CN103326139B - 可装配式空心铝合金管接地装置 - Google Patents

Abstract

一种可装配式空心铝合金管接地装置，包括封闭环，封闭环上焊接有多组接地体，所述接地体包括至少一根单元接地体，单元接地体之间通过配套的套管连接，所述单元接地体为铝合金空心管；所述的套管为轴向套管、“Y”型套管、“T”型套管中的一种或几种，所述封闭环上焊接有4组接地体，所述接地体的一端焊接在封闭环上，另一端可根据需要采套管进行拓展延伸；所述的单元接地体的长度为1m，且两端加工有螺纹，套管的内部设有与单元接地体两端配套的螺纹。本发明的接地体采用空心铝合金管状结构，重量轻、导电性和导热性好，耐腐蚀性强，且采用可装配式结构，运输方便，施工简单，且采用多种套管，适用于各种环境中。

Description

可装配式空心铝合金管接地装置

技术领域

本发明属于高压输电线路工程防雷接地技术领域，具体涉及一种可装配式空心铝合金管接地装置。

背景技术

随着经济的发展，社会与电力的联系更加紧密，对供电的可靠性要求越来越高。而高压输电线路距离长、跨度大、地理分布广，气象条件十分复杂，所以遭受雷击引起跳闸断电的概率很高。特别是伴随着科学技术的发展，电力系统内部过电压的降低及其导致的事故的减少，雷击引起的线路跳闸事故占据日益主要的地位，对电网的安全、稳定运行构成了重大威胁。据统计，因雷击线路造成的跳闹事故占电网总事故的50%以上。尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的山区，雷击输电线路引起的事故率更高带来巨大的损失。

输电线路杆塔接地电阻值是防雷接地系统的一项重要技术指标，是衡量接地效果的主要参数，直接影响到系统的防雷效果。而位于山区的输电线路，由于土壤电阻率高、地形、地势复杂，交通不便，施工难度大，杆塔接地电阻普遍偏高。当雷击塔顶和避雷线时，雷电流将通过杆塔接地装置入地，在杆塔接地电阻较高的情况下，会产生较高的反击过电压造成绝缘子损坏、架空地线和导线断线，造成线路跳闸等事故。

对于降低接地电阻，在工程中常常采用的措施主要有增大地网面积、增大接地体的尺寸、增加接地体的埋深、引外接地、利用自然接地体、换土、采用降阻剂等。但这些降阻措施都有其相对的应用条件，针对不同的地区，不同的土壤条件采用不同的方法才能有效的降低接地电阻。

目前接地设计中采用的材质为热镀锌圆钢或扁钢，但由于钢铁在土壤中自身抗锈蚀能力不强，消耗量大，使用寿命短，容易出现因接地腐蚀断裂而造成事故。同时，为解决高土壤电阻率地区的杆塔接地问题，必须采用大型圆钢或扁钢接地网络，施工工程量大，且也面临锈蚀问题。为此，当前有一些导电水泥或接地模块等新型材料或结构的使用，如专利号为200920302263.2的“一种降阻接地模块”，与专利号为201220596605.8的“连接有垂直接地极的接地网装置”，但是这些方法工程造价高昂，甚至还有环境破坏的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可装配式空心铝合金管接地装置，结构简单，防腐蚀性能好、适合大量工程应用及各种地质情况，能降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的接地装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可装配式空心铝合金管接地装置，包括封闭环，封闭环上焊接有多组接地体，所述接地体包括至少一根单元接地体，单元接地体之间通过配套的套管连接，所述单元接地体为铝合金空心管。

所述的套管为轴向套管、“Y”型套管“、T”型套管中的一种或几种，所述轴向套管为连接两根单元接地体接头的套管，Y”型套管作为实现三根单元接地体水平拓展的套管，“T”型套管为实现三根单元接地体垂向拓展的套管。

所述封闭环上焊接有4组接地体，所述接地体的一端焊接在封闭环上，另一端可根据需要采套管进行拓展延伸。由于输电线路杆塔为四腿，采用四组接地体与之对应，效果更好。

所述的单元接地体的长度为1m，且两端加工有螺纹，套管的内部设有与单元接地体两端配套的螺纹。长度设置为1m，不仅结构轻巧易于搬动，还方便计数，能够快速统计接地体的总长度。

所述封闭环采用铝合金材料制成，封闭环可为圆环或者方形封闭环或者其他形状，能够使整个杆塔的塔腿位于其内即可。

采用本发明的水平面径向延伸接地体结构，与相同规格圆钢接地体仿真计算结果分析如下。

DL/T621-1997《交流电气装置的接地》规定不同形状水平接地极的接地电阻可利用下式计算

$R_h=\frac{\mathrm{\ρ}}{2\mathrm{\πL}}(\ln \frac{L^2}{\mathrm{hd}}+A)$

式中，R_h为水平接地极的接地电阻，单位为Ω；L为水平接地极的总长度，单位为m；h为水平接地极的埋设深度，单位为m；d为水平接地极的直径或等效直径，单位为m；A为水平接地极的形状系数。

按照电力标准“使用电力接地技术”的接地装置设计方法，设计合适的接地装置接地体尺寸，同样结构尺寸下，采用传统接地极材料圆钢和采用本发明的空心铝合金管状结构进行的仿真数据计算结果对比见表1。

表1

从表1可以看出，采用本发明的接地装置所计算的接地电阻值将明显小于常规的接地装置接地电阻值。而且，随着土壤电阻率的增大，本发明的铝合金管状接地装置的优化效果越来越明显。

从结构上研究，根据电力标准DL/T621-1997附录A中“人工接地极工频接地电阻的计算”提出的水平面接地极的形状系数A可采用表2所列数值。

表2

从表2可以看出，三线交汇于一点时水平接地极的形状系数A等于0；四线交汇于一点时，A=0.89；五线交汇于一点则A=2.19；即交汇线越多A值越大。

由接地电阻Rh的计算公式可知，A值越大，接地电阻R_h越大，也就是接地材料的利用率越低，接地效果越差。而本发明对结构进行优化采用的是“Y”型接地型式，当水平接地极总长度、接地极埋深和接地极等效直径都相同时，其形状系数最优。在采用“Y”型接地型式的基础上，将接地材料换成本发明所使用的空心铝合金管状结构，从理论上分析可得将使接地优化效果达到最大。且采用“Y”型接地型式还有一个优点是占地面积小，也即施工土石方量小。如土壤电阻率1500Ω·m时，传统的接地装置的占地面积约为6750m²，“Y”型接地型式占地约为2200m²。

本发明的主体由铝合金材料制成的封闭环、空心管状接地体及多种连接用螺纹套管，其中，所用的接地体均为铝合金空心管状结构。

本发明的有益效果是：

1）将传统的接地体材料圆钢换成铝合金材料，这样，相比于其他材料接地体，具有经济性能好、不易锈蚀的特点，从而增加了接地装置的使用寿命，起到有效防雷的作用；特别是针对普通接地体长期运行后，由于锈蚀或老化而造成的接地性能降低或失效的情况，采用铝合金材料可充分发挥其抗氧化性，以确保接地体长期有效运行，能满足高土壤电阻率地区防雷接地要求，且能广泛适用于大量的线路杆塔接地工程实际应用。

2）采用的空心铝合金管，在与接地体为实心圆钢相比时，在使用相同的材料重量时，铝合金管和圆钢相比，具有更大的周长，增大了与土壤的接触面积，更好的将雷电流泄入大地；另外空心管状结构可以附着地下腐殖物、地下水等杂质，从而改善接地体周边土壤电特性，起到降低接地电阻的目的。

3）单元接地体按照标准长度加工生产，每根单元接地体的长度固定为1m，搬运方便，且易于计数，单元接地体通过3种类型的套管组装，从而在三维方向上对接地体进行延伸，适用于各种施工条件下的高土壤电阻率地区；可根据不同要求，进行接地体的装配连接，适用于不同土石方工程条件的土壤地区。

4）根据电力标准“人工接地极工频接地电阻的计算”，“Y”型结构接地体为三线交汇于一点，其水平接地极的形状系数为0，除水平延伸之外，接地体间屏蔽最小，即接地电阻最小的一种连接方式；

5）相比于当前接地工程中接地装置按整体设计、土石方开挖和整体铺设的情况，可装配式结构在设计、材料运输和施工方面显得非常便捷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明水平面径向延展结构示意图。

图2为本发明水平面“Y”型延展结构示意图。

图3为本发明水平与垂直方向的“T”型三维延展结构示意图。

图4为本发明接地体空心铝合金管示意图。

图5为本发明接地体二管接头套管示意图。

图6为本发明接地体三管“Y”型接头套管示意图。

图7为本发明接地体三管“T”接头套管示意图。

图8为本发明两段空心铝合金管接地体装配图。

具体实施方式

本发明提供的可装配式空心铝合金管接地装置，包括封闭环1，封闭环上焊接有多组接地体2，所述接地体包括至少一根单元接地体3，单元接地体之间通过配套的套管4连接，所述单元接地体3为铝合金空心管。

所述的套管4为轴向套管、“Y”型套管“、T”型套管中的一种或几种。

实施例1：

一种可装配式空心铝合金管接地装置，其包括由铝合金构成的封闭环1，与封闭环连接的4组接地体2，接地体2中的单元接地体3为空心管状结构，其外径为39mm，内径为32mm，单元接地体的一端与封闭环焊接连接，另一端采用套管连接向外延伸。

根据需要，可采用轴向套管使接地体进行水平面径向延展，采用“Y”型套管使接地体进行水平尺寸拓展，或者采用“T”型套管使接地体进行垂向延伸，另外也可同时在一个接地体中采用三种套管中的任意组合。

施工时，当装置位于土壤电阻率1500Ω·m以上的地区时，“Y”型结构中每根接地极的长度建议为11m，每根单元接地体之间的夹角均为120°。且所有塔腿位于封闭环内。当土壤地质水平开挖较为困难时，可采取垂下向打孔的形式，即采用“T”型结构，用套管连接单元接地体垂向向下延伸。

安装接地时，接地体2位于接地沟槽5内，接地体均采用铝合金空心管状结构，达到降低接地电阻和防止接地体锈蚀的目的。接地体与接地槽空隙处填充有回填土，回填土填至与地面相平，分层夯实。

实施例2：

三峡大学联合河南省电力公司三门峡供电公司，于2013年4月25日针对三门峡周边卢氏及灵宝南部110kV朱明线63#杆塔接地装置改造工程进行现场实测，其杆塔其中一腿部回填大石头接地网难以挖开；其他3个加两头接地联板加长线，各腿部的接地网埋深1m左右，土质为表层100～450mm土层，下为石山或石混土，无法打垂直接地极。因此，采用“Y”型结构装配式接地装置，实测土壤电阻率1673Ω·m，施工空心铝合金管接地体共216m，其接地体总长216m，通过轴向套管和“Y”型套管进行装配，共用“Y”型套管8个，接地装置实测接地电阻18.2Ω。

Claims (3)

1.一种可装配式空心铝合金管接地装置，其特征在于：包括封闭环（1），封闭环上焊接有多组接地体（2），所述接地体包括至少一根单元接地体（3），单元接地体之间通过配套的套管（4）连接，所述单元接地体（3）为铝合金空心管；所述的套管（4）为 “Y”型套管和/或“T”型套管；所述封闭环采用铝合金材料制成。

2.根据权利要求1所述的可装配式空心铝合金管接地装置，其特征在于：所述封闭环上焊接有4组接地体（2）。

3.根据权利要求1所述的可装配式空心铝合金管接地装置，其特征在于：所述的单元接地体的长度为1m，且两端加工有螺纹，套管（4）的内部设有与单元接地体两端配套的螺纹。