水平-垂直復(fù)合接地極的研究與應(yīng)用

陳俊賢

摘? ?要：隨著城市化的發(fā)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(yīng)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(qū)的運(yùn)行特點(diǎn)及城市化發(fā)展情況，提出了一種水平-垂直復(fù)合接地體，充分利用垂直輔助接地體，在降低電阻的同時(shí)，縮小土地占用面積。

關(guān)鍵詞：水平-垂直復(fù)合接地極;材料選擇;應(yīng)用體現(xiàn)

1? ? 水平-垂直復(fù)合接地體接地電阻計(jì)算

1.1? 垂直接地體計(jì)算

在垂直接地體長度l≥d時(shí)，其接地電阻可按照下式進(jìn)行計(jì)算：）;

1.1.1? 水平接地體為主邊緣閉合的復(fù)合接地體計(jì)算

均勻土壤中水平接地體為主邊緣閉合的復(fù)合接地體，其接地電阻可按照下式進(jìn)行計(jì)算：

1.1.2? 不同型式導(dǎo)體的等效直徑計(jì)算

1.2? Schwarz公式計(jì)算方法

IEEE變電站委員會工作組在《交流變電站接地安全導(dǎo)則》中推薦采用Schwarz公式進(jìn)行水平-垂直復(fù)合接地體計(jì)算，其計(jì)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(jì)算較簡單并聯(lián)的算法更為準(zhǔn)確，但該公式是一個(gè)半解析公式，計(jì)算中需要多次查圖，過程復(fù)雜且效率較低。

1.3? 簡化全解析計(jì)算方法

我國于1993年提出了“計(jì)算復(fù)合接地體接地電阻的公式”[2]，其水平接地部分與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50065—2011）中“水平接地體為主邊緣閉合的復(fù)合接地體”的計(jì)算方法一致，其余部分的計(jì)算方式如下：

利用全解析公式的優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)：（1）除了計(jì)算水平接地部分為矩形邊框的復(fù)合接地體，還可以計(jì)算任意外邊框形狀的復(fù)合接地體;（2）由于公式計(jì)算不需進(jìn)行查圖，可用于編寫計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行快速計(jì)算，大大提高了工程技術(shù)人員的計(jì)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(yè)材料，具有產(chǎn)品成熟、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，但同時(shí)也容易被腐蝕。鋼材腐蝕主要是電化學(xué)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(yōu)質(zhì)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(jīng)電流引導(dǎo)覆蓋在鋼材表面，覆蓋厚度一般在0.25～0.50 mm。根據(jù)施工需求，可形成扁型、圓形等不同形狀的導(dǎo)體，并可通過熔焊工藝與常規(guī)圓鋼等材料可靠焊接。

目前，還有一種新型銅包鋼接地棒產(chǎn)品，可在底部安裝尖形鉆頭，并通過連接器實(shí)現(xiàn)多根接地棒延長使用，最大鉆深可達(dá)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(fù)合接地極，可分別對水平接地部分和垂直部分進(jìn)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(shè)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(guī)鍍鋅圓鋼材料。

3? ? 實(shí)際應(yīng)用案例

110 V新新群甲乙線（原110 kV新新甲乙線）在日常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)部分桿塔接地電阻不及格，經(jīng)少量開挖發(fā)現(xiàn)，原接地體放射線在多年運(yùn)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(shí)施難度較大，因此，采用銅包鋼垂直接地極進(jìn)行接地體整改。

各桿塔原接地體、實(shí)測土壤電阻等參數(shù)如表1所示。整改中工程技術(shù)人員采用本文所述的簡化全解析計(jì)算法對整改方案進(jìn)行計(jì)算，在驗(yàn)收后對桿塔接地電阻進(jìn)行重新測量，其整改效果達(dá)到了原設(shè)計(jì)的要求。

4? ? 結(jié)語

為緩解城市土地資源日益緊張的現(xiàn)象，架空線路接地體施工可改用水平-垂直復(fù)合接地法，能夠減少占地范圍。該接地法采用全解析公式計(jì)算可大大提高計(jì)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(fù)合接地體，在節(jié)約成本的同時(shí)，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(fù)合接地體，既方便施工，又能有效降低接地電阻。

[參考文獻(xiàn)]

[1]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB/T 50065—2011交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[EB/OL].（2011-12-05）[2020-06-05].http：//www.doc88.com/p-4975164105235.html.

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