物理降阻剂降阻机理研究
通过理论推算,
降阻剂的降阻效果一般在20%~30%左右。但经查阅众多文献和厂家提供的试验数据都表明,接地极敷设降阻剂后,常会比单独埋设接地极的接地电阻低70%~80%。两者的差别为何会如此之大?本文从接地极与土壤的接触电阻、降阻剂与土壤之间的渗透层以及接地极尺寸方面对此进行了探讨,并就如何在实际应用中合理科学利用降阻剂降低接地电阻给出了几点建议。本文仅对物理型长效降阻剂进行讨论。虽然化学降阻剂有可能在降阻剂附近形成大面积的渗透层,但渗透层的厚度及渗透层的电阻率的测量计算均不具操作性,且渗透层越厚,则降阻剂可持续时间必然越短,还容易对包覆的接地电极产生腐蚀,因此本文对降阻剂降阻效果的讨论仅限于物理型长效降阻剂。
降阻剂降阻效果的理论推导
降阻剂厂家说接地极长度对降阻剂降阻效果的影响
在接地电阻中包含以下3种电阻:接地电极本身的导体电阻,接地电极的表面和与之接触的土壤之间的接触电阻,接地电极周围土壤所具有的电阻。这三者当中,前二者影响很小,后者影响是最主要的。一般在计算接地电阻时只考虑接地体周围土壤所具有的电阻。本文对降阻剂降阻效果的理论推导中,也仅考虑了接地体周围的土壤电阻,而忽视了接触电阻和接地电极本身所具有的电阻。降阻剂实测降阻效果分析
1、产生降阻剂降阻效果过高的原因虽然从理论上,降阻剂的降阻率一般也就20%~30%左右,但在实际众多的厂家试验和工程应用中常常会得出比理论高得多的降阻效果,本文分析如下。降阻剂的降阻效果与接地极的形状和尺寸紧密联系。接地体尺寸越大,形状越复杂,包覆降阻剂的降阻效果越不明显,尺寸越小,包覆降阻剂的降阻效果则越发明显。例如上文提到的半径0.02m、长1m水平接地极,埋深1m,包覆降阻剂后降阻效果则达到70%多,而实际应用中不可能仅用如此小尺寸的接地体进行降阻,也就只能考虑20%~30%的降阻效果。本文作者查阅过大量有关降阻剂的试验数据,发现很多试验所用的接地体都是小尺寸接地极,因此得出很高的降阻效果很正常。相当多的资料显示在求证降阻剂降阻效果时基本上采取了同样的试验方式:先在地里埋设一接地体,测出其接地电阻,然后将接地极包覆降阻剂,再测其接地电阻。将2次测出的接地电阻相比较,然后得出降阻剂的降阻效果,再推广到实际应用中去。而事实上,降阻剂的降阻效果与接地极形状、尺寸以及包覆降阻剂的厚度紧密联系,而众多的相关学者根本不具备相应的接地电阻理论,直接从降阻剂本身性能和土壤电阻率大小去估算降阻剂降阻效果,并将其推广应用到施工设计中,这样很容易过高估算降阻剂的降阻作用从而导致接地电阻降不下来。
2、降阻剂降低接触电阻有着极为显著的作用
试验得出的接地电阻降阻率往往比理论高得多的另一个原因是因为降阻剂在消除高电阻率土壤接触电阻方面确实有着较好的效果。但在实际应用中,测试出来的接地电阻往往比理论值偏高。因为在理论推算时考虑的是接地极与周围土壤之间呈连续紧密的面接触,电流直接由接地极过渡到土壤中去。但实际上,接地电阻跟土壤间很难密实接触,土壤稀松、土壤跟接地极间隔着石块,都有可能在接地极跟土壤之间产生间隙,这样就相当于缩小了接地极跟土壤的接触面积,接地极的接触电阻自然会跟着升高。国内不少文献将其称为接触电阻。
本文将接触电阻定义如下:接地体未能跟周围土壤间保持密实的面接触产生点接触和空隙,导致接地体实际接地电阻要高于接地体跟土壤间保持面接触的理论接地电阻,实际电阻跟理论电阻的差值称为接地体的接触电阻。接触电阻的大小与土壤的致密性、土壤与接地体的紧密程度、土壤的电阻率以及接地极本身的形状都有关。接触电阻随着时间的推移而逐渐减少,低电阻率区可以忽略不计,而高电阻率区则难以忽略。高电阻率区,往往石块也多,如果在水平接地极下面搁置一石块,很可能导致搁置石块的一段完全被架空,则接地体的接触电阻自然会大幅度提高。换句话说,因为接触电阻的存在,接地体实际接地电阻会比理论计算要高。但施用降阻剂后,由于降阻剂在施工时呈糊状,很容易与接地极和土壤密实地磨合在一起保持面接触状态,接触电阻基本被消除,此时的接地电阻则接近于同等尺寸接地电极的理想接地电阻。在实际试验中,由于接触电阻的存在,常常会得出降阻剂的降阻率高于理论计算的情况。特别是土壤电阻率越高,接地极的接触电阻越大,施用降阻剂后降阻效果就越发明显。但是,用接触电阻的降阻率去衡量降阻剂的性能不正确。只要符合国家标准的降阻剂,在消除接触电阻方面都有很好的效果,事实上,对于高电阻率区,即使将高电阻率土壤换成细土都会有相当的降阻效果,在对1840Ω⋅m的高电阻率区,埋设水平接地体,采用70%的泥土和30%的碎石进行回填时,测量得到的接地电阻为32Ω,而采用30%的泥土和70%的碎石进行回填时,得到的接地电阻为45Ω。即将30%的泥土和70%的碎石换成70%的泥土和30%的碎石作为回填土,接地电阻下降了1−32/45=29%。
虽然降阻剂在高电阻率区有着很好的消除接触电阻的效果,其降阻率往往也会比理论值高一些,但这只能证明:在高电阻率区由于存在接触电阻,一些形状简单的中小接地体如果不包覆降阻剂,实际接地电阻可能比理论计算的高。包覆降阻剂后,会接近于同等形状尺寸的理论值。而在实际接地施工设计时,接地极与土壤之间均以理想的密实接触来计算接地电阻,因此使用降阻剂后的接地电阻只能根据包覆降阻剂后的形状和尺寸来计算。 河北中泊防雷器材有限公司(http://www.zbflqc.com/)的产品为
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