农网中低电阻模块的实例应用

在电力系统中，为了保证设备和人身的安全及电网的安全运行，需要各种类型的接地。一般情况下，理想的接地效果是通过敷设人工接地装置的方法来实现的。由于接地装置的接地电阻值往往受到地形、地质、材料、敷设等条件的影响或限制，往往达不到设计需要，所以要引起足够的重视。
1 传统接地所采用的方式
从采用的材料看，一般采用热镀锌钢材（如扁钢、圆钢）、铜材及其他接地材料，也可以借用自然接地体，还可以通过添加粘土、盐或降阻剂的方式来降低接地电阻。
埋设方法可采用垂直埋设、水平埋设、深井埋设、深井爆破作业埋设、混合埋设等。在一个接地装置中可以灵活采用多种埋设方法。
接地装置的相互连接，大多采用搭接的方式，其焊接长度扁钢不小于宽度的2倍（且至少3个棱焊接），圆钢不小于其直径的6倍。焊接时应采用涂刷沥青漆等方式防腐。在回填时必须要边回填边夯实，细土回填，接地带不得接触硬物。
2 低电阻模块接地的特点
低电阻接地模块（以下简称模块）其外观见图1，是一种以非金属材料为主的接地体，它由导电性、稳定性较好的非金属矿物质和电解物质组成，内置金属芯，与被保护对象的接地极相连。它增大了接地体本身的散流面积，减小了接地体与土壤层间的接触电阻。具有以下特点：接地电阻低而稳定；无毒、无害、不污染；具有优良的吸湿保湿能力，通过释放电解质改善周围土壤的导电特性，获得低而稳定的接地电阻；抗酸、碱、盐腐蚀，使用寿命长；可用于沙漠、戈壁、盐碱地、高原和常年冻土带等恶劣地质条件的地区。
3 传统接地方式与低电阻模块方式接地效果比较
3.1 从理论计算看模块的降阻效果
计算在相同土壤电阻率（100 Ωm）条件下，采用单根2 . 5 m等边角钢（ ∠ 5 0 × 5 ） 和采用单个模块（ZGD-I-2）在垂直敷设条件下的工频接地电阻。垂直接地体工频接地电阻Rj计算公式
Rj = ρ /(2πL)×ln(4L/d)
式中　ρ ——土壤电阻率（Ωm）；
　　　L——垂直接地体长度（m）；
　　　d——接地体直径（角钢为边宽）（m）。
单个模块的接地电阻计算公式
Rj = ρ /(2πL)×ln[4L(L + 2h)/d(L + 4h)]×M0
式中　ρ —— 埋置地层的电阻率（Ωm）；
　　　L ——Ⅰ型模块的长度（m）；
　　　d ——Ⅰ型模块的直径（m）；
　　　h ——接地模块的埋置深度（m）；
　　　M0 ——模块调整系数（ZGD-Ⅰ-2型取0.35）。
分别套用上述公式，可以得出∠50×5等边角钢和模块ZGD-I-2垂直敷设的接地电阻。角钢垂直接地体的工频接地电阻为87.10 Ω，模块的工频接地电阻为17.75 Ω，仅为角钢工频接地电阻的20%，参见表1。
3.2 从实际应用看模块的降阻效果
3.2.1 变电站主接地装置改造的实例
岫岩农电局红旗变电站主接地装置采用混合型接地网（见图1），敷设面积为896 m2，接地体总长度146 m，埋设深度1.6 m，原计算接地电阻3.6 Ω，敷设后实测值为4.8Ω。产生误差的主要原因是在敷设前没有细致地测量土壤电阻率，只是通过观察土质的情况，采取了一个经验值。利用实测的接地电阻值和相关数据进行估算，该地的土壤电阻率应为280 Ωm（计算步骤略）。
其水平接地装置敷设大致处于地表下20 cm，接地体周围覆盖20 cm厚黄土，然后整体回填砂石料1.4 m深，接地体周围土质效果受到影响。垂直接地体采用大锤砸入地下，未采用开挖的方式埋设，接地体入地角度和深度与设计存在差距，这些都会对接地电阻值产生不良影响。
2006年4月，该变电站的主接地装置加装模块20块，采用水平敷设方式，安装地点为水平方格网的交叉点，安装距离4 m。
使用的模块ZGD-Ⅱ型，水平埋置，单个模块的接地电阻公式
并联后的总接地电阻公式
式中　M0 ——模块调整系数（ZGD-Ⅱ-1型取0.33）；
　　　n——接地模块个数；
　　　η——模块利用系数，可采用0.55～0.85，计算取折中0.70；
　　　a——模块长度，取值0.5 m；
　　　b——模块宽度，取值0.4 m。
利用上两个公式可以算出，在水平敷设，土壤电阻率280 Ωm的条件下，20块模块并联水平辐射的接地电阻为3.25 Ω。
由模块组成的水平接地装置与原接地网构成一个整体，并且在模块周围添加了粘土以增加降阻效果，所以其接地电阻值会更低。第二年春季的实测值为2 Ω，基本达到预期效果。
3.2.2 防雷接地网改造的实例
2006年，岫岩农电局洋河等四座变电站5处防雷接地装置试验不达标，虽然多数接地装置在敷设时已采取过必要的技术措施，仍达不到规程规定的10 Ω以下的标准。其接地装置均存在地形受限制、敷设面积小、土壤电阻率较高、砂石层多的实际情况。如采用传统的接地方式 ，因无法增加接地体面积，只有通过增加接地材料的规格或者添加降阻剂等措施，难度较大。本次接地装置改造主要依据以下几条原则：在原有接地装置的基础上，采用加装模块的方式降低电阻，根据具体情况一处加装2～4只；采用开挖地槽的方式，水平安装模块，并在模块周围各加20～40 km粘土，填实，以改善土质；模块埋设深度不低于1.2 m（低于冻层），距离不小于4 m；在焊接时，注意搭接长度和多面焊接，焊点采取防腐措施；新的接地装置与原接地装置可靠相连。
改造后实测的接地电阻值如表2所示（需要说明的是改造前后均采用同样的测量方法，使用相同的试验仪器，以消除因试验工具、试验方法不同带来的误差），可以看出，通过加装模块后，5处防雷接地置的接地电阻值均明显下降，阻值下降率大约为改前接地电阻值的36.11%～53.57%，对于不能达到规定10 Ω以下的，可以继续进行改造，达到规定值。