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[摘 要]本文从电流场的角度，对常规变电站地网的理论计算和近似模型进行详细分析，并对各种相关接地体进行比较，希望对变电站的设计和施工起到了一定的理论指导作用。
[关键词] 地网 静电模拟 镜像 电流屏蔽
1、引言
变电站接地网是变电站的隐蔽性工程，埋于地下不易检查、修复，出问题后补救成本较高，本文对变电站常用的复合地网从电流场的角度，进行分析和设计。
2、地网的预备知识
变电站地网的接地分析是基本采用电流场来近似，其特点是以分布的观点观察、分析和求解问题域。其理论基础是麦克斯韦方程组，内容是求解边值问题。其理论计算较为复杂，目前主要的分析方法主要有电流场转化为电路、电流场和静电场比拟（静电比拟）、电场的镜像分析、电流屏蔽等分析方法。
变电站复合地网的模型图，如图一所示，主要有水平地网和多个垂直接地极组成。参照模型，我们把地网分成这两部分来分析，即水平地网、垂直接地极。
我们以图二所示的与地面齐乎的处于均匀土壤中的半球形接地电极为例，设接地电极的半径为a，由接地电极流入大地的电流为I，土壤的电阻率为ρ， 半球形接地电极的电阻可认为包围在接地电极外面的厚度为dr的各半球体薄壳的如果要计算由α到г之问的电阻R'，则有
从表一看出，半球状接地电极形成的电流场中，随的距离r增加，R？/R的比值，开始增加很快，之后增加的程度变小。因此接地电阻的大部分集中在电极附近，如电阻区域为到达2r的区域占全电阻的50%，3r的区域占全电阻的70%，。因此对半球状接地电极的接地电阻，其主要作用的土壤为附近3倍半径的区域，约占70%，更远的区域可以逐渐忽略。
3、水平地网分析
若变电站的接地网所占面积 A，则当该面积内全部铺满钢材，即地网成为一面积为 A的金属板时，其接地电阻可达最小值，反之，把水平接地体减少到只剩一个勾划出地网轮廓的外框上时，接地电阻将达到最大值，如果把变电站的地网所占面积用一等值的圆面积近似取代，则地网接地电阻的最小值 R1和最大值 R2可分别用圆盘电极和圆环电极的接地电阻计算公式进行估算，即：
取A=100×100m2，d=0.02m，h=0.8m可得地网接地电阻的最小值R1=0.435Ω，最大值R2=0.734Ω，也就是说，即使四周的轮廓所发出的缘故。可见，在地网内铺设很多钢材，对降低接地电阻的效果非常有限。
如本例所示，当ρ=100Ω.m时，为得到0.5Ω的接地电阻，地网面积不小于100 m2。
由以上分析可知，水平地网接地电阻与电阻率成正比，与地网方框的面积的开方成反比。地网中间每隔一定的距离铺设的扁钢，对降低地网电阻不起作用，只是为了滿足接地短路时，网状接地电极的地表电位分布均衡，以达到满足跨步电压和接触电压的安全规范要求，同时也便于设备接地。
4、垂直接地体对地网接地电阻的影响
我们比较一下圆盘接地体和带垂直电极的圆盘接地体的接地电阻差别，作为圆盘下的垂直电极的长度 a 的垂直电极的接地电阻，地网垂直电极的长度为a（小于2.5m），比地网的等值半径小得多，因此，我们考虑厚度为 a的圆盘形地网的接地电阻，用拉普拉斯方程，把圆盘近似为椭球体，其短半径为 a，长半径为 b.由拉麦方法所得出的椭球体的电容计算公式中，令θ=0，b=c，可求出该球体的电容为：
比较R3 和R4的值，为描述垂直接地体对地网的影响，表2列出了各种不同面积地网中垂直接地体对降低地网接地电阻的所起的作用。
由表2可知，打许多密密麻麻的2.5m长的垂直接地体对降低接地工频电阻所起的作用很小约为3%～10%。
由以上分析可知，相对于地网半径很小的垂直接地体对降低电阻作用很小，垂直接地体的主要作用在于雷电等冲击电流的扩散作用。因此在避雷针和避雷器下面的地网中必须装设集中地垂直接地体。
5 结语
通过地网近似模型的电流场理论分析及相关表格数据，说明复合地网在改变土壤电阻率外，扩大地网、外延接地网实质上都是扩大地网面积，以降低地网电阻。这也是最简单、最有效的降阻方法。
参考文献
[1]宋执成 高电压技术，中国电力出版社，1995
[2]冯慈璋 电磁场，高等教育出版社，2007
作者简介：刘中，男，1973-，工学硕士、工程师，目前从事变电设计工作。
[关键词] 地网 静电模拟 镜像 电流屏蔽
1、引言
变电站接地网是变电站的隐蔽性工程，埋于地下不易检查、修复，出问题后补救成本较高，本文对变电站常用的复合地网从电流场的角度，进行分析和设计。
2、地网的预备知识
变电站地网的接地分析是基本采用电流场来近似，其特点是以分布的观点观察、分析和求解问题域。其理论基础是麦克斯韦方程组，内容是求解边值问题。其理论计算较为复杂，目前主要的分析方法主要有电流场转化为电路、电流场和静电场比拟（静电比拟）、电场的镜像分析、电流屏蔽等分析方法。
变电站复合地网的模型图，如图一所示，主要有水平地网和多个垂直接地极组成。参照模型，我们把地网分成这两部分来分析，即水平地网、垂直接地极。
我们以图二所示的与地面齐乎的处于均匀土壤中的半球形接地电极为例，设接地电极的半径为a，由接地电极流入大地的电流为I，土壤的电阻率为ρ， 半球形接地电极的电阻可认为包围在接地电极外面的厚度为dr的各半球体薄壳的如果要计算由α到г之问的电阻R'，则有
从表一看出，半球状接地电极形成的电流场中，随的距离r增加，R？/R的比值，开始增加很快，之后增加的程度变小。因此接地电阻的大部分集中在电极附近，如电阻区域为到达2r的区域占全电阻的50%，3r的区域占全电阻的70%，。因此对半球状接地电极的接地电阻，其主要作用的土壤为附近3倍半径的区域，约占70%，更远的区域可以逐渐忽略。
3、水平地网分析
若变电站的接地网所占面积 A，则当该面积内全部铺满钢材，即地网成为一面积为 A的金属板时，其接地电阻可达最小值，反之，把水平接地体减少到只剩一个勾划出地网轮廓的外框上时，接地电阻将达到最大值，如果把变电站的地网所占面积用一等值的圆面积近似取代，则地网接地电阻的最小值 R1和最大值 R2可分别用圆盘电极和圆环电极的接地电阻计算公式进行估算，即：
取A=100×100m2，d=0.02m，h=0.8m可得地网接地电阻的最小值R1=0.435Ω，最大值R2=0.734Ω，也就是说，即使四周的轮廓所发出的缘故。可见，在地网内铺设很多钢材，对降低接地电阻的效果非常有限。
如本例所示，当ρ=100Ω.m时，为得到0.5Ω的接地电阻，地网面积不小于100 m2。
由以上分析可知，水平地网接地电阻与电阻率成正比，与地网方框的面积的开方成反比。地网中间每隔一定的距离铺设的扁钢，对降低地网电阻不起作用，只是为了滿足接地短路时，网状接地电极的地表电位分布均衡，以达到满足跨步电压和接触电压的安全规范要求，同时也便于设备接地。
4、垂直接地体对地网接地电阻的影响
我们比较一下圆盘接地体和带垂直电极的圆盘接地体的接地电阻差别，作为圆盘下的垂直电极的长度 a 的垂直电极的接地电阻，地网垂直电极的长度为a（小于2.5m），比地网的等值半径小得多，因此，我们考虑厚度为 a的圆盘形地网的接地电阻，用拉普拉斯方程，把圆盘近似为椭球体，其短半径为 a，长半径为 b.由拉麦方法所得出的椭球体的电容计算公式中，令θ=0，b=c，可求出该球体的电容为：
比较R3 和R4的值，为描述垂直接地体对地网的影响，表2列出了各种不同面积地网中垂直接地体对降低地网接地电阻的所起的作用。
由表2可知，打许多密密麻麻的2.5m长的垂直接地体对降低接地工频电阻所起的作用很小约为3%～10%。
由以上分析可知，相对于地网半径很小的垂直接地体对降低电阻作用很小，垂直接地体的主要作用在于雷电等冲击电流的扩散作用。因此在避雷针和避雷器下面的地网中必须装设集中地垂直接地体。
5 结语
通过地网近似模型的电流场理论分析及相关表格数据，说明复合地网在改变土壤电阻率外，扩大地网、外延接地网实质上都是扩大地网面积，以降低地网电阻。这也是最简单、最有效的降阻方法。
参考文献
[1]宋执成 高电压技术，中国电力出版社，1995
[2]冯慈璋 电磁场，高等教育出版社，2007
作者简介：刘中，男，1973-，工学硕士、工程师，目前从事变电设计工作。