淺談煤礦35 kV 變電站接地網(wǎng)與獨(dú)立避雷針接地裝置間距要求

齊亞南 王春素

（1.通用技術(shù)集團(tuán)工程設(shè)計有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2.安標(biāo)國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)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(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，影響供電可靠性，甚至?xí)斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失及人身傷亡，而裝設(shè)避雷針是35 kV 變電站直擊雷防護(hù)的主要措施。

35 kV 變電站電氣設(shè)備有戶外布置及戶內(nèi)布置兩種方式。對于戶外布置的35 kV 變電站電氣設(shè)備，配電設(shè)備構(gòu)架絕緣水平很低，構(gòu)架上避雷針落雷后感應(yīng)過電壓的幅值對絕緣有發(fā)生閃絡(luò)的危險。因此，工程上戶外布置的35 kV 變電站電氣設(shè)備多采用獨(dú)立避雷針。而對于室內(nèi)布置的35 kV 變電站電氣設(shè)備，35 kV 及以下電氣設(shè)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(shè)備絕緣損耗，房頂上裝設(shè)避雷針起不到保護(hù)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(shè)備多采用獨(dú)立避雷針保護(hù)。

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(dǎo)致土壤局部的電位升高，與周圍土壤出現(xiàn)電勢差。當(dāng)該電勢差與35 kV 變電站設(shè)備的位置小于安全值時，容易出現(xiàn)高壓反擊，危害電子設(shè)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(dú)立避雷針的接地要求

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

式中：Ri為獨(dú)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(huán)境復(fù)雜、場地布置緊湊，且35 kV 變電站圍墻也給35 kV 變電站獨(dú)立避雷針接地裝置施工帶來不便，獨(dú)立避雷針的接地裝置與35kV變電站接地網(wǎng)間的地中距離大于3 m難以實(shí)現(xiàn)。

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

3.1 降低獨(dú)立避雷針接地裝置的沖擊接地電阻

在非高電阻率地區(qū)，當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境限制，無法滿足獨(dú)立避雷針的接地裝置與35 kV 變電站接地網(wǎng)間的地中距離大于3 m 的要求時，降低獨(dú)立避雷針接地裝置的沖擊接地電阻是較為經(jīng)濟(jì)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(jìn)線化學(xué)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(qiáng)度是土壤的3 倍，獨(dú)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(dú)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(shí)際距離。

絕緣隔離層的深度和寬度還應(yīng)滿足式（3）的要求。

式中：S1為隔離層邊緣到主接地網(wǎng)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(shí)例分析

伊敏河?xùn)|礦區(qū)第一煤礦直供電系統(tǒng)改造項目35 kV 變電站主接地網(wǎng)及變電站外墻已施工完畢，現(xiàn)對其進(jìn)行防雷接地系統(tǒng)設(shè)計。

35 kV 變電站北側(cè)圍墻與35 kV 變電站側(cè)墻距離6 m，主接地網(wǎng)外緣閉合，較35 kV 變電站側(cè)墻外擴(kuò)2 m。

由于35 kV 配電裝置構(gòu)架和房頂不宜裝設(shè)避雷針，本35 kV 變電站采用獨(dú)立避雷針保護(hù)。設(shè)計考慮采用兩根15 m 高獨(dú)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(dú)立避雷針接地裝置施工的影響，獨(dú)立避雷針基礎(chǔ)與圍墻最近距離取0.5 m。

經(jīng)防雷保護(hù)范圍的驗算，35 kV 變電站皆在此兩根獨(dú)立避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)。

獨(dú)立避雷針接地裝置與35 kV 變電站的接地網(wǎng)地中最小距離d 由下式計算：

式中：D 為升壓站側(cè)墻與北側(cè)圍墻距離，取6 m；d1為升壓站主接地網(wǎng)較其外墻外擴(kuò)距離，取2 m；d2為獨(dú)立避雷針基礎(chǔ)與圍墻距離，取0.5 m；d3為獨(dú)立避雷針基礎(chǔ)寬度，取2 m。則d 為1.5 m，小于規(guī)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(shè)計獨(dú)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(dú)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(dú)立避雷針接地裝置同深度，則隔離層邊緣到主接地網(wǎng)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(dú)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(jīng)對現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)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(dú)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(shí)測獨(dú)立避雷針沖擊接地電阻為5 Ω。由式（1），可計算得本項目獨(dú)立避雷針接地體與35 kV 變電站的接地網(wǎng)地中最小要求距離Se≥0.3Ri=0.3×5=1.5 m。由上文獨(dú)立避雷針接地裝置與35 kV 變電站的接地網(wǎng)地中最小距離d 為1.5，滿足式（1）的要求，符合規(guī)范要求。