新型接地装置技术经济比较

谢泽波

（广东省输变电工程公司，广东 广州510160）

0 引言

杆塔接地装置对于防雷保护和工作接地以及系统的安全运行起着重要作用。据相关数据统计，由于接地网损坏造成的跳闸占电网跳闸总数的50%以上。接地网设计和施工环节不易控制，作为隐性工程，往往只靠接地电阻的最后测量结果衡量质量，它也是工程建设的难点。目前，我国大部分地区的杆塔仍使用镀锌圆钢作为接地体材料，但经过多年实践，笔者认为镀锌钢并不能很好地解决接地装置的腐蚀问题。例如广东电网公司的500kV台山电厂至香山送电线路，某些杆塔接地装置腐蚀严重，有的甚至已被腐蚀断，接地电阻很大。遇到雷电天气，电力系统事故时有发生，由于经济损失重大，最后不得不斥巨资更换接地装置。

随着接地问题越来越受到重视，许多文献对铜接地体和钢接地体进行了研究和比较，但目前对铜接地体（主要是镀铜钢材）和钢接地体孰优孰劣尚无定论。本文从技术性和经济性两方面分别比较了热镀锌扁钢、镀铜钢、纯铜等不同材料接地网，并介绍了一些新型接地装置。

1 性能比较

1.1 导电性

铜和钢在20℃时的电阻率分别是17.24×10－6Ω·mm和138×10－6Ω·mm。铜的导电率约为钢的10倍。假设铜的导电率为100%，标准1020钢的导电率仅为10.8%。镀铜圆钢的导电率没查到相关国际、国内规程有描述，经咨询相关厂家，其导电率可做到30%。尤其是在集肤效应下，高频时镀铜钢导电性能远优于钢材，即铜接地体导电性能较钢接地体好。

1.2 热稳定性

在接地材料中，可供选择的有钢、铜和铝，但由于铝金属在地下特别受不了盐、碱介质的腐蚀，其使用寿命很短，因而铝金属不宜做永久接地体材料。故只考虑钢和铜的比较。

铜的熔点为1 083℃，短路时最高允许温度为450℃；而钢的熔点为1 510℃，发生短路能承受的最高温度为400℃。因此，在接地体截面面积相同的条件下，铜的热稳定性更佳。

下面我们比较当热稳定性相同时不同材料接地线所需的最小截面。依据我国电力行业标准DL／T621－1997《交流电气装置的接地》推荐如下简化公式：

式中，Sg为接地引下线的最小截面积（mm2）；Ig为流经接地线的短路电流值（A），按5～10年发展规划及系统最大运行方式确定；te为短路的等效持续时间（s）；c为依据材料的种类、性能、最高允许温度和短路前接地线的初始温度确定的接地线材料的热稳定系数。

在校验接地线热稳定性时，接地线的初始温度一般取40℃，在爆炸危险场所应按专用规定执行。假设短路时间为0.5s，入地故障电流Ig为10kA，按IEEE标准、我国电力行业标准计算，再考虑机械强度要求，得出表1所示不同金属接地线的截面积。

表1 不同金属接地线的截面选择

钢接地体所需的截面积为铜材的3倍，是30%导电率镀铜钢的2.5倍，是20%导电率镀铜钢的1.9倍。此处拿钢材来比较是没有考虑钢的腐蚀的，若考虑钢的腐蚀速度更快，则钢材所需截面积更大。

1.3 耐腐蚀性

金属的耐腐蚀性很大程度上决定了它在接地装置中的应用价值。我国在金属材料的土壤腐蚀方面虽然还没有针对上述几种金属材料进行全面的试验比较，但也做了大量的相关研究。表2为金属材料在土壤中的腐蚀速率。

表2 金属材料在土壤中的腐蚀速率

根据表2数据，从平均腐蚀率来看，钢铁和锌的腐蚀速度比起铜和铅要快很多，差不多是铜和铅的8倍；而对比点蚀速度，铜的最大点蚀速度不到0.2mm／a，而钢铁却达到了1.4mm／a，约是铜的7倍。

1.4 接地效果

最后的接地电阻测量涵盖3个部分的内容：土壤的散流电阻、导体和土壤的接触电阻以及接地导体本身的电阻。这3个电阻值中，土壤的散流电阻值最大也最为重要，它是组成接地电阻的重要部分，相关电力施工部门一般通过增大垂直接地深度的办法来降低接地电阻。

在遇到雷电流时，起主要导电作用的是镀铜钢棒和镀铜绞线表面厚度为0.25mm的铜层。铜为非磁性材料，而扁钢和角钢的磁导率却为700×10－6～800×10－6H／m，由于电感系数主要由该种材料的磁导率决定，并且与磁导率成正比关系，在一样的土壤火花效应下，我们得知角钢的冲击电阻要远大于镀铜钢棒的冲击电阻，因此，对接地网材料来说，镀铜钢能够更好地应对雷电流，从而确保线路安全。

2 新型接地装置

传统的接地材料主要有扁钢、圆钢、角钢、钢管等钢制材料，主要用于临时接地和接地要求不高的地区。

随着科技水平的提高，输变电电压等级越来越高，精细电子设备也对接地提出了更高的要求，传统的接地材料很难满足这些要求。新近出现的离子接地体、铜包钢、锌包钢、降阻剂、放热焊接材料等，成为了新时期接地材料的主体产品。表3为传统产品和新产品的比较。

表3 传统接地产品与新型接地产品的比较

3 经济比较

以2 000Ω·m土壤电阻率、山区线路杆塔接地网为例，针对纯铜材、镀铜钢、锌包钢、镀锌钢、以镀锌圆钢为接地体的离子接地系统以及牺牲阳极锌合金6种不同方案作出全寿命周期经济性对比。要求接地电阻为15Ω，得出表4所示各种接地材料造价。

4 结语

综上所述，铜、镀铜钢接地体与热镀锌钢接地体相比，在导电性、热稳定性、耐腐蚀性、电阻率、施工便利性和接地效果等方面均有显著的优越性，从降阻、使用寿命和地网稳定性来说现代新型产品具有明显的优势，但其缺点为造价稍高。

［1］周佩朋，王森，李志忠，等.耐蚀性金属接地材料研究综述［J］.电力建设，2010（8）.

［2］冯新龙.新型接地材料在城区配电网中的应用［J］.电力技术，2010（11）.