淺談煤礦35 kV 變電站接地網與獨立避雷針接地裝置間距要求

齊亞南 王春素

（1.通用技術集團工程設計有限公司，山東 濟南 250031；2.安標國家礦用產品安全標志中心有限公司，北京 100000）

1 引言

35 kV 變電站是礦井供電的重要組成部分，其發生雷擊事故，將造成大面積的停電，影響供電可靠性，甚至會造成巨大的經濟損失及人身傷亡，而裝設避雷針是35 kV 變電站直擊雷防護的主要措施。

35 kV 變電站電氣設備有戶外布置及戶內布置兩種方式。對于戶外布置的35 kV 變電站電氣設備，配電設備構架絕緣水平很低，構架上避雷針落雷后感應過電壓的幅值對絕緣有發生閃絡的危險。因此，工程上戶外布置的35 kV 變電站電氣設備多采用獨立避雷針。而對于室內布置的35 kV 變電站電氣設備，35 kV 及以下電氣設備本身絕緣水平較低，雷電反擊對其影響較大，雷電反擊就有可能引起設備絕緣損耗，房頂上裝設避雷針起不到保護作用，反而起到破壞作用，因此，工程上戶外布置的35 kV變電站電氣設備多采用獨立避雷針保護。

若避雷針引下的雷電荷無法通過其接地裝置瞬間釋放，就會導致土壤局部的電位升高，與周圍土壤出現電勢差。當該電勢差與35 kV 變電站設備的位置小于安全值時，容易出現高壓反擊，危害電子設備及人身安全。因此對于35 kV 變電站避雷針接地裝置的研究是十分有必要的。

2 獨立避雷針的接地要求

根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064-2014）5.4.6 條：獨立避雷針宜設獨立的接地裝置，在非高土壤電阻率地區，接地電阻不宜超過10 Ω；5.4.11 條：獨立避雷針的接地裝置與35 kV 變電站接地網間的地中距離Se，應符合式（1）要求且不宜小于3 m。

式中：Ri為獨立避雷針接地裝置的沖擊接地電阻。

3 解決方案

由于部分煤礦地面環境復雜、場地布置緊湊，且35 kV 變電站圍墻也給35 kV 變電站獨立避雷針接地裝置施工帶來不便，獨立避雷針的接地裝置與35kV變電站接地網間的地中距離大于3 m難以實現。

結合式（1），應從降低獨立避雷針接地裝置的沖擊接地電阻和在獨立避雷針接地裝置與35 kV變電站接地網間增加絕緣隔離層兩個方向解決獨立避雷針接地裝置向35 kV 變電站反擊的問題。

3.1 降低獨立避雷針接地裝置的沖擊接地電阻

在非高電阻率地區，當現場環境限制，無法滿足獨立避雷針的接地裝置與35 kV 變電站接地網間的地中距離大于3 m 的要求時，降低獨立避雷針接地裝置的沖擊接地電阻是較為經濟的方式。降低沖擊接地電阻的方法主要有深埋接地極、對土壤進線化學處理、更換土壤、使用接地電阻降阻劑等方式。

3.2 增加絕緣隔離層

因瀝青混凝土的平均擊穿強度是土壤的3 倍，獨立避雷針接地裝置在布置上有困難時，或使用以上辦法無法使獨立避雷針沖擊電阻降低以滿足式（1）的要求時，可用瀝青或瀝青混凝土作為絕緣隔離層。隔離層的厚度b 可由式（2）決定。

式中：S 為接地體之間的實際距離。

絕緣隔離層的深度和寬度還應滿足式（3）的要求。

式中：S1為隔離層邊緣到主接地網的最小距離；S2為隔離層邊緣到避雷針接地體的最小距離；Sd為地中距離。

4 實例分析

伊敏河東礦區第一煤礦直供電系統改造項目35 kV 變電站主接地網及變電站外墻已施工完畢，現對其進行防雷接地系統設計。

35 kV 變電站北側圍墻與35 kV 變電站側墻距離6 m，主接地網外緣閉合，較35 kV 變電站側墻外擴2 m。

由于35 kV 配電裝置構架和房頂不宜裝設避雷針，本35 kV 變電站采用獨立避雷針保護。設計考慮采用兩根15 m 高獨立避雷針，分別位于35 kV升壓站的東北角及西南角。

考慮到35 kV 變電站圍墻對獨立避雷針接地裝置施工的影響，獨立避雷針基礎與圍墻最近距離取0.5 m。

經防雷保護范圍的驗算，35 kV 變電站皆在此兩根獨立避雷針的保護范圍內。

獨立避雷針接地裝置與35 kV 變電站的接地網地中最小距離d 由下式計算：

式中：D 為升壓站側墻與北側圍墻距離，取6 m；d1為升壓站主接地網較其外墻外擴距離，取2 m；d2為獨立避雷針基礎與圍墻距離，取0.5 m；d3為獨立避雷針基礎寬度，取2 m。則d 為1.5 m，小于規范及手冊中要求的3 m 間距。

若使用增加絕緣隔離層的方法防止雷電反擊，保持原設計獨立避雷針接地沖擊電阻10 Ω，由式（2）可得瀝青混凝土隔離層最小厚度為：b=0.15Ri-0.5S=0.15×10 m-0.5×1.5 m=0.75 m。獨立避雷針接地極深度為3.3 m，瀝青混凝土隔離層深度取與獨立避雷針接地裝置同深度，則隔離層邊緣到主接地網的最小距離與隔離層邊緣到避雷針接地體的最小距離之和為：

符合式（3）的要求。

若不增加絕緣隔離層，采用降低獨立避雷針接地裝置的沖擊接地電阻的方式防止雷電反擊。經對現場實際地質情況和各種降低沖擊接地電阻的方法的分析，考慮到增加絕緣隔離層對人力物力的損耗，擬采用使用接地電阻降阻劑降低獨立避雷針接地裝置沖擊接地電阻的方式防止雷電反擊。

通過使用接地電阻降阻劑，大大降低了避雷針接地裝置沖擊電阻，施工后實測獨立避雷針沖擊接地電阻為5 Ω。由式（1），可計算得本項目獨立避雷針接地體與35 kV 變電站的接地網地中最小要求距離Se≥0.3Ri=0.3×5=1.5 m。由上文獨立避雷針接地裝置與35 kV 變電站的接地網地中最小距離d 為1.5，滿足式（1）的要求，符合規范要求。