10 kV 架空線路和配電房接地裝置的改進(jìn)

周健科，李為民，李 勛

（舟山電力局， 浙江 舟山 316000）

10 kV 架空線路和配電房接地裝置的改進(jìn)

周健科，李為民，李 勛

（舟山電力局， 浙江 舟山 316000）

對(duì) 10 kV 架空線路和傳統(tǒng)的配電房接地方式所存在的各類問(wèn)題進(jìn)行歸類分析， 并提出改進(jìn)方法。理論計(jì)算和實(shí)際使用證明，用混凝土鋼筋作為自然接地體，性能優(yōu)于普通的人工接地體，并且解決了施工方面的困難。

架空線路；配電房；接地；改進(jìn)

目前 10 kV 架空線路的建設(shè)通常是先在指定的線路位置上豎立電桿，然后再架線、通電。之后如需在某個(gè)位置搭接用電設(shè)備時(shí)，即可在附近的電桿上裝設(shè)開關(guān)或跌落式熔斷器后接電。為了使設(shè)備能正常工作，必須要有接地線，通常是在電桿旁，將長(zhǎng)為 2.5m 的∠50× 50×5 熱鍍鋅角鋼打入地下，露出地面幾十厘米，再用絕緣銅導(dǎo)線將接地極（打入地下的角鋼）與開關(guān)外殼和避雷器等設(shè)備相聯(lián)接，以確保配電設(shè)備的正常運(yùn)行。

配電房及開閉所（以下簡(jiǎn)稱配電房）的接地則是在配電房建筑的墻外3m處，圍繞建筑物每隔5m 埋設(shè) 1 根 2.5m 長(zhǎng)的∠50×50×5 熱鍍鋅角鋼作為接地極，埋設(shè)深度為角鋼的頂端在地面下0.8m， 再用 50×5 的熱鍍鋅扁鋼將所有接地極焊接連成封閉環(huán)[1]。在環(huán)的不同位置用 50 × 5 熱鍍鋅扁鋼向配電房?jī)?nèi)引入2條以上的接地線，用于設(shè)備接地。

1 傳統(tǒng)接地方式存在的問(wèn)題

1.1 環(huán)境影響

當(dāng)架空線路的某處需要搭接用電負(fù)荷時(shí)，必須在該處的電桿旁增設(shè)接地極，而此時(shí)因?yàn)槁访嬖缫褲沧⒘嘶炷粱虻叵掠惺瘔K層，因而使埋設(shè)工作很難進(jìn)行。

在地勢(shì)較高的丘陵地帶及土壤電阻率較高的地點(diǎn)，光靠電桿旁的接地角鋼往往還無(wú)法使接地電阻達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而在規(guī)定距離之外又會(huì)因?yàn)橛薪ㄖ锘虻孛嬉呀?jīng)澆注了混凝土等原因，不具備大面積開挖的條件，無(wú)法增設(shè)第2根接地極，使得接地電阻很難達(dá)到要求。

1.2 自然因素影響

在舟山海島土壤鹽分較高的情況下，角鋼接地極容易被腐蝕，使用壽命會(huì)大大縮短。當(dāng)接地極截面只剩下 80%時(shí)， 必須重新設(shè)置接地極。 如定海海濱橋旁的某配電房， 于 2006 年 4 月用普通的∠40×40×4 鍍鋅角鋼作為接地極埋入地下，再用普通 40×4 鍍鋅扁鋼聯(lián)接， 由于地面覆土比較蓬松，而且埋設(shè)深度不足，接地極腐蝕很嚴(yán)重。半年后設(shè)備投運(yùn)前開挖抽查時(shí)，發(fā)現(xiàn)接地極的截面已不到原來(lái)的 80%， 個(gè)別地方甚至不到50%， 只能再用∠50×50×5 熱鍍鋅角鋼重新安裝接地極。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通接地裝置每5年就要開挖地面做檢查，因?yàn)橛行┙拥匮b置的某些特定部位，尤其是靠近地面的主干線腐蝕會(huì)較嚴(yán)重，而普通的接地電阻測(cè)量并不能發(fā)現(xiàn)這類問(wèn)題。一旦發(fā)生接地故障時(shí)，在大電流的沖擊下，腐蝕特別嚴(yán)重的接地極會(huì)被燒斷，使接地線起不到應(yīng)有的保護(hù)作用。供電部門的轄區(qū)內(nèi)往往有幾萬(wàn)個(gè)接地極，開挖檢查的工作量極大，而且有很多地方并不具備開挖條件，因此無(wú)法判斷接地裝置運(yùn)行是否正常就成了安全運(yùn)行的一大隱患。

1.3 人為因素影響

電桿上的配電設(shè)備是用銅或鋁導(dǎo)線與接地極相接來(lái)實(shí)現(xiàn)接地的。由于電桿都在野外，無(wú)人看守，因此接地導(dǎo)線就成了小偷的盜竊目標(biāo)。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一個(gè)晚上就有上百根接地線被盜的事件，而且補(bǔ)上后會(huì)再次被盜。為了避免導(dǎo)線被盜，曾經(jīng)將導(dǎo)線改為鍍鋅圓鋼，但是不久就發(fā)現(xiàn)新補(bǔ)裝的鍍鋅圓鋼被連根鋸斷盜走。配電線路運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，市區(qū)線路每月巡視1次，郊區(qū)及農(nóng)村線路每季度巡視1次。因此接地線被盜后很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，一旦遭受雷擊等過(guò)電壓，將會(huì)給設(shè)備和人身安全造成極大的危害。

另外，在新建小區(qū)還會(huì)發(fā)生供電部門不知情而配電房外空地被開挖，用于市政綠化的情況。由于通常采用機(jī)械開挖，室外的人工接地裝置很容易被扯斷甚至連根拔起，綠化工程結(jié)束之后，這類問(wèn)題將很難被發(fā)現(xiàn)。此時(shí)的設(shè)備接地線也已失去接地作用，其危險(xiǎn)程度顯而易見。

2 改進(jìn)方法

針對(duì)以上問(wèn)題，提出了用自然接地體來(lái)取代人工接地體的改進(jìn)方法，即利用水泥桿塔內(nèi)和建筑物地梁內(nèi)的鋼筋作為接地極。在接地電阻達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況下，可不再設(shè)置人工接地極。實(shí)踐證明，利用建筑物地梁內(nèi)的鋼筋作為接地極，所有項(xiàng)目的接地電阻均合格。表1是具有代表性的幾處配電房現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)接地電阻值。

表1 配電房現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)接地電阻 Ω

由表1可見，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)接地電阻完全符合標(biāo)準(zhǔn)中小于等于4Ω的規(guī)定。

綜上所述，當(dāng)時(shí)的社會(huì)意識(shí)形態(tài)和程小青本人的詩(shī)學(xué)形態(tài)對(duì)于西方事物的態(tài)度都是認(rèn)可的，并希望借助西方的先進(jìn)文化和思想來(lái)改變舊中國(guó)。受這兩種因素的影響，程小青在翻譯偵探小說(shuō)這一新文學(xué)樣式時(shí)，分別采用了異化翻譯和歸化翻譯的策略；但在使用兩種策略時(shí)，譯者的側(cè)重點(diǎn)不同，有著不同的原因。

2009 年， 又將該方法應(yīng)用于水泥桿塔?？紤]到土壤電阻率有大于 100 Ω·m 的情況， 因此在電桿底部增設(shè)了人工接地裝置，圖1為電桿內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)示意圖。該人工接地裝置在電桿制造時(shí)已經(jīng)固定在電桿底部，并將電桿內(nèi)所有鋼筋用短路環(huán)焊接連通，在需要接地的各個(gè)部位設(shè)置接地端，在電桿的底部將所有鋼筋與底面的熱鍍鋅鋼板焊接，并使電桿的底部處于密封狀態(tài)，接地端與電桿內(nèi)部空間完全隔絕，保證電桿內(nèi)部不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)水而腐蝕，也不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)水后結(jié)冰使得電桿根部開裂而倒桿。目前該產(chǎn)品已獲國(guó)家發(fā)明專利和實(shí)用專利。

表2是某條輸電線路上具有代表性的5根標(biāo)準(zhǔn) 15m 電桿的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)接地電阻值。 由表2可見，標(biāo)準(zhǔn) 15 m 電桿的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)接地電阻的數(shù)值完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中小于等于 10Ω的規(guī)定。

表2 標(biāo)準(zhǔn) 15m 電桿現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)接地電阻 Ω

圖1 電桿內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 垂直接地極的接地電阻比較

垂直接地極的接地電阻 RV可利用以下公式計(jì)算：

式中：ρ為土壤電阻率；l為垂直接地極的長(zhǎng)度；d為接地極為圓鋼時(shí)的直徑。

對(duì)于鋼筋混凝土電桿，由于埋入土壤中的混凝土吸收水分后具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因此可以等值為一定截面積的導(dǎo)體，等值截面積S可表示為：

式中： S s 為鋼筋的截面積； S c 為混凝土的截面積；K 為混凝土等值系數(shù)，K=0.5。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型的 15m 電桿， 內(nèi)部配置 16 根直徑為 14mm 的鋼筋， 對(duì)應(yīng)的等值截面積為：

而∠50 × 50× 5 熱鍍鋅角鋼的等效截面積為1 384.74mm2。

由此可見，利用混凝土作為接地裝置后，接地極的截面積是原來(lái)角鋼接地面積的 38.5 倍。 由于 15m 電桿的埋深為 2.2m， 與角鋼埋深基本一致。 根據(jù)式（1）可知， 接地電阻與原來(lái)單獨(dú)的角鋼相比有明顯減小，實(shí)際測(cè)量電阻均小于 10Ω。

當(dāng)電桿用在山坡、石崗等土壤覆蓋厚度無(wú)法達(dá)到埋深要求的特殊環(huán)境時(shí)，可在5m外增設(shè)垂直人工接地極并與之并聯(lián)，以達(dá)到接地要求。

當(dāng)設(shè)備為 100 kVA 以上的變壓器時(shí)，接地電阻要求小于 4Ω。此時(shí)設(shè)備安裝一般為雙桿配置，因此可將兩根電桿的接地端子通過(guò)埋深大于0.6m 的水平接地極予以并聯(lián)， 以減小接地電阻。若并聯(lián)后接地電阻仍不能滿足要求，則可再在5m外增設(shè)人工垂直接地極并與之并聯(lián)，以達(dá)到接地要求。

2.2 雷擊熱效應(yīng)

對(duì)避雷系統(tǒng)的接地裝置而言，要求其接地電阻越小越好，因?yàn)榻拥仉娮柙叫?，散流越快；落雷物體高電位保持時(shí)間越短，跨步電壓、接觸電壓也越小。當(dāng)架空線路桿塔遭受雷擊時(shí)，雷電流會(huì)流過(guò)桿塔內(nèi)部的鋼筋進(jìn)入地下，并使桿塔內(nèi)鋼筋的溫度急劇升高，從而使鋼筋和水泥的結(jié)合力減小， 當(dāng)鋼筋溫度達(dá)到 350～400℃時(shí)， 結(jié)合力將完全被破壞，并使混凝土保護(hù)層產(chǎn)生橫向和縱向裂紋。 因此， 鋼筋的溫度一般不能超過(guò) 100℃。 為此，當(dāng)采用水泥桿塔的鋼筋作為自然接地裝置時(shí)，必須驗(yàn)算鋼筋截面是否滿足熱效應(yīng)的要求。熱效應(yīng)的鋼筋截面A的計(jì)算公式為：

式中： Ik為接地短路電流； t為短路時(shí)間； P 為鋼筋在 20℃時(shí)的 電阻系數(shù) ，一般取 0.145 Ω·mm/ m； C 為鋼筋比熱 ，一般 取 0.5W·s/（g·℃）； r 為鋼筋密度， 一般取 7.85 g/cm3；ΔT 為溫升， 一般不大于 60℃； k1為集膚效應(yīng)系數(shù)，一般取 1.05；k2為鋼電阻溫度系數(shù)。

例如， 當(dāng)雷電流為 108 kA， 持續(xù)時(shí)間為 0.62 s 時(shí)（大于 108 kA 的雷電流僅占 10%，一次雷電放電的總持續(xù)時(shí)間大于 0.62 s 的僅占 5%， 所以這樣的取值能包含 90%以上的情況）， 經(jīng)式（3）驗(yàn)算可知， 當(dāng)鋼筋的溫升不大于 60℃時(shí)， 對(duì)應(yīng)的鋼筋截面積為 2 371 mm， 而目前采用的電桿內(nèi)部配置的是 16 根直徑為 14 mm 的鋼筋， 截面積為 2 461.76mm， 因此完全滿足熱效應(yīng)的要求。

2.3 改進(jìn)效果

由于在電桿的相應(yīng)部位設(shè)置了接地端子，設(shè)備的接地線可以就近接到電桿上，不用再接到地面，可有效防止接地線被盜的情況發(fā)生。自從使用這種接地電桿以后，再未發(fā)生接地線被盜事件，有力地保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。

此外，因接地極完全封閉在混凝土的內(nèi)部，與空氣完全隔絕，有效地避免了鋼筋的氧化，免去了開挖地面檢查接地極腐蝕情況的巨大工作量。由于沒(méi)有室外的接地裝置，也避免了綠化開挖及地基沉降帶來(lái)的嚴(yán)重危害，使接地裝置能在正常的使用期內(nèi)做到免維護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

采用本文介紹的以混凝土鋼筋作為自然接地體取代人工接地體的方式，在一般情況下水泥桿塔的接地和配電房的基礎(chǔ)接地都能滿足設(shè)計(jì)要求。不僅解決了人工接地體的施工困難，也避免了人工接地體被盜、腐蝕和其它人為損害，有效提高了接地裝置施工安裝的可行性和運(yùn)行的可靠性，能確保人身和設(shè)備的安全，值得推廣運(yùn)用。

[1]國(guó) 家 電 網(wǎng) 公 司.DL/T 621-1997 交 流 電 氣 裝 置 的 接 地[S].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[2]國(guó) 家 電 網(wǎng)公 司.DL/T 741-2001 架 空 送 電 線 路 運(yùn) 行 規(guī) 程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[3]何 金 良 ， 曾 嶸.鋼 筋 混 凝 土 桿 塔 接 地 裝 置 的 性 能[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1997，37（6）∶108-110.

[4]張文亮，馬恒信，張棟.輸電線路灌注樁基礎(chǔ)自然接地電 阻 的 測(cè) 試 和 理 論 計(jì) 算[J].電 網(wǎng) 技 術(shù) ，2008，6（37）∶162-166.

[5]雷 電 基 本 知 識(shí) 二[EB/OL].http//www.zs2001.com/zs2001 zy/jsfw/flzs6.htm.

[6]GB 50169-2006 電 氣 裝 置 安 裝 工 程 接 地 裝 置 施 工 及 驗(yàn)收 規(guī) 范[S].北 京 ：中 國(guó) 計(jì) 劃 出 版 社 ，2007.

[7]SD 292-1988 架 空 配 電 線 路 及 設(shè) 備 運(yùn) 行 規(guī) 程[S].北 京 ：中國(guó)電力出版社，1998.

[8]國(guó) 家 電 網(wǎng) 公 司.DL/T 5220-2005 10 kV 及 以 下 架 空 配電 線 路 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 規(guī) 程[S].北 京 ： 中 國(guó) 電 力 出 版 社 ，2006.

（本文編輯：龔 皓）

Grounding Im provement for 10 kV Overhead Line and Distribution Room

ZHOU Jian-ke， LIWei-min， LIXun
（Zhoushan Electric Power Bureau， Zhoushan Zhejiang 316000， China）

Through the classified analysis of various problems of the traditional groundingmethods for 10 kV overhead line and distribution room,this paper provides the improvementmethods.After theoretical calculation and practical application,better performance is achieved with the concrete reinforcing steel bar used as the natural grounding body than the common artificial grounding and it overcomes the difficulties in construction.

overhead line； distribution room； grounding； improvement

TM752+.2

：B

：1007-1881（2011）04-0038-04

2010-12-12

周健科（1979-）， 男， 浙江舟山人， 助理工程師，從事配電管理工作。