不同接地材料对输电线路杆塔接地电阻的影响

不同接地材料对输电线路杆塔接地电阻的影响

曹云栋陈玉东龙高飞芶国正

华能新能源股份有限公司云南分公司

摘要：本文针对输电线路杆塔接地电阻问题进行研究。采用文献总结法、案例分析法，指出输电线路杆塔接地电阻及接地线长度要求；选择热镀锌钢、石墨基柔性接地体、接地模块、DT接地体（NJ-TED），介绍了不同接地材料的特点及接地电阻计算方法；最后对施工经济性进行比较。研究表明：不同接地材料直接影响输电线路杆塔的接地电阻，采用DT接地体（NJ-TED）的降阻效率高、工程量小、施工经济性突出。

关键词：输电线路；接地材料；接地电阻；经济性

杆塔接地是输电线路的组成部分，其作用是将雷电流导泄入地，保证线路具有一定耐雷水平，降低线路遭受雷击后的跳闸发生率，提高整个输电线路的运行可靠性。杆塔接地设计中，接地电阻是一个重要指标，接地电阻越小、耐雷水平越高[1]。因此，对于一般高度的杆塔，降低杆塔冲击接地电阻，是提高线路耐雷水平、降低雷击跳闸率的有效措施。以下结合实践，探讨了不同接地材料对杆塔接地电阻的影响，从而确定最佳接地材料。

1．输电线路杆塔接地电阻及接地线长度要求

1.1 接地电阻要求

依据《交流电气装置的接地设计规范（GB/T50065-2011）》（以下简称规范），对输电线路杆塔接地电阻的要求见表1。当土壤电阻率超过2000 Ω·m，接地电阻难以降低至30 Ω时，可采用6～8根总长≤500 m的放射形接地体或连续伸长接地体，此时接地电阻不受限制。

表1  不同土壤电阻率的接地电阻要求

真正影响雷击反击概率的因素是冲击接地电阻，而非稳态接地电阻[2]。受冲击电流在大地中的散流行为特征的影响，冲击接地电阻、稳态接地电阻存在较大差异，因此工程实际中就出现了杆塔稳态接地电阻值合格，但在线路遭受雷击时却不能发挥有效作用，导致线路跳闸。

1.2 接地线长度要求

接地线过长对雷电流的泄放作用很小，雷电流泄流的地网长度应满足要求：

（式1）

式中，表示接地网导线长度,m；表示土壤电阻率，Ω·m。假设土壤电阻率=100 Ω·m，计算可得≤20 m，即从杆塔引下线与接地网连接点开始计算，超出20 m距离的地网导线对雷电流泄流帮助不大。《规范》中对输电线路杆塔接地装置射线敷设长度限值的规定见表2。

表2  放射形接地极每根的最大长度

2．不同接地材料的特点及接地电阻计算方法

2.1 热镀锌钢

热镀锌钢是由普通碳素钢线材经冷拉、前处理、高温浸润覆锌后制成，在中等腐蚀性土壤中的使用寿命为7～12年。输电线路杆塔接地常用热镀锌圆钢，规格一般是φ12 mm，接地电阻计算公式：

（式2）

式中，表示热镀锌钢接地装置的接地电阻，Ω；表示圆钢长度，m；表示圆钢直径，取12 mm；表示降阻系数，取1.76。

2.2 石墨基柔性接地体

石墨基柔性接地体是使用良好导电性和耐腐蚀性的石墨进行柔化改性，使其电气、理化、力学等性能满足防雷接地技术及工程施工要求。相较于热镀锌钢，该材料不具有降阻功能，但能防腐蚀，提高装置的使用寿命[3]。输电线路杆塔通常采用直径（等效）28 mm的材料，接地电阻计算公式：

（式3）

式中，表示石墨基柔性接地体的接地电阻，Ω；表示直径，取28 mm。

2.3 接地模块

接地模块是由导电性、耐腐蚀、稳定性好的石墨材料和其他辅助材料，经高压压制在金属电极芯上，形成高致密的物理导电层。该材料的表面积大，且表面呈微孔状，减小了接地体与土壤间的接触电阻，计算公式：

（式4）

式中，表示单个模块的接地阻抗，Ω；L表示模块长度，取值1 m；表示模块直径，取150 mm；表示降阻系数，取4。

2.4 DT接地体（NJ-TED）

该装置适用于高土壤电阻率地区的输电线路杆塔，由电极单元、复合回填料、土壤预处理剂组成，如下图1。

图1  DT接地体（NJ-TED）产品图

采用放热焊接技术连接、泄流环措施和导电膜降阻技术，可最大限度降低地电位，大大提高降阻效率。该装置的特点包括：①采用柔性连接，便于搬运；接地电极水平安装，土方开挖量少。②安装作业不需要水，尤其适用于野外、山顶等缺水杆塔施工现场。③采用导电膜降阻结构，在有限区域达到最佳降阻效果，效果相当于5～10个接地模块。④土壤预处理剂与复合回填料配合使用，可迅速渗透到土壤间隙，形成致密导电膜，将土壤表面处理成泄流通道并锁住水分，从而改善周围土壤的电性能，增强接地电阻稳定性[4]。⑤采用泄流环+接地极联合结构，大大增强电位扩散均匀布能力，能降低70%以上的地电位，保障地面人员安全。其接地电阻计算公式：

（式5）

式中，表示校正后的土壤电阻率，Ω·m。

3．不同接地材料的经济性比较

选择土壤电阻率

=2000 Ω·m的接地环境，接地电阻≤30 Ω，接地装置施工面积不限。要达到相同的接地电阻，计算不同产品的用量及工程量。

3.1 单个产品的接地电阻

根据式2～式5，计算得到热镀锌钢、石墨基柔性接地体单个产品的接地电阻为30 Ω，接地模块为604 Ω，DT接地体（NJ-TED）为100 Ω。

3.2 产品所需数量

经计算，要满足接地电阻为30 Ω要求，需要圆钢长度160 m，石墨基柔性接地体长度145 m，接地模块34套，DT接地体（NJ-TED）5套。

3.3 土石方开挖量

①采用热镀锌钢接地体，圆钢开挖尺寸宽0.4 m，深0.6 m，土石方总开挖量38.4 m3。②采用石墨基柔性接地体，开挖尺寸宽0.4 m，深0.6 m，总开挖量34.8 m3。③采用接地模块，水平地沟尺寸宽0.4 m，深0.6 m，模块安装间距5 m，总开挖量55.92 m3。④采用DT接地体（NJ-TED），水平地沟尺寸宽0.4 m，深0.6 m，单套长度8 m，总开挖量9.6 m3。对比可见，采用DT接地体（NJ-TED）的土石方开挖量最小。

3.4 施工成本

接地沟开挖成本为250元/m3，连接点为50元/个，青苗补贴为10元/m，DT接地体（NJ-TED）安装费用为100元/套。计算施工成本见表3。分析可见：采用DT接地体（NJ-TED）的施工成本最低。

表3  不同材料接地装置的施工成本 （单位：元）

4．结语

综上所述，不同的接地材料会影响输电线路杆塔的接地电阻。本文通过试验分析，发现采用DT接地体（NJ-TED），其土石方开挖量最小、施工成本最低，可在输电线路杆塔接地施工中应用。

参考文献：

[1] 漆思怡,赵洪峰.线路杆塔的放射形接地体防雷特性优化与设计[J].电网与清洁能源,2022,38(1):1-6.

[2] 王毅,程梓航,王喆,等.输电线路杆塔长距离外延接地散流特性研究[J].山东电力技术,2022,49(11):1-6,19.

[3] 陈四甫,陶晓莉,朱渊博,等.接地材料与土壤接触电阻测定方法研究[J].电气技术,2023,24(3):31-35.

[4] 张国锋,胡松江,张明磊,等.杆塔接地网用新型接地材料降阻效率的影响因素优化分析[J].微型电脑应用,2021,37(5):27-29,33.