高压架空线路铁塔防雷接地设计方案.1doc

20~35KV 高压架空线路铁塔防雷接地设计方案

------------义盟克防雷技术有限公司 杨志成

雷电放电是带电荷的雷云引起的放电现象，按其发展方向可分为下行雷和上行雷。下行雷是在雷云产生并向大地发展的，上行雷是接地物体顶部激发起，并向雷云方向发起的。雷电的电压很高，瞬时电流强度很大。因此，一次雷电的放电时间虽然只有0.01s 左右，但其释放出的能量却大得惊人。自然界里每年都有几百万次的闪电，每年雷电造成的人员伤亡和财产流失，仅次于水灾而大于其他的任何灾害。

架空输电线路是用绝缘体将输电线路固定在直立于地面的杆塔上用以传输电能的输电线路，它由导线、架空地线、杆塔、绝缘子串、接地装置等部分组成。运行统计数据表明，引起输电线路故障跳闸的原因很多，其中因雷击引起的跳闸次数约占总跳闸次数的60％以上，位居所有跳闸原因之首。输电线路的防雷涉及因素较多，与地形、地貌、地质、气象和系统运行水平等诸因素有关。一般35Vk 线路因雷击发生单相接地就会跳闸，因此，如何切实有效地制定及改善高压架空输电线路的防雷措施，从而降低线路雷击跳闸率，是保证电力系统安全稳定运行的必要条件。

雷电中直击雷的危害最大最明显，其主要集中于线路中的铁塔。一般的架空线路都采用了避雷线防护，根据电压等级，35kV 线路不宜全线架设避雷线，一般在变电所的进线段架设1～2km 的避雷线，同时在雷电活动强烈的地段架设避雷线，或者安装线路金属氧化物避雷器；其中线路中的铁塔防雷接地尤为重要与关键。

雷击塔顶时反击耐雷水平的计算公式为：

50%

1(1)()2.6

2.6

gt d

ch U I L h k R ββ

=

-++

式中k—计及电晕影响的耦合系数；

—杆塔对雷电流的分流系数，一般长度档距220kV、500kV线路双避雷线杆塔分流系数取0.88；

R—杆塔接地电阻；

ch

L—杆塔电感，μH，铁塔杆塔电感为0.50μH/m；

gt

h—导线平均高度，m；

d

U—塔头绝缘（绝缘子串或塔头间隙）50％冲击放电电压。

50%

从公式可知，雷击杆塔时的耐雷水平与分流系数、杆塔等值电感L gt、杆塔接地电阻R ch、导地线间的耦合系数k和绝缘子串的50％冲击闪络电压U50%有关。对一般高度的杆塔，增大导地线间的耦合系数k可以减少绝缘子串上的电压，可以提高耐雷水平；同样增加绝缘子片数以增大线路U50%冲击闪络电压，同样也可以提高耐雷水平。但是接地电阻上的压降对绝缘子串两端电压影响最大，降低杆塔接地电阻R ch能最有效地提高线路的耐雷水平。

通过计算可以看出降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平、降低雷击跳闸率最经济而有效的措施。高压架空线一般组成有：高压输电线、避雷线、避雷器及铁塔本体。因此本方案主要是针对高压架空线路中铁塔的保护防雷，采用接地防雷方式，主要是引下线与接地网的设计。将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极或地网称为接地。连接到接地极的导线称为接地线。

一个接地装置正确与合理，不仅能为有效防雷提供保障，还能降低工程的建设成本。本方案重点针对危害最常见的直击雷而设计，采用直接接地制式。

一、引下线的设计

输电铁塔所处位置不定，相对高度较高，受直击雷影响明显而维护工程又比较艰巨。线路中引下线主要包括避雷线的引下线，高压输电线防雷装备保护引线。根据电力系统设计标准，避雷线引下线可采用铁塔作为引线，铁塔有良好的接地，只需保证引线与铁塔有良好的电气连接，并做防腐处理；铁塔采用四角引线连接到地网接点。各相线的避雷保护器引线也同样可以采用此方法，但注意的是要确

保引线连接的正确与科学，各连接点电气接触良好，一般选用导线截面为35-95mm2的多股铜导线。

高压架空线路铁塔的接地装置可采用下列模式：

1、在土壤电阻率ρ≤100Ω*m的潮湿地区，可利用铁塔自然接地。对发电厂、变电站的进线段应另设雷电保护接地装置。在居民区，当自然接地电阻符合要求时，可不设人工接地装置。

2、在土壤电阻率100Ω*m＜ρ≤300Ω*m的地区，除了利用铁塔的自然接地外，并应增设人工接地装备，接地极埋深不宜小于0.6m。

3、在土壤电阻率300Ω*m＜ρ≤2000Ω*m的地区，可采用水平敷设的接地装置，接地极埋深不宜少于0.5m。

4、在土壤电阻率ρ＞2000Ω*m的地区，可采用6~8根总长度不超过500m 的放射线接地极或者连续伸长接地极长短结合的方式。接地极埋深不宜小于0.3m。还可以采用引外接地或其他措施。

5、居民区和水田中的接地装置，宜围绕铁塔基础敷设成闭合环形。

架空线路铁塔的接地线及连接方式符合DL/T620-1997〈交流电气装置的过电压保护和绝缘配合〉的要求。

二、地网的设计

要布置一个合理的接地网不仅仅是依靠丰富正确的理论计算，还应该从不断的实践中去总结探索。接地电阻是表示接地体接地状态是否良好的主要指标，通常架空线路铁塔的接地电阻不宜大于30Ω。（一般所指的是工频接地电阻）接地系统的电阻一般由几部分电阻的总和：（1）土壤电阻，即从接地极处土壤向远处扩散的电流所经过的路径的电阻。（2）土壤和接地体之间的接触电阻。（3）接地体本身的电阻。（4）接地引线、地线盘或接地汇流排以及接地配线系统中采用的导线电阻。其中起决定作用的是接地体附近的土壤电阻。土壤电阻的大小一般由土壤电阻率表示。土壤电阻率一般以1cm3 的土壤电阻表示。土壤的电阻率主要由土壤中的含水量和本身的电阻率来决定，决定土壤电阻率的因素主要有：土壤的类型、溶解在土壤中的盐和化合物、土壤中的溶解盐的浓度、含水量、

温度、土壤物质的颗粒大小和颗粒大小的分布、密集性和压力、电晕作用。通常铁塔的接地标准如下表：

各接地装置应利用直接埋入地中或水中的自然接地极，当利用自然接地极和引外接地装置时，应采用不少于两根导体在不同地点于接地网相连接。按

YD5668-98地网的布置要求，根据IEC电气标准，依据不同的地理环境，一般采用联合地网布置方式。按照这种方式布置的地网，根据近似推算公式ρ≈2R √s，可得出地网面积(设ρ为土壤率，s为地网面积，ρ为用地阻仪实测数值，R为现地网的接地电阻)。地网接地极网状布置，埋深0.8m，垂直接地体长为2.5m，在地网的均分点上分别引处四条地网测试极到地面，以便检测地网情况。铁塔接地引线通过四只脚与地网相连，确保电气连接良好，引线经过保护处理，采用PVC套管套装。地网的形状也不是固定的，可以多样化，具体应根据气候、地形、地理环境，因地制宜。地理环境的不同决定了地质的不同，从而土壤率也有明显差异。一般软性土壤地阻相对小，对地网的要求相对比较低，较小的成本就能保障良好的接地性能，而相对硬质土壤比如岩石、多岩山地，地阻很高，为保障良好的接地防雷，对地网的要求也相对较高，同时对地网的设计铺设也造成一定程度上的影响.具体电阻率参考下表：

土壤和水的电阻率参考值