新型接地材料在配电系统中的应用

第32卷 2010年6月 湖州师范学院学报

Jo ur nal of Huzhou T eachers College

Vo l.32

Jun.2010

新型接地材料在配电系统中的应用＊

桑文斌,赵　磊

(安吉县供电局,浙江安吉313300)

摘　要:国际上已普遍采用镀铜钢接地棒作为配电尤其是城市供电接地主要材料.该文通过腐蚀情况,截面积比较,非开挖形式施工特点来比较镀铜钢接地棒与传统角钢作为接地材料的技术性能;通过镀铜钢接地棒与角钢在实际配电系统中应用的经济比较,来说明在中国配电系统尤其是城市配电网中采用镀铜钢接地棒取代角钢作为主要垂直接地极的合理性和必要性,以及在城市配电系统中应用镀铜钢接地棒的可行性.

关键词:新型接地材料;镀铜钢;接地棒;角钢;配电系统;可行性

中图分类号:T M726.1文献标识码:A文章编号:1009-1734(2010)S0-0145-03

随着电力系统的发展,由于雷击而引起的事故日益增多.安吉供电局2008年公布的电网故障分类表明,雷击引起的事故占所有事故的51%;50%以上的电力系统故障是由于雷击输电线路引起的.经分析,电网线路遭雷击跳闸占整个电网跳闸总数的70%～80%以上.特别是随着供电网络的不断发展,供电设备越来越向小型化智能化发展,配电网络的接地电阻越来越难以达到要求,从而导致雷击跳闸事故占供电事故的比例越来越高.由于镀锌钢接地材料存在一些缺点,以及近年来接地网事故的不断增多,所以目前全国大部分地区已开始选用热稳定性能好、导电性能强、耐腐性强的铜材或镀铜钢材料做接地,其连接采用先进的放热焊接技术.国家电网公司“25项重大反措”明文规定,“在腐蚀性比较严重的枢纽变电站宜采用铜材接地网”.当土壤电阻率小于100Ψm时,宜采用铜质材料的接地网.镀铜钢接地棒由于其良好的防腐性能和微创手术式便捷施工工艺而在城市配网中得到了大量的推广和应用.

1　技术比较

1.1　性能比较

镀铜钢接地棒与镀锌角钢等接地体的差异比较可以从导电性、热稳定性、耐腐蚀性等方面进行.①以铜的导电率为100%,镀铜钢接地棒的导电率为20%,而镀锌钢的导电率只有8.6%.镀铜钢接地棒是镀锌钢导电率的2.3倍.加上铜的磁导率是钢的1/636,在雷电高频电流情况下,镀铜钢接地棒的冲击接地电阻要比镀锌钢好得多.②铜的熔点为1083℃,短路时最高允许温度为450℃;镀铜钢材熔点为1084℃,短时允许温度为450℃;而钢的熔点为1510℃,短路时最高允许温度为400℃.因此,接地体截面相同时,铜材热稳定性较好.同等热稳定性能时,镀锌钢接地体所需的截面积为铜材的三倍,是镀铜钢接地棒的两倍.③接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式,在多数情况下,这两种腐蚀同时存在.铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10～1/50,而且电气性能稳定.铜的表面会产生附着性极强的氧化物(铜绿),能够对内部的铜起很好的保护作用,阻断腐蚀的形成.当铜与其它金属(钢结构、水管、气管、电缆护套等)共存地下时,铜作为阴极不会受腐蚀,腐蚀的是后者.

1.2　铜或镀铜钢接地体施工方便

设计推荐水平主网采用铜或镀铜钢绞线,由于铜或镀铜钢绞线柔性好,允许的弯度半径小,所以拐弯方便,穿管容易.铜线的高机械强度,使其能够成卷供货,便于机械化施工.搭接处采用放热焊接,操作方

＊收稿日期:2010-05-10

作者简介:桑文斌,助理工程师,从事电力系统配网的施工管理.

146湖州师范学院学报 第32卷

便,加快施工进度,节省人工费用,简化施工工艺,更重要的是保证了铜接地网的连接质量.设计推荐垂直地网采用铜镀钢接地棒,由于接地棒截面大大小于角钢,在作垂直接地施工方面工作量减小,并能垂直深入土壤,使通过加大垂直接地深度来降低接地电阻成为一种可能.

1.3　接地体连接方式

目前,钢接地体之间的连接均为传统的电弧焊接方式,高温电弧会破坏接地体接头部位的镀锌层,有可能导致点腐蚀的出现,严重影响接地体的寿命.

放热焊接利用活性较强的铝把氧化铜还原,整个过程需时仅数秒,反应所放出的热量足以使被焊接的导线端部融化形成永久性的分子合成.放热焊接连接法可以完成各种导线间不同方式的连接,如直通型、丁字型、十字型等;还可以完成不同材质导线的连接,如普通钢铁、铜、镀锌钢、铜镀钢等之间的连接;甚至可以实现导体间不同形状的连接,如铜导线与铜镀钢接地棒的连接、铜导线与铜板的连接、铜导线与接地镀锌钢管的连接、导线与钢筋的连接以及导线与槽钢的连接.这种方法接头有着广泛的连接方式,而且耐腐蚀性好,接触电阻低,已逐步得到推广应用.放热焊接是铜或镀铜钢接地体的理想连接方式.

2　铜镀钢棒与铜包钢棒、铜铸钢棒之间的比较

2.1　铜镀钢接地棒

将高纯度电解铜通过电解原理,使其完全附着在钢芯上,在铜钢结合面形成合金化分子级结构,双金属界面完全结合,从而实现铜与钢之间可延性冶金连接,并形成整体.①铜层与钢棒达到分子型结合,接地棒深入土壤时,不会弯曲,破裂.②铜层均匀,含铜纯度高;钢芯强度高.③耐腐蚀性强,不会脱节,翘皮,开裂.④导电性能好,电气性能稳定.

2.2　铜包钢接地棒

将钢棒插入铜管内,利用直拉机拉丝模的束紧力将铜管束紧在钢棒外表面.也称冷轧包覆法,即用机械力将铜层包覆在钢芯上,工艺简单,成本低.①钢铜结合力差,可从表面切割将铜层与钢棒分开.②接地极打入地下土层时,表面铜层易翻皮.③铜钢结合为机械方式,接点处存在间隙,焊接时,表层铜管易出现裂纹;④双金属内部有残留物,深入地下后地下水,电解液等介质会渗透入中间,造成内部腐蚀,且易形成原电池效应,从而增加腐蚀速度.⑤钢芯较软,打深时易弯曲,右边的铜包钢在深入地下时,会弯曲断裂.而左边的镀铜钢接地棒则没有变化.

2.3　铜铸钢接地棒

将钢丝(钢棒)在氮气保护下加热到较高温度,同时利用工频炉将铜融化成铜液,将钢丝(钢棒)快速通过铜液并在出口处结晶成铜包钢棒,在拉制成不同规格的接地棒,可任意长度生产.①工艺较复杂,生产难度大,很难控制质量.②实际操作过程极难掌握,表面铜层分布相当不均匀,难以达到实际应用要求.③从金相学来说,铜与钢之间难以结合,铜附着力差.④尽管采用高温熔化,但残留物被锻烧后不可能完全溢出铜面,部分残留在接地棒中,从而产生腐蚀而影响寿命.

3　电解离子接地极与接地增强材料在接地系统中的应用

3.1　离子接地极的应用

艾力高接地技术是安吉局于2009年上半年引进的一项适合安吉当地实际的新技术,艾力高离子接地系统包含的回填材料具有非常好的膨胀性、吸水性及离子渗透性,通过毛细原理实现水分保留.无论天气或周围环境如何变化,都能使周围土壤保持一定的湿度,以达到最佳的导电状态,且能随着时间的推移,逐渐扩大周围土壤的导电范围,电极外表是铜合金,以确保最高导电性能及较长使用寿命,并配以内外两大种类填充剂(膨润土,降阻剂).经实验证明,土壤电阻率过高的直接原因是因为缺乏自由电子的辅助导电作用.

离子接地极内部填充材料含有特制的电离子化合物(电解盐),能充分吸收空气中的水分.通过潮解作用,将活性电离子有效释放到土壤中,与土壤及空气中的水分作用,更加促进导体外部缓释降阻,且保持电阻值长期稳定.离子接地极内部的化合物,随时间的延长逐步化合成胶质透明状态.利用胶质化合物的导