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【摘要】在目前的10KV架空线路和配电所的接地体中，人工接地体仍占相当的比例。由于人工接地体易被盗窃、腐蚀和破坏，从而给设备的安全使用带来了严重的威胁，而自然接地体不仅能够很好地避免环境因素、自然因素和人为因素对其造成的不利影响，而且还可以提高设备运行的可靠性和安全性，因此，值得推广和使用。
【关键词】人工接地体；自然接地体；架空线路；配电房；接地装置
配电房与架空线路的接地体既有人工接地体，又有自然接地体。用钢管、角钢、扁钢和钢筋等钢材制成的，具有一定形状，埋有一定深度，并用扁钢或钢筋与防雷、接地系统相连的接地体称为人工接地体；自然接地体又称为基础接地体，一般指将建筑物或构筑物基础中的金属结构相互连接，从而形成电气回路來作为接地体使用。由于自然接地体具有制作方便、安全可靠、节约钢材、寿命较长和不易损坏等优点，而被广泛地作为配电房和架空线路的接地体，并取得了较好的经济效益和安全效益。
下面，笔者就针对10KV架空线路和配电所的接地体发表如下看法：
1人工接地体的应用
在目前的10KV架空线路和配电所的接地体中，人工接地体仍占相当的比例。在架空线路方面，通常是先在预定的位置上竖立电杆，再架线和通电，若需要在其中的某个电杆位置的附近搭接用电设备，则可在该电杆上安装跌落式熔断器或开关后通电。为保障用电设备的安全工作，常将一根长为2.5米的∠50×50×5热镀锌角钢埋入地下，在地面上预留出几十厘米，再将开关外壳、避雷器和接地极用绝缘铜导线进行连接。在配电所方面，通常是在配电所所在建筑墙体外进行环状埋设接地极，该环距离墙体的距离为3米，接地极所用材料为长2.5米的∠50×50×5热镀锌角钢，每根角钢的间距为5米，埋设深度为角钢的顶端在地面下80厘米，然后将所有接地极用50×5的热镀锌扁钢焊接为一个封闭环。最后在环的不同位置用上述扁钢向配电房内引入2条以上的接地线，以将设备接地。
2人工接地体存在的问题
2.1环境对人工接地体的影响
当需要在架空线路中的某个电杆附近搭接用电设备时，需要在该电杆的旁边埋设接地极，而该电杆所处的位置下面可能有石块层或旁边都是混凝土路面，这将给接地极的埋设带来很大困难。若在土壤电阻率较高的地方或地势较高的丘陵地带，仅在电杆旁边埋设接地极可能仍无法满足电阻的设计要求，而在规定距离之外可能有其他建筑物或为混凝土路面，从而不满进行大面积开挖，使第2根接地极无法埋设。
配电房一般是通过热镀锌扁钢将室外接地极和设备相连，在竣工前通常都会将连接线用混凝土进行覆盖，随着时间的推移，房屋和路面会出现不同程度的沉降，由于两者沉降的不一致性，会将接地线拉断，那么设备的接地线相应地也就失去了接地的作用。设备线路一旦出现过高压（如雷击）或发生泄漏现象，将使设备的外壳及其他金属携带过高电压。
2.2自然因素对人工接地体的影响
由于沿海地区是盐碱环境，其对接地体的腐蚀非常严重，如广东、浙江等地的沿海城市，其电房的接地装置在使用5-8年左右后，都出现了非常严重的腐蚀，从而对设备的安全使用带来了严重的威胁。
2.3人为因素对人工接地体的影响
由于电杆上的配电设备是用金属铝或铜与接地极进行连接的，而其又都处在无人看守的野外，因此，会经常发生被盗窃的现象。另外，配电房的外空地也常在供电部门毫不知情的情况下被开挖，用于城市的绿化，而在开挖的过程中，这些人工接地体很容易被拉断，若在施工时不发现，以后就很难知晓。以上这些都给人工接地体造成了极大的安全隐患。
3自然接地体的应用
对于上述人工接地体出现的问题，我们设计了自然接地体以取代原有的人工接地体，它一般采用建筑物地梁内或水泥杆塔内的钢筋作为接地极。只要自然接地体的接地电阻能够达到要求，我们就可免去使用人工接地体。实践证明，采用自然接地体都符合接地电阻值≤4Ω的规定。
由于土壤的电阻率较大，有的地方可以达到100Ω·m，因此，在电杆的底部可以增加一个人工接地装置，并用短路环将电杆内的钢筋焊接连通，具体见图1。这种电杆具有很好密封性，因此也具有较高的耐腐蚀性和抗冻性。我们对几处具有代表性的15米电杆的接地电阻进行了测量，其数值见表2。实践证明，都符合接地电阻值≤10Ω的规定。
图1 电杆内部钢筋结构示意图
表2采用自然接地体所测的15米电杆接地电阻值
4自然接地体的应用效果
4.1自然接地体可有效地避免雷击热效应
通常情况下，避雷系统的接地电阻越小，其散流越快；高电位保持时间越短，接触电压和跨步电压也越小。当雷电击中架空线路时，雷电流会通过电杆内的钢筋传给大地，同时使电杆内的钢筋温度快速升高，减小水泥和钢筋的结合力，若钢筋温度高达350至400℃，水泥和钢筋之间的结合力将被完全破坏，混凝土的保护层也将出现纵向及横向的裂纹。所以，我们要求钢筋的温度最好低于100℃。为了计算电杆自然接地体中钢筋的热效应，我们可用如下公式⑴进行计算钢筋的截面积。其中代表接地短路电流的大小；代表集肤效应系数，通常取=1.05；代表钢电阻温度系数；代表短路时间的长短；代表钢筋在20℃时的电阻系数，通常取=0.145Ω·mm/m；代表钢筋比热的大小，通常取= 0.5 W·s /（g·℃）；代表钢筋密度的大小，通常取= 7.85；代表温度升高值，通常低于60℃。
⑴
若=108KA，=0.62s(这种取值已涵盖90%以上的雷电)，经计算可知，当=60℃，其=2371，而现在电杆内部的钢筋有16根，其直径为14mm，故截面积为2461.76，所以适合雷击热效应的需求。
4.2自然接地体可有效地避免环境因素、自然因素和人为因素的影响
由于自然接地体用建筑物地梁内或水泥杆塔内的钢筋作为接地极，配电所室外不再有接地装置，因此，可有效地避免室外开挖和沉降对其造成的破坏，另外，因为地接地极被密封在混凝土内部，这样可以有效地预防腐蚀，而且可以防盗。自从我市采用了自然接地体后，再未发生一例盗取接地线的事件，从而大大地降低了接地导线的补充，保证了设备能够可靠地工作，并免去了对接地装置的日常维护工作。
5总结
本文所介绍的自然接地体可以作为人工接地体的有效取代物，该接地体在一般的配电所和架空线路的基础接地方面均符合相应的规定和要求，它不仅可以消除环境因素、自然因素和人为因素对其的不利影响，而且还可以提高设备运行的可靠性和安全性，因此，值得推广和使用。
参考文献
[1]李成纲.自然接地体在接地系统中的利用[J].水泥工程,2010,3:70-71.
[2]徐龙成.自然接地体接地技术与应用[J].中国科技信息,2007,17:80-81.
[3]孙小玲,张凤霞.对电力免维护接地装置的探讨[J].中国水能及电气化,2011,3(3):23-26.
[4]张世亮.架空输电线路接地装置设计中的几个要点[J].企业技术开发,2010,29(5):50-58.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】人工接地体；自然接地体；架空线路；配电房；接地装置
配电房与架空线路的接地体既有人工接地体，又有自然接地体。用钢管、角钢、扁钢和钢筋等钢材制成的，具有一定形状，埋有一定深度，并用扁钢或钢筋与防雷、接地系统相连的接地体称为人工接地体；自然接地体又称为基础接地体，一般指将建筑物或构筑物基础中的金属结构相互连接，从而形成电气回路來作为接地体使用。由于自然接地体具有制作方便、安全可靠、节约钢材、寿命较长和不易损坏等优点，而被广泛地作为配电房和架空线路的接地体，并取得了较好的经济效益和安全效益。
下面，笔者就针对10KV架空线路和配电所的接地体发表如下看法：
1人工接地体的应用
在目前的10KV架空线路和配电所的接地体中，人工接地体仍占相当的比例。在架空线路方面，通常是先在预定的位置上竖立电杆，再架线和通电，若需要在其中的某个电杆位置的附近搭接用电设备，则可在该电杆上安装跌落式熔断器或开关后通电。为保障用电设备的安全工作，常将一根长为2.5米的∠50×50×5热镀锌角钢埋入地下，在地面上预留出几十厘米，再将开关外壳、避雷器和接地极用绝缘铜导线进行连接。在配电所方面，通常是在配电所所在建筑墙体外进行环状埋设接地极，该环距离墙体的距离为3米，接地极所用材料为长2.5米的∠50×50×5热镀锌角钢，每根角钢的间距为5米，埋设深度为角钢的顶端在地面下80厘米，然后将所有接地极用50×5的热镀锌扁钢焊接为一个封闭环。最后在环的不同位置用上述扁钢向配电房内引入2条以上的接地线，以将设备接地。
2人工接地体存在的问题
2.1环境对人工接地体的影响
当需要在架空线路中的某个电杆附近搭接用电设备时，需要在该电杆的旁边埋设接地极，而该电杆所处的位置下面可能有石块层或旁边都是混凝土路面，这将给接地极的埋设带来很大困难。若在土壤电阻率较高的地方或地势较高的丘陵地带，仅在电杆旁边埋设接地极可能仍无法满足电阻的设计要求，而在规定距离之外可能有其他建筑物或为混凝土路面，从而不满进行大面积开挖，使第2根接地极无法埋设。
配电房一般是通过热镀锌扁钢将室外接地极和设备相连，在竣工前通常都会将连接线用混凝土进行覆盖，随着时间的推移，房屋和路面会出现不同程度的沉降，由于两者沉降的不一致性，会将接地线拉断，那么设备的接地线相应地也就失去了接地的作用。设备线路一旦出现过高压（如雷击）或发生泄漏现象，将使设备的外壳及其他金属携带过高电压。
2.2自然因素对人工接地体的影响
由于沿海地区是盐碱环境，其对接地体的腐蚀非常严重，如广东、浙江等地的沿海城市，其电房的接地装置在使用5-8年左右后，都出现了非常严重的腐蚀，从而对设备的安全使用带来了严重的威胁。
2.3人为因素对人工接地体的影响
由于电杆上的配电设备是用金属铝或铜与接地极进行连接的，而其又都处在无人看守的野外，因此，会经常发生被盗窃的现象。另外，配电房的外空地也常在供电部门毫不知情的情况下被开挖，用于城市的绿化，而在开挖的过程中，这些人工接地体很容易被拉断，若在施工时不发现，以后就很难知晓。以上这些都给人工接地体造成了极大的安全隐患。
3自然接地体的应用
对于上述人工接地体出现的问题，我们设计了自然接地体以取代原有的人工接地体，它一般采用建筑物地梁内或水泥杆塔内的钢筋作为接地极。只要自然接地体的接地电阻能够达到要求，我们就可免去使用人工接地体。实践证明，采用自然接地体都符合接地电阻值≤4Ω的规定。
由于土壤的电阻率较大，有的地方可以达到100Ω·m，因此，在电杆的底部可以增加一个人工接地装置，并用短路环将电杆内的钢筋焊接连通，具体见图1。这种电杆具有很好密封性，因此也具有较高的耐腐蚀性和抗冻性。我们对几处具有代表性的15米电杆的接地电阻进行了测量，其数值见表2。实践证明，都符合接地电阻值≤10Ω的规定。
图1 电杆内部钢筋结构示意图
表2采用自然接地体所测的15米电杆接地电阻值
4自然接地体的应用效果
4.1自然接地体可有效地避免雷击热效应
通常情况下，避雷系统的接地电阻越小，其散流越快；高电位保持时间越短，接触电压和跨步电压也越小。当雷电击中架空线路时，雷电流会通过电杆内的钢筋传给大地，同时使电杆内的钢筋温度快速升高，减小水泥和钢筋的结合力，若钢筋温度高达350至400℃，水泥和钢筋之间的结合力将被完全破坏，混凝土的保护层也将出现纵向及横向的裂纹。所以，我们要求钢筋的温度最好低于100℃。为了计算电杆自然接地体中钢筋的热效应，我们可用如下公式⑴进行计算钢筋的截面积。其中代表接地短路电流的大小；代表集肤效应系数，通常取=1.05；代表钢电阻温度系数；代表短路时间的长短；代表钢筋在20℃时的电阻系数，通常取=0.145Ω·mm/m；代表钢筋比热的大小，通常取= 0.5 W·s /（g·℃）；代表钢筋密度的大小，通常取= 7.85；代表温度升高值，通常低于60℃。
⑴
若=108KA，=0.62s(这种取值已涵盖90%以上的雷电)，经计算可知，当=60℃，其=2371，而现在电杆内部的钢筋有16根，其直径为14mm，故截面积为2461.76，所以适合雷击热效应的需求。
4.2自然接地体可有效地避免环境因素、自然因素和人为因素的影响
由于自然接地体用建筑物地梁内或水泥杆塔内的钢筋作为接地极，配电所室外不再有接地装置，因此，可有效地避免室外开挖和沉降对其造成的破坏，另外，因为地接地极被密封在混凝土内部，这样可以有效地预防腐蚀，而且可以防盗。自从我市采用了自然接地体后，再未发生一例盗取接地线的事件，从而大大地降低了接地导线的补充，保证了设备能够可靠地工作，并免去了对接地装置的日常维护工作。
5总结
本文所介绍的自然接地体可以作为人工接地体的有效取代物，该接地体在一般的配电所和架空线路的基础接地方面均符合相应的规定和要求，它不仅可以消除环境因素、自然因素和人为因素对其的不利影响，而且还可以提高设备运行的可靠性和安全性，因此，值得推广和使用。
参考文献
[1]李成纲.自然接地体在接地系统中的利用[J].水泥工程,2010,3:70-71.
[2]徐龙成.自然接地体接地技术与应用[J].中国科技信息,2007,17:80-81.
[3]孙小玲,张凤霞.对电力免维护接地装置的探讨[J].中国水能及电气化,2011,3(3):23-26.
[4]张世亮.架空输电线路接地装置设计中的几个要点[J].企业技术开发,2010,29(5):50-58.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。