10KV配电线路杆塔接地技术设计方案.docx
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10KV配电线路杆塔接地技术设计方案
中国南方电网
广东电网
10KV配电线路接地技术方案
广州中光电子科技有限公司
二〇一九年十一月
附件1：
施工图（图号：
DL-JD-01,DL-JD-02）
附件2：
镀镍接地棒说明书及检测报告
接地模块说明书及检测报告
10KV配电线路接地技术方案
1、前言
近年来，广东地区由于经济的发展，对电力的需求不断增加，因此，电力系统也不断发展，接地短路电流愈来愈大，设备接触电压和跨步电压也越来越大，直接威胁到设备和人身安全；由于接地短路电流的增大，接地线和接地干线的热稳定也愈来愈突出。
特别是在变电站（或变电所）的自动化控制装置的大量投入运行，由于接地短路电流所形成的地电位干扰问题也越来越突出，所造成的微机保护“死机”、误动作而造成的事故和扩大事故时有发生，从而影响电力系统的安全运行。
同时，广东地区的地理位置特殊，大部分地区位于北回归线附近，使得该地区的年平均雷暴日高于国内其他大部分地区（广州的年平均雷暴日约76.1天）。
为了更好的保障电力系统供电的正常运作，减少电力变电站设备和输电线路遭受雷击而引起的跳闸事故的发生，我司针对电网10KV线路的接地系统提出综合设计方案。
2、设计依据
●DL/T621—1997《交流电气装置的接地》
●DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》
●GB50169—2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
●GB50057-94《建筑物防雷设计规范》（2000年版）
3、10KV配电线路杆塔的接地方案
在输配电线路的防雷设计的主要目的是提高线路的耐雷水平，减少雷击跳闸率。
主要的技术有：
①防直击导线技术：
即防止导线直接遭受雷击，主要措施有架设避雷线、减少避雷线的保护角、加装各种形式的避雷针等；
②防闪络技术：
即防止输电线路遭受雷击后发生闪络，主要措施有降低杆塔接地电阻、架设耦合地线、安装线路避雷器等；
③防建弧技术：
即防止输电线路发生闪络后建立稳定的工频电弧；
④防停电技术：
即防止输电线路雷击跳闸厚重合闸不成功造成电力中断，如加装并联间隙等。
根据输电线路所在位置的地理条件、气象条件和雷电活动规律，利用现代防雷技术，采取相应的防雷措施，主要措施有：
降低杆塔的接地电阻、架设架空避雷线、架设耦合地线、装设线路避雷器、加装防绕击避雷针和加强绝缘等。
在上述措施，由其中架设避雷线、架设耦合地线、装设线路避雷器和加强绝缘等措施在输电线路防雷技术中有比较成熟的技术和产品，在本方案不做具体设计，主要介绍怎样降低杆塔的接地电阻方面技术。
3.1新建杆塔的接地降阻措施
架空线路杆塔接地对电力系统的安全稳定运行至关重要，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，减少雷击跳闸率的主要措施。
长期以来，为降低杆塔的接地电阻电力部门投入了大量的人力、物力、财力去改造，也取得了显著的效果。
但由于初期设计对线路走廊的雷电活动规律和特征掌握不够，线路结构和地形地貌特征没有全面考虑，使得目前的设计和改造缺乏针对性，技术性不强。
特别是没有充分去掌握杆塔所在位置的土壤电阻率情况去设计和改造其接地，势必会达不到要求和造成工程费用的浪费。
因此，为了使杆塔的接地能够达到要求，必须先了解其所在位置的地理地质情况，实地测试器土壤电阻率，做好每一基杆塔的所在位置的测试记录；如果条件允许，可以到气象部门去了解近10年来的气象资料，了解线路走廊的雷电活动情况，为以后的设计做好充分的准备。
在准备好相应的资料后，根据不同的情况作出不同的设计。
由于土壤电阻率不同，对杆塔的接地要求也不同。
根据电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》和DL/T621-1997《交流电气装置的接地》等要求，为每一基架空线的杆塔的接地电阻的设计、安装和改造提供了依据。
①有避雷线的杆塔的工频接地电阻，在雷雨季节干燥时，不宜超过下表要求：
土壤电阻率（Ω.m）
≤100
＞100~500
＞500~1000
＞1000~2000
＞2000
接地电阻（Ω）
10
15
20
25
30
说明：
当土壤电阻率超过2000Ω.m，接地电阻值很难降到30Ω时，可以采用5~8根总长不超过500米的放射形接地体或采用连续伸长接地体，或接地电阻不受限制。
②无避雷线的杆塔的接地电阻：
对于中雷区及多雷区35KV及66KV无避雷线，宜采用措施减少雷击引起的多相线短路和两相异地接地引起的短线事故，钢筋混凝土杆和铁塔充分利用自然接地作用，在土壤电阻率不超过100Ω.m或有运行经验的地区，可以不另设人工接地装置。
由于广东地区大部分是多雷区，无特殊好的地质地理环境，最好把杆塔的接地做到10Ω以下。
同时，该地区靠近海边，加上近几年酸雨程度严重，对接地的系统的腐蚀较为严重，对接地材料的选择也必须慎重考虑。
在该方案中，我们建议采用一些抗腐蚀较好的接地材料。
3.1.1镀镍接地棒接地法
①镀镍接地棒接地法的实施条件
在深层土壤电阻率比表层低（可以通过四极法土壤电阻率测试实验知道），同时开挖面积受限制的地方，可以采用镀镍接地棒接地法，这样能够有效的节约土地和人工，又能达到改善地网的接地电阻。
单组（单根规格：
φ14x1200mmm）镀镍接地棒接地方法可以按下面的公式计算：
（公式1）
其中
R:
接地电阻（Ω）
d:
垂直接地体的直径（m）
ρ:
土壤电阻率（Ω.m）
l:
垂直接地体长度（m）
可（公式1）见，将接地垂直接地体的长度扩大，即可把接地电阻降下来。
如，土壤电阻率ρ=100Ω·m，设计接地电阻R≈10Ω，则垂直接地体的长度由公式1可算出l≈13.5m.（单组，而这种方法可将平面接地网变成立体接地体）。
如果土壤电阻率较高，可以在杆塔的四角分别设置1~2组接地棒，每组深度为7~10米，间距为5~10米。
如图：
DL-JD-01。
该接地材料采用特殊处理后有一定强度的钢材，通过镀铜处理后再镀镍。
这样处理后的材料保持了原有金属材料良好的导电性能，同时也增加了其良好的抗腐蚀特性，是一种比较好的新技术接地材料。
特别是其连接方式，如果没条件电焊，也以用放热焊接的方式。
②镀镍接地棒接地法的安装方法
在可施工的空地处，应先用金属探测器探测下方是否有电缆通过，附近是否有光缆、煤气管道，另外注意周围的联通、电力、电信等一些通讯电力公司所设置的一些标示，防止在施工的过程中对地下通讯线路的破坏；
选好位置后，在空地开挖深60~80cm、长50cm、宽50cm的坑，在坑内垂直打入6~10根镀镍接地棒地极，采用联轴套镀镍铜管将镀镍接地棒一根接一根连接起来，联轴套镀镍铜管连接两根接地棒时，应分别将接地棒旋入连接器且相接触，从而使大锤打击时，接地棒受力均匀不易歪斜，电气连接更紧密，详见图
用模具放热熔接接地端和圆钢时，注意保持模具干爽，接地端和圆钢卡位紧密，热熔焊粉及引火剂适量，点火人员应离模具1米左右，方能操作；
当焊接完成后，应把圆钢与杆塔的接地端子相连，并在中间设置断接卡，以便后期测试和维护；
由于杆塔所在位置是野外，建议最好采用电焊连接，接地主干线是镀锌圆钢。
③镀镍接地棒接地法的安装要求
A、垂直方式，垂直接地体是采用镀镍接地棒（镀镍材质，1.2m），每组为6~10根，垂直接地棒间距尽量安装的杆塔的四角位置,并尽量往外扩张，否则有屏蔽作用，降低接地体的利用率；
B．水平方式，水平接地体采用φ12热镀锌圆钢，敷设深度为60~80cm；
C．引下线方式：
引下线必须设置断接卡，以备检查；
D．做好所有焊接点和连接处的防腐措施。
④接地地网施工时安全注意事项
A、接地棒安装之前，必须开挖60~80cm深后看实际情况，确定是自然土壤才能往下深打；
B、接地棒连接时必须使用导电剂、使之有更好的导电率；
C、在与杆塔相连时必须要加装一套断接卡。
D、接地电阻必须小于10欧。
施工实时测试，监督施工质量。
3.1.2专用接地模块加降阻剂接地法
随着接地技术的发展，降阻剂的降阻的方法已经在实际的接地工程中得到大量和长期的应用，在有关的国家标准和行业标准都有明确的推荐要求，如DL/T621—1997《交流电气装置的接地》中就有：
填充电阻率较低的物质或降阻剂。
这为降阻剂在工程中应用提供了技术依据。
1专用接地模块加降阻剂接地法使用条件和优势
按照技术上实用，安装上简单，经济上合理的原则，专用接地模块加降阻剂接地法实施的主要条件有：
首先，杆塔所在的位置的土壤电阻率较高，其他的接地方法很难达到要求；有足够的开挖面积。
水平接地装置的工频接地电阻的计算公式，如下：
（公式2）
R:
接地工频电阻（Ω）
d:
水平接地体的直径（m）
h:
水平接地体的埋设深度（m）
ρ:
土壤电阻率（Ω.m）
l:
水平接地体长度（m）
B:
接地网的形状系数（四角放射状地网取1.76,环形接地网取1.0,十字形接地网取0.89）
根据上式可知，如果把杆塔所在位置的土壤电阻率降低，可以降低其接地网的接地电阻值，同时，根据地形情况，确定好一个好的地网形状，对改善接地电阻值有帮助。
使用降阻剂后，相当于扩大了接地体的有效截面积；利用降阻剂的扩散和渗透作用，降低接地体周围的土壤电阻率；也由于使用降阻剂后，减少或消除了接地体和大地之间的接触电阻；增大了散流面积，起到了很好的均压作用，减小了地面的电位梯度，使杆塔在雷击时受反击的概率降低。
同时，中光系列降阻剂采用的物理性降阻剂，对金属接地材料没有腐蚀，相反，施工完毕一定时期后，由于降阻剂与金属接地体发生络合作用，对金属接地体还起到了保护作用。
通过一些实地勘测，降阻剂通过一段时间后挖开一看，与水平接地体几乎是融为一体。
照片如下：
杆塔接地采用降阻剂施工完毕后20个月后照片
由于降阻剂具有一定的流失性，因此，中光高科研究所科技攻关，利用降阻剂降阻原理，把降阻剂加工成成型的专用接地模块，做接地系统的垂直接地体。
由于接地模块在降阻剂的配方上有一定的改进，由导电性、稳定性较好的非金属矿物质和电解物质组成，并用压力设备加压成型，增大了接地体本身的散流面积，减小了接地体与土壤之间的接触电阻，同时，具有一定的吸水保湿作用，通过释放电解质改善周围土壤的导电性，能获得低而稳定的接地电阻。
并且随着时间推移，用接地模块做垂直接地体的接地系统的接地电阻值越来越小，直到达到一定值后稳定下来。
如有ZGD-I-2、ZGD-II-1、ZGD-I-3等，具体参数如下：
ZGD-I-2
ZGD-II-1
ZGD-I-3
外形尺寸（mm）
φ150x800
500x400x60
φ260x1000
质量（kg）
23
20
50
室温下电阻率（Ω.m）
≤0.1
≤0.1
≤0.1
工频接地电阻（Ω）
7
6
4
工频接地电阻Rj（估算式）
Rj≈0.18ρ
Rj≈0.16ρ
Rj≈0.11ρ
使用环境或条件
高土壤电阻率地区、杆塔接地、中小型接地网（该接地模块人工搬运方便，杆塔接地推荐用产品）
高土壤电阻率地区、杆塔接地、中小型接地网
高土壤电阻率地区、变电所（或变电站）、大型接地网
2专用接地模块加降阻剂接地的安装方法
在高土壤电阻率的地区，往往开挖难道较大。
为了保证工程质量，杆塔的水平接地极的地沟开挖深度必须大于60cm,开挖方向必须沿地面的等高线开挖，沟底尽量平直，上宽下窄；在此基础上每隔5米左右再挖一个深度约80cm~1m的坑，大小与接地模块的体积稍大,然后把接地模块竖直放在坑里，周围用细土回填并夯实（有条件的可以适当倒些水把接地模块周围湿润）；其数量的可以由下面得公式确定：
其中：
Rnj：
为n个接地模块埋设后的工频接地电阻值
Rj:
为单个接地模块埋设后的工频接地电阻值
η：
模块的利用系数（0.55~0.85）
为了减小垂直接地极的相互屏蔽，同时要求模块尽量埋设在射线的尾端。
如下图：
ZGD-II-1新建接地网施工照片ZGD-I-2在改造杆塔接地时与射线焊接照片
杆塔所在位置雷击风险高，其土壤电阻率又特殊高（超过1000Ω.m）的地方，建议在水平接地极的周围适当施放降阻剂。
对降阻剂施工工艺有明确的要求：
首先施放降阻剂必须均匀，降阻剂必须均匀包裹在水平接地体周围。
降阻剂施放的标准为11~70kg/m,具体根据土壤电阻率情况确定。
其计算公式有：
其中：
R1为没有加降阻剂时接地系统的工频接地电阻值
R2为加降阻剂后接地系统的工频接地电阻值
Kf为降阻剂的降阻系数，其值和降阻剂的施加截面积尺寸有关。
具体由下表可查：
降阻剂施加截面尺寸m2
0.4x0.3
0.3x0.3
0.3x0.2
0.2x0.2
0.2x0.15
0.15x0.15
降阻系数
0.25
0.35
0.4
0.5
0.6
0.68
每米用量kg
60
45
30
20
15
11
3接地模块和降阻剂施工注意事项：
选择降阻剂和接地模块时要非常慎重，最好选择比较大型的生产企业的产品，并要求提供产品的测试报告和相关的质量证明。
要选择物理性的环保型降阻剂，这样不会对接地体腐蚀，相反，还会对接地体进行有效的防腐。
根据土壤情况选择适合的施工方法。
如在沙性土壤的环境下，选择接地模块而不要用降阻剂；
施工时，土壤必须夯实，不要把水平接地极架空在土壤中；回填土壤时，尽量使用细土，把石子分拣开，分层夯实，上面留20~30cm的沉降保护层。
3.210KV线路杆塔接地改造
在一些运行中的线路，随着时间的推移，很多杆塔的接地电阻值慢慢增大了，已经影响到线路的安全稳定的运行。
通过我们公司对一些线路的改造，取得了一定的效果，使线路的雷击次数降到有效范围内。
特别是一些山区处在“人”字定点及两边的杆塔，施工条件艰巨，地形复杂，土壤电阻率相当高，通过我们的接地改造，取得了非常好的效果，得到了相关部门的认可。
具体方法如下：
沿着杆塔原有的水平的接地射线，在射线的尾端开始，每隔5~8米埋设一个ZGD-1-II,利用（公式三）来计算该杆塔改造到技术要求的接地电阻值（一般埋设10~30个就达到要求，具体根据杆塔所在位置的土壤电阻率决定实际数量）。
尽量要求每根射线均匀埋设，如果有困难，最少要找一组对角线的射线埋设。
采用电焊焊接，焊接点处用φ16的钢筋做成七字形加强焊接，焊接完成后，去除焊渣，涂上沥青或防腐的油漆。
如果有条件，可以适当浇水在模块的周围，使其足够湿润，再用细土分层夯实，在上面保留20~30cm的沉降保护层。
如图：
DL-JD-01。
施工完毕后，接地电阻值不一定马上会降低，一般要三个月到一年左右，通过接地模块的吸水和释放电解质，其接地电阻值才开始降低，在此以后一定时期内，每次测试都会变小，直到其达到一定的稳定值（接地模块周围的电解质释放达到饱和）。
4、结束语
总之，对于架空的配电线路的杆塔接地装置，为了配电设备安全、稳定的运行，其设计必须合理，施工必须规范，同时，还要有一个良好的运行维护机制。
上述的几个方面缺一不可，否则，该线路的接地效果会降低，直接影响配电系统的正常运行。
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