CN103811882B - 一种架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法，基于大电流冲击试验研究结果和数值仿真研究结果，对电杆采用自然接地和设置辅助接地体接地的效果给予定量阐述，根据现有国家标准对保护接地工频接地电阻的限值要求，提出对应不同土壤电阻率下推荐电杆采用的接地形式及设置方法，可满足保护接地要求。和现有技术比，本发明提供的架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法，有助于提高配电网供电安全性，并且与工程实际情况紧密结合，具有可操作性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电杆保护接地的设置方法，具体讲涉及一种架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法。
背景技术
架空配电线路普遍采用钢筋混凝土电杆支撑导线。配电线路绝缘水平配置低，考虑到架设架空地线后反击闪络同样严重，一般不设置架空地线。雷击在导线上或者线路附近大地上，造成线路绝缘子闪络放电后，横担处的地电位升与电杆接地电阻大小有关。线路绝缘子的雷电冲击放电电压一般在100～200kV之间，若不考虑电杆冲击电感，假设电杆冲击接地电阻为30Ω，则超过3.4kA的入地雷电流即可能造成其它相绝缘子反击闪络，即使采取措施降低电杆冲击接地电阻至5Ω，则超过20kA的入地雷电流即可能造成其它相绝缘子反击闪络。从雷电流幅值概率分布统计公式lgP=-I/88可知，低幅值区域的雷电出现的概率高，因此，通过采取措施降低电杆接地电阻来降低线路反击跳闸率从而降低线路跳闸率，效果不明显。对于城市配电网而言，由于有高大建筑物和树木遮护，线路以遭受感应雷过电压为主，日本在上个世纪70年代曾做过观测统计，显示感应雷可占城市线路遭受雷击的90%以上。线路对地感应过电压幅值与电杆接地电阻成正比关系，但是，同样由于线路绝缘配置低的原因，雷电流的出现概率因素影响突出，试图通过降低电杆接地电阻来降低线路雷电感应过电压引起的跳闸率，相比降低接地电阻所要采取措施的复杂性和经济性而言，整体效果也不理想。
因此，我国对于无架空地线的配电线路，电杆接地电阻限值主要是从保护人身安全角度而不是从防雷角度考虑，防止线路发生接地短路故障时靠近电杆的人畜因接触电压或跨步电压触电，其中国标GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》中规定“6kV及以上无地线线路钢筋混凝土杆宜接地，…，接地电阻不宜超过30Ω”。当然，将工频接地电阻限制在30Ω以内，对于防雷保护来说，利于雷电流的就近泄放入地，也有助于提高线路耐雷水平。
钢筋混凝土电杆虽然结构上属于规则形状接地体，但属于多接地体近距并联，存在相互耦合，已有的接地体接地参数计算经验公式均从特定简单形状的单一接地体推导出，套用到钢筋混凝土电杆后计算误差较大；电杆内部结构钢筋与外部大地土壤间隔着混凝土层，计算电杆接地参数需要对包覆结构钢筋的混凝土层的电阻率进行取值，由于混凝土在不同特性（如质地、湿度、密度等）土壤中表现出的电阻率差异较大，很难准确估取，在利用经验公式估算和建模仿真电杆接地参数时，混凝土层电阻率取值的不确定性也导致计算结果的差异较大。由于受配电线路重要性和可投入资金限制，加之研究手段限制，过去对配电线路接地的研究一直不够深入，可参考的文献资料不多，电杆接地参数并不明确，运行中只能逐一地机械测量工频接地电阻加以评估，对于限值严格的接地点采用修补方式（随机增设接地体）满足限值要求，当然无法给出明确的接地设置方案。国标GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》中，给出的也是定性的接地保护设置原则，运行单位无具体的实施依据可参照，造成目前配网保护接地的设置形式繁多却未达到预期的效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法，有助于提高配电网供电安全性，并且与工程实际情况紧密结合，降低线路短路故障期间发生人畜触电事故的概率，提高线路整体安全性和可靠性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供的一种架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法，所述方法包括对电杆底部的大地土壤电阻率检测和根据所述大地土壤电阻率检测数据在电杆底部并联设置相应的接地体，其改进之处在于：
当大地土壤电阻率小于100Ω·m时，所述电杆自然接地；
当大地土壤电阻率介于100～150Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联1根长度为4m的垂直接地体，或者并联1根长度为15m的水平接地体；
当大地土壤电阻率介于150～350Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联1根长度为15m的水平接地体；
当大地土壤电阻率介于350～500Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联2根长度为15m的水平接地体，或者并联1根长度为30m的水平接地体；
当大地土壤电阻率介于500～600Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联1根长度为30m的水平接地体；
当大地土壤电阻率介于600～1000Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联2根长度为30m的水平接地体；
当大地土壤电阻率大于1000Ω·m时，在所述电杆底部并联垂直或水平接地体不能将其接地电阻降低到限值范围内，通过在所述电杆底部的节点并联2～3根长度为30m的水平接地体适度降低电杆接地电阻值。
其中，所述接地体为金属材料。
其中，所述接地体为镀锌实心钢棒。
其中，所述接地体横截面面积大于等于50mm2。
其中，当所述接地体的数量大于等于2根时，所述接地体在以所述电杆为中心的360度平面上均匀设置。
其中，所述水平接地体埋深大于等于600mm。
其中，所述电杆与接地体的间距大于等于100mm。
其中，所述电杆与接地体通过连接端子连接。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
本发明基于配电线路钢筋混凝土电杆接地特性试验研究和仿真研究成果，对国家标准GB/T50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》给出的定性的配电线路钢筋混凝土电杆保护接地设置原则进行了细化和明确，给出了具体的设置方法，该方法简单、有效，运行单位直接采纳、依照实施即可；另外，本发明提出的保护接地设置方法充分考虑到现场施工条件及工程成本，具有可操作性，可满足保护接地要求。本发明提出的保护接地设置方法，有助于提高配电网供电安全性，并且与工程实际情况紧密结合，降低线路短路故障期间发生人畜触电事故的概率，提高线路整体安全性和可靠性。
附图说明
图1是：土壤电阻率为21.2Ω·m时的不同电杆底部接地电极型式的冲击接地电阻结果比较。
图2是：土壤电阻率为478Ω·m时的不同电杆底部接地电极型式的冲击接地电阻结果比较。
图3是：钢筋混凝土电杆自然接地和设置长接地体接地时的冲击接地电阻实测结果。
图4是：钢筋混凝土电杆自然接地和设置长接地体接地时的工频接地电阻实测结果。
图5是：本发明提供的钢筋混凝土电杆并联1根4m垂直接地体结构示意图。
图6是：本发明提供的钢筋混凝土电杆并联2根4m垂直接地体结构示意图。
图7是：本发明提供的钢筋混凝土电杆并联1根30m水平接地体结构示意图。
图8是：本发明提供的钢筋混凝土电杆并联2根30m水平接地体结构示意图。
其中：1、钢筋混凝土电杆；2、连接端子；3、垂直接地体；4、水平接地体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明实施例以架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法为例，指导运行单位按照该方法实施，降低线路短路故障期间发生人畜触电事故的概率，提高线路整体安全性和可靠性。
对于钢筋混凝土电杆，其接地方式一般为自然接地和额外设置接地体接地，但要注意，额外设置接地体方式下，试图局部改善电杆本身底部接地形态、增加与电杆内部结构钢筋电气连通的小型接地电极来降低接地电阻的做法效果甚微。电杆底部不同接地电极形状（结构钢筋露出作为电极、设置金属圆盘电极、设置环形铁圈电极）与电杆自然接地（电杆底部为混凝土）的接地电阻试验值见表1和图1至图2，其中冲击试验电流波形为8/20μs，做比较的试品除电极外其它情况均相同。
表1：电杆底部设置小型接地电极对工频接地电阻的影响单位：Ω
可见，虽然在小土壤电阻率下，电杆底部设置电极相比自然接地，可以降低接地电阻，但小土壤电阻率下，接地电阻本身均远小于限值要求，提高接地电阻的意义不大；随着土壤电阻率的增加，受电极尺寸限制，增加的土壤接触面积有限，可提高的散流效果有限，电杆底部设置电极及接地型式差别对降低接地电阻的效果影响变得不明显甚至无效。因此，现有钢筋混凝土电杆结构型式无需做改变，应通过设置尺寸较长的垂直/水平接地体来降低接地电阻。
对于钢筋混凝土电杆设置长接地体接地时的接地电阻，在典型土壤电阻率下的实测结果见图3，由于试验研究可复现的现场情况有限，进一步地，通过冲击和工频电阻试验值修正仿真模型，采用仿真研究方法对电杆的接地特性进行扩展，总结规律。仿真的软件平台采用CDEGS，该程序目前广泛应用于电力系统接地、电磁兼容方面的研究，其计算结果能够较好的反映实际情况。工频接地电阻的实测结果与仿真结果的比较见表2，仿真结果能够与试验结果较好吻合，差值可以控制在5%以内。
表2：CDEGS工频接地电阻计算结果与实测结果比较
经实践考察，选定垂直接地体长度位4m、水平接地体长度为15m和30m，该尺度的接地体在配网工程实施中具有可操作性，通过仿真计算得到不同土壤电阻率下，电杆自然接地和并联长接地体接地的工频接地电阻计算结果见表3至表10，趋势如图4所示。
表3：钢筋混凝土电杆自然接地时工频接地电阻计算结果
表4：钢筋混凝土电杆并联1根4m垂直接地体接地时工频接地电阻计算结果
表5：钢筋混凝土电杆并联2根4m垂直接地体接地时工频接地电阻计算结果
表6：钢筋混凝土电杆并联1根15m水平接地体接地时工频接地电阻计算结果
表7：钢筋混凝土电杆并联2根15m水平接地体接地时工频接地电阻
表8：钢筋混凝土电杆并联1根30m水平接地体接地时工频接地电阻计算结果
表9：钢筋混凝土电杆并联2根30m水平接地体接地时工频接地电阻计算结果
| 土壤电阻率（Ω·m） | 20 | 100 | 200 | 500 | 1000 | 2000 | 3000 |
| 工频接地电阻（Ω） | 0.62 | 3.11 | 6.22 | 15.55 | 30.00 | 62.21 | 93.31 |
表10：钢筋混凝土电杆并联3根30m水平接地体接地时工频接地电阻计算结果
基于上述试验和仿真研究得出的结论，本发明提出的架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法如下，如图5至图8所示：
当大地土壤电阻率小于100Ω·m时，电杆1自然接地；
当大地土壤电阻率介于100～150Ω·m范围内时，在电杆1底部并联1根长度为4m的垂直接地体3，或者并联1根长度为15m的水平接地体4；
当大地土壤电阻率介于150～350Ω·m范围内时，在电杆1底部并联1根长度为15m的水平接地体4；
当大地土壤电阻率介于350～500Ω·m范围内时，在电杆1底部并联2根长度为15m的水平接地体4，或者并联1根长度为30m的水平接地体4；
当大地土壤电阻率介于500～600Ω·m范围内时，在电杆1底部并联1根长度为30m的水平接地体4；
当大地土壤电阻率介于600～1000Ω·m范围内时，在电杆1底部并联2根长度为30m的水平接地体4；
当大地土壤电阻率大于1000Ω·m时，要满足工频接地电阻30Ω限值要求，需要并联多根长水平接地体4，已不适合配电线路工程应用，随着大地土壤电阻率进一步增大，通过并联水平接地体4已很难将接地电阻降到限值范围内，在电杆1的关键节点采取并联2～3根长30m水平接地体4来适度降低电杆1接地电阻值。
其中，接地体应选择铜、钢、铝等金属材料，考虑成本和防腐蚀性能，建议选择镀锌实心钢棒；电杆1与垂直接地体3和水平接地体4之间通过连接端子2连接；水平接地体4的横截面面积应大于等于50mm2；当设置2根及以上水平接地体4时，水平接地体4彼此应在以电杆1为中心的360度平面上均匀分布；水平接地体4的埋深大于等于600mm。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法，所述方法包括对电杆底部的大地土壤电阻率检测和根据所述大地土壤电阻率检测数据在电杆底部并联设置相应的接地体，其特征在于：
当大地土壤电阻率小于100Ω·m时，所述电杆自然接地；
当大地土壤电阻率介于100～150Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联1根长度为4m的垂直接地体，或者并联1根长度为15m的水平接地体；
当大地土壤电阻率介于150～350Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联1根长度为15m的水平接地体；
当大地土壤电阻率介于350～500Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联2根长度为15m的水平接地体，或者并联1根长度为30m的水平接地体；
当大地土壤电阻率介于500～600Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联1根长度为30m的水平接地体；
当大地土壤电阻率介于600～1000Ω·m范围内时，在所述电杆底部并联2根长度为30m的水平接地体；
当大地土壤电阻率大于1000Ω·m时，在所述电杆底部并联垂直或水平接地体不能将其接地电阻降低到30Ω限值范围内，通过在所述电杆底部的节点并联2～3根长度为30m的水平接地体降低电杆接地电阻值；
所述接地体为镀锌实心钢棒；
所述接地体横截面面积大于等于50mm2。
2.如权利要求1所述的架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法，其特征在于，当所述接地体的数量大于等于2根时，所述接地体在以所述电杆为中心的360度平面上均匀设置。
3.如权利要求1所述的架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法，其特征在于，所述水平接地体埋深大于等于600mm。
4.如权利要求1所述的架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法，其特征在于，所述电杆与接地体的间距大于等于100mm。
5.如权利要求4所述的架空配电线路钢筋混凝土电杆保护接地的设置方法，其特征在于，所述电杆与接地体通过连接端子连接。
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