输电线路灌注桩基础自然接地电阻的测试和理论计算
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混凝土电阻率 近似值/(Ω·m)
40~55 100~200 500~1 300
计算值/ Ω
0.58~0.80 1.45~2.90 7.26~18.86
规程 要求值/Ω
10 15 20
是否 满足要求
满足 满足 满足
径为 20 mm 的圆钢，桩埋入土的深度为 10 m 时， 工频电阻完全满足《110~500 kV 架空送电线路设计
率不超过 100 Ω·m 或有运行经验的地区可不另设人
工接地装置[3]。
1.2 文献[4]的相关规定
根据文献[4]第 3.1 条，电力系统中电气装置、
设施的某些可导电部分应接地。接地装置应充分利
用自然接地极接地，但应校验自然接地极的热稳定
性。根据文献[4]第 6.3.1 条，在土壤电阻率ρ 不大
于 100 Ω·m 的潮湿地区，高压架空线路杆塔的接
技术规程》DL/T 5092–1999 第 9.0.11 条的要求。 3.3 灌注桩基础工频接地电阻的实测数据
2007 年入秋以来，佛山 5 区的降雨量明显少于
往年。佛山市气象台的数据显示，与此前 30 年 11 月份的降雨量平均值相比，全市南海、三水、顺德
3 个观测点 11 月份的降雨量分别减少了 91%、94% 和 99.4%，12 月份的降雨量目前仍未超过 10mm[9]。
张文亮，马恒信，张 栋
（佛山电力设计院有限公司，广东省 佛山市 528200）
Testing and Theoretic Calculation on Natural Grounding Resistance of Affused Stake Foundation of Electric Transmission Lines
抗(电阻)小于杆塔的接地阻抗，因此当雷电流泄放
时，架空地线可以分担一部分雷电流。所以以上计
算结果偏于安全。
从以上分析可知，由于雷电流波形是瞬态波，
冲击电流持续时间很短，在接地电阻较小的情况
下，接地体钢筋的温升是有限的。所以，只要灌注
桩基础主筋和接地连接筋满足上述要求，雷电流使
混凝土结合力被破坏的可能性几乎为 0。因此，本
2 自然接地体的热稳定验算
2.1 雷电流的热效应 当架空线路杆塔遭受雷击时，极大的雷电流将
使导体温度迅速升高，这被称为雷电流的热效应。 钢筋流过大电流，因发热而温度升高，能使水泥和钢 筋的结合力显著减小。当钢筋温度达到 350~ 400℃ 时，结合力将全部破坏，并使混凝土保护层产生横 向和纵向裂纹。因此，钢筋的温度不应大于 100℃[7-8]。
在这样的重旱季节，测量所得的电阻率比较真实，
所以不用再考虑季节系数。2007 年 12 月，本文对 已施工 1 年多但未组塔的灌注桩基础进行了工频接
地电阻实测，部分灌注桩基础工频接地电阻的实测
值与理论值见表 3。
表 3 灌注桩基础工频接地电阻的实测值与理论值
序号
基础编号和 桩长
土质
1 利用自然接地的理论根据
1.1 文献[2]的相关规定 根据有关规程规定，灌注桩基础完全可以利用
地下结构钢筋作为自然接地体，当自然接地体满足 规程规定时，完全可以不敷设人工接地体。根据文 献[2]第 9.0.11 条的规定，对于土壤电阻率较低的地 区，如果杆塔的自然接地电阻不大于表 1 中所列的 数值，可不装人工接地体[2]。
第 32 卷 增刊 1 2008 年 6 月
文章编号：1000-3673（2008）S1-0162-05
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM85 文献标识码：A
Vol. 32 Supplement 1 Jun. 2008
学科代码：470·4037
输电线路灌注桩基础自然接地电阻的 测试和理论计算
为此，当采用灌注桩基础的钢筋作为自然接
地装置时，必须验算钢筋截面是否满足热效应的
要求。根据文献[1]，热效应的钢筋截面 A 的计算 式[7]为
A ≥ Ik
Pk1k2t Cr∆T
(1)
式中：A 为钢筋总面积，mm2；Ik 为接地短路电流，
kA；t 为短路时间，s；P 为钢筋 20℃时的电阻系数，
一般取 0.145 Ω·mm2/m；C 为钢筋比热，一般取
ZHANG Wen-liang，MA Heng-xin，ZHANG Dong
（Foshan Power Design Institute Limited Company，Foshan 528200，Guangdong Province，China）
摘要：对 110 kV 及以上电压等级的输电线路灌注桩基础进 行了自然接地电阻测试和理论计算，根据测试分析和理论分 析计算结果可知，当土壤电阻率较小时，灌注桩基础可不装 设人工接地体。
文得出如下结论：目前的灌注桩基础设计满足雷电
流的热效应要求。
2.2 雷电流的冲击效应
雷电流的冲击效应是指雷击于树木或建筑物
构件时，被击物体内部瞬时产生大量的热量，使内
部水分瞬间蒸发并膨胀，产生巨大的内压力而爆炸。
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张文亮等：输电线路灌注桩基础自然接地电阻的测试和理论计算
Vol. 32 Supplement 1
电流密度满足要求。因此本文得到如下结论：目前的
灌注桩基础设计满足雷电流的冲击效应要求。
3 自然接地的理论计算和实测验算结果
3.1 概述
根据上述分析，利用灌注桩基础地下结构钢筋
作为自然接地是有理论根据的，其雷电流的热稳定
验算也满足要求，下文通过理论计算和实测分析讨
论这种自然接地的接地电阻是否能够满足文献[2]
钢筋的温度不大于 60℃时对应的钢筋截面积为
2 371 mm2，这相当于 8 根直径为 20 mm 的圆钢，
如果将其分配至铁塔的 4 个灌注桩上，仅需 2 根直
径为 20 mm 的圆钢即可，而灌注桩基础的主筋截面
都超过该数值。但对于整个基础混凝土内的通流通
道来说，钢筋截面最薄弱处为地脚螺栓与基础主筋
0.5 W·s/(g℃)；r 为钢筋密度，一般取 7.85 g/cm3；
∆T 为温升，一般不大于 60℃；k1 为集肤效应系数，
一般取 1.05；k2 为钢电阻温度系数。
由式(1)可知，当雷电流为 108 kA、持续时间为
0.62 s 时，大于 108 kA 的雷电流仅占 10%，一次雷
电放电的总持续时间大于 0.62 s 的仅占 5%，所以这 样的取值能包含 90%以上的情况[8]。经验算可知，
中的防雷要求。
3.2 灌注桩基础工频接地电阻的理论计算结果
灌注桩基础属深埋基础，其工频接地电阻按垂直
接地极计算。垂直接地极的接地电阻的计算式[4]为
Rv
=
ρ 2πl
⎛ ⎜⎝
ln
8l d
− 1⎞⎟⎠
(3)
式中：Rv 为垂直接地极的接地电阻，Ω；ρ 为土壤
电阻率，Ω·m，本文采用混凝土电阻率，参考值见
文献[4]的附录 F；l 为垂直接地体长度，m；d 为接
地装置可利用铁塔和钢筋混凝土杆自然接地。在居
民区，当自然接地电阻符合要求时，可不设人工接
地装置。文献[4]第 7.2.7 条规定，土壤电阻率在
200 Ω·m 及以下地区的铁横担钢筋混凝土杆线路，可
不另设人工接地装置[4]。另外，《电力设备接地设计
技术规程》也有相同的条文[5]。因此可理解为，只要
灌注桩基础的自然接地体满足热稳定要求，土壤电
近 10 年来，佛山市架空线路杆塔基础大量采 用了灌注桩基础，对于灌注桩基础进行接地设计也 采用常规的做法，即另外敷设独立的人工接地装 置。有不少技术人员认为将利用灌注桩基础自然接 地的方法作为防雷措施是不可靠的。本文认为，由 于灌注桩基础的主筋和纵向箍筋相互焊接成一个 整体，形成一个庞大的等电位体法拉第笼，这个法 拉第笼的接地电阻往往很小，因此完全可以作为杆 塔自然接地装置来用。
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地区，本文认为这是一个相对的概念，佛山市很多
地区属于三角洲冲积平原，地下水较丰富，松散状
软塑淤泥质土较厚，即使在干燥季节，这些地区的
土壤电阻率也往往在 100 Ω·m 以下，所以这些地区
可视为土壤电阻率较低的地区。
另外，文献[3]第 6.1.7 条也规定，钢筋混凝土
杆和铁塔应充分利用其自然接地作用，在土壤电阻
根据式(2)，当稳定温升为 60℃、接地电阻率为
100 Ω·m、短路时间为 0.62 s 时，Jy 为 0.120 5 A/mm2。 根据模型试验结果，潮湿状态的混凝土，电流密度的
极限值范围为 4.2~15.7 A/mm2，同时，雷电流流过混
凝土时，无累积的破坏效应[7]。根据上述计算结果可
知，雷电流流过灌注桩基础时钢筋与混凝土接触面的
关键词：架空输电线路；灌注桩基础；土壤电阻率；自然接 地电阻；人工接地体
0 引言
架空线路杆塔接地装置的主要作用是迅速将 雷电流在大地中扩散泄导，以保持线路具有一定的 耐雷水平。杆塔接地电阻值愈小，其耐雷水平就愈 高，所以降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平、 减少线路雷击跳闸的主要措施。佛山市是雷暴高发 地区，每年平均雷暴日约 85 d，给电网的安全稳定 运行和安全可靠供电带来了极大的压力。根据佛山 供电局 1998~2007 年架空线路故障统计结果，雷击 故障占 75%左右。所以，作好架空线路的防雷工作 是保证电网安全的一项十分重要的工作。
地体圆钢直径，本文采用灌注桩主筋直径。
根据式(3)，假设灌注桩基础主筋采用 8 根直径 为 20 mm 的圆钢，桩埋入土的深度为 10 m。不同土 壤下，每根灌注桩基础工频接地电阻的计算结果见
表 2。由表 2 可知，当灌注桩基础主筋采用 8 根直
表 2 灌注桩基础工频接地电阻的计算结果
