架空输电线路接地设计探讨

摘要:接地装置是架空输电线路防雷的主要措施，其可靠性对保证输电线路安全稳定运行具有重大意义。本文对架空输电线路接地设计进行了探讨，指出了不同的土壤电阻率应采用不同的接地方式，比较了常规接地方式和高土壤电阻率地区的接地方式，并提出了降低杆塔接地电阻的有效措施，可供线路接地设计人员参考。

关键词：架空输电线路；接地设计；接地方式；土壤电阻率

中图分类号：TM726文献标识码： A 文章编号：

近年来，随着我国经济不断发展，社会对供电量每年都保持着较大增长的需求, 这对架空输电线路安全稳定运行的要求也越来越高。架空输电线路由架空地线、导线、杆塔、绝缘子串、接地装置等组成。在防雷上，接地装置是架空输电线路防雷的主要措施，通过依靠接地装置将雷电流迅速引入大地，所以说接地装置是保障设施起到应有保护作用的关键。接地装置有多种形式，应根据不同的土壤电阻率来确定所采用的接地方式，因此，只有合理、科学的接地设计才能保证架空输电线路的安全稳定运行。

1 接地电阻的要求

接地装置有多种形式，应根据不同的土壤电阻率来确定所采用的接地方式，以达到DL/T620--1997《交流电气装置的过电压和绝缘配合》及DL/T621--1997《交流电气装置的接地》规定，有地线的送电线路每基杆塔的接地装置，在雷季干燥时，不连地线的工频接地电阻，不宜超过表1所列数值。

表1 雷季干燥且不连地线杆塔接地电阻要求值

2人工接地体的材料

人工接地体是指人为埋入地下用作接地装置的导体，水平敷设的可采用圆钢、扁钢；垂直敷设的可采用角钢、钢管、圆钢等。接地装置（包括接地体和接地引下线）的导体截面，应符合热稳定与均压的要求，且不应小于表2所列规格。

表1 接地体和接地引下线的最小规格

特别需要主要的是，在腐蚀性较强场所，应根据腐蚀的性质采取热镀锡、热镀锌等防腐措施，或适当加大截面。目前在实际架空输电线路工程中，为了延长接地体的寿命，一般采用φ12热镀锌圆钢作接地引下线和接地体。

3架空输电线路接地装置的型式

(1)在ρ≤100Ω·m的地区，如接地电阻不大于表1规定，可利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地（包括铁塔基础以及钢筋混凝土杆埋入地中的杆段和底盘、拉线盘等），不必另设人工接地装置，但发电厂、变电所的进线段除外。在居民区，如自然接地电阻符合要求，也可不另设人工接地装置。

(2)在100＜ρ≤300Ω·m的地区，除利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地外，还应设人工接地装置，接地体埋设深度不宜小于0.6m。

(3)在300＜ρ≤2000Ω·m的地区，一般采用水平敷设的接地装置，接地体埋设深度不宜小于0.6m。

(4)在ρ＞2000Ω·m的地区，可采用6～8根总长度不超过500m的放射形接地体，或连续伸长接地体。放射形接地体可采用长生短结合的方式，接地体埋设深度不宜小于0.6m。

(5)居民区和水田中的接地装置，包括临时接地装置，宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形。

(6)放射形接地体每根的最大允许长度，应根据土壤电阻率确定，见表3所示。

表3 放射形接地体每根最大允许长度

4高土壤电阻率地区的接地方式

架空输电线路所处的区域的土壤电阻率有时会很高，为提高线路耐雷水平需采取有效措施降低杆塔接地电阻，架空输电线路比较常用的降低接地电阻的措施如下：

4.1架空输电线路的常规接地方式

一般采用φ12热镀锌圆钢作接地引下线和接地体，接地方式见图1。

图1 接地装置示意图

工频接地电阻采用电阻系数法计算：

RP=(ρ/2ΠL)×[ln(L2/td)+A] （1）

式中ρ:表示土壤电阻率，Ω.m。

L：水平接地极的总长度（m）。

d：水平接地体的直径或等效直径，（m）。

t：水平接地体的埋设深度，（m）。

A：水平接地形状校正系数(见表4)

表4 水平接地形状校正系数

利用（1）式计算，常规接地方式在土壤电阻率≤4200Ω.m时，一般可以满足工频接地电阻≤30Ω的要求。

4.2高土壤电阻率地区的接地方式

(1)更换土壤

采用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内。但这种取土置换方法对人力和工时耗费都很大，且在线路沿线附近电阻率低的土壤稀少，取土困难，故该方法很难适用于线路工程。

(2)多支外引式接地装置

在高土壤电阻率地区，如在杆塔附近有可以利用的低电阻率，为了减小冲击接地电阻，可以采用引外接地，即用较长的接地带引至低电阻率的土壤中作集中接地。但引外接地的距离（即引线的长度）是有一定要求的，它决定于大地的电性参数ρ及相对介电系数y，因此，接地规程推荐引外接地线的最大长度不宜大于表3所列数值的1.5倍。该方法在兴螺110kV线路的电15#杆750kV吐巴线翻越甘沟段得到了应用，该处多基杆位塔位于岩石上的，土壤电阻率均大于高达56008000Ω.m，而在离其杆位135100多米处外有附近有导电良好的水田导电较好的黄土（土壤电阻率为80200Ω.m左右），通过两条外接引线，引到水田此处，再采用JD-231的接地装置后，其工频接地电阻达到允许以内。外引式接地极的方法往往受地质地貌条件限制，在线路中应用该方法地段不多。

(3)人工处理土壤（使用降阻剂）

在接地体周围土壤中加入降阻剂，降阻剂是一种具有良好导电流通性能的黑灰色优质矿物复合材料，含有大量的半导体元素和钾、钙、铝、铁、钛等金属化合物。这些金属化合物不仅具有良好的导电性能，而且，对接地装置也起到了较好的阴极保护作用，它们吸水膨胀后被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使这些元素不至于随地下水和雨水而冲刷流失。从而使降电阻剂的导电性能能够持之以恒地保持，导电离子活泼移动着向周围大地渗透，提高接地体周围土壤的导电性。

a、水平接地体降阻剂用量计算：

G=D2ΠLγ/4

式中：

G：降阻剂用量（kg）。

L：接地体的长度（m）。

γ：降阻剂密度（kg/m3）。

D：使用降阻剂后等效水平接地体直径，一般为0.1-0.2m内选用。

土壤电阻率ρ（Ω.m)≤500≤1000≤2000≤5000最大允许长度(m)406080100利用上式计算，土壤电阻率在6300Ω.m时，接地装置使用JD-237（L=518m）,D取0.15，γ取1250kg/m3，降阻剂用量约11436（kg）。

b、使用降阻剂后水平接地体的接地电阻计算:

式中K：降阻系数，5≤L＜20(m)时，ρ≤500Ω·m，K=10；ρ＞500Ω·m，K=30；L≥20(m)时，ρ≤500Ω·m，K=50；ρ＞500Ω·m，K=100。

土壤电阻率在6300Ω.m时，K=100，接地装置使用JD-237（L=518m），并使用降阻剂后，D取0.15，A取5.65，利用上式计算，工频接地电阻降为29.89Ω；降阻剂的材料价格约（11436kg×3.2元/kg）36595元。

经计算，使用降阻剂的方法，土壤电阻率在4200～6300Ω.m时，可以满足工频接地电阻≤30Ω的要求，超过6300Ω.m以后，很难将工频接地电阻降到≤30Ω以内，只起到降低工频接地电阻的作用。