新型接地裝置技術經濟比較

謝澤波

（廣東省輸變電工程公司，廣東 廣州510160）

0 引言

桿塔接地裝置對于防雷保護和工作接地以及系統的安全運行起著重要作用。據相關數據統計，由于接地網損壞造成的跳閘占電網跳閘總數的50%以上。接地網設計和施工環節不易控制，作為隱性工程，往往只靠接地電阻的最后測量結果衡量質量，它也是工程建設的難點。目前，我國大部分地區的桿塔仍使用鍍鋅圓鋼作為接地體材料，但經過多年實踐，筆者認為鍍鋅鋼并不能很好地解決接地裝置的腐蝕問題。例如廣東電網公司的500kV臺山電廠至香山送電線路，某些桿塔接地裝置腐蝕嚴重，有的甚至已被腐蝕斷，接地電阻很大。遇到雷電天氣，電力系統事故時有發生，由于經濟損失重大，最后不得不斥巨資更換接地裝置。

隨著接地問題越來越受到重視，許多文獻對銅接地體和鋼接地體進行了研究和比較，但目前對銅接地體（主要是鍍銅鋼材）和鋼接地體孰優孰劣尚無定論。本文從技術性和經濟性兩方面分別比較了熱鍍鋅扁鋼、鍍銅鋼、純銅等不同材料接地網，并介紹了一些新型接地裝置。

1 性能比較

1.1 導電性

銅和鋼在20℃時的電阻率分別是17.24×10－6Ω·mm和138×10－6Ω·mm。銅的導電率約為鋼的10倍。假設銅的導電率為100%，標準1020鋼的導電率僅為10.8%。鍍銅圓鋼的導電率沒查到相關國際、國內規程有描述，經咨詢相關廠家，其導電率可做到30%。尤其是在集膚效應下，高頻時鍍銅鋼導電性能遠優于鋼材，即銅接地體導電性能較鋼接地體好。

1.2 熱穩定性

在接地材料中，可供選擇的有鋼、銅和鋁，但由于鋁金屬在地下特別受不了鹽、堿介質的腐蝕，其使用壽命很短，因而鋁金屬不宜做永久接地體材料。故只考慮鋼和銅的比較。

銅的熔點為1 083℃，短路時最高允許溫度為450℃；而鋼的熔點為1 510℃，發生短路能承受的最高溫度為400℃。因此，在接地體截面面積相同的條件下，銅的熱穩定性更佳。

下面我們比較當熱穩定性相同時不同材料接地線所需的最小截面。依據我國電力行業標準DL／T621－1997《交流電氣裝置的接地》推薦如下簡化公式：

式中，Sg為接地引下線的最小截面積（mm2）；Ig為流經接地線的短路電流值（A），按5～10年發展規劃及系統最大運行方式確定；te為短路的等效持續時間（s）；c為依據材料的種類、性能、最高允許溫度和短路前接地線的初始溫度確定的接地線材料的熱穩定系數。

在校驗接地線熱穩定性時，接地線的初始溫度一般取40℃，在爆炸危險場所應按專用規定執行。假設短路時間為0.5s，入地故障電流Ig為10kA，按IEEE標準、我國電力行業標準計算，再考慮機械強度要求，得出表1所示不同金屬接地線的截面積。

表1 不同金屬接地線的截面選擇

鋼接地體所需的截面積為銅材的3倍，是30%導電率鍍銅鋼的2.5倍，是20%導電率鍍銅鋼的1.9倍。此處拿鋼材來比較是沒有考慮鋼的腐蝕的，若考慮鋼的腐蝕速度更快，則鋼材所需截面積更大。

1.3 耐腐蝕性

金屬的耐腐蝕性很大程度上決定了它在接地裝置中的應用價值。我國在金屬材料的土壤腐蝕方面雖然還沒有針對上述幾種金屬材料進行全面的試驗比較，但也做了大量的相關研究。表2為金屬材料在土壤中的腐蝕速率。

表2 金屬材料在土壤中的腐蝕速率

根據表2數據，從平均腐蝕率來看，鋼鐵和鋅的腐蝕速度比起銅和鉛要快很多，差不多是銅和鉛的8倍；而對比點蝕速度，銅的最大點蝕速度不到0.2mm／a，而鋼鐵卻達到了1.4mm／a，約是銅的7倍。

1.4 接地效果

最后的接地電阻測量涵蓋3個部分的內容：土壤的散流電阻、導體和土壤的接觸電阻以及接地導體本身的電阻。這3個電阻值中，土壤的散流電阻值最大也最為重要，它是組成接地電阻的重要部分，相關電力施工部門一般通過增大垂直接地深度的辦法來降低接地電阻。

在遇到雷電流時，起主要導電作用的是鍍銅鋼棒和鍍銅絞線表面厚度為0.25mm的銅層。銅為非磁性材料，而扁鋼和角鋼的磁導率卻為700×10－6～800×10－6H／m，由于電感系數主要由該種材料的磁導率決定，并且與磁導率成正比關系，在一樣的土壤火花效應下，我們得知角鋼的沖擊電阻要遠大于鍍銅鋼棒的沖擊電阻，因此，對接地網材料來說，鍍銅鋼能夠更好地應對雷電流，從而確保線路安全。

2 新型接地裝置

傳統的接地材料主要有扁鋼、圓鋼、角鋼、鋼管等鋼制材料，主要用于臨時接地和接地要求不高的地區。

隨著科技水平的提高，輸變電電壓等級越來越高，精細電子設備也對接地提出了更高的要求，傳統的接地材料很難滿足這些要求。新近出現的離子接地體、銅包鋼、鋅包鋼、降阻劑、放熱焊接材料等，成為了新時期接地材料的主體產品。表3為傳統產品和新產品的比較。

表3 傳統接地產品與新型接地產品的比較

3 經濟比較

以2 000Ω·m土壤電阻率、山區線路桿塔接地網為例，針對純銅材、鍍銅鋼、鋅包鋼、鍍鋅鋼、以鍍鋅圓鋼為接地體的離子接地系統以及犧牲陽極鋅合金6種不同方案作出全壽命周期經濟性對比。要求接地電阻為15Ω，得出表4所示各種接地材料造價。

4 結語

綜上所述，銅、鍍銅鋼接地體與熱鍍鋅鋼接地體相比，在導電性、熱穩定性、耐腐蝕性、電阻率、施工便利性和接地效果等方面均有顯著的優越性，從降阻、使用壽命和地網穩定性來說現代新型產品具有明顯的優勢，但其缺點為造價稍高。

［1］周佩朋，王森，李志忠，等.耐蝕性金屬接地材料研究綜述［J］.電力建設，2010（8）.

［2］馮新龍.新型接地材料在城區配電網中的應用［J］.電力技術，2010（11）.