三种深井接地方式的适用性

xiabofang

　　任何一种接地方式受其工作原理的限制，不可能在任何使用环境下均能发挥其正常功效。为了更好地掌握常规深井接地、深井爆破接地、深水井接地等三种深井接地技术的特点，提高其接地降阻效率，有必要根据它们对使用环境的要求和各类型土壤的特性，对此三种深井接地技术的适用性进行讨论。
3 `0 E, o! O+ Q5 g5 ~2 x) B1　三种深井接地的工作原理
1．1　常规深井接地
　　常规的深井接地极是一种最简单的长垂直接地极，是短垂直接地极在长度方面的一种延伸。它的断面示意图如图1所示。
　　根据垂直接地极接地电阻的计算公式
. v! o" Q( U7 C
6 |/ s9 `" X' v式中：R———垂直接地极的接地电阻；
4 X9 r# K0 u- G* l1 {1 x$ ?ρ———土壤电阻率；
2 _, J0 g9 h; C. f/ q  v! ?+ G　　  L———垂直接地极的长度；
　　　d———接地极的等效直径。
3 t! r# \* C* F' Y  r  F8 @2 P
  r9 p6 H0 J$ Z4 F　　常规深井接地极主要利用下列因素提高接地电阻的降低效率：
; P$ P* W+ u% Q: Ka）增加接地极的长度L；
　　b）利用电阻率较低的深层土壤，降低土壤的平均视在电阻率ρ；
$ T! a- Y4 h3 a! m( W　　c）在接地极周围形成低电阻率材料填充区，相当于增大了接地极的等效直径d。
# Q5 i! a) H; E  F2 j1 j+ @" E1．2　深井爆破接地
生一定数量的裂缝，贯通岩石中固有的裂隙，将所有与接地极连通的缝隙用低电阻率材料进行机械加压填充，从而改善接地极周围土壤的电阻率分布和散流性能。它的断面示意图如图2所示。

4 H- Y$ t4 p5 }! s4 P　　深井爆破接地极不但可以利用常规深井接地极降阻的有利因素，如利用了电阻率较低的深层土壤和增加了接地极的长度，而且利用人工爆破使地下岩石产生的裂缝，通过填充低电阻率材料，在地下较大范围的岩石内形成一个网状、向外延伸的散流带（图2所示接地极外的填充区，电阻率与填充材料有关）。从整体看产生了一个低电阻率区域，并加强了接地极与土壤（岩石）的接触，从而大幅度增大接地极的等效直径，改善接地极周围土壤的电阻　　率分布，以及接地极和土壤的散流性能。
1．3　深水井接地

" n) b1 f" w; {. s) H8 V  p3 S　　深水井接地极的断面示意图如图3所示。它是利用自身的结构形成聚积地下水的空间和地下水运动通道，从而改变了接地极周围土壤的地下水分布，人为地增加接地极周围土壤的湿度，降低这部分土壤（图3所示的井外潮湿层）的电阻率。深水井接地极的降阻作用主要在于充分利用土壤中的地下水，在深水井接地极周围形成一个由远到近、土壤的湿度逐渐增大、土壤电阻率逐渐降低的区域（降低幅度取决于土壤和地下水的类型）；地下水使接地极导体与周围土壤之间的空隙可以得到很好填充，从而降低了接地极与土壤的接触电阻。另外，深水井接地极与常规深井接地极一样，也可以利用电阻率较低的深层土壤、增加垂直接地极的长度等有利于降低接地电阻的因素，使深水井接地极的接地电阻在最不利的情况下也不低于常规深井接地极。
% u( [8 q  Q* ~6 e2　三种深井接地的适用范围
" k. y) v5 T+ W& R" u& \3 _9 [2．1　常规深井接地
8 ?3 _" o& ^& O" B3 E# G9 q5 r　　从图1可以看到，常规的深井接地极形成前后并不改变深井以外土壤的结构、电阻率和地下水分布。也就是说，常规深井接地极对土壤的类型、地下水含量没有特殊要求，当位置选定后它的接地电阻取决于接地极的规格和土壤的电阻率。显而易见，当常规的深井接地极用于上层土壤的电阻率很大、土层厚度小于接地极长度、下层土壤的电阻率很小的地区时，它的降低接地电阻的效果很明显。然而，常规的深井接地极在上层土壤的厚度小于接地极长度、下层土壤的电阻率较上层高的地区使用时，它的降低接地电阻的效果较差。因此，从降低接地电阻的效率的角度来说，常规的深井接地极适用于土壤均匀的地区，或上层土壤厚度小而且下层土壤电阻率很小的土壤结构分层的地区；它不适用于上层土壤厚度小于接地极长度、下层土壤电阻率高的地区。
2．2　深井爆破接地
　　深井爆破接地极与常规深井接地极的最大区别是：在深井爆破接地极周围形成较大范围的岩石内部裂缝网，填充低电阻率材料后形成一个低电阻率区域。如果爆破或填充后在接地极周围形成的填充区极少甚至没有，这时深井爆破接地极的降阻效果与常规深井接地极基本相同。由此可见，深井爆破接地极的成功与否，很大程度取决于爆破时形成的贯通性裂缝网的大小，因此深井爆破接地极要求土壤在爆破时能够形成较好的裂缝，也就是说要求土壤有一定的硬度。在裂隙较多、土壤干燥或岩石地区，如固结坚硬的沉积岩、岩浆岩、变质岩地区，硬度稍差的各种砂岩、片岩地区，当土壤干燥时它们的电阻率极高，在进行深井爆破时容易形成较稳定的裂缝，所以这些裂缝网用低电阻率材料填充后，形成一个明显的低电阻率区域的散流通道，使接地极有很好的接地降阻作用。因此深井爆破接地是这类地区最好的接地降阻方法，特别是在地下水　　奇缺、土壤电阻率极高的岩石地区使用，更有其它方法无法比拟的优点。在硬度小的泥土或较松散的石砾土中进行地下爆破时，虽然可以产生较多裂隙，但是这些裂隙不够稳定，形成贯通性裂缝较为困难，能够被加压填充低电阻率材料的比例较低，深井爆破接地极在这些地方的接地降阻率比在土壤硬度大的地方低得多。因而深井爆破接地极不适用于硬度小、松散的土壤。
! ~) d  }8 l# S0 c+ ^　　另外，虽然在深井爆破接地极施工时产生较大的贯通性裂缝网，但是这些裂缝最终是被填充，不形成新的地下水通道，即在深井爆破接地极施工前后不改变周围的地下水分布，所以深井爆破接地极对土壤的地下水特性没有特殊要求。
2．3　深水井接地
! ^/ K$ `. n! m' t* k# N( k　　根据图3的分析可知，聚集的井水水面越高，潮湿层越大；土壤的透水性越好，潮湿层越厚；潮湿层越大降阻效果越明显；当土壤中的地下水含量极少时，深水井接地极产生的潮湿层很小，甚至没有明显的潮湿层，这时它的接地降阻能力与常规深井接地极基本相同，因此要求在深水井接地极周围的土壤有一定含量的地下水和较好的透水性。
　　从上述要求可以推断，深水井接地极适合常年有地表水补充或在接地极到达的深度以内最低限度有少量地下水的地区，如我国南方地区、人口密集地区、周围有河流或水塘的地区。从各类土壤特性可以看到，深水井接地极适用于透水能力强、空隙度特别是孔隙度大的土壤，如粘土、石砾土、松散岩石、砂岩和片岩的土壤。从土壤结构来看，深水井接地极更适用于土壤是分层结构的地区，特别是适用在各层土壤中有一层是明显的含水层或隔水层的地区。如果深水井接地极用于含有承压水层、其它各层的透水性强的地方，则它的接地降阻效果更好。从另一方面看，深水井接地极不适用于在接地极埋设深度以内基本没有地下水或透水性极差的地区，如特别干旱区、密实岩石区等。
3　结论
: j8 ]0 a- S" ~8 q8 }5 w& T! J　　常规的深井接地极对土壤的类型、地下水含量没有特殊要求。它适用于土壤均匀的地区，或上层土壤厚度小、下层土壤电阻率很小的土壤结构分层的地区，不适用于上层土壤厚度小于接地极长度、下层土壤电阻率较高的地区。
　　深井爆破接地极适用于裂隙较多、土壤干燥或岩石地区，如固结坚硬的沉积岩、岩浆岩、变质岩地区，硬度稍差的各种砂岩、片岩地区，特别是在地下水奇缺、土壤电阻率极高的岩石地区有其它方法无法比拟的优点，但不适用于硬度小、松散的土壤。
% Z3 P1 K* ?) Z# Q2 g　　深水井接地极适用于有一定地下水含量、透水能力强、空隙度大的土壤，更适用于土壤分层结构、在各层土壤中有一层是明显的含水层或隔水层的地区。
0 k# z6 R2 }5 }4 ^5 ^　　常规深井接地极适用于中、低电阻率土壤，深井爆破接地适用于高电阻率土壤，深水井接地适用于中、高电阻率土壤，三种深井接地方式有很强的互补性。
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