河北铜包钢接地棒(柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用)

Posted 2023-05-31

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河北铜包钢接地棒(柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用)

为解决山区杆塔接地土壤电阻率高的问题，广东电网有限责任公司汕头供电局、武汉亿之烽科技有限公司的研究人员曾挺、吴哲、孔祥美、刘成刚、徐亮朝，在2020年第3期《电气技术》杂志上撰文，提出了柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用研究。

结合石墨基柔性接地体原材料特性，对接地外观、尺寸及允差、石墨覆金属线、电气性能和机械性能的接地条件展开分析，通过实际案例，验证了柔性石墨缆在接地中的应用研究，有效控制接地电阻在规程范围内，具有实用价值。

山区杆塔建设一直是电网发展重点，杆塔接地电阻偏大是引起线路跳闸的主要原因。山区杆塔接地具有以下特点：①山区海拔高，地势起伏，地形复杂，塔周围土壤较差，土壤电阻率较高；②采用接地体为金属接地体，经过长时间的运行后局部腐蚀严重，难以维护；③山区交通不便，大型接地系统运输存在问题，实际施工难度较大。

近年来，国内外学者对上述问题进行深入研究，一种新型石墨接地材料应运而生，因此，本文依据接地电缆自身形状，对柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用展开研究。

针对传统扁平式设计无法在高电阻、高腐蚀情况下得到高效使用的问题，需结合非金属导电体柔性石墨缆结构属性，设计接地技术条件，并通过实例验证柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用情况。

1 接地材料特性

以往山区线路杆塔接地通常以镀锌钢塔为基础材料，镀锌能够对接地线起到一定保护作用，降低腐蚀程度，但焊接头作为镀锌钢塔的基点，易受外界腐蚀，容易损坏，远远不能满足输电线路接地材料使用寿命的标准。

近年来，铜包钢材料在腐蚀性较强的地区得到了广泛应用，铜作为防腐层，具有良好的防腐性能。然而，当接地体受到外界因素影响而出现弯曲现象时，其表面的铜线开始损坏，内置的线头开始外漏。而柔性石墨缆结构，属于一种非金属导电体，具有耐腐蚀、耐酸碱、稳定性强、不生锈、安装便捷的优势，在高电阻率、高腐蚀领域得到更多应用。

石墨电缆结构采用编织网的形式，较传统扁平式设计方法，具有方便设备连接，承载能力相对较强等优点。此外，石墨电缆温度使用范围为[-60℃, 200℃]，具有耐腐蚀、阻燃、易形成的优势。

2 接地技术条件

1）外观

石墨基柔性接地体外观应严密均匀，无明显断开点，表面应编织成网状，裸线、带、线等金属导体不应夹在接地体内。

2）尺寸及允差

柔性石墨基础接地体应保持圆形或矩形截面形式，矩形或圆形截面直径宽度和厚度的允许误差应小于5%，总接地体金属导体横截面积不得大于接地体总横截面积的10%。

3）石墨覆金属线

涂石墨金属丝需要在铜线或其他金属丝表面均匀、紧密、完整地涂上碳纳米管导电胶，不存在裸露金属导体，石墨层在室温下的剥离力不应小于10N/mm。

4）电气性能

（1）直流电阻

石墨基柔性接地体直流电阻应符合表1的规定。

表1 石墨基柔性接地体直流电阻规定（室温下）

（2）工频电流耐受性能

针对电源频率电流测试，其产品外观不应该消融或膨胀，受到的温度不高于120℃，直流电阻不大于10%的单位阻值增长。柔性石墨基础接地频率电流参数公差应符合表2中的值。

（3）雷电流冲击耐受性能

根据上述内容，在50kA标准雷电电流冲击下进行耐受试验，温升不高于120℃，试样外观不应有断股、烧蚀、鼓包等缺陷，单位长度直流电阻增大范围不超过10%。

表2 石墨基柔性接地体工频电流耐受值（室温下）

5）机械性能

弯曲半径不应大于30cm，经过90°弯曲后分别进行正向和反向方向观测，样品的外观不应该出现断链和破损等现象，直流电阻单位长度增加不应超过10%。在180°/m扭曲状态下坚持10s，此时样品的外观不应该出现断链和破损等现象，直流电阻单位长度增加范围不超过10%。石墨基柔性接地体耐浸泡腐蚀性能应符合下列要求。

（1）耐碱性：在室温下浸入5%NaOH溶液中48h，每单位长度直流电阻增加范围不超过10%。
（2）酸性：在5% H2SO4溶液中室温下存储48h，直流电阻增加范围不超过10%。
（3）耐盐水性：在3.5%氯化钠溶液室温下存储72h，直流电阻增加范围不超过10%。

经过100℃烘烤2h后，回到室温，重复上述拉伸试验，单位长度的直流电阻增加不超过10%。在60℃冷冻2h后，回到室温，重复规定的拉伸试验，单位长度的直流电阻增加仍然不超过10%。阻燃性能试验按GB/T 10707规定的垂直燃烧法进行，燃烧性能等级为FV-0。

3 应用案例

广东汕头东北部、西北、西南，有莲花山脉、桑浦山及大南山等山地区，大部分属亚热带，处于赤道低气压带和副热带高气压带之间，输电塔位于山顶和山坡上，塔周围的植物受地形、土壤差异影响，生长状态也不同，因此，本文选取了两种典型的地形进行了分析，对铁塔的实际应用进行了分析。

3.1 接地电阻设置

依据标准通信设备电气接地设计标准，针对不同土壤电阻率，分析接地电阻大小，见表3。

表3 工频接地电阻要求

根据上述工频接地电阻要求，完成接地电阻的设置。

3.2 应用环境及实验数据准备

塔周围地形复杂、有茂密的森林、杂草丛生的土壤，略微潮湿的表面土壤和岩石环境。塔的东西两侧垂直下坡，坡下植被茂密；北侧是坡下坡，没有道路，坡下植被茂密；南侧是一条上坡路，两侧适合延伸。其环境示意图如图1所示。

图1 环境示意图

将接地体置于该层具有良好的减阻效果，选用直径28mm的柔性石墨接地体，敷设深度为0.6m，塔根设为10m长的方形接地体，接地体的方角选择了一个注流点，根据塔周围地形和土壤电阻率，位于一个凸点上设置约2m左右的下坡，并将其分散在地下。接地体位置，第一位在第一象限，其余三位依次逆时针接地到位，四位接地长度都为30m左右。接地电阻计算为13.7Ω（要求值20Ω）。

在接地杆塔基础周围开挖方形接地体，边长10m，深0.6m，清理石块及杂物，将柔性石墨缆铺设在沟槽底部，细土回填后，对接地电阻值进行测试，以满足设计标准。

3.3 应用结果与分析

从广东某山区输电塔数据库中选取镀锌圆钢、接地模块和柔性石墨缆的接地材料总经费进行对比分析，选取的是近40年的数据。表4给出了工程实际采用方案与只采用镀锌钢接地材料的经济性对比，为了增加可比性，将镀锌钢配接地模块方案的40年总投资也列于表4中。

表4 接地材料经费对比

由表4可以看出，柔性石墨缆接地方案明显优于传统的接地方案，40年总投资可减少约46% 。在该接地方案基础上，将石墨柔性接地体与传统材料在不同温度下硬度进行对比分析，结果见表5。

表5 石墨柔性接地体与传统材料硬度对比分析

由表5可知，随着温度升高，两种材料硬度都逐渐降低。但在10℃～30℃常温范围内，石墨柔性接地体硬度始终保持在630HBW，而传统材料硬度在温度为20℃时就开始下降，由此可知，在不同温度下石墨柔性接地体硬度较高，机械性能相对较好。

4 结论

结合山区线路环境，分析柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用，依据山区地形的基本特征，设计具体应用方案，并对其应用的寿命周期进行分析。设计具体应用实例，研究结果表明，柔性石墨缆耗费的总经费明显少于传统接地方案，电阻相对稳定，安装十分简便，从整个使用周期来看，具有较大经济效益。

由于受到条件限制，导致研究结果仅仅依赖于理论数据，因此，在今后研究进程中，对其应用在不同场景进行分析，以此保证研究内容更贴近实际生活，为其广泛应用奠定基础。