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為解決山區桿塔接地土壤電阻率高的問題，廣東電網有限責任公司汕頭供電局、武漢億之烽科技有限公司的研究人員曾挺、吳哲、孔祥美、劉成剛、徐亮朝，在 2020 年第 3 期《電氣技術》雜志上撰文，提出了柔性石墨纜在山區線路桿塔接地中的應用研究。

結合石墨基柔性接地體原材料特性，對接地外觀、尺寸及允差、石墨覆金屬線、電氣性能和機械性能的接地條件展開分析，通過實際案例，驗證了柔性石墨纜在接地中的應用研究，有效控制接地電阻在規程范圍內，具有實用價值。

山區桿塔建設一直是電網發展重點，桿塔接地電阻偏大是引起線路跳閘的主要原因。山區桿塔接地具有以下特點：①山區海拔高，地勢起伏，地形復雜，塔周圍土壤較差，土壤電阻率較高；②采用接地體為金屬接地體，經過長時間的運行后局部腐蝕嚴重，難以維護；③山區交通不便，大型接地系統運輸存在問題，實際施工難度較大。

近年來，國內外學者對上述問題進行深入研究，一種新型石墨接地材料應運而生，因此，本文依據接地電纜自身形狀，對柔性石墨纜在山區線路桿塔接地中的應用展開研究。

針對傳統扁平式設計無法在高電阻、高腐蝕情況下得到高效使用的問題，需結合非金屬導電體柔性石墨纜結構屬性，設計接地技術條件，并通過實例驗證柔性石墨纜在山區線路桿塔接地中的應用情況。

1 接地材料特性

以往山區線路桿塔接地通常以鍍鋅鋼塔為基礎材料，鍍鋅能夠對接地線起到一定保護作用，降低腐蝕程度，但焊接頭作為鍍鋅鋼塔的基點，易受外界腐蝕，容易損壞，遠遠不能滿足輸電線路接地材料使用壽命的標準。

近年來，銅包鋼材料在腐蝕性較強的地區得到了廣泛應用，銅作為防腐層，具有良好的防腐性能。然而，當接地體受到外界因素影響而出現彎曲現象時，其表面的銅線開始損壞，內置的線頭開始外漏。而柔性石墨纜結構，屬于一種非金屬導電體，具有耐腐蝕、耐酸堿、穩定性強、不生銹、安裝便捷的優勢，在高電阻率、高腐蝕領域得到更多應用。

石墨電纜結構采用編織網的形式，較傳統扁平式設計方法，具有方便設備連接，承載能力相對較強等優點。此外，石墨電纜溫度使用范圍為 [-60℃, 200℃]，具有耐腐蝕、阻燃、易形成的優勢。

2 接地技術條件

1）外觀

石墨基柔性接地體外觀應嚴密均勻，無明顯斷開點，表面應編織成網狀，裸線、帶、線等金屬導體不應夾在接地體內。

2）尺寸及允差

柔性石墨基礎接地體應保持圓形或矩形截面形式，矩形或圓形截面直徑寬度和厚度的允許誤差應小于 5%，總接地體金屬導體橫截面積不得大于接地體總橫截面積的 10%。

3）石墨覆金屬線

涂石墨金屬絲需要在銅線或其他金屬絲表面均勻、緊密、完整地涂上碳納米管導電膠，不存在裸露金屬導體，石墨層在室溫下的剝離力不應小于 10N/mm。

4）電氣性能

（1）直流電阻

石墨基柔性接地體直流電阻應符合表 1 的規定。

表 1 石墨基柔性接地體直流電阻規定（室溫下）

（2）工頻電流耐受性能

針對電源頻率電流測試，其產品外觀不應該消融或膨脹，受到的溫度不高于 120℃，直流電阻不大于 10% 的單位阻值增長。柔性石墨基礎接地頻率電流參數公差應符合表 2 中的值。

（3）雷電流沖擊耐受性能

根據上述內容，在 50kA 標準雷電電流沖擊下進行耐受試驗，溫升不高于 120℃，試樣外觀不應有斷股、燒蝕、鼓包等缺陷，單位長度直流電阻增大范圍不超過 10%。

表 2 石墨基柔性接地體工頻電流耐受值（室溫下）

5）機械性能

彎曲半徑不應大于 30cm，經過 90°彎曲后分別進行正向和反向方向觀測，樣品的外觀不應該出現斷鏈和破損等現象，直流電阻單位長度增加不應超過 10%。在 180°/ m 扭曲狀態下堅持 10s，此時樣品的外觀不應該出現斷鏈和破損等現象，直流電阻單位長度增加范圍不超過 10%。石墨基柔性接地體耐浸泡腐蝕性能應符合下列要求。

（1）耐堿性：在室溫下浸入 5%NaOH 溶液中 48h，每單位長度直流電阻增加范圍不超過 10%。（2）酸性：在 5% H2SO4 溶液中室溫下存儲 48h，直流電阻增加范圍不超過 10%。（3）耐鹽水性：在 3.5% 氯化鈉溶液室溫下存儲 72h，直流電阻增加范圍不超過 10%。

經過 100℃烘烤 2h 后，回到室溫，重復上述拉伸試驗，單位長度的直流電阻增加不超過 10%。在?60℃冷凍 2h 后，回到室溫，重復規定的拉伸試驗，單位長度的直流電阻增加仍然不超過 10%。阻燃性能試驗按 GB/T 10707 規定的垂直燃燒法進行，燃燒性能等級為 FV-0。

3 應用案例

廣東汕頭東北部、西北、西南，有蓮花山脈、桑浦山及大南山等山地區，大部分屬亞熱帶，處于赤道低氣壓帶和副熱帶高氣壓帶之間，輸電塔位于山頂和山坡上，塔周圍的植物受地形、土壤差異影響，生長狀態也不同，因此，本文選取了兩種典型的地形進行了分析，對鐵塔的實際應用進行了分析。

3.1 接地電阻設置

依據標準通信設備電氣接地設計標準，針對不同土壤電阻率，分析接地電阻大小，見表 3。

表 3 工頻接地電阻要求

根據上述工頻接地電阻要求，完成接地電阻的設置。

3.2 應用環境及實驗數據準備

塔周圍地形復雜、有茂密的森林、雜草叢生的土壤，略微潮濕的表面土壤和巖石環境。塔的東西兩側垂直下坡，坡下植被茂密；北側是坡下坡，沒有道路，坡下植被茂密；南側是一條上坡路，兩側適合延伸。其環境示意圖如圖 1 所示。

圖 1 環境示意圖

將接地體置于該層具有良好的減阻效果，選用直徑 28mm 的柔性石墨接地體，敷設深度為 0.6m，塔根設為 10m 長的方形接地體，接地體的方角選擇了一個注流點，根據塔周圍地形和土壤電阻率，位于一個凸點上設置約 2m 左右的下坡，并將其分散在地下。接地體位置，第一位在第一象限，其余三位依次逆時針接地到位，四位接地長度都為 30m 左右。接地電阻計算為 13.7Ω（要求值 20Ω）。

在接地桿塔基礎周圍開挖方形接地體，邊長 10m，深 0.6m，清理石塊及雜物，將柔性石墨纜鋪設在溝槽底部，細土回填后，對接地電阻值進行測試，以滿足設計標準。

3.3 應用結果與分析

從廣東某山區輸電塔數據庫中選取鍍鋅圓鋼、接地模塊和柔性石墨纜的接地材料總經費進行對比分析，選取的是近 40 年的數據。表 4 給出了工程實際采用方案與只采用鍍鋅鋼接地材料的經濟性對比，為了增加可比性，將鍍鋅鋼配接地模塊方案的 40 年總投資也列于表 4 中。

表 4 接地材料經費對比

由表 4 可以看出，柔性石墨纜接地方案明顯優于傳統的接地方案，40 年總投資可減少約 46%。在該接地方案基礎上，將石墨柔性接地體與傳統材料在不同溫度下硬度進行對比分析，結果見表 5。

表 5 石墨柔性接地體與傳統材料硬度對比分析

由表 5 可知，隨著溫度升高，兩種材料硬度都逐漸降低。但在 10℃～30℃常溫范圍內，石墨柔性接地體硬度始終保持在 630HBW，而傳統材料硬度在溫度為 20℃時就開始下降，由此可知，在不同溫度下石墨柔性接地體硬度較高，機械性能相對較好。

4 結論

結合山區線路環境，分析柔性石墨纜在山區線路桿塔接地中的應用，依據山區地形的基本特征，設計具體應用方案，并對其應用的壽命周期進行分析。設計具體應用實例，研究結果表明，柔性石墨纜耗費的總經費明顯少于傳統接地方案，電阻相對穩定，安裝十分簡便，從整個使用周期來看，具有較大經濟效益。

由于受到條件限制，導致研究結果僅僅依賴于理論數據，因此，在今后研究進程中，對其應用在不同場景進行分析，以此保證研究內容更貼近實際生活，為其廣泛應用奠定基礎。

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