新型接地材料在500kV港城至东海岛输电线路工程的应用 黄涛

新型接地材料在500kV港城至东海岛输电线路工程的应用黄涛
发表时间：2018-04-18T09:51:23.077Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：黄涛
[导读] 摘要：本报告针对500kV港城至东海岛输电线路的初步设计情况，从技术性能和经济性等两方面分别比较分析了热镀锌扁钢、镀铜钢、纯铜等不同材料接地网的特点，提出了该线路应用新型接地材料的一些建议。

（广东电网有限责任公司湛江供电局广东湛江 524002）
摘要：本报告针对500kV港城至东海岛输电线路的初步设计情况，从技术性能和经济性等两方面分别比较分析了热镀锌扁钢、镀铜钢、纯铜等不同材料接地网的特点，提出了该线路应用新型接地材料的一些建议。

关键词：接地装置；接地；输电线路；镀铜钢
引言
杆塔接地装置对于防雷保护和工作接地以及系统的安全运行起着重要的作用。

随着电力系统的发展，由于雷击而引起的事故也日益增多。

据不完全统计，电网线路遭雷击跳闸占整个电网跳闸总数的70%到80%以上，而由于接地网损坏而造成跳闸的占电网跳闸总数的50%以上。

由于接地网作为隐性工程容易被人忽视，往往只注意最后的接地电阻的测量结果。

另外，在施工时也不易控制，这也是工程建设中的难点之一。

因此，接地问题越来越受到重视。

500kV港城至东海岛输电线路工程担负着为广东电网输送巨大电能的任务，其重要性不言而喻，必然有更高的安全与稳定性要求。

同时交流输电线路接地网需要经受巨大的工频短路电流、雷电冲击电流的考验，而这些都必然要求线路有一个能在各种运行方式、各种外部条件下长期可靠而稳定运行的接地系统，从而用来保证系统的运行安全。

1 接地主材料分类比较
接地材料常用的有纯铜、镀铜钢、锌包钢和镀锌钢，其综合性能比较见表1.1，下面分别从导电性、热稳定性、耐腐蚀性、连接方式等方面比较镀锌钢、铜、铜镀钢、锌包钢接地体的差异。

1.1 导电性能
铜和钢在20˚C时的电阻率分别是17.24×10-6（Ω•mm）和138×10-6（Ω•mm）。

若以铜的导电率为100%，标准1020钢的导电率仅为10.8%，因此铜的导电率是钢的10倍左右。

而20%导电率镀铜扁钢，30%导电率镀铜扁钢，均远较钢接地体好。

尤其是在集肤效应下，高频时镀铜钢导电性能远优于钢材。

即铜接地体导电性能较钢接地体好。

1.2 热稳定性
在接地材料中，可供选择的有钢、铜和铝，但由于铝金属在地下特别受不了盐、碱介质的腐蚀，其在地中的寿命很短，因而铝金属不宜做永久接地体材料。

故只考虑钢和铜的比较。

铜的熔点为1083˚C，短路时最高允许温度为450˚C；而钢的熔点为1510˚C，短路时最高允许温度为400˚C。

因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。

下面我们比较当同等热稳定性能时，他们的所需的最小截面。

美国IEEEstd.80—2000 中推荐式（1）的简化计算公式：
（1）
式中：Akcmil为接地材料截面积，单位为kcmil，1 kcmil＝0.507 mm2；Ig为流过接地线的短路电流稳定值，A；te为短路的等效持续时间，s；Kf为接地导体材料的材料系数，不同材料的Kf是根据材料最高容许温度取值的（周围环境温度取40 ℃时）。

当采用硬拉铜线时，由于机械强度的原因，应谨防导体温度超过250 ℃，以防止导体淬火，韧性降低。

因此，按照250 ℃计算，硬铜导体的最小截面积分别要在原热稳定计算的截面基础上，扩大1.67 倍。

1.4耐腐性
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，是镀锌钢的耐腐蚀性的3 倍以上，而且电气性能稳定[5]。

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。

当铜与其他金属（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。

钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性。

钢接地体接头部位经过高温电弧焊接加工后会出现点腐蚀情况。

而铜腐蚀不存在点蚀情况，寿命较长。

一般情况下，在测量接地电阻时，很难发现接地网腐蚀问题。

一旦通过大的故障电流，由于截面太小，容易熔断，从而导致故障电流不能通过接地网顺利泄到大地，地电位升高，引起闪络，出现“反击”现象，导致线路跳闸。

而镀铜钢棒则几乎没有任何腐蚀。

可见，铜接地体的耐腐性显著优于钢接地体。

1.5接地体连接方式
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。

此外，电弧焊接连接不是真正的分子性连接，焊接点对于接地体的导电性能也有影响。

铜接地体和铜镀钢接地体主要有4 种连接方式，即铜银焊连接法，压接线夹连接法，螺栓连接法，放热焊接连接法。

滩涂段线路工程选取的15基铁塔采用镀铜圆钢接地体总的费用约16.5万元，采用镀铜钢接地体的费用约42万元，费用相差25.5万元， 4．小结
本论文从技术性和经济性两方面对接地材料进行比较分析，得到如下结论：
（1）铜、铜镀钢、锌包钢、不锈钢等是可以选择的潜在耐蚀性金属接地材料。

调研数据表明，铜、镀铜材料、不锈钢材料的防腐性能比镀锌钢好得多，而锌包钢能起到牺牲阳极来实现保护其他金属构件的防腐效果。

可认为，铜、性能较高的不锈钢、镀层厚度0.25 mm 以上的铜镀钢、厚度足够且包覆较好的锌包钢都能维持远超过镀锌钢的使用寿命。

在强腐蚀土壤中采用耐蚀性金属导体，比采用钢导体的费用低。

从长远效益看，采用耐腐蚀性金属材料减少了接地网的腐蚀，减少了维护费用，提高了运行的安全性和可靠性。

（2）放热焊接是铜接地体的理想连接方式，虽然价格高，但其方便快捷的操作、优秀的焊接质量是其他连接方式不可实现的。

从性能角度看，铜接地体的性能比钢接地体更胜一筹。

（3）如选择镀铜钢接地体，由于若工艺不过关，在铜与钢发生剥离或脱落后，铜钢两种材料同处于土壤中，根据电化学腐蚀原理，则更会加速钢的腐蚀。

因此，必须选用经过相关国际国内标准认证、信誉良好、有质量保证的铜镀钢材料供应商。

（4）综合考虑经济、技术等方面的因素，建议500kV港城至东海岛输电线路工程滩涂段腐蚀性较高的杆塔采用镀铜钢材料的接地装置，共使用15基。

参考文献：
[1]何金良，曾嵘，高延庆.电力系统接地技术研究进展[ J ].电力建设，2004，25（6）：1–3，7.
[2]廖怀东，李建平，关健.变电站接地网腐蚀机理及材料选择[ J ].电力建设，2005，26（8）：35 - 36，58.
[3]高林蔚.接地装置腐蚀的原因分析和预防控制[ J ].电力建设，2002，23（12）：25 - 28.
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[5] DL/T 621-1997，交流电气装置的接地[S].
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[8]何金良，曾嵘.电力系统接地技术[M].北京：科学出版社，2007.
[9]Lindsey T.National Electrical Grounding Research Project.Technical Report[R].The Fire Protection Research Foundation，August 2007.
[10]Loboda M，Marciniak R.Field corrosion tests in Poland of coppercoated steel earthing rods for LPS[C].29th international conference on lightning protection.Uppsala，Sweden，2008。