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非金屬接地模塊在防雷接地系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

文檔作者：何濤文檔來源：湖北電力信息通信中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月10日
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非金屬接地模塊在防雷接地系統(tǒng)改造中的應(yīng)用
何濤
(湖北電力信息通信中心，湖北武漢430077)
摘要：由于環(huán)境等因素的影響，一些通信站的接地電阻值會增大，致使防雷接地系統(tǒng)性能變差。對這類
通信站的防雷接地系統(tǒng)急需加以改進(jìn)。論文中結(jié)合湖北省仙女山微波站防雷接地系統(tǒng)改造工程實(shí)踐。
介紹了非金屬接地模塊的特點(diǎn)構(gòu)成、用途以及在改造中的應(yīng)用，并總結(jié)了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：防雷接地；非金屬接地模塊；改造
中圖分類號：TN876．7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1005—7641(2003)03—0017—03
O 引言
由于環(huán)境、氣候等諸多因素影響，經(jīng)過一段時問，
很多通信站(特別是山上站)原有的接地電阻值會攀
升，防雷接地系統(tǒng)不能滿足工作、保護(hù)的需要，必須對
其進(jìn)行改造。
需要改造的接地系統(tǒng)多位于高土壤電阻率地區(qū)，
傳統(tǒng)的金屬接地導(dǎo)體由于壽命短、穩(wěn)定性差等問題，往
往在改造后達(dá)不到預(yù)期的效果。因此，可考慮使用導(dǎo)
電性、穩(wěn)定性較好的非金屬接地模塊。
非金屬接地模塊是近幾年防雷接地領(lǐng)域的新興技
術(shù)，它在防雷接地工程中所起的重要作用也正引起有
關(guān)方面的重視。下面結(jié)合我省仙女山微波站防雷接地
系統(tǒng)改造工程，介紹通過發(fā)揮非金屬接地模塊的作用、
優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的具體實(shí)踐。
1 工程概況
仙女山微波站系國家電力公司干線宜一寧微波主
干中繼站，位于湖北漢川境內(nèi)的仙女山上，海拔超過
100 l'n。該站地質(zhì)結(jié)構(gòu)很差，以前經(jīng)常遭受雷擊。
接地系統(tǒng)改造前對原有接地電阻進(jìn)行了測試，其
接地電阻在1O n左右，氣候干燥時更高。所以原有接
地系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了微波站工作、保護(hù)的要求，急需對
其進(jìn)行改造。
2 測量與分析
由于接地工程多屬隱蔽工程，設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮
諸多因素，例如地網(wǎng)形狀，所在地及周邊的地形、地勢、
地質(zhì)結(jié)構(gòu)、植被情況，是否含有水層，水中礦物質(zhì)的種
類和含量等，這些因素均直接影響接地電阻的大小。
收稿日期：2002—03—08；修回日期：2002—10—18
作者簡介：何濤(1977一)，男，湖北漢川人，助理工程師，從
事電力系統(tǒng)通信管理工作。
土壤電阻率是影響接地電阻最重要的參數(shù)，為此，我們
測量了土壤電阻率，以便準(zhǔn)確分析土壤成分，為改造方
案的提出作好充分的準(zhǔn)備。
2．1 測量方法及儀表
測量采用溫納四點(diǎn)法，由有關(guān)理論可導(dǎo)出：
』D= 27taR
式中n為電極問距，R為接地電阻。
測量儀表為工頻接地電阻測量儀(型號是似103
一M1，產(chǎn)地是烏克蘭)。
2．2 測量原理圖
測量原理圖如圖1所示。
圖1 測量原理圖
2．3 測量記錄和計(jì)算
所測數(shù)據(jù)記錄見表1所列。
幾點(diǎn)說明：
(1)測量當(dāng)天為陰天；
(2)做了3組測試(地點(diǎn)見圖6中所示)，然后求
平均值。每組測試中，電極間距分別為1、2、4、6 m；
(3)所測土壤電阻率需用季節(jié)、水分影響系數(shù)推
算；
(4)設(shè)計(jì)用土壤電阻率』D設(shè)= ·lD測。式中 為
季節(jié)系數(shù)，主要隨季節(jié)變化，lD測為實(shí)測電阻率。
2．4 對測量結(jié)果分析的依據(jù)
(1)地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖(見圖2所示)。
(2)p—a曲線圖(見圖3所示)。
(3)土壤電阻率隨水分的變化曲線(見圖4所示)。
(4)土壤性質(zhì)決定的季節(jié)系數(shù)(見表2所示)。
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電 力 § 饒 (亙 锫 2003年第3期
表1 測試記錄
o ● o
n
‘ o ‘ o
· 。砂礫、碎石．。：
o ‘ o ? o ．
1 I
l
l l
l
二二[ 巖石]二二
l
l l
l
- - - - - - - - - - -u - - -l--------------·-·-—--—。__-_________l_·。-～
圖2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)之圖 圖3 p—a曲線
目
G
姍
蠱
圖4 土壤電阻率與水份之間的關(guān)系
表2 土壤性質(zhì)的季節(jié)系數(shù)
上述圖4中所示數(shù)據(jù)以及表2中所示數(shù)據(jù)均參照
國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和日本電器工業(yè)手冊。
2．5 分析結(jié)論
通過進(jìn)行土壤分析，我們對該站周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)有
了充分的了解，現(xiàn)場地質(zhì)結(jié)構(gòu)為大塊巖石，表層含碎石
砂礫，厚度在1 2 m，季節(jié)系數(shù)應(yīng)取2。綜合考慮，設(shè)
計(jì)計(jì)算時土壤地阻率取1 300 Q·m。
地網(wǎng)形狀是設(shè)計(jì)中很重要的因素。由于該站土壤
電阻率較高，要充分利用現(xiàn)場空間，盡量向外延伸接地
體，合理設(shè)置接地體位置。假設(shè)要求改造后接地電阻
值達(dá)到4 Q，由公式
2
S_0．25×
式中p為電阻率(Q·m)，R為接地電阻(Q)，s為接
地面積(fT12)。
可求得．s=26 406 m2。
受山上環(huán)境的限制，這一接地面積顯然難以實(shí)現(xiàn)，
也不經(jīng)濟(jì)。
要降低接地電阻值，就必須考慮“縱深發(fā)展”?？v
深垂直地面接地電阻為
R= × (2)
式中 ，J為接地極長度(m)，d為鋼材等效直徑(m)。
由式(2)可以看出，接地體埋地越深，接地電阻值
越小。但由于現(xiàn)場2 m以下為大塊巖石，含水率低，施
工也相當(dāng)不便。
因此使用傳統(tǒng)的金屬接地體難以達(dá)到效果，經(jīng)綜
合考慮后我們決定使用ZGD系列低電阻接地模塊，即
非金屬接地模塊。
3 非金屬接地模塊
3．1 特點(diǎn)
非金屬接地模塊由導(dǎo)電性、穩(wěn)定性較好的非金屬
材料和電解物質(zhì)組成。模塊內(nèi)置有金屬極芯，將其與
被保護(hù)對象地線相接，使入地電流迅速泄放到大地。
在相同的外形尺寸下，相比金屬材料而言，非金屬接地
模塊成倍地加大了接地體和土壤層之間的接觸面積，
從而增大了接地體本身的散流面積，減小了接地體和
土壤之間的接觸電阻。而且，這種非金屬接地模塊還
具有很強(qiáng)的吸濕性和保濕性，從而能充分發(fā)揮了接地
體中電解質(zhì)的導(dǎo)電作用。
3．2 技術(shù)指標(biāo)
ZGD系列非金屬接地模塊的技術(shù)指標(biāo)如表3所列。
表3 ZGD系列的技術(shù)指標(biāo)
型號 ／
m
肘
m
質(zhì)
／k
量
g ／f~'m 融
*土壤電阻率取4on·in
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2003年第3期 電 力 系 饒 通 僧 · 19 ·
3．3 結(jié)構(gòu)
非金屬接地模塊的結(jié)構(gòu)如圖5所示。
魑2 1 3
(b)
1一模塊體 3一提手
2一帆 4一螺母
圖5 非金屬接地模塊結(jié)構(gòu)
(a)ZGD1—1，ZGDi一2；(b)ZGDi一3；(c)ZGDⅡ一1
3．4 用量計(jì)算
按照地阻要求和地質(zhì)、地貌、環(huán)境條件，組成不同
形式、不同數(shù)最的低電阻接地模塊群，其用量按以下方
法計(jì)算。
ZGD—I型，垂直埋置，單個模塊的接地電阻為
[ × ]．M。 (3)
ZGD一1I型，水平埋置，單個模塊的接地電阻為
Ri：0 ．22pMo (4)
。 ~／0×h
并聯(lián)后的總接地電阻為
尺 = (5)
。 nT】
以上式中 p為埋置地層的電阻率(Q·m)；L為I型模
塊的長m；d為I型模塊的直徑m；h為接地模塊的埋
置深度m；o、b分別為Ⅱ型模塊的長、寬m；Mo為模塊
調(diào)整系數(shù)，ZGD I一1型取0．38，ZGD I一2型取0．35，
ZGDI一3型取0．30，ZGDⅡ一1型取0．33；n為接地模
塊個數(shù)； 為模塊利用系數(shù)，可選用0．55～0．85。
也可采用技術(shù)指標(biāo)表備注欄所列估算式進(jìn)行簡易
計(jì)算。
3．5 埋設(shè)方法
非金屬接地模塊可進(jìn)行垂直埋置或者水平埋置，
埋置深度不宜小于0．6 m，一般為0．8～1．0 m。對于
砂石等高電阻率的地層，可適當(dāng)深埋。在采用幾個模
塊并聯(lián)埋置時，模塊間距應(yīng)不小于4．0 m，如果條件不
允許，l口丁適當(dāng)放寬。
低電阻接地模塊的極芯相互并聯(lián)或與地線連接
時，必須用同一種金屬材料焊接，而且其焊接長度應(yīng)不
小于100 mm，不允許虛焊、漏焊，以確保連接的可靠
性。應(yīng)在焊接處清除焊渣，涂上瀝青層或防腐漆，以防
極芯腐蝕。
4 設(shè)計(jì)方案與效果
4．1 設(shè)計(jì)方案
根據(jù)接地系統(tǒng)指標(biāo)、土壤電阻率和現(xiàn)場可用面積，
經(jīng)綜合計(jì)算，接地方案如下(詳見圖6)：
圖6 仙女山微波站防雷接地系統(tǒng)圖
(1)地網(wǎng)共使用非金屬接地模塊15塊，模塊間距
≥2 m，模塊埋設(shè)深度≥1 m；
(2)地網(wǎng)引出點(diǎn)不少于2點(diǎn)，地網(wǎng)引出線采用4o
mm×4 mm鍍鋅扁鋼。地網(wǎng)必須與鐵塔共地，連接點(diǎn)
不能少于2點(diǎn)，以防止地電位反擊。
(3)模塊間采用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼焊接連
通，焊接點(diǎn)涂瀝青防腐；
(4)圍繞機(jī)房做一圈環(huán)形接地母線(銅帶)，并在
接地母線上每隔1．5 m做一個怊的螺孔。
4．2 改造效果
我們選取7個電阻測量點(diǎn)(見圖6中所示)，對改造
后的接地系統(tǒng)進(jìn)行了工頻接地電阻測試，結(jié)果見表4。
表4 改造后的測量結(jié)果
測量點(diǎn) 1 2 3 4 5 6 7
電．阻f直／Q 2．9 2．9 2．7 1．8 1．8 1．8 1．8
5 結(jié)束語
仙女山微波站防雷接地系統(tǒng)通過改造，大大降低
了接地電阻值，經(jīng)測試，符合《電力系統(tǒng)通信站防雷運(yùn)
行管理規(guī)程》的要求。自該系統(tǒng)2001年1月改造完
后，微波站再未遭受過雷擊。實(shí)踐證明，在要求低接地
電阻的高土壤電阻率地區(qū)，使用非金屬接地模塊技術(shù)，
將有效降低接地電阻值，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，解決目前因地
質(zhì)、地貌、環(huán)境限制，防雷接地系統(tǒng)不能獲得理想接地
電阻值的難題。 (下轉(zhuǎn)第23頁)
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2003年第3期 電 力 系 饒 c亟 僧 ·23 ·
3)不同電平信號的電纜分開
電纜中一個芯線的暫態(tài)信號可以通過芯線間的電
容或電感耦合到另一根芯線上。此時，無論是將電纜
外皮或備用芯線接地都不能有效地削弱這種干擾。有
效的方法是將不同類別電路的導(dǎo)線，分別置于不同的
電纜中。
4)盡量利用電纜溝
位于地面以下的電纜溝一般接近接地網(wǎng)的導(dǎo)體或
在電纜溝內(nèi)有接地導(dǎo)線，是天然的屏蔽場所。通信電
纜應(yīng)盡可能在電纜溝內(nèi)走線。
5)通信(二次)電纜的走向
變電站內(nèi)的電磁場分布十分復(fù)雜，因此通信電纜
在變電站內(nèi)的走向要成輻射狀，避免形成環(huán)路。
6)通信(二次)電纜的位置
變電站內(nèi)的高壓母線是強(qiáng)干擾源，暫態(tài)電流的入
地點(diǎn)如避雷器、避雷針的接地點(diǎn)有較大的高頻暫態(tài)電
流通過，將引起接地點(diǎn)附近的地電位升高。
所以，通信電纜布放應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離上述地點(diǎn)，并盡
量減少和母線的平行長度。
7)采用信號隔離
對于無法采用上述措施或采用之后仍有較大干
擾；或者傳輸?shù)男盘柺种匾?如繼電保護(hù)信號)，對抗
干擾能力要求很高，可以采用隔離設(shè)備進(jìn)行隔離。常
用的隔離設(shè)備是隔離變壓器。對于弱電信號，可采用
光電隔離，隔離效果更好。
6 結(jié)束語
電磁兼容問題是一個非常復(fù)雜的問題，本文就電
力通信中存在的電磁兼容問題和應(yīng)采取的措施進(jìn)行簡
要的敘述和分析。
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Key words：EMC；EMI；electric power network；electric power com unication；interference route；defense method
(上接第19頁)
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Abstract：This paper introduces the design and practice of thunder guard grouding system in the Xiannushan microwave station of Hubei Province，
these measures are very useful to the practical operation．
Key words：thunder guard grouding ；nonmetallic grounded module；restruction

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