水平-垂直复合接地极的研究与应用

陈俊贤

摘   要：随着城市化的发展，土地资源日益紧张，架空线路接地体施工存在开挖空间受限、沿线居民阻工等情况。为确保施工正常开展、改善杆塔接地电阻值，应采取降低土壤电阻率和增加接地体与土壤的有效面积的方法。文章针对广州地区的运行特点及城市化发展情况，提出了一种水平-垂直复合接地体，充分利用垂直辅助接地体，在降低电阻的同时，缩小土地占用面积。

关键词：水平-垂直复合接地极;材料选择;应用体现

1    水平-垂直复合接地体接地电阻计算

1.1  垂直接地體计算

在垂直接地体长度l≥d时，其接地电阻可按照下式进行计算：）;

1.1.1  水平接地体为主边缘闭合的复合接地体计算

均匀土壤中水平接地体为主边缘闭合的复合接地体，其接地电阻可按照下式进行计算：

1.1.2  不同型式导体的等效直径计算

1.2  Schwarz公式计算方法

IEEE变电站委员会工作组在《交流变电站接地安全导则》中推荐采用Schwarz公式进行水平-垂直复合接地体计算，其计算方法如下：

Schwarz公式考虑了垂直接地体和水平接地体之间的互电阻，其计算较简单并联的算法更为准确，但该公式是一个半解析公式，计算中需要多次查图，过程复杂且效率较低。

1.3  简化全解析计算方法

我国于1993年提出了“计算复合接地体接地电阻的公式”[2]，其水平接地部分与现行国家标准《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T 50065—2011）中“水平接地体为主边缘闭合的复合接地体”的计算方法一致，其余部分的计算方式如下：

利用全解析公式的优点有两个：（1）除了计算水平接地部分为矩形边框的复合接地体，还可以计算任意外边框形状的复合接地体;（2）由于公式计算不需进行查图，可用于编写计算机程序进行快速计算，大大提高了工程技术人员的计算效率。

2    接地极材料选取

2.1  镀锌钢材料

钢材是一种常见的工业材料，具有产品成熟、价格低廉的特点，但同时也容易被腐蚀。钢材腐蚀主要是电化学腐蚀，除铁之外，钢材本身含有碳、锰等多种组成元素，这些元素电极电位不同，形成许多微电池。在潮湿的空气中，钢材表面吸附一层极薄的水膜，通过水膜和微电池，铁被氧化成疏松易剥落的红棕色的铁锈Fe（OH）3。

2.2  铜包钢材料

铜包钢一般选用柔软度比较好、含碳量在0.10%～0.30%的优质低碳钢，采用电镀工艺，即用电解电池工作原理的电镀工艺将块状铜板“溶解”然后经电流引导覆盖在钢材表面，覆盖厚度一般在0.25～0.50 mm。根据施工需求，可形成扁型、圆形等不同形状的导体，并可通过熔焊工艺与常规圆钢等材料可靠焊接。

目前，还有一种新型铜包钢接地棒产品，可在底部安装尖形钻头，并通过连接器实现多根接地棒延长使用，最大钻深可达9 m。

2.3  接地材料选取

接地材料的选取除了考虑材料的耐用性，还需综合考虑施工难度、投资成本等方面。对于水平-垂直复合接地极，可分别对水平接地部分和垂直部分进行选型。对于水平接地部分，一方面其总长度较长，如采用铜包钢或石墨材料成本较高;另一方面水平接地部分埋设深度一般在0.3～0.8 m，施工难度相对较小且损坏后容易更换，因此，选用常规镀锌圆钢材料。

3    实际应用案例

110 V新新群甲乙线（原110 kV新新甲乙线）在日常运行中发现部分杆塔接地电阻不及格，经少量开挖发现，原接地体放射线在多年运行后存在锈蚀、焊接脱落等。又因该线路全线杆塔基本位于公路路边且#07—#08跨越铁路，全线开挖更换原接地体放射线实施难度较大，因此，采用铜包钢垂直接地极进行接地体整改。

各杆塔原接地体、实测土壤电阻等参数如表1所示。整改中工程技术人员采用本文所述的简化全解析计算法对整改方案进行计算，在验收后对杆塔接地电阻进行重新测量，其整改效果达到了原设计的要求。

4    结语

为缓解城市土地资源日益紧张的现象，架空线路接地体施工可改用水平-垂直复合接地法，能够减少占地范围。该接地法采用全解析公式计算可大大提高计算效率，减少误差值。选用镀锌圆钢作为水平接地、铜包钢作为垂直接地的复合接地体，在节约成本的同时，有效降低了杆塔的接地电阻。基建工程中亦可采用钢筋作垂直接地部分形成复合接地体，既方便施工，又能有效降低接地电阻。

[参考文献]

[1]中国电力企业联合会.GB/T 50065—2011交流电气装置的接地设计规范[EB/OL].（2011-12-05）[2020-06-05].http：//www.doc88.com/p-4975164105235.html.

[2]王洪泽.计算复合接地体接地电阻的新公式[J].高电压技术，1993（4）：1-5.