铜地网的设计与施工

设各接地引下线 垂直接地极 祼铜线 铜排 镀锌 钢
-40×4 -60×6
焊接点、接头 合 计
注:该铜材价格是 2006 年 9 月份 7 万/吨的市场价格。从表 3 和表 4 可看出，铜地网是钢地网造价的 2 倍。
3.2 运行寿命计算 以一座新建 110kV 的 GIS 变电站为例计 算其经济效益。假定变电站位于海边，腐蚀 比较严重，用圆钢敷设实际测试年腐蚀率 R 为 4%/年， 圆钢直径为Φ22mm， 截面积为 380 2 2 mm ,用铜材敷设铜排为-50×5 mm ，截面积 2 为 250 mm 。其入地短路电流 10000A，重合 闸动作时间 3 秒，按公式②计算，用钢材敷 设其地网寿命为：
3.1 事例 以深圳 110kV 中心城变电站为例：该站 2 地网面积为 3600 m ，用钢材和用铜材敷设 地网的经济比较见表 3 和表 4。
N
S1 S 200 99 17年 S1 R 200 0.03
规程第 5 页表 1 所指的地网最小截面积 是指地网无腐蚀情况下，按机械强度选取的 接地装置导体的最小尺寸，当有入地短路电 流通过时，接地装置导体的截面积应按上面 公式①选取。
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IEEE802000 165.6
BS7470-199 1 170.5
S 99 990mm2 1 RN 1 0.03 30 d 35mm S
中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集 选用直径为 16mm 的圆钢，截面积为 2 200mm ，运行寿命为：
3 敷设铜地网和钢地网的经济比 较
2 地网的设计
2.1 地网导体截面积的选择： 按 部颁规程 《交流接 地装 置的接地 》 （DL/T621-1997）关于接地极的截面积计算 公式为：
N
S1 S S1 R
（2）
N……………年； 2 S1……………钢材截面，mm ； 2 S……………地网要求最小截面积 mm ； R……………年腐蚀率，%。
表 2 广东地区普遍的土壤腐蚀率
A
Ig C
te
（1）
序号
2
金属材料名称 普通钢材 铜材 镀锌钢材
年腐蚀率 R （%） 3 1 2
S…………导体截面积，mm ； Ig…………计算时的入地短路电流，A； te…………接地电流时间,秒； c…………热稳定系数，铜 210，钢 70。 由于我国和 IEC 的计算公式不尽相同， 以我国选用公式计算的截面积偏小。例如： 取入地短路电流 10000A， 接地时间为 1 秒时， 我国与其它国公式计算的导体截面积见表
4.3 圆铜及铜板材 目前市场上生产的圆铜分紫铜和黄铜, 紫铜分含铜量 99.9%和 99%两种， 它是较好的 接地导体，其本身阻抗低，所以网格可做的
大一些，相对而言，用料较少，但施工较为 困难。 4.4 钢镀铜接地棒 钢镀铜接地棒是在钢芯上电镀一层镍，
中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集 在镍层上面再镀一层电解铜，保持了铜层与 钢芯之间的永久分子结合，即使弯曲也不会 产生裂缝，钻探时不会脱落和裂开，还有适 当的硬度，根据 UL467 要求，钢镀铜最小长 度为 1.22m，最大长度 4.56m，最小直径为 1.27cm，铜层厚度为 0.25mm，联结用特殊无 螺纹接口和带螺纹接地棒连接口 2 种连接， 唯一缺点是铜膜薄。 多股铜绞线的腐蚀速度快，钢镀铜镀膜 薄膜易损坏，镀膜损坏后就是钢，所以在不 考虑经济造价时，用铜材做接地导体的选择 顺序为: 圆铜和铜板——铜绞线——铜镀 钢。 a.接头接触电阻很小，理论上可做成无 接触电阻接头，实际上有的厂家人员在焊接 时，由于焊渣影响，仍有一定的接触电阻 b.可以压接导线减少导线截面，导线的 金属用量可减少 66%。例如 110kV 变电站， 主变容量从 63MVA，增加到 100MVA，架线如 果采用热熔焊，不必增加导线截面。 在外国，人们使用 Sverak 方程式对各 种接头进行计算，可获得评价某种接头的 计算结果，评价举例： 软铜线可用铜（银）压接、焊接、锡焊、 铜线绑扎和热熔焊制作成 5 种接头。计算这 些接头的最高允许温度 Tm， 取通过千安级故 障电流的持续时间为 3 秒，计算各种连接方 法的软铜线最小安全截面 Smin 结果看出， 此 安全截面与 Tm 成反比。 从计算结果表 7 可见热熔焊的 Tm 和最 小安全截面都与熔点为 1083℃的软铜线 相同。
中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集
铜地网的设计与施工
陈光辉 1 姜建武 2 1 深圳市长科防雷接地技术有限公司 2 深圳供电局变电部
摘要：长期稳定和可靠的接地网是变电站设备运行和人员安全的基本保障。采用热稳定性能好、导电性能和
耐腐蚀性强的铜材建设和改造变电站接地装置是大势所趋，铜地网的设计与施工已是广大专业技术工作者的 研究课题。 关键词：铜地网；设计；铜材选取；经济比较；电气性能比较；施工
1 2 3
假设地网短路电流为 4000A，动作时间 为 3S，按我国标准，用钢材敷设，其最小截 面积为：
1。
表 1 各国标准计算接地体最小截面 参照的各 国标准 导体截面 积/mm
2
4000 3 99(mm 2 ) 70 d 12mm 运行寿命为 30 年的最小截面积为： S
DL/T 621-1997 134.7
1 前言
为改善和解决地网的腐蚀问题， 我国沿海 地区已开始采用铜材作为水平接地网，它载 流大，阻抗小，抗腐蚀能力强，在国外采用 铜作为接地装置材料已超过 100 年，我国则 刚刚起步， 它虽然一次性投入资金相对较多， 但从技术指标长远考虑和综合评价，还是十 分经济的。
2.2 地网的寿命计算 现在的电气寿命设计使用年限基本都采 用 30 年，由于建筑物的寿命为 30 年，所以 地网的寿命也应当按 30 年计算。 地网的寿命应当按接地极的截面积计 算，截面积应按公式①选取，也就是说地网 运行时的最小截面不能低于公式①计算的数 值；考虑土壤腐蚀率原因，地网寿命按下面 公式②计算：
2
c.接头无腐蚀 因为热熔焊接无接触面， 所以对铜和铜, 铜和钢均形成等电位，因此不存在电化学腐 蚀问题，这一点比其它任何方式的焊接都好 的多。 压接多股铜绞线可采用压接连接，压接 管是专用的铜压接管，压接钳是专用的手动 液压压接机，压接后的接头接触面略小，优 点是造价低。
4 铜材的选取
目前市场上，铜材也比较多，究竟选取 那种，应当根据实际具体情况决定。
表 5 30%导电率的铜包钢线 芯线直径（mm） 标称直径 1.63 1.45 1.29 1.15 1.02 0.81 0.724 0.64 0.57 0.51 允许误差 ±0.01 ±0.01 ±0.01 ±0.01 ±0.01 ±0.007 ±0.007 ±0.007 ±0.007 ±0.007 标称厚度 0.172 0.153 0.136 0.12 0.11 0.085 0.076 0.067 0.06 0.053 铜层厚度 mm 允许电阻 ＋0.004-0.004 ＋0.004-0.004 ＋0.004-0.004 ＋0.004-0.003 ＋0.003-0.003 ＋0.002-0.002 ＋0.002-0.0027 ＋0.002-0.006 ＋0.0018-0.005 ＋0.0016-0.004 直流电阻 ΩKm≤ 28.15 35.48 44.83 56.37 71.23 113 143 183.5 236 300
N
S1 S 380 247 8.75年 S1 R 380 0.04 Ig 10000 t 3 82mm 2 C 210 250 82 N 33.6年 250 0.02
改为铜材敷设-50×5，考虑腐蚀为 2%
S1
S1
Ig C
t
10000 3 247 mm 2 70
按变电站运行 30 年的综合造价， 根据表 ③所算造价，以 8 年换一次钢地网的直接损 失(不计利息)为 30×（30÷8）=112.5 万
铜门
http://www.zjxhtm.com/
中国电机工程学会高压专委会 2007 年学术年会论文集 用铜材则为 60 万。 可见， 用铜材比用钢 材经济的多。 从技术经济综合考虑，按目前市场价格 铜材是钢材的 12 倍， 以土壤腐蚀率对钢材为 1.7%年为临界点计算，超过 1.7%，应选用铜 材；当腐蚀率不超过 2%时，而短路电流为 10000A 以上，可考虑用铜材料。 4.1 铜绞线 该铜材是用铜制成的多股绞线， 它柔软， 施工方便，是较好的接地导体，但腐蚀比圆 铜带和铜板快，单价比圆铜带贵。 4.2 电镀铜包钢单线和绞线 电镀铜包钢单线和绞线是将含量 99.9% 的电解铜分子均匀电镀到优质低碳钢芯上加 工而成的新型复合材料，该产品即有钢的强 度和韧性，又有铜的良好导电性能和耐腐蚀 性能，相比较铜绞线具有密度小，强度高， 造价低， 防偷盗等优点， 表 5 和表 6 介绍 30% 导电率的铜包钢线的基本参数：
5 铜导体的连接
铜材的连接应采用热熔焊，热熔焊接剂 连接法是利用活性较强的把氧化铜还原，反 应产生 3000℃的高温， 使被焊接的导体融化 形成永久性的分子合成，焊接部位变成一定 形状的整体。
热熔焊的特点:
表 7 不同连接方式的软铜线的 Tm 与 Smin Tm.smin 连接方式 铜(银)焊 压接 锡焊 铜线绑扎 热熔焊 Tm （℃） 450 250 220 100 2 千安 16.11 20.44 21.69 34.64 12.3 允许通过 3 秒故障电流的 Smin（mm ） 3 千安 40.27 51.1 54.21 86.6 30.74 10 千安 80.54 102.19 108.43 173.2 61.49 15 千安 120.81 153.29 162.62 259.81 92.23 20 千安 161.08 204.38 216.85 346.46 122.98 30 千安 241.62 306.57 625.28 519.62 184.46 比例 131% 166% 176% 284% 100%
表 3 110KV 中心城变电站用钢材敷设地网的造价 序号 1 2 3 4 5 6 7 名 称 型号及规格 Φ22 园钢 Φ16 园钢 L50×5 185mm
2
单位 m m 根 m m m
数 量 2200 700 57 100 100 1900
单 价 21.00 16.00 40.00 240.00 120.00 20.00
金 46200.00 11200.00 2280.00 24000.00 12000.00 38000.00
额
水平接地线 设各接地引下线 垂直接地极 祼铜线 铜排 镀锌 钢
-40×4 -60×6
其它施工费等 合 计 表 4 110KV 中心城变电站用铜材敷设地网的造价
170000.00 303680.00
表 6 电镀铜包钢绞线
型号规格 HD16C HD25C HD35C HD50C HD70C HD95C HD120C HD150C HD185C HD240C HD300C 截面积 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 单丝直径(mm) 1.70 2.15 2.52 3.00 3.52 2.52 2.80 2.30 2.50 2.80 3.20 股数 7 7 7 7 7 19 19 37 37 37 37 外径 mm 5.10 6.50 7.60 9.00 11.00 12.60 14.00 16.00 17.60 20.00 22.40
序号 1 2 3 4 5 6 7 铜排
名称
型号及规格 -50×5 Φ16 L50×5 185mm
2
单位 m m 根 m m m
数 量 2200 700 57 100 100 1900
单
价
金
额
120.00 16.00 40.00 240.00 120.00 20.00
264000.00 11200.00 2280.00 24000.00 12000.00 38000.00 250000.00 601480.00