接地网电阻计算公式

接地网电阻计算公式

三维方法设计变电站的接地电阻

陈光辉1 江建武2

（1 深圳市长科防雷技术有限公司，深圳 ）

（2 深圳供电局变电部，深圳 ）

【摘 要】 用三维方法设计变电站的接地电阻，可使接地电阻比传统设计更加准确, 结合现有国内外接地新材料. 新技术, 新

工艺, 可使变电站接地网接地电阻达到最佳效果

【关键词】 三维地网设计、新材料, 新工艺施工。

前言

目前，由于征地等原因，变电所的占地面积越来越小，有的GIS 室内型110kV 变电站占地面积仅有1500m2，

且大部分建在山上，这些地方往往电阻率很高，欲在这样的地方不扩网、不外引，在原地使其工频接地电阻达到

规程要求标准，用常规方法很难实现。我公司在实践过程中，采用三维方法设计，即A-T-N 方案，成功解决了

土壤电阻率300Ωm ，占地面积为5000m2 情况下的接地电阻R ≤0.5Ω 的国家规定标准。 1 A 方案

用常规的方法实现工频接接地电阻RA ，主要是用于解决地网的电位分布均匀, 均衡最大值下的冲击电压，以

及降低水平网的工频接地电阻，它可以利用工地的自然接地体，如建筑物、自来水管等来完成网格式接地网的接

地电阻, 它是在不扩网、不外引、不使用任何降阻剂的情况下计算出的工频接地阻抗值, 计算公式采用部颁《交流

电气装置的接地》[1]有关规定的公式进行。

a e R a R 1 = （1）

1 3ln 0 0.2

L

S

S

L a ?

??

?

? ??

?

= −（2）

??

?

??= +

+

?

−

B

hd

S

L

B

S

Re 5

9

ln

2

0.213 (1 )

π

ρ ρ

（3）

S

h

B

1 4.6

1

+

= （4）

式中：Ra —任意形状边缘闭合接地网的接地电阻（Ω）；

Re —等值（即等面积、等水平接地极总长度）方形接地网的接地电阻（Ω）；

S —接地网的总面积（m2）；

d —水平接地极的直径或等效直径（m ）；

h —水平接地极的埋设深度（m ）；

LO —-接地网的外缘边线总长度（m ）；

L —水平接地极的总长度（m ）。

简化后的计算方法：

S

R a ′ = 0.5ρ （5）

式中：ρ —土壤电阻率（Ωm ）；

S —地网面积（m2）。

上式公式中， a R 和土壤电阻率ρ 成正比，和地网占地面积S 成反比。如果取p=300Ωm ，欲达到R=0.5Ω 面

积S 则必须达到90000m2。

在正方型接地网中, 当网格数超过16 个时，基本（1）式=（5）式；当网格数少于16 个时， a R ＞ R′a 。

日本川漱太朗公式为：

??

?

??

?

+ −

′

= 11 1 2

2 K

A

K L

a

lL

L

R π n

ρ

（6）

式中：L —水平接地极总长度（m ）；

a' = 2rt；

r —接地体的半径（m ）；

t —埋设深度（m ）；

A —接地网总面积（m2）；

K1、K2—系数，见图1。

图1 K1、K2 系数

A:t≈0 时；B ：t ≈

10

A

时；C ：t ≈

6

A

时

举例说明： ρ=100Ωm ，接地线半径r=0.0035m，埋设深度h=0.5m。

参数：网状电极边长a=b=150m，网状间隔m=30m，网格孔数n=25，L 全长1800m, 面积A=22500m2。计算

数值见表1。

表1 我国公式与日本公式计算结果

公式 我国公式Ra 日本公式Ra

结果 0.33598Ω 0.384496Ω

我国公式比日本公式计算出来偏小，两者误差在14%，实际上，测出的接地电阻可能大些，因为该公式不考

虑接触系数，设计时，应乘以接触系数K 。

垂直接地体的作用：在网状接地体打上很多2.5m 深的角钢, 降阻效果很不明显, 在电力接地系统接地技术一文

中，用（7）式计算短接地体的降阻效果:

b

b a

b a

b

R

R R 2 2

1

5

3 4 1 2 sin

−

−

= −

−−

π

（7）

式中：b —园盘的半径（m ）；

a —园盘的厚度(m)。

根据计算, 在大中型地网中, 垂直接地体对降低接地电阻所起的作用很小，只有2%～8%，见表2。

表2 大中型地网中2.5m 长的垂直接地体对降低接地电阻所起的作用

接地网面积m2 10000 7225 6480 2500 900

中国公式计算 2.8% 3% 3.2% 5.7% 8%

实际试验 3%

可见，2.5m 长的垂直接地体对整个地网降低作用很小, 但对于小的地网还是有些效果。 (实际试验是在高明

禄堂变电站的现场试验结果)

2 T 方案

T 方案包括以下三种方式:

扩网、外引接地网及敷设降阻剂等方法来实现工频接地电阻T R 。

此文对扩网和外引接地网降低工频接地电阻方法暂不叙述。只谈用降阻剂的方法来降低接地电阻。

目前我国生产的降阻剂品种很多, 但基本上分为两种类型。化学型降阻剂和物理型降阻剂。

2.1 化学降阻剂

它是慢渗透型、强渗透型离子流降阻剂。前一时期多采用食盐、木炭、近年来采用氧化钠、硫酸镁、硫酸铜、

氯化镁、氯化钙、硫酸铵、硫酸钾等导电材料，加上硅酸盐水泥、生石灰等无机物和沥青材料，铬木质素等有机

物，在引发剂的作用下发生聚合反应，生成具有网状分子结构的高分子共聚物，它靠包围于高分子网络中的电解

质导电。其主要降阻作用是改善接地体周围的土壤条件, 降低土壤电阻率。

2.2 物理性降阻剂

他包含澎润土降阻剂，导电混凝土、石墨模块等，受气候因素影响小, 不分解于水, 不与金属生成化合物, 性能

稳定, 有效期40 年以上。 主要用扩大接地体直径和减少接触电阻来实现降阻的目地, 主要产品有以下几种:

（1）膨润土降阻剂。它是以膨润土为基料，加入一定比例的添加剂，对金属有保护和防腐功能，是目前最

流行的常用固体降阻剂。

（2）导电水泥。导电水泥以水泥为基料，加入导电无机盐类，或非电解质的固体粉末为导电材料，对接地

体无腐蚀。

（3）降阻模块。它是一种以石墨为导电材料加上其它无机材料用水调制后固结而成的固体导电物质。

这些降阻剂的效果不尽相同，但都能起到一定效果。有些厂家只重视商业效应，使产品质量下降，导致降阻

剂效果随时间反弹，甚至污染环境，使地网严重腐蚀。使用不到3 年地网就锈蚀断裂，有一些施工队则不按要求

施工, 使降阻剂效果不理想等。各种厂家出于商业广告的原因, 把降阻剂说得神乎其神, 有的说可达到（0.1～0.2）

A R ，当土壤电阻率高于600Ωm 时，说能达到（0.08～0.1） A R ，实际上很难实现，理论上固体降阻剂降低接地

电阻的百分数为: (按水平敷设接地极计算)

? ? ? ? ?

?

?

? ? ? ? ?

?

?

= −

1 2

2

1

ln 2

ln

1

dd

L

d

L

R

（8）

式中 L—水平接地长度（m ）；

1 d —圆钢加敷设降阻剂后的直径（m ）；

2 d —圆钢直径（m ）。

像大洲变电站地网水平接地体总长度为1500m 左右, 外缘长度为280m, 在外缘上每米敷设10～15kg 降阻剂,

使等效直径1 d = 0.1m，则降低电阻的百分数为：

2 0

1 ln 208.10 17.74 58

ln 2 280 18.4

0.1 0.016

R

? ?

=? − ?= − =

??? ×× ???

\u0000

这是按理论计算出来的数值，实际上一般的固体降阻剂对于GIS 站等地网，由于施工条件等原因, 下降30%～

40%就很不错。

离子型降阻剂可以降低的比较多, 它是一种慢渗透型化学降阻剂，降阻效果能达到(0.3～0.4)R1，但受气侯因

素影响很大, 易溶解于水形成离子,(如K+、Na+、C1-等) ，易流失，易与金属生成化合物（易腐蚀金属，生成FeC1、

CnC1、ZnC1 等, 性能不稳定, 有效期仅有几年，能不用的尽量不用，在铁塔、微波塔远离建筑物的地方，由于入

地工作电流不大可以使用。

各种降阻剂的实际试验效果见表3。

表3 各种降阻剂的实际降阻效果

序号 降阻剂名称

接地极水平埋

设长度(m)

接地电阻

值（Ω）

降低百分

数%

备注

1 JFC-1 型长效防腐接地降阻剂 9 33 44 3 天后测试

2 HK 物理型接地降阻剂 9 35 40 3 天后测试

3 CJ-I 稀土降阻剂 9 34 42 3 天后测试

4 LRCP 液体降阻剂 9 23 60 11 天

5 原 土 9 58 0 3 天后测试

一般来说，T 方案降低的系数K2 应在0.4 左右较为合适。

5

3 N 方法

当用T 方案后仍不能达到指标要求，再使用N 方案，N 方案就是用深井法形成立体接地网。 深井法是我公司熟悉且比较有效的方法, 理论上实践上都已证实。如深圳大浪、新田。佛山的高明5 个变电

站、清远的升平、广东省13 个市、辽宁、吉林、黑龙江等大型变电站接地电阻用该方法都已改造成功。

理论依据和计算方法不再详述。

总而言之，该方法能降低RT 的50%就是目的，其中降低系数K2 是深井的降低接地系数，大量的理论和实践

证明，K2 最大可以达到0.5。

我们把T 的系数K1 取0.4，N 的系数K2 取0.5，则总的降低系数最大值为0.2, 则（3）式经三维计算后改为

K =K1⋅K2

= 0.5 ⋅ = 0.5 × 0.2

S

K

S

R ρ ρ

（9）

4 实例计算

我公司在广东省电力局博罗供电公司大洲变电站进行了设计并施工, 其参数如下:

（1）自然情况。110kV 大洲变电站系博罗供电公司一座新建变电站, 位于博罗市北郊, 征地面积为4800m2, 原

图设计方案, 介绍土壤电阻率为400Ωm ，地面深度5.5m 以上均为粉质粘土，含少量卵石和砾石，5.5～23.6m 为粉

土，再下为碳烧统灰岩，在这样的地质条件和不扩网条件下，欲达到接地电阻R ≤0.5Ω 的国家规定标准，是十分

困难的。

（2）实现目标：

1）在原地网面积内实现工频接地阻抗 R≤0.5Ω；

2）跨步电压 VC≤270 伏 （接地短路时间≤1s ，人站在水泥地上），

接触电压 VJ≤345 伏 （和上式相同）；

3）地网寿命≥20 年。

（3）设计思路。因为本地网电阻率较高，用常规的方法很难实现工频接地阻抗的指标, 即R ≤0.5Ω，所以采

用我公司研究的三维方法来解决。三维立体方案即目前国际上最先进的设计方案通称A −T −N 方案, 采用三步骤

来达到降低接地电阻的目地。

该地网参数如下：地网面积A=4800 m2，地网外缘长度L0=280 m，地网全长 L=1500 m，埋深

h=0.8 m，接地极直径d=0.016m，土壤电阻率ρ =233Ωm (实测值) 。

（4）A 方案计算：按（5）式计算Ra 的电阻为

0.5 0.5 233 1.68

4800 a R

S

ρ ×

= = = Ω

显然，接地电阻不合格，离接地电阻标准R ≤0.5Ω 相差太远，故必须采用其它降阻措施。

（5）T 方案计算：我公司采用固化了的液体降阻剂，虽然没有ALG 离子接地棒那样好的降阻效果，但是它

无污染、无腐蚀，是经国家有关部门检验合格的产品，造价比ALG 离子接地棒略高。 我们首先采用更换导电土，然后再使用固体和固化后的液体降阻剂，严格按新施工方法施工, 做完后的降低

系数为56%，按此计算该大洲变电站接地电阻为：

1 0.56 1.68 0.934 T A R =KR = × = Ω

中国防雷信息网 《中国雷电与防护》网络版 2007 No. 1 http://www.cma-lpinfo.gov.cn

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6

实际测试为0.94Ω。

此数值离接地电阻R ≤0.5Ω 还有差距，故继续采用N 方案解决。

（6）N 方案：在该变电站周围共打6 口深井, 单口深井100m, 孔径0.1m, 每井中的接地电阻为3Ω 左右, 井距为

75m, 井并联地网部分的接地电阻为1.59Ω, 结果深井法可以使RT 的降低系数为50%,最终该地网的接地电阻为:

RN=K2⋅RT=0.5×0.94=0.47Ω

（7）试验验收：竣工后, 用部颁标准进行验收，电流线按5 倍对角线放线, 放线长度为500m, 电压线300m, 无

论是大电流、异频方法测试接地电阻都是0.47Ω, 达到了国家规定的标准值。

5 注意事项

三维方法施工, 必须严格按A-T-N 三个步骤进行，A 达到预定目标，才能做T ，T 达到目标再做N ，如那个

环节出现问题，应及时查出原因，达不到目标, 不要往前进行。

6 结论

（1）用三维法可使地网土壤电阻率在300Ωm ，地网面积在5600m2 的情况下不扩网、不外引，可使工频接

地阻抗降低到0.5Ω 以下；

（2）地网寿命可达到20 年。