劉元龍

摘要：雷電是天空中瞬態(tài)強(qiáng)電磁輻射的天氣現(xiàn)象，伴隨閃電將其蘊(yùn)藏的能量在瞬間釋放，產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流，其熱效應(yīng)，電磁效應(yīng)等對(duì)高達(dá)建筑物，電力設(shè)施，極端及電子設(shè)備造成嚴(yán)重的破壞，為人類生活帶來巨大的影響。為盡量避免極端天氣導(dǎo)致運(yùn)行事故發(fā)生，有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及穩(wěn)定性，本文通過對(duì)輸配電線路中接地電阻與防雷技術(shù)關(guān)系的論述，就如何約束接地電阻大小做了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)常用降阻方法進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);接地電阻;防雷技術(shù)

鑒于我國(guó)基本國(guó)情與能源發(fā)展現(xiàn)狀，中國(guó)能源資源與負(fù)荷中心呈逆向分布，因而建成的高壓及超高壓線路輸送量大、跨度長(zhǎng)，跨越地區(qū)大都?xì)夂蚨嘧?，地形?fù)雜，對(duì)防雷技術(shù)有著很高的要求。2019年一、二季度，全國(guó)用電量3.398萬(wàn)億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)5.0%，2019年7月中東部地區(qū)用電更是連創(chuàng)新高，持續(xù)增長(zhǎng)的高負(fù)荷與季節(jié)性雷暴天氣影響，給電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)帶來了極大挑戰(zhàn)。為盡可能消除雷電給輸配電線路帶來的負(fù)面影響，除了預(yù)先在桿塔裝設(shè)避雷線負(fù)角運(yùn)行外，還可以設(shè)置線路避雷器限制過電壓，安裝接閃器承載直擊雷放電，通過技術(shù)手段盡可能減小接地電阻等。

1雷電對(duì)建筑物的危害

隨著科技的進(jìn)步，大氣電學(xué)作為新興學(xué)科飛速發(fā)展，地球是帶電球體，空氣中含有大量帶電自立，雷電產(chǎn)生是大地表層局部小規(guī)模放電現(xiàn)象。雷電是發(fā)生于天空中的具有破壞性的天氣現(xiàn)象，受地表熱輻射的影響，導(dǎo)致溫度升高，密度降低，上升中的空氣中水蒸氣熱能轉(zhuǎn)為勢(shì)能，溫度降低冷卻凝結(jié)成水滴，水滴與冰晶離子摩擦帶電荷，云層發(fā)展成大云團(tuán)，云團(tuán)內(nèi)不同極性的電荷密度增大到強(qiáng)度穿擊空氣，云團(tuán)空隙變?yōu)閷?dǎo)電性通道，正負(fù)電荷通過導(dǎo)電通道中和發(fā)生放電。云層中正負(fù)電荷放電產(chǎn)生閃電，閃電溫度是太陽(yáng)表面溫度的3-5倍，放電中釋放大量熱能，使空氣體積迅速膨脹爆炸。帶電荷云層靠近大地突出于地面的建筑物感應(yīng)到反電荷，電荷電場(chǎng)增大引起云層對(duì)地放電，雷電形成導(dǎo)電通道沿途釋放高熱量，瞬間的電磁場(chǎng)，對(duì)建筑物與人身造成傷害。

雷電是云雨中不同符號(hào)電荷中心放電過程，根據(jù)雷電形式分為云閃與地閃。根據(jù)雷電對(duì)建筑物造成損害的方式分為直擊雷，球形雷，感應(yīng)雷。雷電對(duì)超高層智能建筑破壞作用是由電流引起，危害形式主要有閃電直接擊在建筑物上散發(fā)熱能效應(yīng)，瞬間高溫引起建筑物燃燒，可燃物燃燒引起火災(zāi)，危害建筑物與人員設(shè)備安全。雷電襲擊中架空輸電線路時(shí)，雷電中蘊(yùn)含的能力侵入室內(nèi)，造成設(shè)備損壞。雷電擊中建筑物時(shí)，通過防雷裝置將雷電流導(dǎo)入大地，產(chǎn)生幾百千伏的高電動(dòng)勢(shì)，使能量沿金屬管線傳播破壞電氣設(shè)備。

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，投資建設(shè)智能化高層辦公樓興起，超高層智能化辦公建設(shè)成為某個(gè)地區(qū)最高點(diǎn)，智能辦公類內(nèi)配備大量計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備，設(shè)備對(duì)工程運(yùn)行環(huán)境要求高，易受到雷電磁感應(yīng)影響，傳統(tǒng)避雷裝置通過建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋壁壘引下線導(dǎo)入大地，導(dǎo)入中雷電流在傳輸空間附近產(chǎn)生強(qiáng)大交變電磁場(chǎng)，通過在空間相鄰電源上感應(yīng)雷電流造成破壞，傳統(tǒng)直擊雷防護(hù)系統(tǒng)不能保護(hù)超高層建筑內(nèi)電氣設(shè)備的安全。開展超高層辦公類雷電災(zāi)害防護(hù)是研究工作的重點(diǎn)內(nèi)容。采用有效的雷電防護(hù)技術(shù)，使其最大限度減輕雷擊造成的災(zāi)害，對(duì)提高超高建筑物雷電防護(hù)意義重大。

2 接地電阻對(duì)防雷水平的影響

接地電阻分為工頻接地電阻和沖擊接地電阻，當(dāng)線路遭受雷擊后，沖擊電流流入地中，在接地體周圍形成局部火花放電，進(jìn)而增大了接地體體積，故工頻接地電阻往往大于沖擊接地電阻。

大多數(shù)情況下，輸電線路抗雷擊能力均與桿塔工頻接地電阻成反比關(guān)系，其原因是當(dāng)接地電阻較大時(shí)，雷電沖擊電流通過接地裝置由桿塔流入大地會(huì)形成極大的電勢(shì)差，對(duì)線路絕緣與設(shè)備造成破壞，因此，想要提高線路的抗雷擊能力，針對(duì)接地電阻采取措施使其盡可能減小會(huì)有所幫助。

3降低接地電阻的主要措施

通常而言，接地體分為自然接地體與人工接地體。人工接地體更易采取改善措施，包含兩部分，其中沿著水平面鋪開建設(shè)的就是水平接地體，垂直于水平面建造的就是垂直接地體。

3.1水平接地網(wǎng)降阻方式

通過增加外延體數(shù)量與長(zhǎng)度，可有效增大水平接地體接地面積，從而減小接地電阻，因此，桿塔的安裝應(yīng)盡可能考慮水平放射接地體的形式，同時(shí)，由于水平放射建造成本不高，所以在地形與施工條件允許的情況下應(yīng)著重進(jìn)行考慮。

3.2垂直接地體降阻手段

在裝設(shè)接地網(wǎng)時(shí)，由于不同土質(zhì)其電阻率不同，同一土質(zhì)因濕度與溫度變化其電阻率也存在著差異，此外，還應(yīng)考慮地形地貌、可裝設(shè)面積等因素。對(duì)于含水量豐富或因其他元素導(dǎo)致土壤電阻率較低的地區(qū)，應(yīng)該充分考慮架設(shè)垂直接地體的必要性，與此同時(shí)，若因面積受限導(dǎo)致水平接地體無法達(dá)到預(yù)期的降阻效果，也應(yīng)考慮垂直接地體的可行性。但這并不意味著垂直接地體的數(shù)量越多，深度越深，降阻效果越好。若單位面積內(nèi)垂直接地體裝設(shè)數(shù)量過多，降阻率將趨于飽和，其深度也應(yīng)視實(shí)際地形土壤情況而定。

（1）使用降阻劑降阻。降阻劑是一種導(dǎo)電性良好的材料，將其灌注于接地體周圍，可在滲透周邊土壤后利用自身導(dǎo)電性良好的特性同步降低土壤電阻率，達(dá)到減小接地電阻的效果。此外，通過連接接地體與導(dǎo)電性得以改善的土壤，達(dá)到擴(kuò)大散流面積的目的。此法適用于小型接地網(wǎng)或集中型接地網(wǎng)。

（2）運(yùn)用降阻模塊。由于降阻劑可能污染、腐蝕接地體，分布不均還會(huì)導(dǎo)致降阻效果不及預(yù)期等問題，故仍需通過其他方法得到進(jìn)一步改善。降阻模塊就是一種新解決方法，降阻模塊是加入膠黏劑后通過物理方法將降阻劑與接地模塊整合，由電導(dǎo)率高的金屬引線將主地網(wǎng)與降阻模塊結(jié)合起來，達(dá)到更為穩(wěn)定的降阻效果。

（3）爆破接地技術(shù)。通過局部小規(guī)模爆破將土壤電阻率較高或巖石較多的地下空間騰出縫隙，再將低電阻率材料通過灌注填充縫隙，從而通過縫隙間的低電阻率材料將接地網(wǎng)與電阻率較低的土壤層或水層等形成接觸，擴(kuò)大了接地網(wǎng)的散流面積，有效降低了接地網(wǎng)電阻。

（4）采用新型材料。接地網(wǎng)長(zhǎng)期遭受著復(fù)雜的氣候、濕度、酸堿性不平衡等不同環(huán)境因素帶來的腐蝕影響，因而采用導(dǎo)電性與耐腐蝕性較強(qiáng)的新型材料作為接地體從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看很有必要。納米導(dǎo)電材料等新型材料具有極強(qiáng)的抗腐蝕能力與導(dǎo)電性能，例如，納米導(dǎo)電精，其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予了它可以通過化學(xué)鍵與金屬緊密結(jié)合的能力，將這類新型材料結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)在成本可控的范圍內(nèi)合理地進(jìn)行運(yùn)用，對(duì)接地體導(dǎo)電性能和抗腐蝕性的提高極具前瞻性。

4結(jié)論

本文僅列舉了部分現(xiàn)階段已投入施行或試點(diǎn)的改良方法，影響接地電阻的因素有很多，對(duì)現(xiàn)有輸配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大規(guī)模改良，是一個(gè)工作量龐大、時(shí)間跨度較長(zhǎng)的大工程，而隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高端制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，電力供需形勢(shì)逐漸趨緊，為保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不僅要在電網(wǎng)的前期建設(shè)上做好工作，對(duì)于建設(shè)后期接地網(wǎng)的監(jiān)測(cè)與檢修任務(wù)也應(yīng)提出高標(biāo)準(zhǔn)、高要求，為未來能源轉(zhuǎn)型的加速推進(jìn)做好充足保障。

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