推进电力接地系统：土壤电阻率的新型预测模型
适当的电源接地系统对于维护关键电气子系统基础设施（如变电站）的安全性和可靠性必不可少。电源接地系统为电气故障电流流入大地提供了一条低电阻路径，可防止触电、火灾和重要设备损坏。调查土壤电阻率对于设计电源接地系统至关重要。为了实现变电站最具成本效益和效率的接地系统，必须仔细选择土壤电阻率最低的地点。这也能确保最佳性能和安全性。因此，准确测定土壤电阻率非常重要，因为不准确的值会导致接地系统故障。
泰国电力局已制定了变电站所需的土壤电阻率标准，阈值为小于 80 欧姆米。然而，土壤电阻率往往达不到这些要求，这凸显了对强大的土壤电阻率评估方法的需求。
许多研究调查了土壤电阻率与各种岩土特性之间的关系，强调了含水量、土壤单位重量、含盐量、粘土含量和颗粒大小的影响。尽管有这些见解，但仍然需要一个综合预测模型来整合土壤电阻率与多个岩土参数之间的关系。
为了应对这一挑战，由芝浦工业大学工程学院 Shinya Inazumi 教授领导的研究小组对受控温度和湿度环境下土壤电阻率与岩土参数之间的行为和关系进行了全面研究。他们还根据研究结果开发了一个预测模型。他们的研究发表在《工程成果》杂志上。
“这项研究的核心是开发基于土壤电阻率与关键岩土特性之间关系的预测模型。通过开发稳健的相关性模型，我们旨在准确预测现场条件下的土壤电阻率。这对于变电站接地系统的设计具有重要意义，特别是在泰国等土壤类型多样的地区，”Inazumi 教授说。
在这项研究中，研究人员在受控实验室环境下测量了泰国电网变电站内各个代表性位置的 30 个土壤样本，以建立电阻率与每个岩土参数的稳健相关性。研究人员选择了三个指标岩土特性来与土壤电阻率建立关联：水分含量（已知对电阻率有很强的影响）、塑性指数（代表粘土含量）和干密度（代表不含水的土壤密度）。
研究结果显示，土壤电阻率与含水量之间存在明显的关系，电阻率随含水量的降低而增大。然而，电阻率与塑性指数或干密度之间的相关性并不明显，研究人员认为这主要是受含水量的影响。
为了解决这个问题，他们进一步利用非线性多元回归分析来研究含水量和其他土壤参数的综合影响。土壤电阻率、含水量和塑性指数之间的相关性的判定系数 (r 2 ) 为 0.8281，电阻率、含水量和干密度之间的相关性的判定系数为 0.7742，该系数解释了模型与观测数据的拟合程度。这些强相关性表明，含水量、塑性指数和干密度的组合为土壤电阻率提供了一个可靠的预测模型。
然而，研究团队也承认该模型存在局限性，目前只能预测细颗粒粘性土壤的土壤电阻率。这是由于研究中使用的土壤样本种类有限。幸运的是，在未来的研究中，通过纳入更广泛、更多样化的土壤样本，可以轻松解决这一局限性。
“这项研究提供了一种优化变电站接地设计的方法，这对于保护设备和人员免受电气故障的影响至关重要。研究结果可以减少对大量土壤测试和改造的需求，在保持法规遵从性的同时降低成本。除了电气应用之外，研究中开发的预测模型还可以用于环境监测，”Inazumi 教授强调了他们的研究可能更广泛的应用。
总体而言，这项研究在土壤电阻率评估方面开辟了新天地，有助于以经济高效的方式建设变电站接地系统，为更安全、更可靠的电力供应铺平道路，这对于稳定的经济增长至关重要。
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