关于配网新型接地材料的研究

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　　摘 要 配电网线路杆塔接地对于电力系统的安全稳定运行有着十分重要的作用。保障配网线路的接地电阻满足电力安全要求是提升线路安全，减少线路雷击跳闸概率的重要措施。因此，改善接地降阻装置材料，降低和稳定接地电阻对提升线路的稳定性有着重要的影响。
　　关键词 接地电阻;石墨接地模块;降阻材料;降阻效果
　　引言
　　配网线路一直暴露在外面，所以在雷雨气候环境下，极易受到雷电的影响。且配网线路一般都是经过山林，山林之间的环境更为复杂，一定程度上增加了配网线路遭受雷击的概率。而由于雷击造成相间短路及跳闸事件是屡见不鲜的，尤其在人员稀少的山林区域，遭受雷击的概率大，修复难度大，不能有效的保障电力稳定的供电。
　　采用避雷针、避雷带和避雷网等可防止和减少雷电对建筑物、人身和配网线路造成的危害。但已有大量事实证明：在安装了这些避雷装置的通信网络及配网线路在雷击时，却仍然会遭受不同程度的损害。对此，科学家通过进一步的分析，已经找到了其中的原因所在。
　　直接击中建筑物的雷电称之为“直击雷”。避雷针等装置可将“直击雷”产生的高电压、强电流迅速引入大地，消除雷击的影响，从而起到保护设施的作用。然而，雷击放电时在空中会产生强大的电磁场，使周围的金属导体因“电磁感应”而带上很高的电压，另一方面雷击入地点在瞬间会产生“地电位反击”，电位迅速抬高，影响其他接地设备的安全。这些由雷电引起的感应现象称为“感应雷”，同样具有强烈的破坏作用。
　　虽然在避雷针的保护范围内，物体可免遭直接雷击，但“感应雷”可在电力、通信、网络、卫星天线及有线电视等线缆上产生高压感应和电流“浪涌”，并通过导线引入配电间、机房、配网线路设备等，使电源、通讯及电子设备不可避免地受到损害。因此，防止这些现代社会的雷害显得十分紧迫和必要。
　　接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷或其他形式的雷，最终都是把雷电流送入大地。因此，没有合理而良好的接地装置是不能可靠地避雷的。接地电阻越小，散流就越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。
　　对于配网线路接地电阻要求≤10欧姆，这就对接地材料的性能要求比较高了。目前，国内外多采用扁铁等金属材料作为接地材料。但是，金属材料因其自身的化学及物理特性，在酸碱土壤中易腐蚀，遭到雷击后阻值容易变大，从而不再符合电力部门对防雷接地的安全要求。
　　采用耐腐蚀，物理及化学性稳定石墨作为接地材料是十分符合目前电力部门对配网线路接地的要求的。
　　1 接地降阻装置存在问题
　　长期以来，国内外防雷接地装置通常采用扁铁、不锈钢、铜等金属类的接地材料以及含电镀金属层的镀锌钢、不锈钢包钢、铜包钢金属接地材料。而金属接地材料腐蚀、阻值变大等问题也一直困扰着相关的电力单位。
　　1.1 腐蚀问题
　　由于环境中的各种因素，接地降阻装置腐蚀是非常常见和不易避免的问题。而且为了使接地电阻阻值符合电力安全要求，在施工过程中会加入一些无机降阻剂和火山灰降阻剂，以及一些矿渣降阻剂，这些降阻剂虽然在短期内有显著的降阻效果，但是对于镀锌圆钢或者镀锌扁钢本身是具有腐蚀性的。长期的腐蚀会造成接地降阻装置受损，甚至断裂的情况，降阻效果会随着时间的推移迅速下降，甚至不符合电力安全要求。
　　1.2 降阻稳定性问题
　　为了追求降阻效果，厂家会在降阻剂中加入大量的无机盐等，虽然可短期的有效降低接地电阻的阻值，但是这种降阻的效果不具备稳定性，因为降阻剂内所含的无机盐会随着雨水迅速的流失，从而使降阻剂失去原有的效果，接地电阻也随着反弹[1]。
　　2 石墨接地模块的介绍
　　针对金属材料腐蚀、阻值变化问题，一些非金属接地材料发展起来。市场上常见的是石墨、炭黑、碳纤维、聚苯胺等几种非金属材料。经过性能及材质价位的比较，选用石墨材质作为基本的接地材料是比较合适的。
　　2.1 石墨材质的优点
　　活性炭其电阻低，导电分子可大大降低土壤的接觸电阻。
　　具有良好的渗透性，其中的导电分子可不断地向接地坑周边渗透，可以更好地降低接地电阻。
　　长效性强，不受雨水冲刷影响，不流失，性质稳定。
　　2.2 石墨接地模块的特性
　　（1）接地模块外形多棱角型，在导体的带电量及其周围环境相同的情况下，导体尖端越尖、尖端效应越明显，因为尖端越尖，曲率越大，面电荷密度越高，其附近场强也就越强，当接地模块带电量较大电位较高时，其温度越高，电子和离子的动能越大，容易在瞬间泄流。
　　（2）是由无机导电材料经高压压制到防腐金属极芯上其材料加入防腐剂，可防止空气及其他因素腐蚀介质的侵蚀。
　　（3）由于导电体性能随土壤水分变化较小，当干旱无水时其物理性能仍能发挥正常，接地电阻稳定。
　　（4）经大电流冲击后，其电阻不反弹。
　　（5）有良好的吸湿及保湿型，可极大降低接地电阻。
　　2.3 石墨接地模块的理论阻值计算
　　根据地网场地的土壤电阻率，采用下式价算接地模块用量：
　　单个接地模块电阻：R=0.158P 并联后总接地电阻：Rn=R/n·η
　　以接地模块为接地体的接地电阻计算方法如下：
　　单个接地模块接地电阻：R=0.158*300=47.4p
　　并联后总接地电阻：Rn=R/n·η
　　P：土壤电阻率取300Ω.m n：接地模块数量取20
　　Η：模块调整系数取0.65 计算结果：Rm=3.65Ω
　　根据以上的理论计算值是完全符合电力安全要求的，实际的阻值虽然会因现场实际环境及施工等因素的影响，但是，经由长期的施工点观测来看，完工后的接地阻值是符合电力安全要求的≤10Ω的。
　　3 结束语
　　目前国内接地装置多采用传统的扁铁、圆钢等材质，短期内符合电力安全设备的要求，且价格较为便宜。但是，加上人工费用，电力安全保障等因素，该方式不是性价比最好的。而采用石墨材质的接地降阻装置的使用寿命保守估计为20年到30年，远远大于常用的接地装置。大大的减小了人员工作量。另一方面也极大地保障了电力安全输送，降低因雷电造成跳闸、损坏电力设备等事件的概率。长远来看是一个性价比良好的选择。
　　参考文献
　　[1] 李为锋.接地网电阻检测方法的研究[D].西安：西安理工大学， 2009.
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