一种新的接地极施工方法—钻孔深埋法

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  摘 要:本文论述的钻孔深埋接地法,突破了垂直接地体以2.5米为“极限”的传统观念。经实际工程检验,证明具有传统接地方法无可比拟的优点,它施工简便、用地少、省工时费用、接地电阻十分稳定、跨步电压很小、安全,是一种较好的接地施工方法。
  众所周知,电工实施中由于下述许多原因,比如为保证设备的正常运行;保护运行人员的人身安全;消除雷击过电的危害;防止由于静电聚集产生的危害;屏蔽干扰源;保护管道不受腐蚀等。均需做接地处理。它们通常被称为:工作接地;保护接地;过电压保护接地;静电接地;隔离接地;电法保护接地等。然而这诸多接地施工方法却只有一个共同的缺点:那就是用地较多。这样对于一些受环境条件限制,对接地的要求又高的工程来说,沿用传统的方法有时根本办不到。
  由于城市不断发展,市区里的房屋建筑拥挤不堪。这些毗邻的城市建筑物,其间距往往较小。它们的防雷接地常令人伤透脑筋。姑且不论城市用地之宝贵。传统的方法由于占地多而极不经济。用传统的方法,有时连埋设接地极的地方都难于找到。即便是勉强把接地极埋下,则距建筑物出入口和人行道的3米安全距离往往又无法保证,为保证人身的安全,此时还得在接地极上面覆盖一层5-8厘米的沥青绝缘层。这就更增加了施工工作量。
  有没有这样一种接地方法。它用地既少,降低接地电阻又十分有效,而且施工又简便?显然用改进水平敷设接地极的方法是不行的。因为它不可能减少用地。那么增加直接地体的长度又如何呢?这样不仅用地少,而且从理论上看也是完全可能的。因为只要分析一下源于“电磁场”理论的垂直埋设的管形接地体的接地电阻计算机公式:R=■ln■就不难得出:垂直埋设的管形接地电阻,正比于土壤电阻率 ρ。此自在常理中。至于接地体的尺寸,直径对接地电阻的影响很小、而长度L对接地电阻的影响很大,在一定长度范围以内,当然这个长度不只是传统观念2.5米,接地电阻几乎反比于长度L。如此看来,这个方法是可行的。
  基于上面的考虑笔者提出一种新的接地极施工方法——钻孔深埋法。其理论依据就是增长垂直接地体的长度,可以有效地减小接地电阻。
  这里应指出的是:传统的观点,对于垂直接地体的长度推荐采用2.5米,则接地电阻减小并不显著。显然这一提法有不妥之处。它使人产生这样一个错觉,似乎直接地体的长度以2.5米为极限。然而正如前面分析的那样,随着新的施工方法的出现,这一长度极限的概念是应当随之修改。
  我认为,正是在这种传统观念的束缚下,虽然也有资料介绍在高土壤电阻率地区,使用钻孔法的,遗憾的是它并不是着眼于用钻孔法增长直接地体的长度,来有效减小接地电阻,而是将接地极引向下层低电阻率地层。比如有地下水或矿床的地层。显然,这对于不具备上述条件的大多数地区来说,就无法采用。
  诚然在高土壤电阻率地区,这种新方法也未必一定有效。但是对于一般的地址条件,尤其是土壤的情况下,是应当从传统的观念中解脱出来了。倘若用“电磁场”的理论来追溯接地体垂直接地电阻计算机公式的出处,自会发现,虽然这一常用公式是在垂直管形接地体的上端紧靠距地面的条件下得来的。而實用中垂直接地体的上端距地面有一定深度。工程中一般为0.5-0.7米。不过可以证明,用该公式近似计算,工程上误差很小。而且误差随着接地体长度的增加而减小。因此,该公式具有实用性。
  该公式的导出,并未对垂直接地体的长度加任何限制。换言之,直接地体长度的增加,只要土壤是均匀的,公式乃是适用的。分析该公式得出的上述结论,则无疑是正确的。
  实用中为简化计算,垂直接地体的接地电阻,可用查图示的K值曲线来简便求得,也可以从该曲线直观地了解上述结论。曲线是根据公式R= 绘制的。应当说明的是也可以用不同的直径d绘制出一组K值曲线。但考虑到d的不同对R的影响甚微。故工程中图示的一条曲线已经完全够用了。那么该曲线只作到接地体长L为10米这是为什么?这有两个方面的理由。其一管长在10米以内,特别是5米以内效果较好,大于10米则效果会显著降低。其二为从后面谈到的钻孔施工法来看,10米以内施工较方便。故本文推荐用钻孔深埋法时,垂直接地体长度一般在5米左右为宜。最长不超过10米。
  这种钻孔深埋法施工的接地极,由于接地极的深埋,减小了季节变化,特别是地面上大气的影响。比如温度和湿度的影响。从而获得了稳定的接地电阻。这一优点是显而易见的。
  此外,由于接地极的深埋,可使跨步电压显著减小。这对保护接地和防止雷击过电压接地来说,这一特性尤为可贵。为前面提到的,棘手的城市建筑物的防雷接地,找到了一条较理想的、安全可靠,而且简便易行的解决途径。
  这些都是传统方法无法比拟的。
  我们可以看到,在一些特定的环境下,传统的方法由于用地多而不再适用。而钻孔深埋施工极为简便。在一般的土壤条件下,无需特殊的施工机械。仅用小型人工螺旋钻,即可方便施工。该钻可钻的 10米以内的深孔,只需一人操作。一个5米的深孔,一小时即可完成。倘若使用钻机,采用国产“争光10-1”型,也是很方便的,该钻为小型汽油钻机。可钻 50孔达10米之深。该钻重仅25公斤。操作也十分方便。
  综上所述,钻孔深埋法与传统的方法相比较,具有施工简便,用地少,节工省时及费用低的特点。用这种方法施工的接地极更具有传统的接地极所无法比拟的,接地电阻十分稳定,跨步电压很小,对人安全等优点。是一种较为理想的接地施工方法。■
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