CN102437437A - 砂卵砾石区域接地降阻工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂卵砾石区域接地降阻工艺方法，它包括利用红粘土保水性好特点，在施工场所设置地坑，在地坑中设置垂直接地极，围绕接地极敷设降阻剂和水混合物，在所敷设降阻剂和水混合物垂直接地极周围填充红粘土形成红粘土地体，在所述垂直接地极上连接有接地线，所述红粘土地体逐层用水浇透、夯实。本发明的有益效果：成本低廉；工艺简单，降阻效果最佳，长期稳定可靠，可以应用到任何对接地电阻有要求的项目。

Description

砂卵砾石区域接地降阻工艺方法

技术领域

本发明涉及一种接地降阻工艺方法，属电气装置接地降阻、防雷类技术领域，尤其涉及一种高电阻率地区大型电气装置接地降阻工艺方法，特别是电阻率大于4000Ω.m，地下水水位埋深距地表约80米及以下，年降水量不高于100mm，冬季最大冻土深度1.4米地区，接地电阻要求0.2Ω及以下的砂卵砾石区域接地降组工艺方法。 

背景技术

祁连山北麓地层系第四系更新统(Qp^3-1p1)冲击，洪积砂卵砾石层，地层分布广泛稳定，岩性均匀变化不大，岩层无明显分层，仅局部夹有厚度约0.20-0.50米的中细砂透镜体，一般水平延伸约2-5米，岩层厚度为数100米至200米，并具轻度泥钙质半胶结。 

某电厂在该地区接地网曾采用某设计院推荐的某机构的电力装置接地网科研成果。采用垂直接地极挖坑，接地体利用角钢、填充精矿粉加碳粉的接地降阻施工方案。为掌握一手数据资料，有利于比较，将目前经常采取的另外一种降阻方法---钻探机钻孔，接地极利用角钢、灌降阻剂方案在实地做了对比试验， 

具体情况见表1 

表1 

由表1可以得出如下结论， 

1.在这种砂卵砾石区域，填充精矿粉加碳粉的接地降阻施工方案不仅成本高，单个接地极接地电阻高，更无法达到接地网接地电阻0.2Ω及以下要求。由于保水性差，精矿粉与碳粉方案的方案不适合干旱地区接地降阻的要求。 

2.采用钻孔灌降阻剂方案，即采用钻探机钻孔，接地极利用角钢、灌降阻剂方案。分别提取钻深12米和钻深40米两组试验数据，作为对比试验方案。钻深12米得孔所得接地电阻值并不能稳定存在，随时间其接地阻值呈上升趋势，实施成本也较高。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种砂卵砾石区域接地降阻工艺方法，该方法具有工艺简单，施工方便、成本低廉；降阻效果佳，稳定、可靠的优点；具体施工需粘土物料，采用的粘土为纯红(含铁)粘土矿，一般仅在钻探泥浆中有使用。该粘土形同岩石状，颜色多呈褐红、棕红等色，结构细腻，壁有铁锰物质侵染，塑性较高。该粘土在干旱的厂区经充分注水后，分解成泥状可使整个土质凝为一体，含水率高，保水保湿性非常好。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种砂卵砾石区域接地降阻结构，在施工场所设置地坑，在地坑中设置垂直接地极，围绕接地极敷设降阻剂，在所敷设降阻剂的垂直接地极周围填充红粘土形成红粘土地体，在所述垂直接地极上连接有接地线，所述红粘土地体逐层用水浇透、夯实。 

所述的地坑形状为圆形、多边形，其中方形地坑优选，其外形尺寸限定为边长2000mm～4500mm，深度2800～3800mm的地坑为宜；所述降阻剂为降阻剂和水混合物。但在砂卵砾石区域，人工挖坑非常困难，方形地坑便于机械施工，降低成本，本专利优选地坑为边长3000mm、深3300mm的方形地坑。 

所述的红粘土地体中央设有一个预制孔，垂直接地极设在中央预制孔内，在预制孔内垂直接地极的周围埋置降阻剂与水的混合物；预制孔的底部距红粘土地体底部为200～300mm。 

所述的红粘土地体采用每层200～300mm逐层浇足水，夯实。

所述的垂直接地极为L50×50×5mm角钢，底部连接有十字架，十字架上下敷40～60kg降阻剂。本发明采用在所述的十字架上下敷50kg降阻剂。 

本发明所述的一种砂卵砾石区域接地降阻工艺方法，它包括的具体步骤是： 

步骤一：开挖地坑； 

步骤二：在开挖地坑底部设200～300mm厚红粘土层，浇透、夯实； 

步骤三：在步骤二所述的200～300mm厚红粘土层上表面中央位置放置垂直接地极，十字架上下敷50kg降阻剂； 

步骤四：采用每层200～300mm逐层回填红粘土，浇足水、夯实形成红粘土 地体。在垂直接地极周围预留直径300mm孔穴，在预制孔内垂直接地极的周围埋置降阻剂与水的混合物，并填实，垂直接地极与接地线连接。 

该方法利用红粘土保水性好特点，施工时逐层用水浇透，确保降阻的效果和稳定。

对一种砂卵砾石区域接地降阻工艺方法做进一步说明，在步骤一中，地坑边长3000～4000mm区间为合适的性价比，地坑边长3000mm与边长4000mm的性价比约为1∶2与1∶5关系，边长3000mm性价比最优。地坑深度，根据《交流电气装置的接地》DL/T 621-1997，计算雷电保护接地装置所采用的土壤电阻率计算公式，埋深2.5～3米、采用2～3米的垂直接地极，土壤电阻率受季节影响的系数最小，本专利的垂直接地极采用2.5米。综合考虑到换红粘土后散流降阻几何体的体积、砂卵砾石区域易坍塌、施工人身安全，采用深度3300mm，既保证降阻效果，又不至于施工产生危险的合适深度；地坑的边长限定2000mm～4500mm，深度可限定2800～3800mm，综上所述，优选长3000mm、深3300mm的方形地坑。 

步骤二中、步骤三中及步骤四中，底层采用200～300mm厚红粘土夯实，灌水，充分浇透；本发明采用底层200mm红粘土，底层200mm红粘土上中央位置放入L50×50×5mm角钢垂直接地极，垂直接地极底部焊有十子架，十字架采用一70×7×2000mm热镀锌扁钢；在接地极十字架上下敷50kg降阻剂。在粘土层中央围绕垂直接地极，预留直径300mm孔穴；作为垂直接地极周围埋置降阻剂与水混合物的预制孔，制作工装----所述工装采用直径300mm、高度不低于1米的钢管，钢管上焊接把手，钢管套在垂直接地极上，并使垂直接地极位于钢管纵向轴线上；将降阻剂与水按比例约为2.3∶1(不做限定，以降阻剂能握成团为 宜)调匀后，通过钢管管口填充在垂直接地极周围孔穴内，并填实，使降阻剂与红粘土间无间隙。所述焊有把手的钢管工装随填充土层，逐层上移，以满足降阻剂与水混合物的连续敷设在垂直接地极周围孔穴内。按每层深度不大于300mm，逐层回填红粘土、逐层浇足水，浇水量以使粘土达到饱和为准，并夯实，使其密实结为一体。 

根据垂直接地极扩散电流原理，环绕接地电极周围的土壤几何体电阻离接地极距离1.5m和3米时，占总电阻的百分数分别为86％与94％。从经济性和降阻效果看，在接地体周围半径1.5范围内换土是即经济降阻效果又好的方案。本发明可根据实际环境和需求选择换土半径。在垂直接地极采用降阻剂，消除接地体(极)与土壤接触部分的20％左右接触电阻。同时为了增加降阻效果和施工方便性，在垂直接地极底部，用70×6扁钢焊接半径1000mm水平十字架，该十字架有利于施工时定位，具体尺寸不作限定。 

垂直接地极的功能是电流经其向大地泄散时所呈现的接地电阻(阻抗)。接地极的接地电阻越小越好。一个接地极的电阻由以下四部分组成： 

1.接地装置(极)与交流电气装置之间联线的电阻； 

2.接地极本身的电阻； 

3.接地极与土壤接触部分的接触电阻； 

4.从电极表面向外流向无穷远大地时，土壤呈现出来的土壤几何体的电阻。 

即电流流经接地极流入土壤后散流时的电阻，这部分散流电阻由接地极周围土壤的电阻率决定，周围土壤电阻率越小，散流电阻越小。这四部分电阻中前三种在正常埋设情况下，均不占主要地位，其中“接地体(极)与土壤接触 部分的接触电阻”大约占20％左右，在接地体周围采用降阻剂可以消除接触电阻；第四种大约占75～80％，可以采用在接地极周围更换电阻率小的土壤来解决。在干旱、少雨地区，砂卵砾石不含重力水地层中，关键是更换土壤的保湿保水，土壤电阻率小且保持稳定。较干和较湿的土壤，电阻率可以相差5～10倍，而红粘土具备良好的保水性。更换粘土几何体，也有其经济和降组效果的优选值。 

另外，由表2列出了离接地极(长3米)表面距离(半径、米)占工频电阻值百分比。 

表2 

可看出，离接地极7.62米距离的土壤几何体电阻为100％。也就是说，当大于7.62米距离土壤可以认为对降阻基本无效果。离接地极附近的土壤电阻率对降阻至关重要。同时，也看出，垂直接地极之间间距有要求，否则将产生屏蔽效果。 

本发明的有益效果： 

1.采用当地粘土资源、因地制宜，具有绿色环保、成本低廉特点； 

2.本专利工艺简单，施工方便； 

3.降阻效果最佳，且长期稳定、可靠，针对性强，技术先进，可以应用到任何对接地电阻有要求的项目。 

4.本专利成本仅为深钻式接地极等方式的1/4，以0.2欧降阻效果为例，可以节省费用400万元左右。 

附图说明

图1为垂直接地极扩散电流示意图。 

图2为本发明工艺流程示意图。 

图3垂直接地极施工示意图。 

其中，1.大地，2.垂直接地极，3.电流，4.扩散电流，5.接地线，6.降阻剂，7.红粘土地体，8.十字架。 

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。 

如图1所示，对于大地1，无限扩散电流4是跨在金属质地垂直接地极2与大地土壤结合面扩散的。当电流3从垂直接地极2中流出时，垂直接地极2中的电流3向土壤的各个方向扩散。环绕接地电极，土壤几何体电阻是实际大地外壳串联电阻之和，从垂直接地极2所在处渐进向外。靠近垂直接地极2外壳只有很小的周围区域和横截面，土壤几何体小，所以具有很高的电阻。外壳渐进大区域，土壤几何体增大，因此逐渐呈现较低的电阻。也就是说，离垂直接地极2越远，半径越大，半径每单位土壤几何体电阻越小，最后实际到零。 

在图2中，可以得到： 

步骤一：开挖方形地坑；开挖边长3000mm、深3300mm的方形地坑； 

步骤二：在开挖地坑底部设200～300mm厚红粘土层，浇透、夯实； 

步骤三：在步骤二所述的200～300mm厚红粘土层上表面中央位置放置垂直接地极2； 

步骤四：采用每层200～300mm逐层回填红粘土，浇足水、夯实形成红粘土地体7。在垂直接地极2周围预留直径300mm孔穴，在预制孔内垂直接地极2的周围埋置降阻剂6与水的混合物，并填实，垂直接地极2与接地线5连接。 

在本发明中，垂直接地极2周围埋置降阻剂6与水混合物的预制孔，垂直接地极2底部焊有十子架8，十字架8采用一70×7×2000mm热镀锌扁钢；在接地极十字架上下敷40～60kg降阻剂6，取50kg降阻剂6为宜。其中垂直接地极2导体采用种类和规格在粘土层中央围绕垂直接地极2，预留直径300mm孔穴；作为垂直接地极2周围埋置降阻剂6与水混合物的预制孔，制作工装一-所述工装采用直径300mm、高度不低于1米的钢管，钢管上焊接把手，钢管套在垂直接地极2上，并使垂直接地极2位于钢管纵向轴线上；将降阻剂6与水按比例约为2.3∶1(不做限定，以降阻剂6能握成团为宜)调匀后，通过钢管管口填充在垂直接地极2周围孔穴内，并填实，使降阻剂6与红粘土间无间隙。所述焊有把手的钢管工装随填充土层，逐层上移，以满足降阻剂6与水混合物的连续敷设在垂直接地极2周围孔穴内。 

地坑的边长限定2000mm～4500mm，深度可限定2800～3800mm。地坑的边长可根据降阻原理、接地网可利用的面积、接地网要求的电阻值做适当的调整或选择。试验和实践验证，地坑边长3000～4000mm区间为合适的性价比，地坑边长3000mm与边长4000mm的性价比为1∶2与1∶5关系，边长3000mm性价比为宜。 

所述200～300mm厚红粘土夯实，本发明采用200mm厚红粘土夯实，灌足水，浇水量以使红粘土达到饱和状态为止，使红粘土密实结为一体。在底层200mm红粘土上，中央位置放入垂直接地极2为L50×50×5mm角钢。 

本发明已经实际应用到甘肃省某电厂的接地网。以下是案例： 

案例1： 

单个接地极的降阻效果 

名称及编号	电阻实测值Ω	坑体积	红粘土土方量
				52号垂直接地极	11.0	36立方	24立方
53号垂直接地极	11.0	36立方	24立方

案例2： 

由水平接地极连接3根垂直接地极2组成的接地装置的冲击接地电阻实测与计算比较： 

计算方法依据《交流电气装置的接地》(DL/T621-1997)中的计算公式。但在本专利实施的地区，这种复合式的接地网，在水平接地极不采取降阻措施的情况下，实际测量的结果，几乎仅与单个垂直接地极2接地电阻、连接方式和数量有关。 

1#电除尘、1#引风机室北侧：1号、2号、3号垂直接地极2单根测试与三个垂直接地极2水平式连接，间距20米接地网测试。测试方式，电压极P放线距离为40米；电流极放线距离为110米。测试结果见下表： 

三根接地极连网后接地电阻符合如下计算公式： 

R＝(R1+R2+R3)/3/2 

＝((11.2+11.5)/2+(11.0+11.5)/2+(10.5+10.8)/2)/3/2 

＝(11.35+11.25+10.65)/3/2 

＝33.25/3/2 

＝5.54 

实测：R’＝(5.51+5.82)/2＝5.665 

误差：δ＝|R-R’|×100％ 

＝|5.665-5.54|×100％ 

＝0.125×100％ 

＝12.5％ 

计算值加12.5％基本可以符合实际值。 

案例3： 

在现场实际施工中，由于换地坑开挖体积不同和换土量不同，以及施工时的质量不同，单个接地极接地电阻产生的差异和效果： 

名称及编号	电阻实测值Ω	坑体积	红粘土土方量
				12号垂直接地极	7.4	52立方	36立方
13号垂直接地极	8.8	52立方	36立方
				14号垂直接地极	7.8	52立方	32立方
15号垂直接地极	7.6	50.5立方	36立方
				16号垂直接地极	8.5	52立方	36立方

[0080] 

17号垂直接地极	10.5	52立方	32立方
				18号垂直接地极	11	50.5立方	32立方
19号垂直接地极	8.5	52立方	32立方
				20号垂直接地极	8.3	52立方	32立方
24号垂直接地极	11.0	48立方	32立方
				25号垂直接地极	11.0	41.4立方	28立方
28号垂直接地极	9.5	48立方	32立方
				29号垂直接地极	9.3	47.8立方	32立方
30号垂直接地极	9.5	48立方	32立方
				31号垂直接地极	9.3	48立方	32立方

案例4： 

实际本厂区接地网面积仅为530×300＝159000平米，总垂直接地2数量148个，其中含接地独立的1个烟囱、5个避雷针各占3个垂直接地极2，主接地网实施130个垂直接地极2后，经武汉高压研究所测量，达到0.2欧姆，满足了主接地网接地电阻的设计要求。 

本发明接地网设计遵从有关规范，单个垂直接地极2开挖土方量为36立方，换土量24立方，接地电阻为11Ω左右。接地网的垂直接地极2采用本方案实施130个后，其冲击接地电阻降阻达到0.2Ω，已经经过实际工程的验证。实践证明，实际敷设垂直接地极2数量，符合且优于计算值。 

本发明实施后，降阻效果最佳，且长期稳定、可靠，与某设计院推荐的某机构的电力装置接地网科研成果，采用垂直接地极2挖坑，接地体利用角钢、填 充精矿粉加碳粉的接地降阻施工方案相比较。该方案单个接地极测试结果为45.75Ω，见表1。按同等降阻效果比，成本约为本发明方案的10倍。 

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

图3中，一种砂卵砾石区域接地降阻结构，在施工场所水位大地1上设置地坑，在地坑中设置垂直接地极2，围绕垂直接地极2敷设降阻剂6和水混合物，在所敷设降阻剂6和水混合物的垂直接地极2周围填充红粘土形成红粘土地体7，在所述垂直接地极2上连接有接地线5，所述红粘土地体7逐层用水浇透、夯实。 

所述的地坑为边长2000mm～4500mm，深度可限定2800～3800mm的方形地坑。优选地坑为边长3000mm、深3300mm的方形地坑。 

所述的红粘土地体7中央设有一个预制孔，垂直接地极2设在中央预制孔内，在预制孔内垂直接地极2的周围埋置降阻剂6与水的混合物；预制孔的底部距红粘土地体7底部为200～300mm。所述的红粘土地体7采用每层200～300mm逐层浇足水，夯实。 

所述的垂直接地极2底部连接有十字架8，十字架8上下敷40～60kg降阻剂6，优选敷50kg降阻剂6。 

Claims (8)

1.一种砂卵砾石区域接地降阻结构，其特征是，在施工场所设置地坑，在地坑中设置垂直接地极，围绕接地极敷设降阻剂，在所敷设降阻剂的垂直接地极周围填充红粘土形成红粘土地体，在所述垂直接地极上连接有接地线，所述红粘土地体逐层用水浇透、夯实。

2.如权利要求1所述的一种砂卵砾石区域接地降阻结构，其特征是，所述的地坑形状为圆形或多边形，所述降阻剂为降阻剂和水混合物。

3.如权利要求1所述的一种砂卵砾石区域接地降阻结构，其特征是，所述的地坑形状为方形、其中方形地坑外形尺寸限定为边长2000mm～4500mm，深度2800～3800mm的地坑。

4.如权利要求3所述的一种砂卵砾石区域接地降阻结构，其特征是，其中方形地坑外形尺寸限定为边长3000mm、深3300mm的地坑。

5.如权利要求1所述的一种砂卵砾石区域接地降阻结构，其特征是，所述的红粘土地体中央设有一个预制孔，垂直接地极设在中央预制孔内，在预制孔内垂直接地极的周围埋置降阻剂与水的混合物；预制孔的底部距红粘土地体底部为200～300mm；所述的红粘土地体采用每层200～300mm逐层浇足水，夯实。

6.如权利要求1所述的一种砂卵砾石区域接地降阻结构，其特征是，所述的垂直接地极为L50×50×5mm角钢，底部连接有十字架，十字架上下敷40～60kg降阻剂。

7.如权利要求6所述的一种砂卵砾石区域接地降阻结构，其特征是，所述的十字架上下敷50kg降阻剂。

8.如权利要求书1所述的一种砂卵砾石区域接地降阻工艺方法，其特征是，它包括的具体步骤是：

步骤一：开挖地坑；

步骤二：在开挖地坑底部设200～300mm厚红粘土层，浇透、夯实；

步骤三：在步骤二所述的200～300mm厚红粘土层上表面中央位置放置垂直接地极；

步骤四：采用每层200～300mm逐层回填红粘土，浇足水、夯实形成红粘土地体。在垂直接地极周围预留直径300mm孔穴，在预制孔内垂直接地极的周围埋置降阻剂与水的混合物，并填实，垂直接地极与接地线连接。

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