发变电站良好的接地是电力系统安全运行的根本保证。随着电力系统电压等级的不断提高和系统容量的不断增大,接地故障电流和发变电站接地网的面积也不断增大,生产运行部门对于降低地网接地电阻、接触电压和跨步电压,保障电力系统安全、可靠运行的呼声越来越高。要确保人身和设备的安全,维护电力系统的可靠运行,需要改变仅强调降低接地电阻的传统观念,树立主要考虑地面接触电压和跨步电压所带来的危害这一新概念。

　　 在土壤电阻率较低,接地网面积限制相对宽松的地区,降低接地电阻、接触电压及跨步电压并不是特别困难。但是,许多山区或周边环境比较恶劣的变电站所处位置的土壤电阻率比较大;某些建在城市中的变电站接地系统设计则受到面积限制。如何在这些土壤电阻率高、接地网水平扩张裕度有限的地区,使变电站地网设计能够确保设备及人身安全则是许多人都关心的问题。针对工程实际中的具体问题,把设计思路仅仅局限于水平地网显然是不合适的,将接地系统向纵深方向发展是设计的必然思路。实践也证明,增设垂直接地极对于降低地网接地电阻、接触电压和跨步电压是一种行之有效的方法。

垂直极对消除季节因素影响的作用一般情况下,多孔含水岩石的电阻率可由以下经验公式【4】求得:ρ=ρ0f-mS-n,(1)式中:ρ0为填充于岩石孔隙中水的电阻率;f为孔隙度(孔隙体积与总体积的比值);S为填充了水的孔隙空间与总孔隙空间的比值;约有30%以上的孔隙空间为水填满时,n值接近于2;m值取决于岩石的固化程度或地质年代,对松散的沉积岩m为1.3左右,对良好固结的古生代沉积岩m为1.95左右。

　　由上可以看出岩石的电阻率主要取决于它的含水量和水的电阻率。由于土壤的导电具有离子导电性能,因此其电阻率通常是随着温度的降低而增加。与沙混合的粘土含水量15%时,在0℃以上电阻率变化较缓,0℃时电阻率有一突变过程,而温度在0℃以下时电阻率随温度的下降而急剧上升。随着季节的变化,土壤温度与土壤中的水分含量都将有很大的变化,因此在常规地网设计中,考虑到变电站所处的纬度及周边环境不同,对于接地电阻都要乘一季节系数,视水平接地体埋深不同,取值不同。

　　 在水平地网基础上添加长垂直接地体以后,季节变化对于接地电阻的影响明显减小。这主要是因为季节变化影响的土壤范围在地表附近,对于深层几乎没有影响。基于以上考虑,以下面的模拟分析来探讨垂直接地极对于降低季节系数的作用。假设地网面积为150m×150m,网格间距为15m,土壤电阻率ρ2=200Ω.m,水平导体半径r1=0.011m,埋深为0.8m;垂直极长度L=50m,半径r2=0.02m。假设表层由于冬季冰冻作用导致电阻率增加的土壤深度h为1.0m,当其电阻率随季节变化时,接地电阻随季节变化的曲线如图4所示,其中实线是没有垂直接地极时的接地电阻,虚线是增设8根半径为r2=0.025m的垂直极后的接地电阻,点线是增设8根半径r2=3.5m的垂直极后的接地电阻。

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