石墨基柔性接地体如何提升防雷效果

石墨基柔性接地体提升防雷效果的系统做法

一、优化接地结构与几何参数

在高土壤电阻率区域，优先通过延长水平接地体的射线长度、在水平接地体下铺设宽约300 mm的柔性降阻布来降低工频接地电阻，使其满足运行限值：变电站进线段杆塔不宜高于10 Ω，远区土壤电阻率较高区域不宜高于30 Ω。

针对特高压/高电压等级，工频短路引起的接地装置温升往往高于雷电流温升，是考核重点；应通过加大石墨截面积、优化射线布置来提升散流能力与热稳定性。

在土壤电阻率较大或限值难以达标时，可在射线末端增设柔性等离子接地极或接地模块，通过离子扩散或局部“火花效应”改善周围土壤导电性，进一步降低接地电阻。

二、强化引下线通流与分流能力

采用铠装石墨引下线并合理分段：外层带绝缘层+不锈钢铠装的段用于机械保护与过渡，靠近地面只含石墨编织层+不锈钢加强芯的段用于承担雷电流入地，便于评估大电流下的温升与电磁效应。

通过模块化连接（如挂盘、连接器、引流盘、针刺石墨线）提升有效散流长度与电流分布均匀性，降低冲击接地电阻。工程做法包括：

使用引下线挂盘快速固定，上下连接器实现多段石墨绳可靠连接；

在末端设置引流盘+针刺石墨线，扩大电流传导路径、加大分流，改善冲击特性。

仿真显示，雷击塔顶时四个塔脚分流差异通常不高于1%，有利于均衡入地并降低局部过热风险。

三、利用火花效应与复合降阻手段

在接地体本体连接针刺石墨（与本体夹角不为0°），利用其局部强电场触发的火花效应降低冲击接地电阻；针刺石墨长度宜为本体长度的1%～25%，可在相同或不同位置布置（同一位置不宜高于两段）。

典型算例（数值仿真）：水平本体长度40 m、直径28 mm、土壤电阻率1000 Ω·m、雷电流波形2.6/50 μs、峰值50 kA时，只本体时冲击接地电阻约28.86 Ω；在与本体成90°位置增设两段各2.5 m针刺石墨后，降到约27.65 Ω。

在高阻土壤或限值边缘场景，可将针刺石墨与柔性等离子接地极/接地模块联合使用，兼顾“火花效应+降阻介质改性”，提升综合防雷效果。

四、控制温升与热稳定边界

石墨材料在约300℃附近会出现冒烟与性能劣化，工程上应将大电流工况下的温升限制在不高于约280℃（常温20℃起算）。

雷电流持续时间短（约50 μs），温升计算可主要考虑材料自身电磁损耗发热；而工频短路电流持续时间可达约0.5 s，往往是热稳定的控制工况，需通过加大截面、优化布置与材料选型来阻止温升。

引下线分段评估时，可截取承担雷电流的关键段进行电流场—磁场耦合时域仿真，校核峰值温升与电磁体积损耗密度。

五、施工与运维要点

沟槽与回填：沟宽约300～500 mm、沟深约800～1000 mm；沟底铺50～100 mm细土层；回填先细湿土/粘土并充分浇水灌透，再分层回填夯实，以降低接触电阻与季节性波动。

连接与敷设：接头优先采用绑扎或专门连接器，避免利器损坏导电层；敷设时避免大角度弯折；完成后用摇表实测接地电阻，必要时增加长度/射线数量直到达标。

运行复核：结合土壤季节性与改造工程，定期复测接地电阻与连接状态，必要时通过增设射线、针刺石墨或复合降阻单元进行微调。