2.4　埋設(shè)地線接地電極的電阻確定

棒狀電極作為接地電極，是一種既便利又經(jīng)濟(jì)的形狀。然而，在實(shí)際中，有時(shí)因各種原因無法使用棒狀電極。如在地下淺處存在大巖石的場合等，就得考慮其他形狀的接地電極。

目前被廣泛采用的埋設(shè)地線的方法，如圖2-20所示，把裸電線在淺處水平埋設(shè)作接地電極。

2.4.1　地表淺處埋設(shè)地線

地表面對靠近地方的影響，可考慮在埋設(shè)地線的上方相隔2d（m）處的鏡像，可按鏡像法考慮，它相當(dāng)于第二根地線。如圖2-21所示，設(shè)d（m）為地線埋設(shè)深度。

所謂鏡像法如圖2-22所示，導(dǎo)入離地表面上高d（m）、半徑r（m）的第二個(gè)電極，把全部空間充滿電阻率為ρ（Ω·m）的媒質(zhì)。第二個(gè)電極相當(dāng)于鏡像法中的鏡像，第一接地電極稱作主接地電極。認(rèn)為從兩個(gè)接地電極各自向地下流入電流I（A），就由導(dǎo)入鏡像替代了地表面的影響。在地表面下d（m）埋設(shè)的地線的接地電阻R（Ω），受到第二地線（鏡像）的影響，變?yōu)椋?/p>

在英國標(biāo)準(zhǔn)中（CP1013：1965，Earthing），埋設(shè)地線采用：

2.4.2　地面深處埋設(shè)地線

在離地表面十分深處埋設(shè)地線的接地電阻，可與棒狀電極埋設(shè)的接地電阻同一辦法考慮，即扁長旋轉(zhuǎn)橢圓體公式：

式中，l為埋設(shè)地線的全長，m；r為埋設(shè)地線的半徑，m。

在離地表面充分深處埋設(shè)地線的接地電阻，可應(yīng)用均勻電流法引出的接地電阻公式：

2.4.3　星形埋設(shè)地線

在接地施工得不到充分用地的場合，可如圖2-23（a）所示那樣，把埋設(shè)地線曲折成直角進(jìn)行施工。埋設(shè)地線也可如圖2-23（b）～（e）所示進(jìn)行星形施工。

圖2-23（a）～（e）所示星形埋設(shè)地線的接地電阻的計(jì)算式匯總于表2-4。

當(dāng)假設(shè)大地電阻率為ρ=100（Ω·m），埋設(shè)深度為d=1（m），導(dǎo)線的半徑為r=0.004（m），及假定導(dǎo)線的全長一定。把全長100m的導(dǎo)線做成各種形狀埋設(shè)的接地電阻匯總于表2-5，其計(jì)算結(jié)果可看出：按一直線埋設(shè)的場合得到最低電阻，而形狀變化得越復(fù)雜，接地電阻會(huì)變得越高。

表2-6是把周長固定為100πm，埋設(shè)深度為1m，電線的半徑為0.004m，這個(gè)場合形狀越復(fù)雜，接地電阻變得越低，然而，這樣相應(yīng)使用的電線也變長，這是要注意的。

2.4.4　環(huán)狀埋設(shè)地線

以圓環(huán)形埋設(shè)地線做施工的就是環(huán)狀地線。設(shè)圓周的直徑為D（m），地線的半徑為r，如圖2-24所示。

設(shè)r?D。在十分深處埋設(shè)的環(huán)狀地線的接地電阻，可由靜電電容按下式求出：

在地表面下d（m）埋設(shè)的環(huán)狀地線的接地電阻，加上鏡像的影響，采用如下計(jì)算式：

非常淺埋設(shè)的環(huán)狀地線的場合，它的接地電阻為深埋情況的2倍：

2.4.5　埋設(shè)地線引起大地電位上升

圖2-25所示為埋設(shè)地線的剖面圖。設(shè)定埋設(shè)地線的深度為d（m），沿地表面為x軸。設(shè)x軸的原點(diǎn)在埋設(shè)地線的正上方。

埋設(shè)地線取直線狀，它單位長度向周圍流出的電流為I（A/m），又設(shè)周圍大地的電阻率為ρ（Ω·m），這時(shí)，如設(shè)沿地表面產(chǎn)生的電位為V（x）：

式中，在x=0處，取V（0）=0。圖2-26所示為電位上升的曲線圖形。

2.4.6　網(wǎng)狀埋設(shè)地線

把多根埋設(shè)地線相互連接成格子狀構(gòu)成的大的接地電極，就是網(wǎng)狀電極，其形狀如圖2-27所示。這種電極主要是在需要取較低接地電阻的電站或變電所采用。要精密預(yù)測網(wǎng)狀電極的接地電阻一般是很困難的。

如果忽略詳細(xì)的構(gòu)造，著眼于接地電極所占有的最大面積，由網(wǎng)狀電極周邊的導(dǎo)體圍成的面積取作A（m2），把這一面積的圓板的半徑取作r（m）：

把這作為網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的等值半徑。這里網(wǎng)狀電極不僅限于圓形，暫不考慮由形狀引起接地電阻的變化。

當(dāng)網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極取水平方向與地表面平行埋設(shè)，從地表面至網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的深度，如圖2-28所示分為三類。設(shè)埋設(shè)深度為d（m）。

①r?d的場合　如圖2-28（a）所示，與網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的大小比較是埋設(shè)得十分深的場合，網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極上下兩面的接地效果被充分利用。利用圓板的全空間接地電阻公式，網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的接地電阻為：

式中　ρ——大地電阻率，Ω·m；

r——網(wǎng)狀電極的等值半徑，m；

A——網(wǎng)狀電極周邊的導(dǎo)體圍成的面積，m2。

②r≈d的場合　如圖2-28（b）所示，網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的埋設(shè)位置靠近地表面，電極的上表面充分地發(fā)揮接地效果。其結(jié)果，接地電阻比深埋設(shè)接地電阻高，它的增加部分可確定是鏡像引起的。網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的接地電阻為：

式中，d為網(wǎng)狀電極的埋設(shè)深度，m。第2項(xiàng)是由鏡像引起的增加分量。

③r?d的場合　如圖2-28（c）所示，網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的埋設(shè)位置非常靠近地表面，只是電極的下表面的接地效果被利用。因而網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的接地電阻為：

當(dāng)網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不可忽視時(shí)，對網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極來說，它的占有最大面積至關(guān)重要。即使最大面積相同的網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極，在形狀等不同的場合，接地電阻也有著較大程度的變化，這主要取決于網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的網(wǎng)狀數(shù)和網(wǎng)系數(shù)。

用圖2-29來說明網(wǎng)格數(shù)和網(wǎng)系數(shù)。把網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極所占的面積取正方形，把僅僅沿這個(gè)正方形的周邊埋設(shè)的導(dǎo)體成為接地電阻的場合作為網(wǎng)格數(shù)1，即取網(wǎng)格數(shù)為1。假如在這個(gè)電極內(nèi)側(cè)中增添十字形線狀電極，便變成4個(gè)網(wǎng)孔，就將網(wǎng)格數(shù)取作4。如果再在各網(wǎng)的內(nèi)側(cè)追加十字形線狀電極，網(wǎng)格數(shù)變成了16。這樣，如依次在各網(wǎng)中增添十字形線狀電極，最終電極就成了正方形板。網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極的接地電阻，可用網(wǎng)系數(shù)以下式表示：

R=M×[網(wǎng)格數(shù)為∞時(shí)的板狀電極的接地電阻]　　（2-54）

限定周邊的導(dǎo)體形成的正方形的大小不變，那么正方板電極（即網(wǎng)格數(shù)為∞）的接地電阻為最低。而且，如使網(wǎng)格數(shù)變少，接地電阻便變高，在網(wǎng)格數(shù)為1時(shí)接地電阻達(dá)最高。網(wǎng)系數(shù)M可表示為：

圖2-29也表示了網(wǎng)格數(shù)和網(wǎng)系數(shù)的關(guān)系。設(shè)導(dǎo)體的大小一定，網(wǎng)格數(shù)n無限大時(shí)，即成為板狀電極，它的接地電阻為最低。通常的情況是M>1。網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極設(shè)計(jì)時(shí)，可把n→∞作為板狀電極來預(yù)測接地電阻。對n為有限的實(shí)際的網(wǎng)狀埋設(shè)地線電極時(shí)，它不可能降低至最低接地電阻以下。n變大，材料費(fèi)及施工費(fèi)會(huì)激增，故不能把n取得無限大。

要精密求出M和n的關(guān)系是非常困難的，因周邊導(dǎo)體的形狀不同，這個(gè)圖形關(guān)系會(huì)有若干不同。

n=1時(shí)，M得最大值。利用圓板和圓環(huán)電極的接地電阻公式，M的最大值Mmax的概略值可如下計(jì)算：

式中　r——網(wǎng)狀電極的等值半徑，m；

r'——網(wǎng)狀電極所用導(dǎo)體的半徑，m。

由上式可知，網(wǎng)系數(shù)的最大值可由電極的等值半徑r和所用導(dǎo)體的半徑r'之比來推算。表2-7所示是在各種r/r'值時(shí)計(jì)算得出的Mmax值。