降低高土壤电阻率地区接地电阻新方法研讨

摘要：介绍降阻情况，接地电阻“区域”概念，新型降阻剂与空腹接地的应用与比较，对今后改进工作、选材及施工方法进行研讨和提出建议。

Abstract： This article introduces the resistance reduction condition， region concept of ground resistance， and the application and comparison of the new resistance reducing agent and hollow grounding. Suggestions are put forward for work improvement， material selection and construction method in the future.

关键词：高土壤电阻率地区；降低接地电阻；研讨

Key words： high soil resistivity area；reduce the grounding resistance；discussion

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）36-0161-03

1 概述

我国自上世纪70年代研究开发化学降阻剂，改进传统降阻方法，30年来研制出多种新产品，应用后效益显著，也出现一些问题有待改进。本文拟据此研讨和提出一些建议。

输电线路经过高土壤电阻率地区（以下简称高ρ区），多为高大山区交通及运输不便，线路易受雷击成为主要问题，当地质为岩石（如砾石、碎石、花岗岩等或多石土壤、砂砾、土夹石与页岩等，其电阻率ρ值高达500～1000Ω・m，传统方法很难改善接地电阻达到规程[1]要求。设计采用放射型接地敷设4～6根射线或更多，需要开凿土石方数十m3，耗费众多的人力、财力（含赔偿），仍难解决接地电阻高达百欧、数百欧的难题。为此开展的科研研制出不少新产品，应用后有一定效果，也有待改进之处。

2 机理

2.1 采用一定量的降阻剂围在接地极周围，扩大了有效直径，提高了导电性能，减少了与土壤的接触电阻。接地体、降阻剂与土壤电阻比较见表1。

由表1中可看出：化学降阻剂ρ值比金属（钢、铝、铜）ρ大105倍；不同土壤ρ值比降阻剂ρ大103～104倍，即充填降阻剂后，接地极周围的ρ值可下降千倍至万倍。

2.2 降阻剂有效直径的求算[2]

设半球形电极处于均匀土壤中。

2.2.1 从电极表面r到半径为rn的总电阻Rn为：

可以看出：从电极中心2r处的接地电阻占总接地电阻的50%，到20r处占95%，到30r处占97%，这就是接地电阻的“区域”概念。所以只要设法减少接地极附近的电阻，即增加电极旁土壤的导电度（置换降阻剂），就可大幅度降低总的接地电阻。设采用Φ12mm圆钢做接地极，则20r=120，30r=180mm，即降阻剂直径为240mm时已改善95%，直径为360mm时已改善97%。

3 新型化学、物理降阻剂与空腹接地

3.1 化学降阻剂：用电解质做导电剂，为防导电剂流失配上絮凝剂，再加上固化剂成胶乳状即可应用，可灌注在水平接地极近旁或垂直接地极孔径中。

①导电性：良好的产品ρ=k×10-1Ω・m，比山地ρ103～104小得多，若按表2 20r-30r灌注，则其导电性能大为提高。问题在于优质的化学降阻剂，对外应近似中性，且电解质被“絮凝”后不易流失，性能达到或优于行标《接地降阻剂技术条件》。

②腐蚀性：良好的降阻剂据试验其ρ≤0.3Ω・m，对钢材腐蚀速度因不同厂家有一定分散性，且不同埋设方式下平均年腐蚀率不同[3]：全部埋入土壤中，V=0.0342mm/年；而1/3段长度包覆在降阻剂，2/3埋入土壤中V=0.4442mm/年；全部埋入降阻剂中V=0.0036mm/年。可见如分段包覆应在接口处采取措施。

上世纪90年代中期，一度因某些化学降阻剂本身质量不良，造成对接地极腐蚀严重，某省电力局（公司）曾下文暂时中止使用降阻剂。可见，某些化学降阻剂曾存在过制造质量差的问题，主要原因可能是未选好适当的絮凝剂来保护导电剂，即具有腐蚀性的导电剂不能直接接触接地极。

③长效性：要求降阻剂20～25年性能不变，做到与线路寿命同步。实际上由于化学降阻剂离不开水的作用，当干旱时降阻效果受到影响，而当受地下水不断冲洗时，则将产生电解质的流失积累，故化学降阻剂是逐渐“老化”的。

3.2 新型物理降阻剂：是以固体粉末为导电材料，加胶凝剂、防腐剂、扩散剂而成。如石墨金属矿石（渣）、导电塑料等，属于非电解质。其导电性能基本不受水分影响，不受酸碱盐、高低温、干湿度所限，而直接靠本身导电粉末起到降阻作用。这对于干旱、少雨、高寒地区更适于应用。在高、低温状态下电阻率始终稳定在1Ω・m以下[4]。可经水泡，60℃烘烤24h，停放1周、2周，-32℃冷冻24h，ρ=0.2～0.89Ω・m，可调整接近化学降阻剂的电阻率，而导电性能又比化学降阻剂长效。

另外，将化学降阻剂与物理降阻剂分别包在铁块外面，与未包降阻剂的分别埋于酸性土壤中，60天后检查发现，这三种情况只有包物理降阻剂的金属几乎无腐蚀斑点，其余两种分别出现锈斑及严重腐蚀。

早在上世纪80年代，曾有供电运行单位采用石墨、焦炭、铁粉等原状材料降阻，但在近10年来，已研制成接地模块，导电水泥等正式产品，受到用户欢迎。2006年12月，某供电局对采用的新型物理降阻剂总结其效果如表3[5]。

3.3 WJ型空腹式可地面注水接地装置（以下简称空腹接地）

外形似一椭圆形空腹铁罐，内装粘土并注水，埋设于电杆根部或铁塔四脚的基础坑中。当新建工程采用时，可结合基础工程施工，毋须另挖接地沟（坑）。且因埋于杆塔基坑内，开挖面小，适用于开挖难度大的坚硬岩石地区，埋设较深，不易被盗[5]。

DL/T621-1997规程及若干书籍，未提及这种新产品的接地电阻计算方法，文献[6]对其接地电阻计算进行了研究，建立计算模型时采用“镜像法”，“其接地电阻是全空间下接地电阻的2倍”。利用表面电荷法计算接地电阻

3.4 三种降阻方法比较（见表4）

综合以上利弊，建议推广使用物理降阻剂及空腹接地，在外力破坏严重地区，要谨防接地引下线及放射线的被盗。

4 结束语

4.1 输电线路经过高ρ区，尤其ρ>2000Ω・m地区，当无降阻措施时，规程要求“可采用6～8根总长度不超过500m的放射形接地”。其土石方量高达100m3，而Ф10mm放射线500m的耗钢量近310kg，且赔偿费巨大。从不利于自然植被及环保出发，更不可取。

4.2 在高ρ区，推荐采用物理降阻剂与空腹接地的方法，即物理降阻剂做水平接地，而空腹接地做垂直接地（见图4）。

经工程实践在ρ=2000Ω・m时，

减少土石方量（500-160）×0.2m3/m+4m3（指4个垂直电极）=72m3。

4.3 在ρ=1000～2000Ω・m地区，92基杆塔降阻用料平均为：接地模块9块/基，或导电水泥2吨/基，或空腹接地2.5个/基，以上三者接地电阻平均降幅为77.87%、75.20%、82.83%[5]。与不用降阻剂时的多项开支（含赔偿）要少得多，且对环保绿化与自然和谐则采用时显出巨大优越性。

4.4 采用化学接地的费用不高于物理接地，但从技术上看其导电性随时间有下降趋势，其腐蚀性比之另两种方法要大，而且降阻剂中断处腐蚀速度增加一个数量级，其本身对环境污染尚无可资证明为无污染，从环保出发，应到环保部门办理使用手续，有一定难度。故总体上不支持使用化学接地类多种产品。

4.5 空腹接地直径1m时，圆周3m，比Φ10圆钢圆周30mm大100倍，故其与土壤接触面积也大大增加，在施工挖掘基础时安放于边角即可，可减免挖掘水平射线土石方量，其突出优点是符合环保要求和施工期短。故推荐在中、高土壤电阻率采用，在高ρ区则宜与物理降阻剂比较采用。

参考文献：

[1]DL/ 621-1997，交流电气装置的接地[S].

[2]曾永林.接地技术[M].水电出版社，1979.

[3]胡毅，王力农，郑传广.送电线路接地装置采用降阻剂的防腐蚀问题[J].线路通讯，2004（1）：1-3.

[4]张国春，李峻明.降阻剂的降阻机理及两种不同类型的降阻剂介绍[J].青海电力，2004（2）：59.

[5]云南大理供电局2005年科技项目降低输电线路杆塔接地电阻的研究与应用，验收资料，2006年12月.

[6]陈先禄，于王铝，刘渝根.用表面电荷法计算空腹式接地装置的接地电阻[J].重庆大学学报，2006（4）：21-23.