提供的情况，原有测量值为雨后测量，阻值为4.16Ω），用户要求接地电阻降为1.2Ω以下。利用电阻并联原理计算，并考虑接地装置的并联并非简单的电阻并联关系，其屏蔽效应对总接地电阻有一定影响，新建接地装置的接地电阻至少应控制在1.21Ω以下，才能与原地网联接后达到要求。现按1Ω设计接地装置，以保证整体接地装置完全满足要求；

n经现场用四极法测量计算（测量接地探棒间距为10米，打入地面40cm），接地测量仪读数分别为270、810、850，按公式计算，土壤电阻率最低约16956Ω·m，最高为约53380Ω·m；而根据原有地网的阻值及占地面积（站内面积与外延接地网面积之和），利用人工接地装置计算公式计算，其土壤电阻率约为800Ω·m，考虑土壤电阻率分布不均的因素，可按1000Ω·m计算；测量值与计算值两者间相差甚远，分析属测量仪表或主地网中的泄漏电流引起的测量不准确导致，应以按接地电阻反算的土壤电阻率为设计参考依据；n现场环境为山脚下，土壤条件不理想，除已设有外引接地体的后侧及左侧外，正门前的可使用施工面积大约为5600（70×80）平方米左右；

根据我公司多年的接地工程经验，接地网的改造主要可选方式有如下几种，现一一分析说明：

1、外延接地体，增加接地面积及接地极与土壤的接触面积。

按前面的分析，若要新建地网做到达标的要求（1.21Ω），外延的接地体的应使用垂直与水平接地体复合的方式埋设，其面积按接地网的接地电阻计算公式计算，ρ取1000，R取1.21，得S应为170753平米。而变电站外的后侧及左侧原已设有外延接地体，已无再重新设外延的条件，右侧为陡峭的山坡也没有施工条件。只有在变电站的前门外的空地处可施工，但总面积只有5000余平米，根本达不到外延接地体所需要的施工面积要求。而且，普通的钢铁材料在碱性土壤中的防腐问题在此也较为突出。

因此，单独的传统接地方式外延不能满足降阻的需求，在此项目中不适用。

2、打深井，深埋接地极

深埋接地极只在含砂量大的土壤环境中效果较为明显，而且受环境影响小，而在一般土壤及含岩石较多的土壤中效果并不很理想。根据理论及实际施工经验表明：在含砂土壤中，含砂层一般都在表面层，在地层深处的土壤电阻率较低，在这类土壤中接地极埋深的作用很大，同时可避免因土壤受环境温度、湿度引起的接地电阻变化。

深埋接地极要求接地极间的距离大于20米，以减小因屏蔽效应带来的对接地电阻的负面影响。

现场环境并不符合深埋接地极的前提条件：

首先，土壤含砂量不大，多为碎石及岩石，深层的土壤电阻率较表层的差异并不明显；

其次，现场的可施工面积有限，在保证接地极间距离的情况下，可深埋的接地极数量有限；

按深埋接地体20米计算，取20米处土壤电阻率为表层的50（500Ω·m），接地材料选用40＊4镀锌扁钢，利用公式及

式中：h　为覆盖层厚度，取1米

　　　l　为深埋接地体长度

　　　d　为深埋接地体直径

分别计算等效土壤电阻率及深埋接地电阻，ρ为488Ω·m，单支深埋接地体的接地电阻为24.7Ω；10支深埋接地体的等效接地电阻考虑利用系数后的计算值为3.1Ω，与原5.8Ω的接地网并联后的接地电阻最小为2Ω，如考虑利用系数将超过2.5Ω。

因此，深埋接地极并不适合本项目对接地电阻的要求。

3、换土、使用降阻剂。

换土的方法是用粘土、黑土及砂质粘土等代替原有电阻率较高的土壤，转换的范围是在接地极0.5米内和垂直接地极上端的1/3处。这种方法在接地极附近有电阻率较低的土壤时最有效，否则不仅因远距离运输增加费用，而且土壤性质也会发生改变，达不到使用要求。而本项目如采用大面积外延钢质接地极和换土的方法，土方更换的量将非常大（按施工面积70×80米，接地沟间距10米计算，接地沟总长度为1270米；以沟宽度0.5米、置换土壤深度0.5米计算，需换土320立方米），仅购土及运输费用将在2万元以上，且因施工面积不足，即使更换土壤也达不到要求的接地电阻。

而在接地沟内使用降阻剂，以水平接地极四周各覆盖10CM统计，用量预计为25Kg/m，1270米共需降阻剂31吨，以每吨3000元计算，只降阻剂就将近10万元。

而接地电阻R在使用降阻剂后的阻值可用公式　　　　　　　　R＝计算，其中d1为降阻剂填充后的直径，d为水平接地极等效直径，L为水平接地极长度，ρ为土壤电阻率；A为形状系数，按地网取1.69。其余采用上面统计的数据，计算得到在门前空地范围内全部以10米间距挖沟填充降阻剂后的接地电阻R＝2.2Ω，还未达到要求。

所以，利用传统的降低接地电阻的方式并不能有效地将接地电阻降低到系统要求值。同时，即使上述三种方法共同使用，也还是不能达到要求：在洲湖站就是同时使用了上述三种方式，打了8个20米深的接地深井、外延了上千平米的接地极和使用了4吨降阻剂，但与原接地网连接后总接地电阻依然在1.26Ω。而且，该站的土壤条件好于宁冈站，电阻率约为600Ω·m，而宁冈站的土壤电阻率在1000Ω·m，采取与洲湖站相同的接地改造方式并不能达到相同的效果。

4、使用非金属接地模块。

非金属接地模块是一种以非金属材料（高碳石墨）为主的接地体，它由导电性、稳定性较好的非金属矿物和电解物质组成，它在生产过程中与极芯（钢材）挤压成为一体，由钢材作为连接引线，与其他接地模块或接地线相连接。接地模块施工时，同传统接地方法类似，不同的只是它不能承受较大机械力冲击，只能放置在挖掘好的坑内，放置好后回填细土夯实并浇水充分湿润。

优点：

Ø产品价格低

Ø与传统材料相比降阻效果较好

Ø产品本身耐腐蚀能力好

缺点：

Ø该产品由导电的高碳石墨与钢材组成，电阻率为≤4Ω·m。两者间的结合处存在较大的接触电阻（这就是产品电阻率大的主要原因），当接地模块瞬间通过大电流时，电流在接触电阻上将产生热效应，使其内部水分急剧膨胀而产生机械力。而石墨本身承受机械力的能力很差，很容易因电流产生的机械力而破裂甚至碎裂，从而失去本身的接地性能。

Ø模块自身的石墨没有后续补充成分，长时间使用中在地下吸收水分潮解后会向土壤中渗透、流失，而减小与土壤的接触面积，影响接地电阻值。

Ø板状接地模块因自身设计的原因不能深埋于土壤中，而土壤中电阻率较低及较稳定的部分通常处于地表下2－3米的深处，如模块采用常规挖掘的方法埋于地下1米深处依然会受温度、湿度的影响而影响接地电阻的稳定。

Ø柱型接地模块自身的长度也不能满足埋于土壤电阻率低和稳定的土层中，在使用中常需要两根或多根连接在一起使用。在连接时需用专用连接管作为连接体，这样会增加接地极本身的电阻，对雷电流的快速泄放不利。

多套接地模块并联使用时，其连接导体只能采用钢材用普通的焊接方法连接，这样与传统接地法的水平连接并无异处。而无论是连接用的钢材还是其焊接点，耐腐蚀的能力并没有得到改善，同样面临着维护及材料腐烂的问题。

单个非金属接地模块的接地电阻约为0.3ρ，达到规定接地电阻时的用量计算公式：n=0.3рK/R，K为系数，一般取0.65～0.85。这里按接地电阻1Ω、K取0.8、土壤电阻率为1000计算，所用接地模块为240套，其按每模块间的距离5米计算，占地面积至少为6000平米（100×60米），施工面积大，土方开挖量大。而价格按每套模块价格600元计算（参考市场行情），模块总价格为14万元以上，工程总造价偏高。

5、离子接地单元。

离子接地单元由铜合金接地极、内离子填充剂及外离子填充剂组成。其中的外离子填充剂能有效地降低接地极周围的土壤电阻率，并隔绝金属接地极与周围土壤、空气的接触，避免了金属接地极在恶劣环境中的腐蚀，同时它还能吸收并保存土壤中的水分，使自身的有效成分持续向周围土壤渗透。产品中的铜合金接地极是由铜及其他稀有金属材料用特殊工艺制成并做抗氧化钝化处理，自身导电性能优异，在空气中的腐蚀氧化速度极慢，内部离子填充与外层填充剂有效成分相同的高浓度填充物，在吸收水分潮解后通过底部的小孔向外缓慢渗透，不断补充外层填充剂随土壤中水分流失的有效降阻成分。由于其优异的抗氧化性及离子补充设计，使单套接地单元的使用寿命可长达30年以上，且接地电阻值常年保持稳定，变化幅度极小，非常适合于各种系统的接地装置中作为垂直或水平接地体应用。

各接地单元间的连接采用大截面铜质导线作为水平接地体，将多组接地单元连接为大型接地网后，足以保证接地的效果符合系统要求并免去日后的大量维护工作量与资金投入。

依据人工接地体简易公式计算，单根普通钢材垂直接地电阻值R=ρ/l，其中l为接地体长度，ρ为土壤电阻率。长效离子接地单元的单个产品的垂直接地电阻Rc＝0.07·ρ/l。根据土壤情况及土壤电阻率计算，选用长度为2米的接地单元，普通钢材单支接地极用垂直埋设的方法接地电阻为500Ω以上，离子接地单元单套接地电阻值理论值可达到35Ω。按多支接地极并联后接地电阻计算公式Rnc=，其中n为接地极数量，η为并联调整系数（按接地极数量不同可取0.65～0.85，这里取0.8）。依据此公式及前面提出的接地电阻小于1Ω的要求，计算得到所需接地单元数量约为45套。

水平接地体可采用大截面铜导线（95mm²）或Φ16铜包钢，并在水平接地体周围埋设适量填充剂，可使水平接地电阻值在一定程度上有所降低。

当安装完成后测量电阻值，如与要求有小幅度偏差，可等候一周至两周时间再做测量，电阻值可达到要求。因产品在安装后填充料尚未向周围土壤中渗透，与接地极和周围土壤间的接触并不十分紧密，在经过一段时间后，填充料自身略有膨胀，与内外接触变得紧密后，其间的接触电阻将大幅度下降，同时填充料内的有效离子成分溶解于地下水向土壤中扩散，在一定范围内使土壤中导电离子大量增加，从而直接降低土壤的电阻率，而接地电阻的主要决定因素就是接地材料与周围土壤间的接触电阻和局部土壤的电阻率。所以，本产品的接地电阻在安装后一段时间内会明显下降，并最终趋于稳定。

三、施工方法

离子接地单元的安装施工方法与传统接地网的施工有很大不同。施工步骤：

1.在地面上用专用工具打出Φ150mm，深度不小于3000mm的孔。

2.将接地单元所配的填充料用水充分搅拌为糊状，并向孔内注入约500mm深。

3.将金属接地极下端封住小孔的封带去除后垂直放入地上孔中，并上下提放几次使之与填充料充分接触。

4.注意将接地极连接导线引出至合适位置，将其余填充料注入接地极周围的空隙中，将细土回填直至与地面相平，回填土时应适量洒水，分层夯实。

5.多套产品并联安装时，各接地极间距离不小于5米，可呈网格状埋设。

6.各地极引出线相互并联或与机房接地干线连接时，必须焊接。为保证焊接的可*性及耐腐蚀性，应使用新型的火熔焊接法。

7.各接地极间及与机房接地干线间的连接应使用95㎜²铜导线。

8.待全部埋设并连接完毕后测量接地电阻。两周后进行复测。

接地施工示意图