3接地材料的选择及其应用
(1)接地材料对接地电阻的影响。决定接地电阻R大小的因素很多,我们以接地环作接地主体的情形来分析传统地网的接地公式:
式中ρ--土壤电阻率,Ω·m
d--钢材等效直径,m
S--地网面积,m2
H--埋设深度,m
L--接地极长度,m
A--形状系数。
式(1)表明,传统的接地方式在土壤电阻率已经确定的情况下,要想达到设计要求的电阻必须有足够的接地面积,要降低接地电阻只有扩大接地面积,每扩大4倍的接地面积,接地电阻会降低一倍。式(2)、(3)表明,要降低接地电阻的另一个方法是加大接地材料的尺寸,但耗材太大,效果并不理想,因此需要运用更好的接地材料和施工设计方法。
(2)接地材料的选择。广泛使用的接地工程材料有各种金属材料、接地体、降阻剂和离子接地系统等。金属材料如扁钢,也常用铜材替代,主要用于接地环的建设,这是大多接地工程都选用的。接地体有金属接地体(角钢、铜棒和铜板)这类接地体寿命较短,接地电阻上升快,地网改造频繁,维护费用比较高。从传统金属接地极(体)中派生出的特殊结构的接地体(带电解质材料),使用效果比较好,一般称为离子或中空接地系统。另外就是非金属接地体,使用比较方便,几乎没有寿命的约束,各方面比较认可。
(3)接地材料应用。通常防雷接地的接地电阻是10Ω,实际上有弱电设备的感应防雷都要求4Ω或1Ω的接地电阻。常常有个误区,认为作到10Ω、4Ω或1Ω的接地电阻就满足了设计要求,而没有考虑季节因数。因为,土壤电阻率是随季节变化的,规范所要求的接地电阻实际是接地电阻的最大许可值,为了满足这个要求,地网的接地电阻要求达到:
式中Rmax--接地电阻最大值,就是我们说的10Ω、4Ω或1Ω的接地电阻
ω--是季节因数,根据地区和工程性质取值,常用值为1.45。所以,我们所说的接地电阻实际是
R=6.9Ω(Rmax=10Ω),R=2.75Ω(Rmax=4Ω),R=0.65Ω(Rmax=1Ω)
这样,地网才是合乎规范要求的,在土壤电阻率最高的时候(常为冬季)也满足设计要求。
(4)各种接地材料性能比较。接地材料是接地的工作主体,材料的选择很重要。不同的接地材料各有优势和局限。工程实践中要因地制宜地合理选用接地材料,用较低的代价达到工程设计要求。几种接地材料(方式)的比较,见表1所示。
表1 几种接地材料(方式)的比较
传统接地 | 降阻剂 | 非金属接地 | 中空接地棒 | |
类型 | 接地网与接地极 | 接地极 | ||
地网建设 | 简单 | 较简单 | ||
适用环境 | 通用 | 普通地网通用 | 恶劣地质条件,腐蚀环境 | 地网面积小的城市或复杂山岩环境 |
价格比较 | 视土壤而定 | 低 | 较高 | 较高 |
抗腐蚀 | 低 | 有防腐作用 | 不被腐蚀 | 较好抗腐能力 |
耐候性 | 不好 | 普通 | 优异 | 较好 |
使用寿命 | 短 | 较长 | 最长 | 最长 |