4.2.2 垂直接地极对大中型地网(网状接地极)接地电阻的影响(均匀土壤)
关于多根垂直接地极对大中型地网(网状接地极)接地电阻的影响,请参见表4-4。
表4-4 81根2.5m长垂直接地极对大中型地网(网状接地极)的降阻效果
表中列出了垂直接地极对不同面积水平地网的降阻作用,水平地网由9根×9根、40mm×40mm的扁钢水平排列组成,垂直接地极为均匀分布的81根2.5m长的接地极,表中同时列出了模拟试验的结果和理论计算结果。
由此可见,在大中型地网中,垂直接地极降阻效果很低,一般就2%~8%。因此,除了避雷针和避雷器下面(集中布置垂直接地极可加强冲击电流的扩散)以及地网边缘(边缘跨步电压、接触电压最大,布置垂直接地极可进一步均压,提高安全性能),一般不用垂直接地极只用水平接地极。
不过,这里需要强调的是,表4-4中垂直接地极降阻作用的理论计算公式如下:
式中
η——垂直接地极对水平地网降阻效果(%);
r——与水平地网面积相等的圆半径(m);
h——垂直接地极长度(m);
R1——半径为r、厚度可忽略的圆盘接地电阻值;
R2——半径为r、厚度为h的圆盘接地电阻值(但实际以长半径为r、短半径为h的半椭球计算)。
上述公式所计算理论结果与模拟试验结果非常接近,由此可见,在大型地网下面密集布置垂直接地极,就相当于将半径为r的薄圆盘加厚成厚度为h的厚圆盘,只要h<<r,仍然可以近似按直径为r的薄圆盘计算。大量垂直接地极则因屏蔽而不能发挥作用造成浪费。
考虑到目前在变电站周围布置深井(即垂直接地极)降阻的情况屡见不鲜,表4-5仍以上述公式近似计算出一些常规模式下深井对大型地网的降阻作用,供广大读者参考。
表4-5 地网下面密集布置垂直接地极的降阻效果
由此可见,即使在地网下面布满长达20m的垂直接地极,降阻效果也很有限,对100m×100m的大型地网而言,效果仅为17.7%。因此,除非水平地网接地电阻值已经接近但达不到目标值,且无法水平扩网,否则尽可能避免采用垂直接地极降阻(如果下方有低电阻率区,则又得另当别论,后文会有详细讨论)。