输电线路杆塔接地装置改造

输电线路杆塔接地装置改造

作者：黄燕夫

来源：《科学家》2016年第11期

摘要本文主要对目前常用的接地装置的安装要求和形式作了介绍，并通过计算工频接地电阻与冲击接地电阻进行分析，提出接地装置可行的改造方向。

关键词接地装置；工频接地电阻；冲击接地电阻。

1杆塔接地装置研究现状

目前，国内的输电线路杆塔接地装置基本上是依据《110KV～750kV架空输电线路设计规范》来设计施工的，对于不同的土壤电阻率，《规范》对有架空地线的输电线路杆塔接地装置的工频接地电阻的要求如表1所示。

2接地电阻值相关计算

接地电阻值R是表征接地装置功能的一个最重要的电气参数，其值由4部分组成，包括接地引下线的电阻、接地体电阻、接地体与土壤的接触电阻和大地的溢流电阻。然而溢流电阻要比前3种电阻大很多，一般只考虑大地的溢流电阻。稳态电阻通常用发出工频交流的测量仪器实际测出，但有些几何形状比较简单和规则的接地装置的工频接地电阻可以用一些计算公式近似地求得。

2.1单根垂直接地极

2.2多根垂直接地板

如果单根垂直接地极的接地电阻不能够满足要求时，可用选用多根垂直接地体进行并联的方法来解决，但n根并联后的接地电阻并不完全等于，而是要比这个值更大一些，这主要是因为它们之间溢散的电流互相存在屏蔽造成影响的原因，此时的接地电阻应该为

3土壤电阻率的影响因素

土壤电阻率的概念是指长、宽、高各为1m的立方体土壤面对面之间的电阻，单位Q·m。客观地反映土壤真实电阻率，应该选择不同时间、多个地域进行测量。设计接地装置时必须要考虑到恶劣条件诸多因素，这样的设计才真正可靠、经济。土壤电阻率关联土壤成分，土壤的电阻率还关联土壤的含水量以及温度。

4接地装置流过冲击电流时的散流过程

防雷接地所泄放的电流时雷击冲击大电流，它的波前陡度很大，相当于高频电流，故除了接地体的电阻和电导外，接地体的电感和电容对冲击阻抗产生影响，接地体的形状、冲击雷电流波形、幅值及土壤电阻率决定着冲击阻抗的大小。

因此，增大接地极的尺寸，一方面可以增加接地体的散流，可以使得其冲击接地电阻减小；另一方面，随着接地体长度的增加，其感抗也跟着增大，使得散流变得不均匀，过于长的接地体不能得到充分使用。多个方面的原因使得降低雷电冲击接地电阻具有一定饱和特性，这就是为什么在冲击电流作用下，规定接地体具必须具有有一定的有效长度。但是，随着土壤电阻率逐渐增加，在接近入流端的部分接地体的流散电流会得到相应减小，这又进一步使得接地体具有的有效长度相对增加。

5接地装置改造方向

5.1选用合理的接地引下线

接地引下线是连接杆塔和接地体的引线，所有雷击导线和杆塔的雷电流都会通过接地引下线，随之传递给接地体，也就意味着整个防雷系统的电流必须通过接地引下线。所以，接地引下线的横截面积要大于接地网的横截面积，两者的比例一般是1.4：1。另外接地引下线与接地体之间的连接必须按照相关的规程规范进行牢固焊接，杜绝出现虚焊现象。

5.2加装垂直接地体

在分析冲击电流在接地体中散流过程可得知，接地体可以看出是由电感、电容和电导组成的分布参数组成的电路，接地体的电感对冲击电流的阻碍作用很多，所以接地体存在一个有效长度，一味地增长接地体所起的散流作用甚微，而且还会增加施工成本，加大敷设地网的难度。另外，靠近冲击电流入流端的接地体流出的电流密度大，容易在接地体周围形成火花放电区，相当于增大接地体的有效尺寸，从而使得冲击接地电阻变小。因此，可以通过在水平接地体上加装垂直接地极，一方面增加了接地体与土壤的接触面积，提供了更多的消泄电流通道，便于快速泄导雷电冲击电流；另一方面在靠近冲击电流入流端加装垂直接地极，可以在土壤中形成更多的火花放电区，使得冲击接地电阻变小，可以大大增加雷电流泄导速度。

5.3加设深埋接地环

从接地电阻值相关计算中可以知道，水平接地体的形状影响着工频接地电阻的大小，A值越大，接地电阻值越大，也就是接地材料的利用率越低，接地效果越差。因此，在敷设水平接地体时尽量把矩形的接地环改成圆环形，尽可能降低接地电阻值。由于冲击电流的特性，在接地体入流端的电压压降以及散流密度大，为了更快地泄导冲击雷电流，宜在雷电入流端附加增加泄流通道，加大接地体与土壤的接触面积。

5.4加装接地模块

如果在传统的接地装置上加装垂直接地极、增设深埋接地环后，还是难以保障在土壤电阻率较高山区的接地电阻满足工程要求，那么就可以考虑加装接地模块，安装接地模块后可以增加冲击电流的分散通道，能够更快地泄导雷电冲击电流，有效降低线路反击率。

接地模块是一种复合型接地体，既能够有效地降低接地电阻，其本身的防腐性能优越，这都归功于接地模块的主要材料是以非金属石墨为主，由非金属导电材料挤压成型，一般包括方形、柱形和梅花形3大类。

6结论

在条件允许的情况下，建议采用带有垂直接地极、接地模块以及深浅接地圆环相结合的复合型接地装置，采用接地引下线的尺寸宜为接地体的1.4倍，力争快速引导雷电冲击大电流，迅速向大地泄导电流，切实降低塔顶电位，减小输电线路的雷电反击跳闸率。