第4章 接地设计原则

4.1 系统设计原则

就降阻（工频电阻）效率而言，接地设计的原则是：一维直线形最优，二维平面形其次，三维立体形最低！

图4-1 半球形

目前要求变电站接地装置的接地电阻值常为0.5Ω，对于电阻率为100Ω·m的土壤，可以通过如下几种方式达成。

（1）三维立体模块——半球形

半径为31.84m的半球，球面向下，沿地表布置，如图4-1所示，其接地电阻值可降至

共计所需材料为

（2）三维立体模块——长方体

88.0m×70.4m×10.6m长方体模块，上表面与地面齐平布置，依据解广润编著的《电力系统接地技术》，可算得其接地电阻为

共计所需材料为

（3）二维模块——平板形

半径为50m的圆板，沿地表布置，可算得接地电阻为

若圆板厚度按10mm（与一般的圆钢直径等同）计，则共所需材料为

V=（π×50²×0.01）m³≈78.5m³

（4）二维模块——网状

100m×100m的水平地网（网格单元10m×10m），可通过下式计算得接地电阻：

共计消耗材料（以直径10mm的圆钢计算）为

V=（π×0.01²×100×11×2）m³≈0.692m³

（5）二维模块——十字形

共计600m的圆钢（直径10mm），十字形布置，埋深0.6m，根据式（3-4），其接地电阻值可降至

共计所需材料为

V=（π×0.01²×600）m³≈0.188m³

（6）一维模块——直线形

共计550m的圆钢（直径10mm），直线形布置，埋深0.6m，根据式（3-4），其接地电阻值可降至

共计所需材料为

V=（π×0.01²×550）m³≈0.172m³

上述6种形式降至0.5Ω所需的材料对照见表4-1。

表4-1 降至0.5Ω接地电阻值所需不同形式接地极的材料对照表

由此可见，直线形最为经济、高效，半球形和长方体最为低效，降至同样值所消耗的材料高达直线形的39万多倍和38万多倍，相当骇人，平板形耗材高达400多倍，也很惊人。

因此，正常情况下，从未听说有将大型接地极布置成半球、长方体或者平板形的。一般只用网状、十字形和直线形等经济、高效的接地极形式。

尽管直线形最高效，但却用得较少，主要是均压性差，容易产生较高的跨步电压、接触电压。另外，单根长接地极不利于降低冲击电阻，防雷效果差。理论上，一根长550m的直线布置的圆钢即可将土壤电阻率为100Ω·m的变电站接地电阻值降至0.5Ω，但是跨步电压和接触电压却可能是致命的，也无法有效防雷。

因此，变电站一般采用网状接地极。比如，对土壤电阻率为100Ω·m的地方，通常会布置100m×100m的水平地网将电阻降至0.5Ω，另外，还会沿地网边缘布置一圈垂直接地极（一般是长2.5m的镀锌角钢），其降阻效果几可忽略，但却能起到进一步均压的效果（地网边缘尤其是四角跨步电压最大，尤须密集布置集中接地体以进一步均压）。图4-2所示为典型的变电站接地网示意图。

图4-2 典型的变电站接地网示意图

仍参看表4-1，网状布置的接地极所耗材为十字形或者直线形的3～4倍，如果能改成十字形或者直线形则可节约70%～80%费用，这是相当可观的，而且在一定情况下也是可行的。

图4-3 带闭合环的十字形接地

对于高居山顶的远离人群的输电线路杆塔接地装置，无须考虑跨步电压、接触电压的安全问题，故可直接布置成十字形，从而大大节约费用。事实上，十字形确为输变电线路杆塔常用的接地形式，不过，大部分时候会在中间地基周围布置一闭合环以均压，如图4-3所示。

十字形是一种放射形接地。放射形为最常见的一种接地形式，不仅适用于输电线路杆塔，还适用于各种对跨步电压、接触电压要求不高的场所。

不过，输电线路杆塔接地装置主要是为防雷，因此l₁不宜过长，否则末端对降低冲击电阻无甚效果。DL/T 621—1997《交流电气装置的接地要求》中对放射形接地极每根的最大长度的要求见表4-2。

表4-2 放射形接地极每根的最大长度

因此，接地设计原则可大致如下概括：

放射形接地极射线越少越好；能用放射形，则不用地网，示意如图4-4所示。

图4-4 放射形（含十字形）接地与网状接地示意

能用网状，则不用整块平板；能用二维平板形，则不用三维长方体；无特殊情况应避免用平板或者三维长方体，示意如图4-5所示。

图4-5 网状、平板形和长方体接地示意

能以水平接地极成功降阻（工频电阻），则尽量避免水平、垂直联合使用，如图4-6所示。

图4-6 水平接地极和水平、垂直联合接地极

条件允许且施工便利，那么能用单根垂直接地极则不用单根水平接地极，如图4-7所示。单根水平接地极的降阻效果更差，详情参看下一节。

图4-7 垂直接地极和水平接地极