水平-垂直復合接地極的研究與應用

陳俊賢

摘? ?要：隨著城市化的發展，土地資源日益緊張，架空線路接地體施工存在開挖空間受限、沿線居民阻工等情況。為確保施工正常開展、改善桿塔接地電阻值，應采取降低土壤電阻率和增加接地體與土壤的有效面積的方法。文章針對廣州地區的運行特點及城市化發展情況，提出了一種水平-垂直復合接地體，充分利用垂直輔助接地體，在降低電阻的同時，縮小土地占用面積。

關鍵詞：水平-垂直復合接地極;材料選擇;應用體現

1? ? 水平-垂直復合接地體接地電阻計算

1.1? 垂直接地體計算

在垂直接地體長度l≥d時，其接地電阻可按照下式進行計算：）;

1.1.1? 水平接地體為主邊緣閉合的復合接地體計算

均勻土壤中水平接地體為主邊緣閉合的復合接地體，其接地電阻可按照下式進行計算：

1.1.2? 不同型式導體的等效直徑計算

1.2? Schwarz公式計算方法

IEEE變電站委員會工作組在《交流變電站接地安全導則》中推薦采用Schwarz公式進行水平-垂直復合接地體計算，其計算方法如下：

Schwarz公式考慮了垂直接地體和水平接地體之間的互電阻，其計算較簡單并聯的算法更為準確，但該公式是一個半解析公式，計算中需要多次查圖，過程復雜且效率較低。

1.3? 簡化全解析計算方法

我國于1993年提出了“計算復合接地體接地電阻的公式”[2]，其水平接地部分與現行國家標準《交流電氣裝置的接地設計規范》（GB/T 50065—2011）中“水平接地體為主邊緣閉合的復合接地體”的計算方法一致，其余部分的計算方式如下：

利用全解析公式的優點有兩個：（1）除了計算水平接地部分為矩形邊框的復合接地體，還可以計算任意外邊框形狀的復合接地體;（2）由于公式計算不需進行查圖，可用于編寫計算機程序進行快速計算，大大提高了工程技術人員的計算效率。

2? ? 接地極材料選取

2.1? 鍍鋅鋼材料

鋼材是一種常見的工業材料，具有產品成熟、價格低廉的特點，但同時也容易被腐蝕。鋼材腐蝕主要是電化學腐蝕，除鐵之外，鋼材本身含有碳、錳等多種組成元素，這些元素電極電位不同，形成許多微電池。在潮濕的空氣中，鋼材表面吸附一層極薄的水膜，通過水膜和微電池，鐵被氧化成疏松易剝落的紅棕色的鐵銹Fe（OH）3。

2.2? 銅包鋼材料

銅包鋼一般選用柔軟度比較好、含碳量在0.10%～0.30%的優質低碳鋼，采用電鍍工藝，即用電解電池工作原理的電鍍工藝將塊狀銅板“溶解”然后經電流引導覆蓋在鋼材表面，覆蓋厚度一般在0.25～0.50 mm。根據施工需求，可形成扁型、圓形等不同形狀的導體，并可通過熔焊工藝與常規圓鋼等材料可靠焊接。

目前，還有一種新型銅包鋼接地棒產品，可在底部安裝尖形鉆頭，并通過連接器實現多根接地棒延長使用，最大鉆深可達9 m。

2.3? 接地材料選取

接地材料的選取除了考慮材料的耐用性，還需綜合考慮施工難度、投資成本等方面。對于水平-垂直復合接地極，可分別對水平接地部分和垂直部分進行選型。對于水平接地部分，一方面其總長度較長，如采用銅包鋼或石墨材料成本較高;另一方面水平接地部分埋設深度一般在0.3～0.8 m，施工難度相對較小且損壞后容易更換，因此，選用常規鍍鋅圓鋼材料。

3? ? 實際應用案例

110 V新新群甲乙線（原110 kV新新甲乙線）在日常運行中發現部分桿塔接地電阻不及格，經少量開挖發現，原接地體放射線在多年運行后存在銹蝕、焊接脫落等。又因該線路全線桿塔基本位于公路路邊且#07—#08跨越鐵路，全線開挖更換原接地體放射線實施難度較大，因此，采用銅包鋼垂直接地極進行接地體整改。

各桿塔原接地體、實測土壤電阻等參數如表1所示。整改中工程技術人員采用本文所述的簡化全解析計算法對整改方案進行計算，在驗收后對桿塔接地電阻進行重新測量，其整改效果達到了原設計的要求。

4? ? 結語

為緩解城市土地資源日益緊張的現象，架空線路接地體施工可改用水平-垂直復合接地法，能夠減少占地范圍。該接地法采用全解析公式計算可大大提高計算效率，減少誤差值。選用鍍鋅圓鋼作為水平接地、銅包鋼作為垂直接地的復合接地體，在節約成本的同時，有效降低了桿塔的接地電阻。基建工程中亦可采用鋼筋作垂直接地部分形成復合接地體，既方便施工，又能有效降低接地電阻。

[參考文獻]

[1]中國電力企業聯合會.GB/T 50065—2011交流電氣裝置的接地設計規范[EB/OL].（2011-12-05）[2020-06-05].http：//www.doc88.com/p-4975164105235.html.

[2]王洪澤.計算復合接地體接地電阻的新公式[J].高電壓技術，1993（4）：1-5.