長效石墨防雷接地體在同煤輸配電中的應用

馮海兵

?

長效石墨防雷接地體在同煤輸配電中的應用

馮海兵

摘要本文針對同煤礦區輸配電設施大部分處于山區地段，受土壤地質的影響，純金屬和復合材料的接地體無法確保將雷電流泄入大地，導致機電設備和輸配電設施易遭受雷擊，造成設備損壞或大面積停電事故，給煤礦的安全生產帶來了隱患等難題，根據近年來的理論和實踐驗證，采用長效石墨防雷接地體能夠有效的解決這一難點問題。

關鍵詞長效石墨；防雷；接地體；輸配電

0引言

同煤供電系統是以礦井風井為負荷中心進行建設的，因此其輸配電設施大部分處于山區地段，受黃土高原地形、地貌、地質的影響，土壤電阻率高，且氣候多變，屬于重雷區，在雷雨季節，輸配電設施極易受到雷電傷害，每年因雷擊造成的事故時有發生，對煤礦的安全生產造成了影響。通過對高壓輸電線路多年來的運行統計資料分析，煤礦供電系統中雷害事故占總事故的40%以上。

1防雷裝置

防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置3部分組成。接地裝置是接地體和接地線的總稱。

在大地中埋設防雷接地體、將雷電流泄入大地，是目前國內外普遍采用的避雷方法和措施。它埋置在0.8 m以下的大地土壤中，與機電設備外殼、輸電線路桿塔或變電站、電廠避雷針和避雷器引下線連接，當數十到數百KA的雷電流通過時，將其瞬間如在40 μs內散泄在大地中，使被保護的設備、設施和工作人員免遭直擊雷或感應雷等浪涌過電壓、過電流的危害。如雷電流在防雷接地體中的流速慢、時間長，將產生安全隱患，發生雷電流反擊事故；反之如雷電流在防雷接地體中流速快，瞬間將雷電流泄入大地，可降低雷電事故的發生。因此防雷接地體的導電性能和向大地泄放雷電流的性能十分重要。衡量接地裝置優劣的重要指標接地電阻值，主要由以下3方面構成：①接地引線和接地體本身的電阻；②接地體表面與土壤的接觸電阻；③從電極開始向遠處擴散的電流所經過的路徑電阻。其中接地體及其引線為金屬材料，其阻值較小，可不考慮其對接地電阻的影響。所以接地體與土壤的接觸電阻及電極向遠處擴散的電流所經過的路徑的電阻，幾乎占有全部的接地電阻值。

2接地存在的問題

目前電業公司主要使用的防雷接地體有多種，如純金屬類的鍍鋅鋼鐵體和鍍銅鋼鐵體；復合材料類的如膨潤土、降阻劑、水泥材料的降阻模塊以及與金屬體連接降阻用的焦炭、炭黑、石墨瀝青材料的碳棒碳塊等。現輸配電設施的接地主要存在以下問題：①降阻效果差。本地區土壤電阻率高，原有的接地設計及降阻措施很難將桿塔、設備的接地電阻降到規程要求的范圍以內，當輸電線路遭雷擊后，雷電流不能及時泄放，形成事故；②腐蝕嚴重、使用年限短。因鍍鋅扁鋼鍍層較薄，在運輸和施工過程中極容易造成電鍍層損傷的情況，從而使得埋設在地中的鍍鋅扁鋼以表面破損點為腐蝕中心，腐蝕物質促使鍍鋅層逐漸脫落，加大了接地極的腐蝕速度；同時接地體的連接通常采用焊接的方式，就目前的情況看，焊接部位也是最容易發生腐蝕的，因此大約運行2年接地極就無法滿足防雷接地電阻值的要求；③對周邊的土壤造成污染。為了降低接地電阻，大量降阻劑的使用對周邊的土壤造成了污染；④外力破壞問題。對于架空線路桿塔的接地裝置，外力破壞相當嚴重，有的接地體被挖走，對線路的安全穩定運行造成了很大的影響。

3長效石墨防雷接地體

接地工程本身的特點就決定了周圍環境對工程效果的影響，脫離了工程所在地的具體情況來設計接地工程是不可行的。因此對人工接地體進行設計時，應對當地土壤、環境等諸多因數進行綜合考慮，最終確定合理的接地網形狀、大小及工藝材料。目前研究表明，以石墨為原材料制作的長效防雷接地體屬于一種新型非金屬導電材料體，符合煤礦輸配電設施所處環境的要求，完全解決了目前接地體存在的問題。

3.1性能、試驗指標及適用性

長效石墨防雷接地體的耐腐蝕性能類似316不銹鋼，抗腐蝕性能是鋼鐵和鍍鋅鋼產品的8~10倍，鍍銅產品的6~8倍，純銅的2~3倍。將2段直徑12 mm的鋼筋分別置于30%的流酸液中和50%的氫氧化鈉堿液中，30天后取出測量，鋼筋在流酸液中的直徑減少40%，在堿液中的直徑減少35%，取2段直徑12 mm的鍍銅鋼筋分別置于30%的流酸中和50%的氫氧化鈉堿液中，30天后取出測量，在硫酸液和堿液中的鋼筋表面上的6.3 mm的鍍銅全部被腐蝕光，試瓶口上結晶成綠色的硫酸銅，以及堿式碳酸銅；將內部為6 mm不銹合金繩芯，外部為12 mm厚的石墨線層，直徑為18 mm產品段，分別置于上述劑量的硫酸液和堿液中，在同樣浸泡30天后取出測量，長效石墨防雷接地體直徑仍為18 mm，直徑和重量不變。

長效石墨防雷接地體不易脫層破碎、折斷、損壞，使用壽命長，30年內無需更新，免維護，節省材料費用,輕便、易于搬運、安裝施工；降低接地電阻的性能優于傳統產品；耐酸堿腐蝕、不生銹，接地電阻穩定、安全可靠、耐高低溫，使用不受環境氣候條件限制，可廣泛在堿性、酸性土壤中、濕熱地區中、沼澤濕地中、丘陵山地中、沿海淺灘中、寒冷地區中長期安裝。長效石墨防雷接地體與鍍鋅扁鋼接地體優缺點對比如表1。

表1長效石墨與鍍鋅扁鋼接地體優缺點對比

3.2長效石墨防雷接地體的應用

同煤礦區輸配電設施大部分處于山區地段，常年干旱少雨，土壤電阻率高，加之地下采空，水分很難保持，巖石地質占大部分，石塊很多，普通的防雷接地材料很難降至所要求電阻范圍；同時因山區土壤含有較多HCO3-、SO42-等離子，且土壤呈堿性，而在堿性的環境中，對金屬接地體也會產生嚴重的腐蝕，如常用的鍍鋅扁鋼接地體因腐蝕導致其散流特性減弱，且使用壽命很短，埋設后一般從第二年電阻開始反彈，4~5年就需要重新改造一次，不但增加了工人的勞動強度，還造成了資金的浪費，而且因電阻不穩定，致使輸變電設施頻繁遭受雷擊，造成停電事故，給煤礦的安全生產帶來了隱患。

近年來，通過多次實踐檢驗，長效石墨防雷接地體正好解決這些疑難問題，施工方便，無需使用垂直接地體，不受地形限制，做環形或按照地勢隨意輻射，都可以達到規程要求的電阻值，且延長接地極時，連接處通過鉗壓的壓接方法實現連接，壓力為20 T~60 T，連接可靠。2011年我們采用長效石墨防雷接地體對四老溝礦副立井絞車、110 kV四燕線、35 kV四巖線、雁崖礦主井配電盤、火藥庫等處的防雷接地體進行了改造，實施改造后，從未因接地體的問題導致接地電阻不合格而發生雷電事故，而且電阻值穩定不反彈，電阻值測試情況如30頁表2。2014年10月再次到現場進行抽查，測試四燕線10#、四巖線5#、6#、7#、8#共5座鐵塔的接地電阻值均為15 Ω以下，滿足規程要求，且進一步說明4年來接地極的接地電阻值穩定不反彈，同時挖出接地體查看，無銹蝕氧化現象，且壓接部位連接可靠。

表2供電設施防雷接地體改造前后電阻值測試

4結語

根據煤礦供電的特殊性，長效石墨防雷接地體在煤礦機電系統的防雷工程中有廣闊的推廣應用前景。

馮海兵，男，1969年10月出生，2012年7月江蘇大學（電氣工程與自動化專業）畢業，現在大同煤礦集團電業公司工作，工程師。

Application of Long-lasting Graphite Lightning Protection Earthing Body in Power Transmission and Distribution of Datong Coal Mine Group

Feng Haibing

Abstract：For most power transmission and distribution facilities of Datong Coal Mine Group are in mountainous areas, affected by soil geology, lightning current cannot be ensured to discharge into the earth by earthing body of pure metal and composite, this leads to being struck of mechanical and electrical equipments and power transmission and distribution facilities by lightning, causes equipment damage or large area blackout accident, and brings the hidden danger for coal mine safety production, by theory and many times of practices in recent years, using long-lasting graphite lightning protection earthing body can effectively solve this difficult problem.

Key words：Long-lasting graphite; lightning protection; earthing body; power transmission and distribution

收稿日期：2016-01-02

作者簡介

中圖分類號TM862

文獻標識碼B

文章編號1000-4866 (2016) 01-0028-03