浅谈煤矿35 kV 变电站接地网与独立避雷针接地装置间距要求

齐亚南 王春素

（1.通用技术集团工程设计有限公司，山东 济南 250031；2.安标国家矿用产品安全标志中心有限公司，北京 100000）

1 引言

35 kV 变电站是矿井供电的重要组成部分，其发生雷击事故，将造成大面积的停电，影响供电可靠性，甚至会造成巨大的经济损失及人身伤亡，而装设避雷针是35 kV 变电站直击雷防护的主要措施。

35 kV 变电站电气设备有户外布置及户内布置两种方式。对于户外布置的35 kV 变电站电气设备，配电设备构架绝缘水平很低，构架上避雷针落雷后感应过电压的幅值对绝缘有发生闪络的危险。因此，工程上户外布置的35 kV 变电站电气设备多采用独立避雷针。而对于室内布置的35 kV 变电站电气设备，35 kV 及以下电气设备本身绝缘水平较低，雷电反击对其影响较大，雷电反击就有可能引起设备绝缘损耗，房顶上装设避雷针起不到保护作用，反而起到破坏作用，因此，工程上户外布置的35 kV变电站电气设备多采用独立避雷针保护。

若避雷针引下的雷电荷无法通过其接地装置瞬间释放，就会导致土壤局部的电位升高，与周围土壤出现电势差。当该电势差与35 kV 变电站设备的位置小于安全值时，容易出现高压反击，危害电子设备及人身安全。因此对于35 kV 变电站避雷针接地装置的研究是十分有必要的。

2 独立避雷针的接地要求

根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T 50064-2014）5.4.6 条：独立避雷针宜设独立的接地装置，在非高土壤电阻率地区，接地电阻不宜超过10 Ω；5.4.11 条：独立避雷针的接地装置与35 kV 变电站接地网间的地中距离Se，应符合式（1）要求且不宜小于3 m。

式中：Ri为独立避雷针接地装置的冲击接地电阻。

3 解决方案

由于部分煤矿地面环境复杂、场地布置紧凑，且35 kV 变电站围墙也给35 kV 变电站独立避雷针接地装置施工带来不便，独立避雷针的接地装置与35kV变电站接地网间的地中距离大于3 m难以实现。

结合式（1），应从降低独立避雷针接地装置的冲击接地电阻和在独立避雷针接地装置与35 kV变电站接地网间增加绝缘隔离层两个方向解决独立避雷针接地装置向35 kV 变电站反击的问题。

3.1 降低独立避雷针接地装置的冲击接地电阻

在非高电阻率地区，当现场环境限制，无法满足独立避雷针的接地装置与35 kV 变电站接地网间的地中距离大于3 m 的要求时，降低独立避雷针接地装置的冲击接地电阻是较为经济的方式。降低冲击接地电阻的方法主要有深埋接地极、对土壤进线化学处理、更换土壤、使用接地电阻降阻剂等方式。

3.2 增加绝缘隔离层

因沥青混凝土的平均击穿强度是土壤的3 倍，独立避雷针接地装置在布置上有困难时，或使用以上办法无法使独立避雷针冲击电阻降低以满足式（1）的要求时，可用沥青或沥青混凝土作为绝缘隔离层。隔离层的厚度b 可由式（2）决定。

式中：S 为接地体之间的实际距离。

绝缘隔离层的深度和宽度还应满足式（3）的要求。

式中：S1为隔离层边缘到主接地网的最小距离；S2为隔离层边缘到避雷针接地体的最小距离；Sd为地中距离。

4 实例分析

伊敏河东矿区第一煤矿直供电系统改造项目35 kV 变电站主接地网及变电站外墙已施工完毕，现对其进行防雷接地系统设计。

35 kV 变电站北侧围墙与35 kV 变电站侧墙距离6 m，主接地网外缘闭合，较35 kV 变电站侧墙外扩2 m。

由于35 kV 配电装置构架和房顶不宜装设避雷针，本35 kV 变电站采用独立避雷针保护。设计考虑采用两根15 m 高独立避雷针，分别位于35 kV升压站的东北角及西南角。

考虑到35 kV 变电站围墙对独立避雷针接地装置施工的影响，独立避雷针基础与围墙最近距离取0.5 m。

经防雷保护范围的验算，35 kV 变电站皆在此两根独立避雷针的保护范围内。

独立避雷针接地装置与35 kV 变电站的接地网地中最小距离d 由下式计算：

式中：D 为升压站侧墙与北侧围墙距离，取6 m；d1为升压站主接地网较其外墙外扩距离，取2 m；d2为独立避雷针基础与围墙距离，取0.5 m；d3为独立避雷针基础宽度，取2 m。则d 为1.5 m，小于规范及手册中要求的3 m 间距。

若使用增加绝缘隔离层的方法防止雷电反击，保持原设计独立避雷针接地冲击电阻10 Ω，由式（2）可得沥青混凝土隔离层最小厚度为：b=0.15Ri-0.5S=0.15×10 m-0.5×1.5 m=0.75 m。独立避雷针接地极深度为3.3 m，沥青混凝土隔离层深度取与独立避雷针接地装置同深度，则隔离层边缘到主接地网的最小距离与隔离层边缘到避雷针接地体的最小距离之和为：

符合式（3）的要求。

若不增加绝缘隔离层，采用降低独立避雷针接地装置的冲击接地电阻的方式防止雷电反击。经对现场实际地质情况和各种降低冲击接地电阻的方法的分析，考虑到增加绝缘隔离层对人力物力的损耗，拟采用使用接地电阻降阻剂降低独立避雷针接地装置冲击接地电阻的方式防止雷电反击。

通过使用接地电阻降阻剂，大大降低了避雷针接地装置冲击电阻，施工后实测独立避雷针冲击接地电阻为5 Ω。由式（1），可计算得本项目独立避雷针接地体与35 kV 变电站的接地网地中最小要求距离Se≥0.3Ri=0.3×5=1.5 m。由上文独立避雷针接地装置与35 kV 变电站的接地网地中最小距离d 为1.5，满足式（1）的要求，符合规范要求。