李紅巖 李紅梅 耿星河

一、引言

降低桿塔接地裝置的接地電阻是提高線路耐雷水平的一項(xiàng)十分重要的措施，浙江電力試驗(yàn)研究所提出的新杭220kV線路21年雷擊跳閘率變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，“改善接地是最有效的防雷改進(jìn)措施”。國網(wǎng)公司《架空輸電線路管理規(guī)范（試行）》對220kV架空輸電線路雷擊跳閘率的管理目標(biāo)是小于0.315次/百公里·年。根據(jù)計(jì)算，要使220kV輸電線路的雷擊跳閘率達(dá)到這一目標(biāo)，除了適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣外，還必須對220kV線路絕大部分桿塔的沖擊接地電阻降至10Ω以下。在大地中埋設(shè)防雷接地體將雷電流泄入大地，能有效減小桿塔的沖擊接地電阻，是目前國內(nèi)外普遍采用的避雷方法和措施，防雷接地體是防雷設(shè)施中重要的裝置。它埋設(shè)在土壤中，與桿塔、避雷針避雷器引下線連接，當(dāng)雷電流通過時，將其瞬間泄入大地，使被保護(hù)的設(shè)備設(shè)施及人員免遭直擊雷或感應(yīng)雷等浪涌過電壓、過電流的危害。雷電流在接地體中停留的時間越短，安全性越大，否則就產(chǎn)生安全隱患，導(dǎo)致雷電事故。

從1910到1955年，美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)局對接地網(wǎng)進(jìn)行一次大規(guī)模的開挖腐蝕研究。該研究中包括在全美國的128個測試地點(diǎn)采集的36500個樣本，代表了333種不同鐵、鋼、銅、鋁以及其它有色金屬，和具有相應(yīng)保護(hù)鍍層或包層的材料，包括43種不同的土壤如沙漠、海灘、平原、高原、南方濕潤土壤、北方凍土等各種類型。這是國際上迄今為止一次最大規(guī)模的對接地網(wǎng)腐蝕進(jìn)行大范圍的研究，整個西方接地國際標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE、UL、NEC、ANSI、IEC等均建立在此次開挖研究基礎(chǔ)上。

目前國內(nèi)外接地體材質(zhì)主要有銅、鋼、石墨等材料，合理選擇接地體應(yīng)符合我國節(jié)能、減排、環(huán)保、高產(chǎn)能的工業(yè)發(fā)展政策，與我國人多地少、資源匱貶的國情和建設(shè)節(jié)約型社會的發(fā)展戰(zhàn)略相符合，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

二、土壤對接地影響

土壤電阻率對整個接地系統(tǒng)的阻抗有很大影響，影響土壤電阻率的主要參數(shù)有土壤成分、水分含量、污染物等多個因素。土壤的類型因含量和結(jié)構(gòu)而不同黑土含有機(jī)質(zhì)較高，是很好的導(dǎo)體，但土壤一般會有多層，每層的土壤電阻率不同，可以測量不同土壤深度的電阻率，形成電阻率分布圖來對接地系統(tǒng)及接地材料進(jìn)行配置。

三、石墨接地體的特點(diǎn)

以石墨為原材料制作的新型石墨導(dǎo)電板材和電纜屬于一種新型非金屬導(dǎo)電材料體，該導(dǎo)電體呈惰性，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，在常溫條件下不受強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑及電偶腐蝕，不生銹，電阻穩(wěn)定，使用壽命長達(dá)30年，且免維護(hù)更新改造工程，易加工成型，產(chǎn)品無需鈍化和防腐工藝，安全可靠，可廣泛在酸性、堿性土壤和高電阻、低電阻土壤以及海灘、濕地、熱帶地區(qū)、寒冷地區(qū)使用，并不受環(huán)境氣候條件的限制。且節(jié)能減排、環(huán)保、節(jié)約材料、經(jīng)費(fèi)、土地，該品無回收利用價(jià)值，可有效解決目前我國金屬防雷接地極體易被盜的問題，該新型產(chǎn)品可以作為一種長效綠色經(jīng)濟(jì)型防雷接地電極使用。

四、銅接地材料的特點(diǎn)

（1）以銅的導(dǎo)電率為100%，鍍銅鋼接地棒的導(dǎo)電率為20%，而鍍鋅鋼的導(dǎo)電率只有8.6%。鍍銅鋼接地棒是鍍鋅鋼導(dǎo)電率的2.3倍。加上銅的磁導(dǎo)率是鋼的1/636，在雷電高頻電流情況下，鍍銅鋼接地棒的沖擊接地電阻要比鍍鋅鋼要強(qiáng)。

（2）銅的熔點(diǎn)為10830C，短路時最高允許溫度為4500C;鍍銅鋼材熔點(diǎn)為10840C，短時允許溫度為4500C;而鋼的熔點(diǎn)為15100C，短路時最高允許溫度為4000C。因此，接地體截面相同時，銅材熱穩(wěn)定性較好。同等熱穩(wěn)定性能時，鍍鋅鋼接地體所需的截面積為銅材的三倍，是鍍銅鋼接地棒的2倍。

（3）接地體的腐蝕主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種形式，在多數(shù)情況下，這兩種腐蝕同時存在。銅在土壤中的腐蝕速度大約是鋼材的1/10～1/50，而且電氣性能穩(wěn)定。

五、鍍鋅鋼鐵接地材料的特點(diǎn)

鍍鋅鋼鐵制品接地是在我國應(yīng)用最廣泛的接地形式，其價(jià)格較低和安裝施工方便，但鍍鋅鋼鐵制品制造耗能高，溫室氣體排放量大、污染環(huán)境嚴(yán)重，在使用中不耐腐蝕、易生銹，導(dǎo)致接地電阻不穩(wěn)定、升高，發(fā)生雷電事故，使用壽命短（5-6年），檢修維護(hù)困難，更新改造工程頻繁、費(fèi)用大、浪費(fèi)材料和土地。鋼鐵接地體表面上的鋅消耗殆盡時，裸露的鋼鐵材料便與土壤中的活性離子發(fā)生離子交換，生成具有很高電阻阻值的不溶水或微溶于水的金屬鹽。該金屬鹽包裹在接地體的外部形成一個封閉的外殼，使接地體不能和土壤直接的接觸，造成接地電阻阻值升高，使防雷接地失效，發(fā)生雷擊事故;在土壤電阻率低的地區(qū)，由于土壤中所含的活性離子濃度高，裸露的鋼鐵金屬材料和土壤中的活性離子發(fā)生反應(yīng)，消耗了接地體中的金屬離子，使接地體金屬消耗，泄電截面減少，在雷擊電流通過時發(fā)熱，而使接地體在高溫下燒斷損壞，裝置失效;在土壤電阻率高的地區(qū)，由于土壤電阻率高，達(dá)不到接地電阻要求。

六、結(jié)束語

桿塔接地裝置是輸電線路防雷設(shè)施的重要組成部分，是電網(wǎng)得以安全運(yùn)行的關(guān)鍵，從理論上來講接地問題相對比較簡單，但在實(shí)際的操作中卻十分復(fù)雜。由于輸電線路分布于開闊郊外及密集市區(qū)，土壤特性差異較大，接地裝置的設(shè)計(jì)工作顯得尤為關(guān)鍵，對于石墨接地體、銅接地體、鍍鋅鋼鐵接地體等材料的選擇上在實(shí)際使用過程中，也要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、土壤、后續(xù)維護(hù)、造價(jià)等多種條件客觀分析、綜合考慮，確保輸電線路在安全、高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行。