序言
本书与其他接地书籍的最大不同之处是更接近工程的实际,通过大量的工程实例,结合理论知识,给出了接地理论、接地设计的精华。接地是一个系统工程,理论性很强,但是其最大的特点还是每一个接地网模型的计算都是不同的。这就要求接地工程人员除了要有较深的理论知识外,还要具备丰富的工程实践经验。不管是接地的设计人员、监理、施工单位或是业主,都能通过本书快速地学习到接地工程中常用的技术方法和理论计算,同时还能避免一些设计方面常见的错误,辨识施工方面常见的“内幕”、“黑手”,从而能较快地提高自己的接地理论水平和实践经验。对推进国内接地领域的进步来说,这是一件很好的事情。
另一方面,本书还实际地指出了长期以来国内接地领域上的弊端,在专业的设计人员眼里看来,某些产品是“伪科学”的,但是行业的技术能力较低以及“利”字当头的影响,造就了某些产品大量不科学地应用。既然是“伪科学”,就终究会有撕下面具的一天。只有更多工程人员掌握了接地理论知识,才能够及时辨别这类花样不断翻新的“新技术”的真实面目。
对于一个接地装置来说,接地电阻主要由以下4部分组成:设备与接地引下线的接触电阻;接地引下线及接地网的导体电阻;接地网与地(土壤)的接触电阻;土壤电阻率。
要降低接地电阻,不管采用什么样的降阻方案或者理论计算,都要从上述4处着手才能实现。
1.设备与接地引下线的接触电阻
导体都是有电阻的,两个导体连接在一起,还会增加一个接触电阻。所以,我们在做设备的接地设计和测量时,就必须从这源头开始解决第一个接地电阻。铜材质的接地体和铝材质的接地体的连接不使用过渡片、设备运行后不注意对接地端子的维护、接地端子锈腐严重、测量接地电阻时夹头与地网接触不良、接触点生锈等,都是常见的不注意处理设备与接地引下线的接触电阻的错误。
2.接地引下线及接地网的导体电阻
前面说,导体是有电阻的,因此引下线和地网的导体电阻,也是接地电阻的一部分,但是,这一部分影响却非常小。曾经有个变电站接地电阻比较难降下来,马上有人说为什么用扁钢做接地体,用铜下就马上降下来了,然后把元素周期表背一通,显然铜导体的电阻率比铁的电阻率低很多。对于高压输电来说,导体电阻率影响确实非常大,但是对于接地来说,影响微乎其微。我们可以做个简单的计算:铜的导体电
阻率为ρ=0.0172Ω·mm2/m、铁的为ρ=0.1Ω·mm2/m,导体电阻计算公式R=ρL/S,假设接地入地的导体长度为100m,截面为5mm×50mm,计算得到铜接地网的电阻为0.00688Ω,铁的电阻为0.04Ω。由此可看出接地体的这两种材质对对接地电阻是有影响的,但是在工程实践上这影响几乎可以忽略。
3.接地网与地(土壤)的接触电阻
导体和导体的连接都存在接触电阻,导体与地(土壤)的接触电阻更加不可小视。传统的接地网施工,施工单位挖好接地沟后,敷设接地扁钢,然后回填之前挖出来的泥土,回填土的材质与密实度,成为接触电阻的关键。我多次对变电站的地网进行开挖检查,发现所有的接地网回填都或多或少的存在下列问题:
1)回填土未夯实,土壤与接扁钢接触不紧密。
2)回填土为块状土,回填后与扁钢接触空隙大。
3)回填土包含大量建筑垃圾、石块、泡沫、塑料袋、草皮等杂物。
4)地网埋深不足。
5)焊接点防腐措施不到位,焊接点腐蚀。
6)如包覆降阻剂,还普遍存在降阻剂厚度不均匀,通常扁钢下部无降阻剂或降阻剂非常薄,甚至扁钢下部为空洞,从而造成严重腐蚀;还有降阻剂材料非常劣质,呈干、粉、块状等,吸水性差,不但起不到降阻作用,反而进一步增加接地电阻。
针对上述情况,其实解决的办法也很容易,主要办法如下:
1)确保扁钢的埋深,规范要求埋深为不低于0.6m。但是根据实际经验,0.6m深度仍然容易受到气候的影响,在旱季土壤含水率易受到变化,所以建议埋深为0.8m,这样也不会过大增加施工难度,但是接地网电阻值较为稳定。
2)确保回填土为电阻率较低的细实土,如果实在有困难,可以考虑回填与扁钢直接接触的30cm左右厚度的细实土。但不论如何,建筑垃圾、石块等杂物不能作为回填物。
3)加强对焊点的防腐措施。
4)加强回填土的夯实,可采用手持的小型夯土机对回填土夯实。对于土壤的夯实,还可以采用这样的方法,在三通一平阶段,回填至站址标高负1.0m时开始敷设接地扁钢,然后通过大型压路机压实(压实系数大于0.94)至设计标高。采用这种做法的地网施工,可以达到很好的降阻效果,同时也简化了施工工序,比传统的三通一平后开挖接地沟、敷设扁钢再回填的做法要更容易施工。
4.土壤电阻率
土壤电阻率是大电流入地的最后一关,也是最难解决的问题。土壤电阻率是自然存在的,也是难以改变的,因此最重要的还是从源头做起。在工程选址初期就尽量避免选在高土壤电阻率地区建变电站。如由于各种原因必须在高土壤电阻率地区建站的话,则必须扎实做好土壤电阻率的测量工作,特别是深层的土壤电阻率及季节对土壤电阻率的影响。只有测量准确了,才能准确做出地网设计方案,框定工程投资。
接地网的设计和施工理论性强,同时又是隐蔽工程,也容易进行造假。例如,在测量接地电阻的前一天浇盐水、偷敷回流线这些都是某些施工单位常用的作弊手段。深层土壤电阻率测试较难,某些设计勘察单位对土壤电阻率的测量容易敷衍了事。某些监理单位监理不到位,放任施工单位粗放施工。某些业主技术水平不高,容易被一些虚假的技术手段蒙蔽。以上这些,都是这个行业存在的问题。因此,推动接地行业的进步需要多方的努力,才能让整个行业水平有真正的提高。
梁祺
2014年6月