淺析架空送電線路防雷保護(hù)措施

劉念

摘要：介紹了送電線路的避雷線與接地電阻的概念，結(jié)合送電線路接地裝置的型式以及接地裝置的注意事項(xiàng)，說明了送電線路防雷、接地的重要性及有關(guān)規(guī)定、措施，以確保接地效果。

關(guān)鍵詞：送電線路；防雷；避雷線；接地

Abstract: this paper introduces the BiLeiXian transmission lines and the concept of grounding resistance, combined with the transmission lines of grounding device type and points for attention of grounding device, and show the lightning protection and grounding transmission lines and the importance of the relevant regulations and measures to ensure that the ground effect.

Keywords: transmission lines; Lightning protection; BiLeiXian; grounding

中圖分類號：TU856文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對電力的需求也在不斷地增長，在電力生產(chǎn)安全問題方面也就越來越突出。雷擊現(xiàn)象是一種比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害，而架空送電線路的防雷保護(hù)接地技術(shù)又直接關(guān)系著供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。對于送電線路來講，雷擊跳閘一直是影響高壓送電線路供電可靠性的重要因素。由于大氣雷電活動的隨機(jī)性和復(fù)雜性，目前世界上對送電線路雷害的認(rèn)識研究還有諸多未知的成分。架空送電線路的雷擊跳閘一直是困擾安全供電的一個(gè)難題，雷害事故幾乎占線路全部跳閘事故的1/3或更多。因此，尋求更有效的線路防雷保護(hù)措施，一直是電力工作者十分關(guān)注的課題。送電線路防雷相關(guān)措施如下：

1架設(shè)避雷線

避雷線是送電線路最基本的防雷措施之一。避雷線在防雷方面具有：①防止雷直擊導(dǎo)線；②雷擊塔頂時(shí)對雷電流有分流作用，減少流入桿塔的雷電流，使塔頂電位降低；③對導(dǎo)線有耦合作用，降低雷擊桿塔時(shí)塔頭絕緣上的電壓；④對導(dǎo)線有屏蔽作用，降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。

2降低桿塔接地電阻

接地電阻是指電流經(jīng)過接地體進(jìn)入大地并向周圍擴(kuò)散時(shí)所遇到的電阻。大地具有一定的電阻率，如果有電流流過時(shí)，則大地各處就具有不同的電位。電流經(jīng)接地體注入大地后，它以電流場的形式向四處擴(kuò)散，離接地點(diǎn)愈遠(yuǎn)，半球形的散流面積愈大，地中的電流密度就愈小，因此可認(rèn)為在較遠(yuǎn)處(20m以外)，單位擴(kuò)散距離的電阻及地中電流密度已接近零，該處電位己為零電位。

雷擊桿塔頂部時(shí)，電流通過桿塔接入大地，引起塔頂電位升高，其值是：雷電流對桿塔電感產(chǎn)生的電位升高值，以及雷電流對桿塔沖擊接地電阻產(chǎn)生的電位升高值所組成。如果塔頂電位與導(dǎo)線上的感應(yīng)電位的差值，外加線路本身工頻電壓幅值的影響，超過絕緣子串50%的沖擊放電值，就會產(chǎn)生反擊閃絡(luò)放電。

對一般高度的桿塔，降低接地電阻是提高線路耐雷水平防止反擊的有效措施。連續(xù)伸長接地線是沿線路在地中埋設(shè)1~2根接地線，并可與下一基塔的桿塔接地裝置相連。國內(nèi)外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，它是降低高土壤電阻率地區(qū)桿塔接地電阻的有效措施之一。

對高塔(《電力建設(shè)工程(送電線路)預(yù)算定額》規(guī)定超過60m的為高塔)來講，桿塔電感才對塔頂電位升高起決定作用。所以，目前來講降低沖擊接地電阻值是減少線路反擊跳閘率的最主要手段。當(dāng)桿塔塔型、尺寸與絕緣子形式和數(shù)量確定后，不同的接地電阻值對線路桿塔的耐雷水平影響是不同的。按照目前國家規(guī)定，不同的接地電阻值對耐雷水平的影響區(qū)別如表1。

從表l不難看出沖擊接地電阻(110kV)從10Ω增大到15Ω，其耐雷水平下降17.3%；從10Ω增大到25Ω，其耐雷水平下降55.69%；從10Ω增大到30Ω，其耐雷水平下降61.64%。由此可見，降低桿塔的接地電阻是必要的。同時(shí)，它也是降低反擊跳閘率的重要手段。

3送電線路的桿塔接地裝置

有避雷線的送電線路每基桿塔的接地裝置，在雷季干燥時(shí)，不連避雷線的工頻接地電阻，不宜超過表2所列數(shù)值。

表2放射形接地體每根的最大允許長度

土壤電阻率ρ/Ω·m-1 ≤500 ≤2000 ≤5000

工頻接地電阻/Ω 40 80 100

35kV及以下小接地短路電流系統(tǒng)中的無避雷線鋼筋混凝土桿和鐵塔，以及木桿線路中的鐵橫擔(dān)均宜接地，接地電阻不受限制，但對平均雷暴日數(shù)超過40的地區(qū)，不宜超過30Ω。在土壤電阻率不超過100Ω.m的地區(qū)或已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，鋼筋混凝土桿和鐵塔，利用其自然接地作用，可不另設(shè)人工接地裝置。

3.1送電線路接地裝置的型式

土壤電阻率ρ≤100Ω·m的潮濕地區(qū)，可利用鐵塔和鋼筋混凝土桿的自然接地(包括鐵塔基礎(chǔ)以及鋼筋混凝土桿埋入地中的桿段和底盤、拉線盤)等，不必另設(shè)人工接地裝置，但發(fā)電廠、變電所的進(jìn)線除外。在居民區(qū)，如自然接地電阻符合要求，也可不另設(shè)人工接地裝置。

在100<ρ≤300Ω·m的地區(qū)，除利用鐵塔和鋼筋混凝土桿的自然接地外，還應(yīng)設(shè)人工接地裝置。接地體埋設(shè)深度不宜小于0.6~0.8m。在300<ρ≤2000Ω·m的地區(qū)，一般采用水平敷設(shè)的接地裝置，接地體埋設(shè)深度不宜大于0.5m。在ρ>2000Ω·m的地區(qū)，可采用6~8根總長度不超過500m的放射形接地體，或連續(xù)伸長接地體。放射形接地體可采用長短結(jié)合的方式。接地體埋設(shè)深度不宜小于0.3m。

3.2接地裝置的注意事項(xiàng)

如接地裝置由很多水平接地體或垂直接地體組成，為減少相鄰接地體的屏蔽作用，垂直接地體的間距不應(yīng)小于其長度的兩倍;水平接地體的間距可根據(jù)具體情況確定，但不宜小于5m。

接地體材料規(guī)格的選擇主要考慮腐蝕及機(jī)械強(qiáng)度的需要，可采用圓鋼、扁鋼、角鋼、鋼管等。接地裝置的導(dǎo)體截面，應(yīng)符合熱穩(wěn)定與均壓的要求，敷設(shè)在腐蝕性較強(qiáng)場所的接地裝置，應(yīng)根據(jù)腐蝕的性質(zhì)采取熱鍍錫、熱鍍鋅等防腐措施，或適當(dāng)加大截面。

高土壤電阻率地區(qū)的接地問題，多年來一直沒有圓滿的解決。處理方法不外乎采用土壤的化學(xué)處理、換土、伸長接地帶等。前兩項(xiàng)辦法費(fèi)工費(fèi)時(shí)、維護(hù)量大，一般不適于在送電線路上使用。對送電線路來講，在高土壤電阻率地區(qū)降低接地電阻有效的辦法則是采用伸長接地帶或連續(xù)伸長接地體。

4 確保接地效果

防雷接地的主要目的，是為了讓強(qiáng)大的雷電流安全導(dǎo)入大地或地線中，以降低雷電流通過桿塔時(shí)的電位。而雷擊桿塔時(shí)，一部分雷電流通過架空地線(避雷線)流到相鄰或者毗鄰的桿塔，一部分通過桿塔本身的接地系統(tǒng)流入大地。所以，架空送電線路的防雷接地是套系統(tǒng)工程，而確保桿塔本身的接地效果，對提高線路雷擊跳閘重合成功率，提高線路安全、可靠供電是非常重要的。

(l)接地系統(tǒng)的連接必須牢固，以此保障雷電流的正常暢通。接地系統(tǒng)的連接包括桿塔接地引下線與架空地線(避雷線)的連接和接地引下線與接地網(wǎng)的連接。在施工中對連接點(diǎn)(螺栓連接)、焊接點(diǎn)要做一定的標(biāo)示，以備后續(xù)運(yùn)行維護(hù)時(shí)對出現(xiàn)的各個(gè)問題可以方便、迅速地查出。

(2).要保證接地網(wǎng)的接地效果。接地網(wǎng)的接地效果，要達(dá)到接地體的沖擊系數(shù)小于1(接地體的沖擊系數(shù)為接地體的工頻接地電阻與接地體的沖擊接地電阻之比值)。

桿塔水平接地裝置的工頻接地電阻計(jì)算公式如下：

（1）

鐵塔接地裝置(見圖l)的At=1.76；L=4(L1+L2)

圖1

垂直接地極的接地電阻計(jì)算公式如下：

（2）

式中：RV一一一垂直接地極的接地電阻；

ρ—土壤電阻率；L—垂直接地極的長度；

L—垂直接地極的長度；

d地極用圓鋼時(shí)圓鋼的直徑。

桿塔的接地電阻，在高頻的雷電流下，實(shí)際呈現(xiàn)為沖擊接地電阻值。由于雷電流的幅值很大，接地體的電位較高，導(dǎo)致土壤中的電場強(qiáng)度大大超過土壤的耐壓強(qiáng)度(一般為85v/m)，這就產(chǎn)生了火花放電。因此使接地體的沖擊接地電阻比工頻接地電阻大大減小。

所以，在敷設(shè)接地網(wǎng)時(shí)，敷設(shè)深度一定要達(dá)到深度?！督涣麟姎庋b置的接地》規(guī)定每根接地極的最大長度不應(yīng)超過表3中的規(guī)定。在高土壤電阻率的地區(qū)采用放射形接地裝置時(shí)，當(dāng)在桿塔基礎(chǔ)的放射形接地極每根長度的1.5倍范圍內(nèi)有土壤電阻率較低的地帶時(shí)，可部分采用引外接地或其他措施。

當(dāng)然，目前架空送電線路的防雷措施并不只有降低接地電阻一個(gè)手段，但是降低接地電阻是架空線路防雷的重要措施。在此筆者只想說明降低土壤電阻率高的桿塔接地電阻、確保桿塔接地效果，仍是當(dāng)前乃至今后線路運(yùn)行維護(hù)的防雷工作重點(diǎn)。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。