接地电阻对防雷效果的影响及改进措施

接地电阻对防雷效果的影响及改进措施

谢华

（海南电网有限责任公司建设分公司海南海口570100）

摘要：介绍了安装有防雷设备的接触网仍然遭受雷击，造成绝缘部件损坏的原因分析，提出接地电阻阻值大小直接影响防雷设备的防雷效果，以及降低接地电阻改进建议。

关键词：接触网；降低接地电阻；耐雷水平

1接地电阻的定义

接地电阻实际指电流从接地装置流向大地然后再流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。接地电阻分为工频接地电阻与冲击接地电阻。工频接地电阻是把接地体的流经电流作为工频电流从而得到的接地电阻；而冲击接地电阻是把接地体的流经电流作为冲击电流进而得到的接地电阻值，这在有雷电电流流过的情况下非常有研究价值。我们在平时工作中测得的接地电阻值数值为工频接地电阻值，所以通常若没有指明是哪一种接地电阻，都是指的工频接地电阻。我可以通过计算公式来转换接地电阻以衡量其是不是符合规程要求。转换计算公式为：R=ARi。

雷击杆塔时杆顶电位迅速提高，其电位值为

Ut=iRd+L×di/dt

式中i―――雷电流；

Rd―――冲击接地电阻；

L×di/dt―――暂态分量。

当杆顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由杆顶至导线的闪络。即Ut-U1>U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut-U1+Um>U50。因此，线路的耐雷水平与3个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和杆体的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关。雷电反击情况较为复杂，主要看支柱接地状况，支柱接地状况好则对设备绝缘的危害小。

2防止雷电反击的技术措施

2.1、采用氧化锌避雷器降低其接地电阻

氧化锌避雷器就是一种过电压保护设备，用来保护接触网或变电所等供电设备，免遭雷电产生的大气过电压和操作过电压对设备的危害。避雷器与被保护设备并联且位于电源侧，其放电电压低于被保护设备的绝缘电压；沿线路侵入的过电压将首先使避雷器击穿并对地放电，从而保护其后面设备的绝缘，避免了变电所内断路器跳闸。当过电压对地瞬间放电后，避雷器迅速恢复对地的绝缘。避雷器接地电阻应足够小，一般不超过10Ω，否则，避雷器动作时接地电阻上的电压降与避雷器的残压B加，将导致避雷器保护水平下降，使得避雷器保护作用失效，可能造成接触网绝缘击穿并造成永久性接地。

2.2、降低架空地线接地电阻

防止雷电反击的主要技术措施是降低接触网支柱的接地电阻，但对每个支柱做接地极显然不现实，为此将接触网钢柱安装结构中的架空地线兼作架空避雷线，通过将架空地线与接地极良好的联通，如果雷电来时，接触网在避雷线的保护区内，雷电直接通过避雷线至接地极再回到大地，形成对地放电回路，相当于降低了接触网支柱的接地电阻，可以有效地防止雷电反击对接触网的侵害。若接地极接地电阻因外界变化增大、大于10Ω时，强大的雷电电流则会对钢柱进行较大的放电，将对支柱上绝缘子、支柱及基础本身造成极大损害。

3接地电阻仿真结果分析

接触网耐雷水平随接地电阻的增加而下降，即在土壤电阻率高的区域，接触网耐雷水平低；在接地电阻为30Ω、土壤电阻率大于900Ω时，接触网耐雷水平比在10Ω时下降了84%，因此在土壤电阻率高的区域，应当加强雷电防护。

4影响因素

4.1.气象条件

由于在规范汇编里没有具体规定在进行接地电阻的检测时应该具备的气象条件，所以当进行实际的电阻检测时，要对当地的气象条件（例如湿度，温度等）有所了解，然后根据这些来明确接地电阻和气象条件之间存在的关联。接地电阻和土壤的电阻率之间的关系呈正比，换句话说就是当土壤的电阻率越高，接地电阻的阻值也越大。土壤中的化学成分，相对湿度和温度，以及土质的紧密程度等都会对土壤的电阻率产生影响，在这些因素里，会给电阻率造成最为严重影响的因素就是土壤的相对湿度和温度。

4.2.检测设备

在规范汇编中要求检测的电阻是冲击接地电阻，而在大多数的气象台站中用的是日本生产的摇表式地阻仪，通过这种地阻仪所检测出的叫做工频接地电阻，与规范汇编中要求的不符合。因此在进行电阻仪的测试时，重点测试土壤中的电位梯度近似为0的地方，也就是将电阻仪放置在零点的区域内，以避免出现误差，从而使测试出的接地电阻值更为精确和有效，但是在实际的测试中很难做到。我国大部分的防雷检测机构在进行接地电阻的检测时，较常使用钳形接地电阻仪来检测，这种电阻仪的检测速度相对更快并且无须用到辅助接地棒，更加易于使用。在现实的接地体电阻的检测中，不能测量出被作为测试极的接地体和要进行测试的接地体间的距离，在一些特殊情况里，这两个接地体间的距离十分短，不能达到测量的标准，并且在还没掌握接地装置的内部结构的情况下，这两个接地体己经和地下电气沟通，在这个时候测试出的电阻值不具备可靠险，所产生的误差也很大。

4.3.随机因素

在实际检测接地体的电阻值过程中，一定要保证没有不利因素的干扰，使测量出的数据更加精确，有效。在进行接地电阻的测试时，会随机出现一些不利因素给检测过程带来影响，例如检测时使用的地阻仪在测量过程中产生的电流量较小，会使测量出的数据不够准确。除了这些干扰因素外，还会出现一些人为因素对检测过程造成影响，对于这些因素一定要有足够的重视，一定要最大限度的保障测量过程不被影响因素干扰。

另外，在接地电阻的检测中，会出现给高层建筑物的防雷设备的接地电阻进行检测的情况，在检测时会用到很长的测试线，而这也会使检测误差偏大，例如一些高层建筑物的防雷工程做得很好，但是在检测接地电阻时出现了较高的误差。所以为了避免这种情况的发生，工作人员要考虑到超过标准长度的测试线所产生的电阻和感抗以及电流量带来的干扰电动势等因素。

5降低接地电阻措施

5.1、采用YF系列低电阻接地模块：低电阻接地模块是一种以导电非金属材料为主的接地体，它由导电性、稳定性好的非金属材料、电解质、吸湿剂和防腐金属电极组成。通常的地网建设多以金属导体，如角钢、圆钢、钢管、铜棒、铜网等为主，其缺点是用材多、耗资大、施工复杂、寿命短、稳定性差，在高电阻率土壤区使用很难达到预期效果。而这种低电阻接地模块则用料少、耗资少、施工大大简化，而且寿命长、稳定性好，特别适合于高电阻率土壤地区使用，如接地点周围为砂石或岩地层，可用它来解决接地工程施工中的难题。

5.2、使用接地降阻剂：降阻剂是具有良好导电性能的非金属复合材料，电阻率R=0.45，降阻率在60―90%之间（土壤电阻率高，降阻越明显），它能有效的降低接地装置接触电阻，并能延缓活性氯离子对金属接地极腐蚀（PH值为8）理论有效期达30年以上。

5.3、特殊区段增加避雷器：（1）土壤电阻率高且降低接地电阻困难的区段在相应的支柱上安装避雷器。（2）在雷电活动强烈、落雷概率比较大的地势较高区段相应接触网支柱上增加避雷器。其冲击放电电压必须低于接触网绝缘或电力机车保护电器的冲击放电电压，才可防止避雷器保护范围内的接触网绝缘闪络或电力机车车顶保护电器动作。

6结论

防雷设备的接地装置是用来向大地引泄雷电流的，降低其接地电阻可以提高耐雷水平。应每年进行一次接地电阻测试，要求阻值不大于10Ω；设备耐雷水平的提高能够对旅客人身安全、设备安全使用等起到极其重要的作用。

参考文献：

[1]刘继.电气装置的过电压保护[M].北京：电力工业出版社，1992.

[2]顾慈祥，冯宝忆.电气设备的防雷技术[M].上海：上海科学技术出版社，1965.

[3]吴广宁、曹晓斌、轨道交通供电系统的防雷与接地.北京：科学出版社，2011.