张明旭 王军 闫敏 梁利辉 王春明 温润贤

摘 要：我国电力系统因为雷击造成的事故时常发生，比如电路短路、跳闸等。然而随着我国快速发展，已经离不开电力系统，电力系统直接影响着人类的生产和生活，当电力系统因为雷击发生故障之后，就会造成比较大的影响。所以为了提高输电杆塔防雷的效果，文章对接地电阻值对其影响进行了分析，因为接地电阻值直接影响着输电杆塔防雷效果。同一个输电杆塔上设置几个不同的回线符合我国当前对电力的需求，所以文章主要针对的是同塔四回路防雷进行研究。通过实验结果表明，当接地电阻值越小，输电杆塔防雷效果将会更好;当接地电阻值小于15Ω时，电阻值不断增加时，输电杆塔的防雷水平就会越小，并且其对防雷的影响比较大;当接地电阻值大于15Ω时，电阻值不断增加，其防雷水平也会降低，此时的电阻对防雷水平影响比较小。最后为了提高输电杆塔防雷效果，提出了一些降低接地电阻值的方法。文章目的在于降低雷击对我国电力系统的影响，从而更好发挥电力系统对人类的贡献作用。

关键词：接地电阻值;输电杆塔;防雷

中图分类号：TM863 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）04-0150-04

Abstract：Today， accidents caused by lightning strikes frequently occur in my countrys power system， such as short circuits and trips. However， with the rapid development of my country， the power system has been inseparable. The power system directly affects human production and life. When the power system fails due to lightning strikes， it will have a relatively large impact. Therefore， in order to improve the lightning protection effect of the transmission tower， the paper analyzes the impact of the grounding resistance value， because the grounding resistance value directly affects the lightning protection effect of the transmission tower. Setting several different loops on the same transmission tower is in line with my countrys current demand for electricity， so the article mainly focuses on the four-circuit lightning protection of the same tower. According to the experimental results， the smaller the grounding resistance value， the better the lightning protection effect of the transmission tower; when the grounding resistance value is less than 15Ω， when the resistance value continues to increase， the lightning protection level of the transmission tower will be smaller， and its impact on lightning protection is greater; when the grounding resistance value is greater than 15Ω， the resistance value continues to increase， and its lightning protection level also decreases， at this time， the resistance has little effect on the lightning protection level. Finally， in order to improve the lightning protection effect of the transmission tower， some methods for reducing the grounding resistance value are proposed. The purpose of the paper is to reduce the impact of lightning strikes on my countrys power system， so as to better play the role of power systems contribution to humans.

Key words：ground resistance; transmission tower; lightning protection

雷电属于一种剧烈的放电现象，一般情况下有3种不同形式的雷电，分别为直击雷、球形雷和感应雷[1]。不同形式的雷电，对事物的影响程度也会存在差別，但是对于输电杆塔，容易受到雷电的影响，如果不对其进行防雷处理，将会造成较为严重的后果[2]。雷击活动的强度和频率程度一般会使用年平均雷暴日数、年雷闪频数和年平均地面落雷密度进行表达[3]。由于我国对电力需求不断上升，将会影响到人类生产和生活，如今较为频繁的雷暴现象影响到了我国电力系统的正常运行。夏季最容易发生雷电现象，属于赤道附近的地区也非常容易发生雷电活动。雷电会导致系统不能正常运行，造成线路断路、跳闸等事故，而且很多输电杆塔属于偏僻低于，维修相当困难[4]。所以为了增加输电杆塔防雷效果，设置的接地系统非常重要，能够在一定程度降低雷电对输电杆塔的影响，从而降低线路损伤程度和损伤频率[5]。

雷击造成线路跳闸主要可以分为两种类型，分别为绕击跳闸和反击跳闸，其中反击跳闸比较容易出现在电压等级比较低的线路中[6]。另外，影响输电杆塔反击耐雷水平的因素比较多，比如绝缘子绝缘距离、接地电阻值、杆塔高度和杆塔的地理位置等因素，其中接地电阻值能够直接影响到杆塔的电位分布，所以就会引起其他因素的发生，比如影响到绝缘子两端的电压差，所以为了降低输电杆塔受到雷击的影响，文章对接地电阻值进行分析，并且已经有研究表明，当接地电阻值越来越小时，输电杆塔防雷效果将会更好，更不容易发生跳闸等事故[7-8]。但是这一理论是在笼统的分析输电杆塔，没有将其进行分层研究，因为在不同电压等级下，距离雷击点的距离不同，其受到的电压将会存在差别，于是其防雷效果就会存在差异。所以文章将进一步分析接地电阻值对输电杆塔防雷的影响，并且为了降低接地电阻值提出了一些措施，目的在于提高输电杆塔防雷效果，从而增强我国电力系统的运行效果。

1 接地电阻值对输电杆塔防雷的影响

由于我国对电力的需求发生迅猛增长，导致输电线路走廊比较缺乏，于是为了能够满足电力需求，在同一个输电杆塔上设置几个多回线路，多回线路可以是双回、4回或者6回，其中6回线路使用比较少。文章将主要针对4回线路进行防雷研究，该输电杆塔的示意图如图1所示，一共将其分为6层。当输电杆塔的高速越高时，就更容易受到雷电的袭击。输电杆塔上一共有12相导线，每个导线之间的高度存在比较大的差异，于是接地电阻值对输电杆塔的不同高度防雷影响存在差异。当前输电杆塔中使用最多的电压等级为110kV和220kV，所以文章将会在这两种电压等级下研究接地电阻值对输电杆塔防雷的影响。研究过程中，还将不同高度上受到的不同电压也考虑到防雷效果中。

1.1 接地电阻值对110kV输电杆塔防雷效果的影响

输电杆塔每一层的防雷效果将会存在差别，一般情况下，距离地面更高的位置更容易收到雷击，也就是第一层的防雷效果相比与其他层差，而最后一层，也就是第6层的防雷效果更好，因为该层不容易受到雷击。于是文章通过测量研究，得到如图2所示的接地电阻值对输电杆塔防雷效果的影响结果。从图中可以看出当接地杆塔电阻值不断增加时，层级越小，接地电阻值对输电杆塔的防雷影响越小，因为图中的线更加平稳，也就是输电杆塔越高的位置，接地电阻值对其防雷影响更小，反而是越靠近地面的输电杆塔，接地电阻对其防雷影响更加的显著。

图3为输电杆塔绝缘子两端电压峰值结果，其中杆塔使用多波阻抗模型，使用先导发展模型作为绝缘子。从图中可以看出，从图中可以看出，接地电阻值越来越大时，绝缘子两端的电压越来越大，两者成正比关系。然而输电杆塔的每层绝缘子两端电压变化程度存在差别，其中输电杆塔层级越高，接地电阻值对其电压影响更大，反而是输电杆塔层级越小时，电阻值对其影响比较小。另外，从两个图中可以看出，当接地电阻值越来越大时，输电杆塔防雷效果更差。所以为了增加防雷效果，需要降低接地电阻值。

当接地电阻值越来越小时，输电杆塔绝缘子两端的电压也越来越小，距离雷击点越近的位置，受到的电压应该越大，其耐雷水平应该越差，一般情况下我们会这样理解，但是通过实验之后，恰好不是這样的结果，而是当接地电阻越来越小时，距离雷击较近的位置更不容易闪络，而是接近地面率先闪络。另外，当接地电阻比较小时，对第3层到第6层的耐雷水平影响随着电阻的增大而更大，而当电阻大于15Ω时，接地电阻值对防雷的影响的就会比较平稳。

1.2 接地电阻值对220kV输电杆塔防雷效果的影响

220kV下，接地电阻值对输电杆塔防雷影响的结果如图4所示，图5即为不同层绝缘子两端电压峰值结果。从图中可以看出，当电压升高220kV时，其线路的变化规律与110kV环境下的变化趋势大致上相同，只有一条存在区别，即110kV时接地电阻值小于15Ω时，对绝缘子两端电压峰值影响比较大，而220kV环境下，接地电阻是小于10Ω时，电阻对电压峰值的影响比较小，但是对线路防雷水平的影响比较大。存在这种现象是因为使用先导发展模型作为绝缘子模型，耐雷水平不仅受到电压峰值的影响，而且还和绝缘子两端电压波形有关，所示说只使用电压峰值反映耐雷水平的准确度并不是很高，存在比较大的偏差。

通过上述接地电阻值对输电杆塔防雷的影响研究，可以得出以下结论：接地电阻值对输电杆塔中不同层导线的防雷影响存在差别。当距离地面比较近的导线，接地电阻值对导线的防雷水平影响就会越大;当接地电阻值小于15Ω时，电阻值不断增加时，输电杆塔的防雷水平就会越小，并且其对防雷的影响比较大，当接地电阻值大于15Ω时，电阻值不断增加，其防雷水平也会降低，当然此时的电阻对防雷水平影响比较小，即防雷水平受到的影响比较平缓。所以为了提高输电杆塔的防雷效果，需要尽可能的降低接地电阻，最好将其电阻控制在15Ω以内，于是防雷效果将会更好，能够降低导线跳闸率。

2 降低接地电阻的方法

降低电阻能够增加输电杆塔的防雷效果，通过上述分析可以将接地电阻控制在15Ω以下，能够降低跳闸率。另外由于输电杆塔距离地面越高的地方，其防雷效果越好，所以可以适当的增加绝缘子的长度，于是可从整体上增加输电杆塔的防雷效果。当然安装避雷针能够很好的避免输电杆塔受到雷击，这种方式具有明显的效果，但是其消耗成本也会比较大。于是文章接下里来将主要研究降低接地电阻值的方法，从而增加输电杆塔的防雷效果。

通过考虑接地电阻的组成成分和影响电阻的因素，从而降低电阻值。接地电阻有接地引线电阻和接地体本身的电阻，该电阻主要容易受到材质和几何尺寸的影响。接地电阻值还会受到土壤的含水量、性质等影响，还会受到土壤的紧密程度和接触面积影响。接地电阻还会受到散流电阻的影响，散流电阻就是以接地体为中心点，向远方扩散电流然后途中经过的土壤电阻，且影响该电阻的主要因素就是土壤的含水量。在这众多影响电阻的因素中，其中影响最大的因素就是散流电阻和接地体接触电阻。于是文章为了降低电阻值，将会从这两个方面提出降低电阻值的方式。

2.1 改变接地极材料

接地电阻所使用的材料直接影响着电阻值，所以为了降低电阻，需要选择电阻非常小的材料，hd-m1属于一种优质非金属模块，其在室温环境下的电阻率为0.0013Ω·m，与常见的接地模块相比，该材料的电阻非常小，小几百倍以上。在应用过程中将其埋设到地面50～100cm的深度即可。在制作该材料时，使用的工艺比较好，使用500kg以上的压力制成，所以得到的材料具有比较大的密度，具有受压能力强、牢固能力好等优势，而且占用土地面积小、施工方便、成本较低等优势。作为接地电阻材料，当受到非常大的电流冲击时，不会影响到接地电阻值，也不会发生脆性断裂等情况。同时还能够在非常寒冷的北方使用，因为该材料能够经受住零下40℃的环境。更重要的是该材料能够降低地电位反击，因为金属和土壤之间存在非常大的电阻率，如果遇到雷击，就会受到非常大的电流冲击，如果使用非常普通的接地电阻材料，就会导致使得电位梯度过大，产生非常大的电压，从而造成各种安全事故，所以使用该材料能够将这这种电位反击的情况发生。

2.2 选择长效复合降阻剂

降低接地电阻值还可以使用降阻剂，为了实现接地电阻值的降低效果更加明显，使用长效复合降阻剂将会更好。降阻剂能够降低接地电阻值是因为以下3个原因：

（1）制作降阻剂所使用的材料具有很低的电阻率，所制得的降阻剂一般情况下小于5Ω·m。降阻剂的电阻率比土壤小很多，所以将其包裹在接地体的周围，增加电阻值非常小，几乎可以不用考虑，然后就会增加接地体尺寸，就会降低接地电阻值。

（2）使用降阻剂能够具备吸潮性，能够使得接地体周围的土壤保持在一定的潮湿范围;而且降阻剂还会在土壤中进行渗透，从而降低周围土壤的电阻率。所以降阻剂能够降低接地电阻值。

（3）随着降阻剂的不断发展，其配方有很多形式，所以在质量和价格上也会存在比较大的差异，所以在选择降阻剂时需要比较慎重，选择性能较好的长效复合降阻剂，然后再考虑降阻剂的用量和价格。在选择降阻剂时需要着重考虑到以下3个方面： ①降阻特性。一般情况下选择的降阻剂电阻率应该至少小于土壤的20倍，在室温环境下，其电阻率应该小于5Ω·m，而有些特殊地域，对电阻率的控制比较严格，所以选择的降阻剂电阻率应该大约为1Ω·m;②降阻剂的腐蚀性。由于降阻剂包裹在接地电阻上，所以不能具备腐蚀性，不会就会破坏接地电阻，从而造成电力系统受到雷击的影响，降阻剂尽量能够具备保护接地电阻，使其不容易受到土壤的腐蚀。通过相关研究之后，降阻剂的腐蚀率每年不能大于0.03mm。另外，要求降阻剂呈现弱碱性，因为能够对接待電极起到保护作用，而且降阻剂要能够在24h内完全凝固，不然就会被流失，还会加快腐蚀;③降阻剂的稳定性。因为降阻剂具备很好的稳定性，就不容易发生任何的变化，于是在使用过程中就能够长久的发挥作用，具备较长的寿命，能够更好的降低接地电阻值和保护接地电极。

3 结语

由于雷电对输电杆塔的影响比较大，造成的各种安全也比较多，在维修上面又相当困难，所以为了降低这些影响，使用接地电阻降低雷电对输电杆塔的影响。而接地电阻值的不同又会影响到输电杆塔防雷效果，所以文章通过相关实验验证了接地电阻值对输电杆塔防雷的影响，分析不同层次接地电阻值对输电杆塔防雷的影响。总体来讲，当接地电阻值越来越小时，输电杆塔能够具有更好防雷效果;越靠近雷击点的位置，反击耐雷水平将会越好。所以为了提高输电杆塔防雷效果，降低接地电阻值将会有比较好的作用。所以文章还提出了几点降低接地电阻值的方法。目的在于能够提高我国电力系统的安全稳定性。

参考文献

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