10 kV 架空线路和配电房接地装置的改进

周健科，李为民，李 勋

（舟山电力局， 浙江 舟山 316000）

10 kV 架空线路和配电房接地装置的改进

周健科，李为民，李 勋

（舟山电力局， 浙江 舟山 316000）

对 10 kV 架空线路和传统的配电房接地方式所存在的各类问题进行归类分析， 并提出改进方法。理论计算和实际使用证明，用混凝土钢筋作为自然接地体，性能优于普通的人工接地体，并且解决了施工方面的困难。

架空线路；配电房；接地；改进

目前 10 kV 架空线路的建设通常是先在指定的线路位置上竖立电杆，然后再架线、通电。之后如需在某个位置搭接用电设备时，即可在附近的电杆上装设开关或跌落式熔断器后接电。为了使设备能正常工作，必须要有接地线，通常是在电杆旁，将长为 2.5m 的∠50× 50×5 热镀锌角钢打入地下，露出地面几十厘米，再用绝缘铜导线将接地极（打入地下的角钢）与开关外壳和避雷器等设备相联接，以确保配电设备的正常运行。

配电房及开闭所（以下简称配电房）的接地则是在配电房建筑的墙外3m处，围绕建筑物每隔5m 埋设 1 根 2.5m 长的∠50×50×5 热镀锌角钢作为接地极，埋设深度为角钢的顶端在地面下0.8m， 再用 50×5 的热镀锌扁钢将所有接地极焊接连成封闭环[1]。在环的不同位置用 50 × 5 热镀锌扁钢向配电房内引入2条以上的接地线，用于设备接地。

1 传统接地方式存在的问题

1.1 环境影响

当架空线路的某处需要搭接用电负荷时，必须在该处的电杆旁增设接地极，而此时因为路面早已浇注了混凝土或地下有石块层，因而使埋设工作很难进行。

在地势较高的丘陵地带及土壤电阻率较高的地点，光靠电杆旁的接地角钢往往还无法使接地电阻达到设计要求。而在规定距离之外又会因为有建筑物或地面已经浇注了混凝土等原因，不具备大面积开挖的条件，无法增设第2根接地极，使得接地电阻很难达到要求。

1.2 自然因素影响

在舟山海岛土壤盐分较高的情况下，角钢接地极容易被腐蚀，使用寿命会大大缩短。当接地极截面只剩下 80%时， 必须重新设置接地极。 如定海海滨桥旁的某配电房， 于 2006 年 4 月用普通的∠40×40×4 镀锌角钢作为接地极埋入地下，再用普通 40×4 镀锌扁钢联接， 由于地面覆土比较蓬松，而且埋设深度不足，接地极腐蚀很严重。半年后设备投运前开挖抽查时，发现接地极的截面已不到原来的 80%， 个别地方甚至不到50%， 只能再用∠50×50×5 热镀锌角钢重新安装接地极。根据相关标准规定，普通接地装置每5年就要开挖地面做检查，因为有些接地装置的某些特定部位，尤其是靠近地面的主干线腐蚀会较严重，而普通的接地电阻测量并不能发现这类问题。一旦发生接地故障时，在大电流的冲击下，腐蚀特别严重的接地极会被烧断，使接地线起不到应有的保护作用。供电部门的辖区内往往有几万个接地极，开挖检查的工作量极大，而且有很多地方并不具备开挖条件，因此无法判断接地装置运行是否正常就成了安全运行的一大隐患。

1.3 人为因素影响

电杆上的配电设备是用铜或铝导线与接地极相接来实现接地的。由于电杆都在野外，无人看守，因此接地导线就成了小偷的盗窃目标。曾经发生过一个晚上就有上百根接地线被盗的事件，而且补上后会再次被盗。为了避免导线被盗，曾经将导线改为镀锌圆钢，但是不久就发现新补装的镀锌圆钢被连根锯断盗走。配电线路运行规程规定，市区线路每月巡视1次，郊区及农村线路每季度巡视1次。因此接地线被盗后很难及时发现，一旦遭受雷击等过电压，将会给设备和人身安全造成极大的危害。

另外，在新建小区还会发生供电部门不知情而配电房外空地被开挖，用于市政绿化的情况。由于通常采用机械开挖，室外的人工接地装置很容易被扯断甚至连根拔起，绿化工程结束之后，这类问题将很难被发现。此时的设备接地线也已失去接地作用，其危险程度显而易见。

2 改进方法

针对以上问题，提出了用自然接地体来取代人工接地体的改进方法，即利用水泥杆塔内和建筑物地梁内的钢筋作为接地极。在接地电阻达到设计要求的情况下，可不再设置人工接地极。实践证明，利用建筑物地梁内的钢筋作为接地极，所有项目的接地电阻均合格。表1是具有代表性的几处配电房现场的实测接地电阻值。

表1 配电房现场实测接地电阻 Ω

由表1可见，现场实测接地电阻完全符合标准中小于等于4Ω的规定。

综上所述，当时的社会意识形态和程小青本人的诗学形态对于西方事物的态度都是认可的，并希望借助西方的先进文化和思想来改变旧中国。受这两种因素的影响，程小青在翻译侦探小说这一新文学样式时，分别采用了异化翻译和归化翻译的策略；但在使用两种策略时，译者的侧重点不同，有着不同的原因。

2009 年， 又将该方法应用于水泥杆塔。考虑到土壤电阻率有大于 100 Ω·m 的情况， 因此在电杆底部增设了人工接地装置，图1为电杆内部钢筋结构示意图。该人工接地装置在电杆制造时已经固定在电杆底部，并将电杆内所有钢筋用短路环焊接连通，在需要接地的各个部位设置接地端，在电杆的底部将所有钢筋与底面的热镀锌钢板焊接，并使电杆的底部处于密封状态，接地端与电杆内部空间完全隔绝，保证电杆内部不会因为进水而腐蚀，也不会因为进水后结冰使得电杆根部开裂而倒杆。目前该产品已获国家发明专利和实用专利。

表2是某条输电线路上具有代表性的5根标准 15m 电杆的现场实测接地电阻值。 由表2可见，标准 15 m 电杆的现场实测接地电阻的数值完全符合国家标准中小于等于 10Ω的规定。

表2 标准 15m 电杆现场实测接地电阻 Ω

图1 电杆内部钢筋结构示意图

2.1 垂直接地极的接地电阻比较

垂直接地极的接地电阻 RV可利用以下公式计算：

式中：ρ为土壤电阻率；l为垂直接地极的长度；d为接地极为圆钢时的直径。

对于钢筋混凝土电杆，由于埋入土壤中的混凝土吸收水分后具有半导体性质，因此可以等值为一定截面积的导体，等值截面积S可表示为：

式中： S s 为钢筋的截面积； S c 为混凝土的截面积；K 为混凝土等值系数，K=0.5。

对于标准型的 15m 电杆， 内部配置 16 根直径为 14mm 的钢筋， 对应的等值截面积为：

而∠50 × 50× 5 热镀锌角钢的等效截面积为1 384.74mm2。

由此可见，利用混凝土作为接地装置后，接地极的截面积是原来角钢接地面积的 38.5 倍。 由于 15m 电杆的埋深为 2.2m， 与角钢埋深基本一致。 根据式（1）可知， 接地电阻与原来单独的角钢相比有明显减小，实际测量电阻均小于 10Ω。

当电杆用在山坡、石岗等土壤覆盖厚度无法达到埋深要求的特殊环境时，可在5m外增设垂直人工接地极并与之并联，以达到接地要求。

当设备为 100 kVA 以上的变压器时，接地电阻要求小于 4Ω。此时设备安装一般为双杆配置，因此可将两根电杆的接地端子通过埋深大于0.6m 的水平接地极予以并联， 以减小接地电阻。若并联后接地电阻仍不能满足要求，则可再在5m外增设人工垂直接地极并与之并联，以达到接地要求。

2.2 雷击热效应

对避雷系统的接地装置而言，要求其接地电阻越小越好，因为接地电阻越小，散流越快；落雷物体高电位保持时间越短，跨步电压、接触电压也越小。当架空线路杆塔遭受雷击时，雷电流会流过杆塔内部的钢筋进入地下，并使杆塔内钢筋的温度急剧升高，从而使钢筋和水泥的结合力减小， 当钢筋温度达到 350～400℃时， 结合力将完全被破坏，并使混凝土保护层产生横向和纵向裂纹。 因此， 钢筋的温度一般不能超过 100℃。 为此，当采用水泥杆塔的钢筋作为自然接地装置时，必须验算钢筋截面是否满足热效应的要求。热效应的钢筋截面A的计算公式为：

式中： Ik为接地短路电流； t为短路时间； P 为钢筋在 20℃时的 电阻系数 ，一般取 0.145 Ω·mm/ m； C 为钢筋比热 ，一般 取 0.5W·s/（g·℃）； r 为钢筋密度， 一般取 7.85 g/cm3；ΔT 为温升， 一般不大于 60℃； k1为集肤效应系数，一般取 1.05；k2为钢电阻温度系数。

例如， 当雷电流为 108 kA， 持续时间为 0.62 s 时（大于 108 kA 的雷电流仅占 10%，一次雷电放电的总持续时间大于 0.62 s 的仅占 5%， 所以这样的取值能包含 90%以上的情况）， 经式（3）验算可知， 当钢筋的温升不大于 60℃时， 对应的钢筋截面积为 2 371 mm， 而目前采用的电杆内部配置的是 16 根直径为 14 mm 的钢筋， 截面积为 2 461.76mm， 因此完全满足热效应的要求。

2.3 改进效果

由于在电杆的相应部位设置了接地端子，设备的接地线可以就近接到电杆上，不用再接到地面，可有效防止接地线被盗的情况发生。自从使用这种接地电杆以后，再未发生接地线被盗事件，有力地保证了设备的安全运行。

此外，因接地极完全封闭在混凝土的内部，与空气完全隔绝，有效地避免了钢筋的氧化，免去了开挖地面检查接地极腐蚀情况的巨大工作量。由于没有室外的接地装置，也避免了绿化开挖及地基沉降带来的严重危害，使接地装置能在正常的使用期内做到免维护。

3 结语

采用本文介绍的以混凝土钢筋作为自然接地体取代人工接地体的方式，在一般情况下水泥杆塔的接地和配电房的基础接地都能满足设计要求。不仅解决了人工接地体的施工困难，也避免了人工接地体被盗、腐蚀和其它人为损害，有效提高了接地装置施工安装的可行性和运行的可靠性，能确保人身和设备的安全，值得推广运用。

[1]国 家 电 网 公 司.DL/T 621-1997 交 流 电 气 装 置 的 接 地[S].北京：中国电力出版社，1998.

[2]国 家 电 网公 司.DL/T 741-2001 架 空 送 电 线 路 运 行 规 程[S].北京：中国电力出版社，2002.

[3]何 金 良 ， 曾 嵘.钢 筋 混 凝 土 杆 塔 接 地 装 置 的 性 能[J].清华大学学报（自然科学版），1997，37（6）∶108-110.

[4]张文亮，马恒信，张栋.输电线路灌注桩基础自然接地电 阻 的 测 试 和 理 论 计 算[J].电 网 技 术 ，2008，6（37）∶162-166.

[5]雷 电 基 本 知 识 二[EB/OL].http//www.zs2001.com/zs2001 zy/jsfw/flzs6.htm.

[6]GB 50169-2006 电 气 装 置 安 装 工 程 接 地 装 置 施 工 及 验收 规 范[S].北 京 ：中 国 计 划 出 版 社 ，2007.

[7]SD 292-1988 架 空 配 电 线 路 及 设 备 运 行 规 程[S].北 京 ：中国电力出版社，1998.

[8]国 家 电 网 公 司.DL/T 5220-2005 10 kV 及 以 下 架 空 配电 线 路 设 计 技 术 规 程[S].北 京 ： 中 国 电 力 出 版 社 ，2006.

（本文编辑：龚 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， 助理工程师，从事配电管理工作。