發(fā)變電站良好的接地是電力系統(tǒng)安全運行的根本保證。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提高和系統(tǒng)容量的不斷增大,接地故障電流和發(fā)變電站接地網(wǎng)的面積也不斷增大,生產運行部門對于降低地網(wǎng)接地電阻、接觸電壓和跨步電壓,保障電力系統(tǒng)安全、可靠運行的呼聲越來越高。要確保人身和設備的安全,維護電力系統(tǒng)的可靠運行,需要改變僅強調降低接地電阻的傳統(tǒng)觀念,樹立主要考慮地面接觸電壓和跨步電壓所帶來的危害這一新概念。
　　
　　在土壤電阻率較低,接地網(wǎng)面積限制相對寬松的地區(qū),降低接地電阻、接觸電壓及跨步電壓并不是特別困難。但是,許多山區(qū)或周邊環(huán)境比較惡劣的變電站所處位置的土壤電阻率比較大;某些建在城市中的變電站接地系統(tǒng)設計則受到面積限制。如何在這些土壤電阻率高、接地網(wǎng)水平擴張裕度有限的地區(qū),使變電站地網(wǎng)設計能夠確保設備及人身安全則是許多人都關心的問題。針對工程實際中的具體問題,把設計思路僅僅局限于水平地網(wǎng)顯然是不合適的,將接地系統(tǒng)向縱深方向發(fā)展是設計的必然思路。實踐也證明,增設垂直接地極對于降低地網(wǎng)接地電阻、接觸電壓和跨步電壓是一種行之有效的方法。
　　
　　本文的目的是采用數(shù)值計算方法系統(tǒng)分析垂直接地極對接地系統(tǒng)電氣性能的影響,分析采用從加拿大引進的CDEGS軟件包。垂直接地極降低接地電阻的作用以均勻土壤為例,討論垂直極對于降低地網(wǎng)接地電阻的作用。假設水平地網(wǎng)面積為150m×150m,網(wǎng)格間距取15m,土壤電阻率為200Ω.m,水平導體半徑r1=0.011m,垂直極長度L=50m。先分析在已有水平地網(wǎng)基礎上增設垂直極,考慮垂直極根數(shù)N變化對接地電阻R的影響。
　　
　　為了減小水平地網(wǎng)對垂直接地極的屏蔽作用,垂直接地極一般布置在水平地網(wǎng)的外圍,與外圍接地導體相連。其中虛線為垂直極計算半徑r2取3.5m時的接地電阻,用于模擬采用爆破接地技術施工的垂直接地極,實線為垂直接地極的半徑r2取0.025m時的接地電阻,用于模擬常規(guī)尺寸的普通垂直接地極。
　　
　　垂直極根數(shù)變化對地網(wǎng)接地電阻的影響:其它條件不變,接地系統(tǒng)的接地電阻R隨垂直極根數(shù)N的增加而降低,當布置的垂直接地極根數(shù)達到一定數(shù)量時,接地電阻R的減小趨于飽和,其主要原因是垂直接地極間距減小后,相互之間屏蔽作用增強的緣故。另外,垂直極顯然對水平網(wǎng)散流有抑制作用。即添加垂直極后接地系統(tǒng)總的接地電阻并不是垂直極與水平網(wǎng)的接地電阻的簡單并聯(lián),而是存在一個屏蔽系數(shù),垂直極的根數(shù)越多,屏蔽系數(shù)越大。垂直極半徑取3.5m時的降阻效果明顯比半徑取0.025m時要強。
　　
　　垂直極半徑取3.5m是考慮到爆破制裂之后的效果。因此可以看出,采用爆破接地技術對垂直接地極進行施工,增大垂直接地極的半徑,能更有效地降低接地系統(tǒng)的接地電阻。垂直極對接觸電壓和跨步電壓的影響。增設垂直極對于降低地表面的最大接觸電壓和跨步電壓也具有較大的影響。水平網(wǎng)同上節(jié)討論的情況相同,垂直極計算半徑取0.025m。
　　
　　增設垂直接地極對于降低接觸電壓和跨步電壓具有非常顯著的作用,當垂直極為12根時,接觸電壓就可降低約40%;當垂直極為32根時,接觸電壓可降低63.49%。而降低接觸電壓正是電力系統(tǒng)接地安全設計的主要目標之一。
　　
　　增設垂直極對于降低接觸電壓的原因主要有兩點:一是垂直極的引入,降低了地電位升(GPR),而接觸電壓及跨步電壓均與GPR有著直接的關系。二是因為增設垂直極后,大部分故障電流通過垂直極流入大地,相應減少了水平導體的散流量,因此地表面的水平方向電流密度大大減少,造成水平方向電場強度大大降低。