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输电线路杆塔防雷接地技术

输电线路杆塔防雷接地技术
  架空线路杆塔的接地装置,因运行环境恶劣,极易受到腐蚀和外力破坏,经对架空输电线路杆塔接地的多年追踪调查,发现输电电路的接地主要存在以下问题:
一、腐蚀问题。容易发生腐蚀的部位主要有:
1)接地引下线与水平或才垂直接地体的连接处,由于腐蚀电位不同极易发生电化学腐蚀,有的已经形成电气上的开路。
2)接地线与杆塔的连接螺丝处,由于腐蚀、螺丝生锈,用表计测量,接触电阻非常高,有的已经形成电气上的开路。
3)接地引下线本身,由于所处位置比较潮湿,运行条件恶劣,运行中又没有按期进行必要的防腐保护,因而腐蚀速度较快,特别是运行10年以上的接地线,作热稳定校核时不能满足短路电流热稳定的要求。
4)水平接地题本身,有的埋深不够,特别是一些山区的输电线路杆塔,由于地质为石头,或土层薄、埋深有的不足30㎝,回填土又是用碎石回填、土中含氧量高,极容易发生吸氧腐蚀,在酸性土壤中的接地体容易发生吸氧腐蚀;在海边的杆塔容易发生化学和电化学腐蚀。再加上设计时为了节省材料往往采用比较小的截面。由于电网的发展,接地短路电流变大,已不能满足接地短路电流热稳定的要求。
一、防雷接地设计标准及规范
(GB50057-2010)《建筑物防雷设计规范》
(GB50343-2012)《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
(GB50169-2010)《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
 ( 99D501-1)标准《国家建筑标准设计图集(防雷与接地安装)》
二、接地分类
1)工作接地
2)保护接地
3)直流接地
4)防雷接地 
5)防静电接地
6)屏蔽接地
三、防雷接地概述
接地施工分为以下几个方面:
  1)根据实际现场情况,测试土壤或砂石土壤电阻率。
  2)测试土壤的腐蚀度、考虑地区的气象环境如:干旱少雨、冰冻深度、雷雨季节。
  2)根据环境选择施工工具、材料并制定挖掘方案,一般采用深井、口型或环形、L型接地较多。
  3)选择接地材料。主要考虑:对环境的污染、使用寿命、施工难度、运输、造价成本等。
从施工难易度分析:
   1、高风沙高腐蚀高地阻材料使用:烧制接地模块+锌包钢或绝缘线缆+高纯石墨降阻剂+阴极接地材料+石墨线缆导线+热焊接(此套餐优点:使用寿命长、容易降低接地电阻。缺点:造价高、材料市场少,一般厂家生产模块为压制模块)
   2、高地阻石块地区使用材料:离子接地棒+镀铜绞线+镀锌管+石墨降阻剂+普通接地模块(优点:导电性能好、使用寿命长。缺点:施工难度大、造价高)
   3、砂质土壤高地阻环境使用材料:A:烧制接地模块+高纯降阻剂+镀铜或镀锌材料连接。B:深井铜包钢+离子接地棒+高纯降阻剂结合。
   4、红土泥土或电阻率低的环境下:镀锌、镀铜、烧制模块都可以使用,效果好。
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四、测试土壤电阻率
土壤电阻率是单位长度土壤电阻的平均值,单位是 欧姆·米。
土壤电阻率是接地工程计算中一个常用的参数,直接影响接地装置接地电阻的大小、地网地面电位分布、接触电压和跨步电压。
土壤电阻率是决定接地体电阻的重要因素,为了合理设计接地装置,必须对土壤电阻率进行实测,以便用实测电阻率做接地电阻的计算参数。
测量土壤电阻率的方法之一是对接地体进行接地电阻测量,测得接地体接地电阻后,再按下面的公式计算土壤电阻率。
用钢管或圆钢作接地体时ρ=2πRjL/(ln(4L/d))=RjL/(0.336lg(4L/d))Ωcm
其中L为钢管或圆钢入地长度,单位m
d为钢管或圆钢直径,单位m
Rj为测出的接地电阻值,单位Ω
用扁钢作接地体时
ρ=2πRjL/(ln(2L^2/(bh)))=RjL/(0.336lg(2L^2/(bh)))Ωcm
其中 L为扁钢长度,单位m
b为扁钢厚度,单位m
h为埋设深度,单位m。
然后要知道水平接地体的电阻,采用垂直接地体的电阻是多少,最后才能计算。
根据地网土层的土壤电阻率,采用下式计算接地模块用量:
水平埋置,单个模块接地电阻:
Rj =0.068×[ρ÷(a×b)-2]
并联后总接地电阻:Rnj = Rj /nη
式中:ρ―土壤电阻率(Ω/m)
a、b―接地模块的长、宽(m);
Rj―单个模块接地电阻(Ω);
Rnj―总接地电阻(Ω);
n―接地模块个数;
η―模块调整系数,一般取0.6―0.9。
五、塔杆防雷接地系统
塔杆接地说明 
   杆塔基站专用接地装置是作为通用行业标准,对杆塔接地电阻的要求到10Ω以下,因为只有这样才能提高线路的耐雷水平,有效地限制雷击跳闸率,从而保证电网的安全稳定运行。
杆塔接地型式  
   原塔杆有单独的接地装置,可利用杆塔和钢筋混凝土杆自然接地或另设雷电保护接地装置。自然接地电阻符合不要求时,需要重新增加防雷接地装置。

根据塔杆的原接地示意图,可以保持塔杆原接地的水平装置,把垂直接地重新安装,跟原接地链接。垂直接地装置采用图示的烧制石墨型接地模块-方形,用柔性石墨缆和石墨连接螺栓链接原水平装置和烧制石墨型接地模块-方形。
  也可以根据塔杆的接地电阻要求,对塔杆重新布置防雷接地:一、塔杆环形地网在周边挖一个边长为5米深度为0.8米的坑,接地体水平敷设,固定完毕后加高纯物理降阻剂。二、一字型地网即在塔杆基础引下开挖宽为0.8米,深度大于0.8米、长度大于10米水平敷设接地体,链接后敷设降阻剂。
   本接地采用40*4石墨缆和塔体相连,柔性石墨缆和石连接螺栓链接接地体扁钢和烧制石墨型接地模块-圆柱形,达到接地电阻要求。
3、烧制模块连接示意图


六,接地材料
1、垂直接地体材料
垂直接地体可采用烧制型烧制石墨型接地模块-圆柱形、铜包钢接地棒、铜材、热镀锌钢材(钢管、圆钢、角钢、扁钢)、离子接地棒、锌包钢或其它新型接地材料。
2、水平接地体材料
水平接地体一般采用纯铜线、镀铜线、热镀锌扁钢、锌包钢等。
3、地网施工布置
地网布置依据地形设计为口型、一字。
4、地网挖掘
接地地网挖掘深度0.8米,根据土壤如:石头、沙土、建筑垃圾、黄土等情况,北方城市一定要达到冻土层以下。
5、焊接与防腐处理
接地体(线)的连接应采用焊接或螺栓固定,焊接处焊缝应饱满并有足够的机械强度,常见的焊接分为:电焊与放热焊接。焊接不得有夹渣、咬肉、裂纹、虚焊、气孔等缺陷,焊接处的药皮敲净后,刷沥青做防腐处理。

   采用搭接焊时,其焊接长度如下:1)镀锌扁钢不小于其宽度的2倍,三面施焊。(当扁钢宽度不同时,搭接长度以宽的为准)。敷设前扁钢需调直,煨弯不得过死,直线段上不应有明显弯曲,并应立放。2)、镀锌圆钢焊接长度为其直径的6倍并应双面施焊(当直径不同时,搭接长度以直径大的为准)。3)镀锌圆钢与镀锌扁钢连接时,其长度为圆钢直径的6倍。4 )镀锌扁钢与镀锌钢管焊接时,为了连接可靠,除应在其接触部位两侧进行焊接处,还应直接将扁钢本身弯成弧形与钢管焊接。 
6、烧制型接地体工作原理和特点     
    地网的接地电阻主要由接地体、连接材料、辅助接地体组成,其中接地体与土壤的接触电阻和入地电流在土壤中的扩散电流是接地电阻的主要部分。
    传统的接地体多为金属导体,如扁钢、圆钢、角钢、钢管、铜棒、铜板等。用传统接地材料做地网受季节影响较大,接地电阻不够稳定,钢材及镀锌扁钢地网使用寿命相对较短,在土壤电阻率特别高的条件下难以解决接地问题。纯铜接地材料成本高并且容易腐蚀。
烧制型系列接地模块450*450*40高导电性、稳定性、耐腐蚀、不质变的膨胀石墨材料为主体,在1800度高温煅烧、具有以下特点 :
(1)  采用化学稳定非金属导体材料作为模块的导电介质,其导电性不受季节影响;
(2) 能吸湿保湿、能保持与土壤有效接触,接地电阻低;
(3) 在高土壤电阻率地区,能有效降低地网接地电阻;
(4) 耐大工频和冲击电流冲击,电阻稳定;
(5) 耐腐蚀、无毒、使用寿命长、安装简便;
连接材质有石墨线缆、石墨连接螺栓、柔性石墨线、镀锌扁钢、镀铜扁钢、镀锡等材料

编辑单位:陕西伟信防雷 科技有限公司