浅析高压试验大厅接地系统
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【摘 要】接地系统是高压试验大厅非常重要的组成部分，良好的接地能起到均压、稳定电位的作用，要求接地电阻越小越好。对高压试验大厅接地系统中接地电阻计算、接地措施和接地体的结构等几个重要问题进行了介绍并进行了初步分析。
【关键词】高压试验大厅；接地电阻；接地系统
1.前言
高压试验大厅电气设计主要考虑三点：接地、屏蔽与安全，本文仅对接地系统进行探讨，接地是高压试验大厅能否良好运行的关键之一。接地系统除了满足常规工作接地与保护接地的需求外对于保证测量用仪器仪表的可靠性和准确性预防低压控制接线在冲击试验时遭受过电压危害、消除其他试验设备运行受冲击试验的影响都起着至关重要的作用。良好的接地系统还可以降低来自外部的电磁波干扰水平，提高试验大厅的屏蔽效能。
2.高压试验大厅接地系统的重要性
接地是指通过可靠的金属引线，将设备外壳或其他需要接地的部分连接到接地装置上去。接地从功能上分为工作接地和保护接地，前者是为了保证系统电位的稳定性，保证设备正常工作；后者是为了减少和消除由于绝缘不良而使金属外壳带电时造成的电击危险，或消除感应电产生的触电危险。
根据电力行业标准DL 560‐1995《电业安全工作规程（高压试验室部分）》第1.4.1条规定“高压试验室（场）必须有良好的接地系统，以保证高压试验的测量准确度和人身安全。接地电阻不超过0.5Ω…”。
表1所示是国内外部分试验厅接地电阻情况。
3.接地电阻的计算
埋设电极的土壤和岩石的电阻率，是限制对地低电阻接触的基本因素，一个大地电极分系统的对地电阻，通常可以用下列电阻基本公式计算。
R=ρ l/S=U/I （1）
式中：ρ ——导电材料的电阻率（Ω·m）；
l ——大地中电流流动的通路长度（m）；
S ——导电通路的截面积（m2）；
I ——流入电极的电流（A）；
U ——相对于无限远的点所测得的电极电压（V）。
电阻率随着土壤类型的不同会发生很大变化。因此，需要把土壤的类型分类，并根据标准中相应资料查询对应的电阻率。但是，由于实际场地并非总是可以确切地查明土壤类型的。并且，由于土壤有相当的不均匀性，查表估计的电阻率很容易偏离2～3 个数量级，因此，当估计的电阻率不能满足设计要求的精度时，精确地确定土壤电阻率的唯一办法是进行实地测量。
测定土壤最常用的现场方法是：在给定体积的土壤内注入已知电流，然后测量此电流流过土壤时产生的压降，并根据式（1）的修正公式来确定土壤电阻率。具体测定时，通常采用的方法有单电极法与四电极法，其原理在GJBZ 25‐1991《电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南》中有详细介绍。
在估计/测定土壤电阻率的基础上，对于不同的接地极，可根据不同公式进行接地电阻的计算。
垂直接地极的接地电阻计算公式如下：
R=ρln（4l/d）/2πl （2）
水平接地极的接地电阻计算公式如下：
R=ρ[ln（l2/hd）+A]/2πl （3）
复合接地极的接地电阻估算公式如下：
Rn=ρ/4r+ρ/l （4）
（2）、（3）、（4）式中：
ρ ——土壤电阻率（Ω·m）；
d ——接地极等效直径（m）；
h ——埋设深度（m）；
l ——接地极长度（m）；
A ——形状系数；
S ——接地网的水平投影面积（m2）；
R ——与S 等值的圆的半径（m）。
可以看出，要降低垂直接地极的接地电阻值，必须加长垂直接地极的长度；要降低水平接地极的接地电阻，必须加长水平接地极的长度或加大接地网的水平投影面积；要降低复合接地极的接地电阻，必须加大接地网的水平投影面积及加长垂直接地极的长度。
4.高压试验大厅的接地措施
可以采用多根垂直接地极以降低接地电阻，然而，由于电极间的相互影响，如果两根或两根以上的电极间隔很近，则没有一根能获得其总的有效电阻，N 根电极并联所获得的电阻也不能成为一根电极电阻的1/N。因此，采用多根密集的垂直电极，若用每欧姆接地电阻的
在一组接地极中，垂直打入的接地极间的间隔至少应等于或大于单根接地极长度的两倍。多根等长度的垂直接地极，当接地极长为1，间隔为a 时，其接地电阻估算公式如下：
R=ρ[ln（4l/r）‐1+2l ln（2N/π）/a]/2πlN （5）
方阵排列的垂直接地极接地电阻估算公式如下：
R=R0/KN （6）
（5）、（6）式中：
ρ ——土壤电阻率（Ω·m）；
r ——每根接地极的半径（m）；
l ——接地极长度（m）；
N ——接地极的数量；
R0 ——一根接地极的电阻（Ω）；
K ——电阻系数。
接地系统必须设计成既要具有低的对地电阻又要减少地表的电位梯度，一般都将水平接地极或电线在每个交叉处都搭接起来，形成一个方形或矩形格栅的对地电阻，其电阻计算公式如下：
R=ρ（1/2de+1/lwl） （7）
式中：
ρ ——土壤电阻率（Ω·m）；
lwl ——所用导体的总长度（m）；
πde2/S——格栅所覆盖的面积（m2）；
de ——格栅的有效直径。
美国AFSC-DH1-4《电磁兼容性设计手册》规定，“从设计的经济效益方面考虑，接地网应尽可能覆盖大的面积以降低其接地电阻，而网孔数不宜多于16个。”实践证明，当接地网孔数大于16 个时，接地电阻的减小很慢。因此，要降低高压试验大厅的接地电阻，不能简单的采用加密格栅的方法，而在实际中，接地网的面积受场地的因素限制，也不可能过大，要降低接地电阻，只有采用垂直接地体配合的复合接地形式，复合接地极的接地电阻计算公式为： R=ρ（0.22‐0.007l1/l2）（1+B）/+ρ[ln（S/hd）‐5B]/2πl（8 ）
B=1/（1+46h/S）
S= l1l2
式中：
ρ ——土壤电阻率（Ω·m）；
d ——接地极等效直径（m）；
h ——埋设深度；
l ——接地体总长度（m），含垂直接地体在内；
l1 ——地网水平长度（m）；
l2 ——地网水平宽度（m）；
可以看出，当垂直接地体长度相对地网面积较小时，垂直接地体对降低接地电阻的作用并不明显，这是由于接地极在均匀土壤电阻率的浅层有较大的降阻作用，水平接地体对接地电阻的影响要大大高于垂直接地体。因此，一般来说，在接地系统的设计中，应尽可能扩大水平接地网的面积，在水平接地体的接地电阻打不到要求或需要进一步降低接地电阻或快速散流时，才辅以垂直接地体。
5. 单根 导体深层接地与屏蔽效能的关系
由于工厂区（车间、工业装备基础和接地体等等）的地下表层内会有各种“共模”干扰电流流过，还有地下浮动电位金属体的静电耦合作用等。他们都将使局部放电测量回路接收到干扰杂波，影响高压试验大厅的屏蔽效能。因此，对于局部放电测量回路及大厅屏蔽层来说，接地体不能用钢筋网，而应用单根铜杆（管），且至少要穿过地下浅表层至少10m 以下的深层。
6.结论
接地系统是高压试验大厅中非常重要的部分，但是由于实际情况的复杂性，往往理论计算与工程实际很难达成一致。本文仅从理论方面介绍分析了接地电阻的计算、接地方式选择等问题，并就单根导体深层接地与屏蔽效能的关系这一高压试验大厅接地系统设计中特有的问题进行了初步的探讨。
参考文献：
[1]DL 560--1995电业安全工作规程（高压试验室部分）[S]
[2]SDJ 8—79电力设备接地设计技术规程[S]
[3]马建国、张仲大、丁一工等 高压大厅的接地措施及效果分析[J]安全与电磁兼容 2002（5）：12-13
[4]韩志萍、袁泉、朱江 垂直接地极对发电厂、变电所地网接地电阻的影响分析[J] 西北电力技术 2005 33（1）：33-35
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