電力設(shè)備檢修作業(yè)接地線的使用與分析

常 榮，李邦源

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650000

0 引言

電力設(shè)備接地系統(tǒng)一般包括工作接地、防雷接地、防靜電接地、保護(hù)接地等，四種接地通過公共點(diǎn)共同接到等電位的接地體上[1]。接地線的泄流能力、工作穩(wěn)定性、耐腐蝕性受接地線的材料、長度、截面積、環(huán)境的影響。在電力設(shè)備檢修作業(yè)中，接地線是作業(yè)人員的“保命線”，可以在作業(yè)全過程中保證作業(yè)人員的安全，降低工作地點(diǎn)突然來電的風(fēng)險(xiǎn)。接地線的效能直接影響施工作業(yè)人員的人身安全。

在現(xiàn)場應(yīng)用中，不同電力設(shè)備需要使用不同類型的接地線，電力設(shè)備的工作原理不同，接地電阻要求不同，在發(fā)生故障時(shí)，接地線需要承受的故障電流也不一致。在不同電壓等級(jí)的電力設(shè)備上開展檢修作業(yè)時(shí)，接地線需承受的突然來電的短路電流、通電時(shí)長、累計(jì)產(chǎn)熱也不盡相同[2]。為此，需要根據(jù)設(shè)備的工作原理，以及電力設(shè)備檢修作業(yè)的工作電壓、作業(yè)場所，選擇合適的接地線的材料、長度、截面、連接方式、制作工藝等，以保證接地的可靠性。

1 電力設(shè)備檢修作業(yè)接地線的材料

電力設(shè)備檢修作業(yè)使用的接地線通常由導(dǎo)電部分和絕緣部分組成，其中導(dǎo)電部分需要有良好的導(dǎo)電能力[3]。隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，目前市場上除金屬材料，石墨等非金屬材料也被作為導(dǎo)電材料。在實(shí)際應(yīng)用中，非金屬材料與金屬材料結(jié)合處的處理工藝復(fù)雜、電阻大，因此電力接地線材料仍然以金屬材料為主。金屬材料的導(dǎo)電性主要用電導(dǎo)率來衡量，而電導(dǎo)率與電阻率互為倒數(shù)，可以說金屬材料導(dǎo)電性的好壞取決于電阻率的大小，電阻率越小，其導(dǎo)電性越好。電阻率是指在一定溫度下，長度為1 m、截面積為1 m2的材料的電阻值和其截面積與導(dǎo)體長度比值的乘積，單位為Ω·m。

1.1 常規(guī)金屬材料

在20 ℃的環(huán)境中，常規(guī)金屬按電阻率由低到高排序依次是銀1.586 Ω·m、銅1.678 Ω·m、金2.40 Ω·m、鋁2.654 8 Ω·m、鎂4.45 Ω·m、鎳6.84 Ω·m、鐵9.71 Ω·m、鉑10.6 Ω·m。其中，銀的導(dǎo)電性最優(yōu)，但價(jià)格較高，在電力系統(tǒng)應(yīng)用中受成本約束使用較少；銅以其良好的導(dǎo)電性能和耐腐蝕性，成為電力系統(tǒng)中使用最多的接地材料，但其機(jī)械強(qiáng)度不高，制約了其應(yīng)用范圍；鋁材的質(zhì)量低、重量輕，在電力設(shè)備接地上的應(yīng)用也比較多；金、鉑因其高昂的價(jià)格難以在電力設(shè)備接地系統(tǒng)中應(yīng)用；鎂在自然環(huán)境下遇空氣會(huì)自燃，無法用于常規(guī)的電力設(shè)備和設(shè)備檢修作業(yè)的接地；鎳因?yàn)閮r(jià)格相對較高，且電阻率較高，也很少用于電力接地系統(tǒng)；鐵雖然電阻率較高，但其具備價(jià)格低廉、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，時(shí)常被用于電力系統(tǒng)的防雷接地領(lǐng)域，但其耐腐蝕性不高，制約了其埋地的使用壽命和場地。

1.2 金屬復(fù)合材料

通過復(fù)合技術(shù)復(fù)合幾種常規(guī)金屬，得到牢固的冶金結(jié)合狀態(tài)，制成的金屬復(fù)合接地材料具有更好的適用性[4]。常見的金屬復(fù)合接地材料如下。

（1）銅鋼復(fù)合材料。綜合了銅的較好的抗腐蝕性能、優(yōu)秀的導(dǎo)電性能和鋼的高強(qiáng)度機(jī)械性能，是垂直入地接地線的優(yōu)良材料。

（2）銅鋁復(fù)合材料。將銅層和鋁層復(fù)合在一起形成的新型材料，既具備鋁價(jià)格低、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，又具備銅的高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，可用于導(dǎo)電性要求高、重量要求輕的接地系統(tǒng)。

（3）鍍鋅角鋼。鍍鋅提升了角鋼的耐腐蝕性，增加了鋼制接地體埋深的使用壽命。

（4）銅包鋁復(fù)合接地線。銅包鋁復(fù)合接地線的導(dǎo)電性能和抗腐蝕性能介于銅線與鋁線之間，重量較銅輕，同時(shí)提升了鋁材的抗腐蝕性。

為提升復(fù)合材料的復(fù)合效果，在加工時(shí)應(yīng)盡量增大其復(fù)合處不同復(fù)合材質(zhì)的復(fù)合度，增加接觸面的化合物層的厚度，從而穩(wěn)定復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性，使其在較大拉力和高溫環(huán)境中不易出現(xiàn)界面分離。

2 電力設(shè)備檢修作業(yè)接地線的使用原則

2.1 增加短路電流值裕度

電力接地線的主要作用是泄流，其工作往往會(huì)受高電壓、強(qiáng)電流的沖擊[5]。為保證電力設(shè)備和電力設(shè)備檢修作業(yè)中的人員安全，接地線在大電流沖擊的情況下不能熔斷。為此，接地線的短路電流值在保護(hù)范圍內(nèi)的一定額定值上還應(yīng)保留適當(dāng)?shù)脑６取?/p>

2.2 優(yōu)化土壤

受環(huán)境影響，電力接地線的接地效能會(huì)發(fā)生變化。為此，在選擇接地線時(shí)還應(yīng)考慮環(huán)境溫度、濕度的影響。部分接地線需在大地中埋深，埋深后受土壤性質(zhì)的影響，接地效果會(huì)受到影響。為提高土壤埋深使用的接地線的接地效果，可以適當(dāng)優(yōu)化土壤，常用的土壤優(yōu)化方法有換土法、化學(xué)處理法、加深埋深法、延長接地體法、外引接地法等。

2.3 優(yōu)化接地線焊接方式

電力接地線在接入接地網(wǎng)時(shí)，必然存在接地體間的連接。為保證連接部位不影響接地體的接地電阻、耐大電流沖擊性和抗熱性，連接部位需要保持一定的接觸面面積和較大的散熱面積，而且接觸部位的熔點(diǎn)需與接地體本身的熔點(diǎn)相近。目前，國內(nèi)應(yīng)用效果較好的接地線焊接方式有火泥熔接等方法。

2.4 估算接地線的長度

在電力設(shè)備運(yùn)行中，為防止異常強(qiáng)電流所產(chǎn)生的高電位對設(shè)備的損傷，要求接地線盡量避免彎曲、纏繞，長度盡可能短。設(shè)備接地線受設(shè)備擺放位置和運(yùn)行位置的限制，往往與接地體存在一定距離。為保證設(shè)備的安全運(yùn)行，在確定電力設(shè)備接地位置時(shí)，需要估算接地線的長度，以保證接地電阻滿足實(shí)際應(yīng)用需求。實(shí)際應(yīng)用中可通過設(shè)備能承受的最高電位來估算設(shè)備接地線的長度，計(jì)算公式如下：

式中：L為接地線長度，m；Umax為電力設(shè)備能承受的最高電位，kV；為異常強(qiáng)電流陡度，kA/μs。

3 電力設(shè)備檢修作業(yè)接地線的具體使用方法

通常，電力檢修作業(yè)使用的接地線由短路部件、絕緣部件和接地部件組成。

3.1 短路部件的選用

電力企業(yè)通常應(yīng)用性能可靠的多股軟銅線作為電力設(shè)備檢修作業(yè)接地線的短路部件材料，俗稱短路電纜。短路電纜的選材通常使用具備與裝設(shè)地點(diǎn)需要泄流的接地短路電流相適應(yīng)的截面大小的多股軟銅線，短路容量大，截面也要大，一般不得小于25 mm2。除停電范圍內(nèi)可能突然來電點(diǎn)需要裝設(shè)接地線外，為防止在停電線路、部分停電設(shè)備上作業(yè)的人員遭受感應(yīng)電傷害，部分作業(yè)還需要作業(yè)人員使用個(gè)人保安接地線。這部分接地線的短路部件通常也要求使用多股軟銅線，其截面積不小于16 mm2。

開展電力設(shè)備檢修作業(yè)時(shí)使用的短路電纜若采用直接接地的方式接地，需要使用與接地體相同截面積的短路電纜；若采用非直接接地方式，與非直接接地系統(tǒng)連接的短路電纜截面積可略小于與之連接的接地體的截面積。與接地體相連的短路電纜的最小截面積與接地體截面積的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 短路電纜的最小截面積與接地體截面積的對應(yīng)關(guān)系

在電力設(shè)備檢修作業(yè)中，為保證接地效果，不同截面積的短路電纜所用的多股軟銅線的銅線根數(shù)與電纜截面積有一定的對應(yīng)關(guān)系。截面積越大，多股軟銅線根數(shù)越多。通常情況下，不同截面積的短路電纜對應(yīng)的多股軟銅線根數(shù)如表2所示。

表2 短路電纜多股軟銅線截面積與銅線根數(shù)的對應(yīng)關(guān)系

為保證電力設(shè)備檢修作業(yè)所用的短路電纜的接地效果，需要使其在一定溫度范圍內(nèi)保持足夠的導(dǎo)電性和柔韌性。為防止多股軟銅線磨損斷股，影響接地截面積，短路電纜應(yīng)使用透明絕緣保護(hù)層。絕緣保護(hù)層應(yīng)耐受50 V的工頻電壓，并對機(jī)械、化學(xué)損傷具備一定的防護(hù)能力；絕緣保護(hù)層厚度應(yīng)大于1 mm，材質(zhì)應(yīng)選用透明材質(zhì)，使其在保護(hù)接地線的同時(shí)，便于工作人員觀測導(dǎo)線的表面導(dǎo)線束的損壞和受腐蝕情況。

需要考慮電力檢修作業(yè)的實(shí)際需要確定電力設(shè)備檢修作業(yè)的接地線長度，使其既能滿足接地電阻要求，又有較輕的重量，便于攜帶和安裝。短路部件與需要接地的設(shè)備的連接部位應(yīng)有可靠的接觸面，且連接可靠，并能承受短路時(shí)大電流通過時(shí)產(chǎn)生的高溫和機(jī)械應(yīng)力。

3.2 絕緣部件的選用

電力設(shè)備檢修作業(yè)的接地線需要現(xiàn)場掛接使用，為防止作業(yè)人員在掛接接地線時(shí)誤碰帶電部位，或誤掛接到帶電設(shè)備上導(dǎo)致人身觸電，接地線需要配置絕緣部件。絕緣部件應(yīng)具備足夠的絕緣強(qiáng)度和絕緣間距，不同電壓等級(jí)電力設(shè)備檢修作業(yè)使用的接地線，應(yīng)根據(jù)電力設(shè)備工作電壓的安全距離選擇不同長度的絕緣部件。通常情況下，在不同電壓（交流電）等級(jí)下工作的電力設(shè)備，其檢修作業(yè)所使用的接地線絕緣部件的最短有效絕緣長度如表3所示。

表3 不同電壓等級(jí)下接地線絕緣部件的最短有效絕緣長度

接地線絕緣部件的最短有效絕緣長度通常受制于使用地的海拔高度，表3中所列的最短有效絕緣長度適用于1 000 m及以下的海拔高度。當(dāng)使用地的海拔變化時(shí)，需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整絕緣部件的有效絕緣長度，具體計(jì)算式如下：

式中：L'為修正后的最小有效絕緣長度，m；L0為修正前的最小有效絕緣長度，m；H為安裝地點(diǎn)的海拔高度，m。

3.3 接地部件的選用

接地部件是接地線接地的部位，通常與作業(yè)現(xiàn)場預(yù)埋好的接地網(wǎng)外露的接地端相連，連接時(shí)需要連接可靠，有一定的接觸面積。若電力設(shè)備檢修作業(yè)場所無可用的接地點(diǎn)，需要設(shè)置臨時(shí)接地極。通常，臨時(shí)接地極的接地電阻不應(yīng)大于30 Ω，為保證電阻值滿足接地要求，可通過增加臨時(shí)接地極的截面積和接地極地面下深度來處理。電力設(shè)備檢修作業(yè)常用的臨時(shí)接地極材料有扁鐵、圓鋼、銅牌及銅包鋁復(fù)合導(dǎo)體等。

因臨時(shí)接地極需要有埋深，頻繁使用的臨時(shí)接地極需要考慮土壤對其的腐蝕性，避免因腐蝕造成接地電阻升高。鐵質(zhì)材料的臨時(shí)接地極的價(jià)格較低但容易被腐蝕，使用前需注意檢查其腐蝕程度；銅質(zhì)材料價(jià)格高，雖不易腐蝕，但硬度較低、易磨損或變形，使用前需注意檢查其變形程度。此外，臨時(shí)接地極埋深后，使用前需進(jìn)行必要的電阻測試工作，以保證其接地電阻滿足接地要求。

4 結(jié)束語

通過綜合分析電力設(shè)備工作接地線材料的選取方法，配置合適的接地線長度和截面積，可以節(jié)約投資、延長接地線使用壽命，保障電力設(shè)備可靠接地，確保電力設(shè)備正常運(yùn)行。