接地电阻计算及屏蔽效应分析

1.人工接地电阻的计算

人工接地体安装类型很多，常见的有垂直埋设和水平埋设两种，如图9－3所示，它们组成的接地装置的工频接地电阻计算公式如下。

（1）单根垂直管型接地体的接地电阻（Ω）按下式计算：

式中，ρ——土壤电阻率（Ω·m），见表9－7；

L——接地体长度（m）。

表9－7　不同性质的土壤及各种水分的电阻率

续表

（2）多根垂直管型接地体的接地电阻（Ω）。单根接地体往往满足不了允许电阻的要求，需打入多根接地体并联组成复合接地体，每根接地体之间的距离一般为3～10m，远比40m小（超过40m时屏蔽现象消失）。

当电流流入各单一接地体时，将相互限制，阻碍电流向大地流散，即相当于增加了各接地体的接地电阻。这种影响电流流散的现象称为屏蔽现象，如图9－37所示。这种屏蔽效应的影响，使总接地电阻RE并不等于各单一接地体流散电阻的并联值。实际总的接地电阻（Ω）按下式计算：

式中，ηE——接地体的利用系数，垂直管型接地体的利用系数见表9－8，根据管间距离与管长之比及管数n查得。

图9－37　多根接地体的电流流散屏蔽作用

表9－8　垂直管型接地体的利用系数

（3）单根水平带形接地体的接地电阻（Ω）按下式计算：

式中，ρ——土壤电阻率（Ω·m）；

L—接地体长度（m）。

（4）n根放射形水平接地带（n≤12，每根长度L≈60m）的接地电阻（Ω）按下式计算：

式中，ρ——土壤电阻率（Ω·m）。

（5）环形接地带的接地电阻（Ω）按下式计算：

式中，ρ——土壤电阻率（Ω·m）；

A——环形接地带所包围的面积（m2）。

2.自然接地体工频接地电阻的计算

自然接地体工频接地电阻最好实测，如计算可采用下列公式。

（1）电缆金属外皮及水管等的接地电阻（Ω）按下式计算：

式中，ρ——土壤电阻率（Ω·m）；

L——电缆及水管等的埋地长度（m）。

（2）钢筋混凝土基础的接地电阻（Ω）按下式计算：

式中，ρ——土壤电阻率（Ω·m）；

V——钢筋混凝土基础的体积（m3）。(www.xing528.com)

如果测得或计算出的自然接地体工频接地电阻RE（mat）尚不能满足允许电阻值，即RE（mat）＞RE，还需敷设人工接地体，使其合成的接地电阻不超过允许值，此时人工接地体的接地电阻按下式计算：

3.冲击接地电阻的计算

冲击接地电阻Rsh可按下式计算：

式中，RE——工频接地电阻；

a——工频接地电阻与冲击接地电阻的换算系数，为RE与Rsh的比值，由图9－38确定，图9－38中的Le为接地体的有效长度：

式中，ρ——土壤电阻率（Ω·m）。

图9－38中的L为接地体的实际长度，按图9－39所示方法计算，如有多段长度L1，L2，…，则总的实际长度L＝L1＋L2＋…。

4.接地电阻计算举例

例题9－3某车间变电所的主变压器容量为500kV·A，电压为10/0.4kV，连接方式为Y/Yn0。试确定此变电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢的规格和数量。已知装设地点的土质为砂质黏土，10kV侧有电联系的架空线路长15m，电缆线路长10m。

图9－38　确定换算系数a的曲线

解：（1）确定接地电阻。按规定（见表9－4中的序号3、4），此变电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件：

与RE≤4Ω比较得出此变电所总的接地电阻应为RE≤4Ω。

图9－39　接地体实际长度的计算

（a）单根水平接地体；（b）末端接垂直接地体的单根水平接地体；
（c）多根水平接地体；（d）接多根垂直接地体的多根水平接地体

（2）接地装置初步方案。现初步考虑围绕变电所建筑周围，距变电所墙脚2～3m处打入一圈直径为50mm、长度为2.5m的钢管接地体，每隔5m打入1根，管间用40mm×4mm的扁钢焊接。

（3）计算单根钢管接地电阻，查表9－7得砂质黏土的ρ≈1000Ω·m，按式（9－19）得单根钢管接地电阻RE（1）＝1000/25＝40（Ω）。

（4）确定接地钢管数和最后方案。根据RE（1）/RE＝40/4＝10，考虑到管间屏蔽效应，初步选15根直径为50mm、长度为2.5m的钢管作接地体，以n＝15和a/L＝5/2.5＝2，查表9－8未能取得值，而表中没有n＝15的数据，这时可先查n＝10和n＝20，在a/L＝2时的值，然后取中间值，即取η＝0.66，最后由式（9－10）求出：

考虑到接地体的均匀对称布置，选16根直径为50mm、长度为2.5m的钢管作接体，用40mm×4mm扁钢连接，环形布置。

5.接地电阻的计算步骤

接地电阻的计算步骤归纳如下：

（1）按设计规范要求，确定允许的接地电阻RE；

（2）实测或估计可以利用的自然接地体接地电阻RE（nat）；

（3）计算需要补充的人工接地体接地电阻RE（man）＝RE（nat）·RE/（RE（nat）－RE），若不计自然接地体接地电阻，则RE（man）＝RE；

（4）在装设接地体的区域内初步安排接地体的布置方案，并按一般经验试选，初步确定接地体和连接导线的尺寸；

（5）计算单根接地体的接地电阻RE（1）；

（6）计算接地体的数量：

最后确定接地装置的布置方式。