杆塔接地体的选择及应用

李红岩 李红梅 耿星河

一、引言

降低杆塔接地装置的接地电阻是提高线路耐雷水平的一项十分重要的措施，浙江电力试验研究所提出的新杭220kV线路21年雷击跳闸率变化统计结果表明，“改善接地是最有效的防雷改进措施”。国网公司《架空输电线路管理规范（试行）》对220kV架空输电线路雷击跳闸率的管理目标是小于0.315次/百公里·年。根据计算，要使220kV输电线路的雷击跳闸率达到这一目标，除了适当加强线路绝缘外，还必须对220kV线路绝大部分杆塔的冲击接地电阻降至10Ω以下。在大地中埋设防雷接地体将雷电流泄入大地，能有效减小杆塔的冲击接地电阻，是目前国内外普遍采用的避雷方法和措施，防雷接地体是防雷设施中重要的装置。它埋设在土壤中，与杆塔、避雷针避雷器引下线连接，当雷电流通过时，将其瞬间泄入大地，使被保护的设备设施及人员免遭直击雷或感应雷等浪涌过电压、过电流的危害。雷电流在接地体中停留的时间越短，安全性越大，否则就产生安全隐患，导致雷电事故。

从1910到1955年，美国联邦标准局对接地网进行一次大规模的开挖腐蚀研究。该研究中包括在全美国的128个测试地点采集的36500个样本，代表了333种不同铁、钢、铜、铝以及其它有色金属，和具有相应保护镀层或包层的材料，包括43种不同的土壤如沙漠、海滩、平原、高原、南方湿润土壤、北方冻土等各种类型。这是国际上迄今为止一次最大规模的对接地网腐蚀进行大范围的研究，整个西方接地国际标准包括IEEE、UL、NEC、ANSI、IEC等均建立在此次开挖研究基础上。

目前国内外接地体材质主要有铜、钢、石墨等材料，合理选择接地体应符合我国节能、减排、环保、高产能的工业发展政策，与我国人多地少、资源匮贬的国情和建设节约型社会的发展战略相符合，具有广泛的经济效益和重要的实际应用价值。

二、土壤对接地影响

土壤电阻率对整个接地系统的阻抗有很大影响，影响土壤电阻率的主要参数有土壤成分、水分含量、污染物等多个因素。土壤的类型因含量和结构而不同黑土含有机质较高，是很好的导体，但土壤一般会有多层，每层的土壤电阻率不同，可以测量不同土壤深度的电阻率，形成电阻率分布图来对接地系统及接地材料进行配置。

三、石墨接地体的特点

以石墨为原材料制作的新型石墨导电板材和电缆属于一种新型非金属导电材料体，该导电体呈惰性，化学稳定性优良，在常温条件下不受强酸、强碱和有机溶剂及电偶腐蚀，不生锈，电阻稳定，使用寿命长达30年，且免维护更新改造工程，易加工成型，产品无需钝化和防腐工艺，安全可靠，可广泛在酸性、碱性土壤和高电阻、低电阻土壤以及海滩、湿地、热带地区、寒冷地区使用，并不受环境气候条件的限制。且节能减排、环保、节约材料、经费、土地，该品无回收利用价值，可有效解决目前我国金属防雷接地极体易被盗的问题，该新型产品可以作为一种长效绿色经济型防雷接地电极使用。

四、铜接地材料的特点

（1）以铜的导电率为100%，镀铜钢接地棒的导电率为20%，而镀锌钢的导电率只有8.6%。镀铜钢接地棒是镀锌钢导电率的2.3倍。加上铜的磁导率是钢的1/636，在雷电高频电流情况下，镀铜钢接地棒的冲击接地电阻要比镀锌钢要强。

（2）铜的熔点为10830C，短路时最高允许温度为4500C;镀铜钢材熔点为10840C，短时允许温度为4500C;而钢的熔点为15100C，短路时最高允许温度为4000C。因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。同等热稳定性能时，镀锌钢接地体所需的截面积为铜材的三倍，是镀铜钢接地棒的2倍。

（3）接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，在多数情况下，这两种腐蚀同时存在。铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10～1/50，而且电气性能稳定。

五、镀锌钢铁接地材料的特点

镀锌钢铁制品接地是在我国应用最广泛的接地形式，其价格较低和安装施工方便，但镀锌钢铁制品制造耗能高，温室气体排放量大、污染环境严重，在使用中不耐腐蝕、易生锈，导致接地电阻不稳定、升高，发生雷电事故，使用寿命短（5-6年），检修维护困难，更新改造工程频繁、费用大、浪费材料和土地。钢铁接地体表面上的锌消耗殆尽时，裸露的钢铁材料便与土壤中的活性离子发生离子交换，生成具有很高电阻阻值的不溶水或微溶于水的金属盐。该金属盐包裹在接地体的外部形成一个封闭的外壳，使接地体不能和土壤直接的接触，造成接地电阻阻值升高，使防雷接地失效，发生雷击事故;在土壤电阻率低的地区，由于土壤中所含的活性离子浓度高，裸露的钢铁金属材料和土壤中的活性离子发生反应，消耗了接地体中的金属离子，使接地体金属消耗，泄电截面减少，在雷击电流通过时发热，而使接地体在高温下烧断损坏，装置失效;在土壤电阻率高的地区，由于土壤电阻率高，达不到接地电阻要求。

六、结束语

杆塔接地装置是输电线路防雷设施的重要组成部分，是电网得以安全运行的关键，从理论上来讲接地问题相对比较简单，但在实际的操作中却十分复杂。由于输电线路分布于开阔郊外及密集市区，土壤特性差异较大，接地装置的设计工作显得尤为关键，对于石墨接地体、铜接地体、镀锌钢铁接地体等材料的选择上在实际使用过程中，也要根据当地气候、土壤、后续维护、造价等多种条件客观分析、综合考虑，确保输电线路在安全、高效、经济、稳定状态下运行。