铜包钢绞线在工程接地中的应用探讨

!#年第4卷第1期2017 Vol.4 N o.1

南方能源建设

SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION

勘测设计

Survey ZDesign

D O I： 10 .16516/j.gedi.issn2095-8676.2017 .01.015

铜包钢绞线在工程接地中的应用探讨

董晋明，张曾

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州510663)

摘要：为有效的解决铜包钢绞线在实际工程接地中的应用问题，建立实心圆柱及空心圆柱导体的并联模型并推导其阻抗表达式，有针对性地研究计算铜包钢导体在工频下的自阻抗参数，并得到其等效电阻率及磁导率。通过热稳定校验得到不同材料作为接地导体的最小截面积，并选取合适的导体尺寸，利用国际通用软件C D EG S进行大型地网的接地计算。通过对计算结果的分析，验证了该方法的合理性，并发现铜包钢地网的接地参数更接近铜地网的参数。对某一 工程算例，计算比较了铜、铜包钢、钢三种导体接地网的接地参数，得出铜包钢作为接地网材料具有优良的接地性能、较大的经济优势等结论。

关键词：铜包钢；自阻抗；热稳定；接地参数

中图分类号：TM7文献标志码：A文章编号$ 2〇95-8676(2017)01-0081-06

Discussion on the Application of Copper-cl^d Steel Wire in

Grounding of Engineering

DO NG Jinm ing$ZH A N G Zeng

(ChinaEnergy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co. $Ltd. $Guangzhou510663，China)

A b s tra c t:In order to solve the problem o f the application o f copper clad-steel wire cylindrical conductor and hollow cylindrical conductor was established，and its impedance expressio cross-sectional area o f the ground conductor o f different materials were checked w ith thermal stability，and conductors were selected，and t he international general software CDEGS was used for grounding calculation o f large grounding grid. The rationality o f the method was proved with the analysis o f the calculation results，and copper-clad steel grounding grid was more close to the parameters o f copper grounding grid.As a project example，the rameters o f copper grounding g rid，copper-clad steel grounding g rid，and s teel grounding g rid were calculate these conclusions could b e found，that copper-clad steel had excellent grounding performance and great economic advantages as grounding material.

Key w o rd s：copper-clad steel；self-impedance；thermal stability;grounding parameters

铜包钢绞线是一种新型双金属复合材料，将铜 与钢通过一定的工艺加工而成。铜包钢绞线具有铜 和钢两者的优点[1_4]，既有钢的高强度，又有铜较

收稿日期：2016-11-23

基金项目：中国能建广东院科技项目“新型接地极及其环境影响研究+(EV03471W)

作者简介：董晋明（185)，男，河北秦皇岛人，高级工程师，硕士，主要从事发电厂电气一次设计工作（e-mail)dongjinming@。好的导电性能和优良的抗腐蚀性能，且其具有很好 的经济性，在国外已逐步成为接地材料的优选之一一。

关于铜包钢绞线，美国、英国等国家已经有了 相关标准[5_7]，其中关于铜包钢已有相关的说明，由于土壤对于铜材的腐蚀程度有限，所以使用纯铜 或者铜包钢作为接地导体时，只要选择了合适的导 体尺寸，并且导体是完好未被破坏的，就可以在几 十年的时间内保证接地网络的完整性。铜层的厚度 须要达到〇.25 m m以上，才能够保证30年以上的

南方能源建设第4卷

使用寿命。

国内关于铜包钢的应用研究多侧重于其生产工

艺[8-°]，在接地领域中多是关于铜包钢材料的耐腐 蚀性的研究'。关于铜包钢材料的计算方面，文献[14 ]通过建立并联模型得到铜包钢的等效电导 率，但未考虑到材料的电磁特性，仅限于直流情 况；文献[#]研究了铜包钢导电性的频率特性，但 没有涉及工程接地的应用。文献[#-17]采用数值 计算方法，研究了铜包钢接地导体的电气性能，得

则实心圆柱导体的电抗表达式如下！

X = .L =(8)

8%

!2空心圆柱导体的阻抗表达式

假设一单位长度空心圆柱导体，外径为H，内径为H，电阻率为p，磁导率为^"其电阻表达式如下：

到了其阻抗表达式，并应用到大型接地网的接地计 算中，具有实际应用价值。

本文根据工程实际，建立实心圆柱及空心圆柱 导体的并联模型并推导其阻抗表达式，有针对性的 研究计算工程中铜包钢导体在工频下的自阻抗，求 解得到其等效电阻率及磁导率，应用国际通用的接 地计算软件C D E G S'18-"，计算接地网的接地参，价接 的 。

1铜包钢导体自阻抗计算推导

! 1实心圆柱导体的阻抗表达式

假设一个单位长度的实心圆柱导体，其半径为 H电阻率为p，磁导率为;"其电阻表达式可以表示为：

⑴

%r

实心圆柱导体的自感推导如下：

应用安培环路定理，导线内部距轴线为B处的 磁感应强度为：

R P

%(r! -r!)

空心圆柱导的自感推导同实心圆柱，这些磁 交链的电流为：

(%)

7T

r(b!- H)

(r-H)J

N'l

有：

——=N •

"a

!%r

厂!

厂1-厂！

da

"a(a! -r!)

2%r(r -H)

"H -H)

"(H - H)

8%h

L

8%H

则实心圆柱导体的电抗表达式如下：

"H - H)

X = aL= c

(#)

(11)

(1!)

(13)

(14)

8%h

!3铜包钢导体的自阻抗表达式

设铜包钢导体外径为H，钢部分半径为H，外 层铜的电阻率和磁导率为P1，"，内部钢的电阻率

，2%H

⑵

导线内部磁感应线呈同心圆，在单位长度范围 穿过在a处厚度为d a截面的磁通为：和磁导率为P2，"。

单位长度铜空心圆柱导体的阻抗为：

"1 (H1-H) V= R1+i X

1

T T(H2 -H2)

+ ].■

8%H

d— = E •d1 = "C L.da(3)

2%H

这些磁通仅与电流的一部分交链：

-='-

%厂

=N -(4)有：

d—=N n •d—=

"a

2%H

2

a

—da

H

(5)2

r"a3—=。2%70d a=

"

8%

(6)

2

(15)

单位长度钢实心圆柱导体的阻抗为：

V!=R! +jX!=%!(16)

则单位长度铜包钢导体的自阻抗表达式为：

Z=R+j X= Z1//Z,2(17)

铜包钢绞线的选型

铜包钢绞线热稳定计算

接地导体的最小截面应符合下式的要求：