变电站的接地材料及其连接工艺

采取传统的热镀锌扁钢很难降落接地网的接地电阻，知足不了跨步电压及打仗电势的哀求，于是市场上涌现了铜覆钢产品，按照其生产工艺出身出常见的几种新材料和连接工艺，如连铸铜包钢接地材料、镀铜接地材料、铜包钢接地材料、铜铸钢接地材料、电解离子接地体等。

本文就以上几种材料及连接工艺做一比较，谈谈自己的想法。

1 接地材料

1.1 镀铜材料

生产工艺：采取电镀工艺，利用电解事理在处理干净的钢材表面上镀上铜层的加工工艺。
需将钢芯外表面前期先镀镍，以增强铜分子的电镀紧密性。

目前较前辈的接地材料电镀工艺采取的是四维电镀法，它优于传统的堆镀法，该工艺中钢芯本身自转，同时以一定的速率向前运动，以确保钢芯表面铜层厚度均匀。

而传统的堆镀法钢芯本体不旋转，也不向前运动，因此铜层厚度有可能不屈均，上薄下厚。
但四维电镀法让导体自身产生水平和垂直上的运动，避免了厚度不屈均的问题。

以是镀铜材料铜与钢的结合是否紧密，是否为分子渗透，随意弯折刮擦铜层是否剥落是我们要关注的问题。
其余镀铜材料的厚度每每是最主要而又被忽略的参数。
这种材料在我国市场上近几年才开始，而在国外市场开始于九十年代初。

1.2 连铸铜包钢材料

生产工艺：采取水平连铸（无氧热镀）工艺，将处理干净的钢丝（钢棒）在氮气保护下加热到较高温度，同时利用工频炉将电解铜加热熔化，将钢丝（钢棒）快速通过铜液并在出口处结晶成铜包钢棒，再拉制成铜包钢导体。

该工艺是将电解铜加热至1200℃熔化液态后，再次结晶在钢芯上，在1200℃时铜钢结合面形成合金化过镀层，双金属界面完备稳定结合，从而实现铜与钢之间可延性冶金熔接，成为单一复合体，可像拉拔单一金属一样任意拉拔，不涌现脱节、翘皮、开裂征象。

以是它的优点是：铜与钢实现了冶金分子结合、成为单一复合体、可任意调节铜层厚度（常规1mm），防腐特性更优，利用寿命较长；④表层为无氧铜，导电性更好；它的紧张缺陷是：工艺较繁芜、比较之下本钱较高。

1.3 铜包钢材料

生产工艺：采取包覆（冷拉）工艺，将铜管包覆在钢芯外表面，铜管与钢芯之间为物理压接。
因而存在①接合面在非纯平的表面存在空隙，电气传导性有安全隐患；②若与岩石或建筑垃圾等硬块刮擦的话，铜皮易破损起卷，水汽进入接合面将导致材料的双金属反应，加速内部钢芯的堕落速率；③直径太小的钢芯无法采纳这种工艺生产，包裹过程中铜层易分裂。

这种材料在海内市场涌现韶光不到有十年。
在台钳仿照安装中①易涌现了铜层剥落的状况；②接地材料在安装时，涌现过接地钢芯已入地，铜管却还留在地面的情形；③由于市场上铜管生产厂家生产能力的问题，铜管长度有限（最长不超过6米），铜管直径有限（最小约8mm）。
因此铜包钢接地材料也无法打破这个局限，相应的绞线均没有这种材料生产的（绞线长度上千米，单股线径小于4mm，还须要弯折成卷），能供应的只有接地棒这种形状。

1.4 铜铸钢（电铸）材料

生产工艺：该材料在生产中，先将铜材通过电流溶化，然后让钢芯穿过溶化的铜液，利用铜液液态的特性让其附着在钢芯表面，冷却后包覆住钢芯，因此也有的厂家称这种工艺为电铸铜接地材料，实际上和早前市场上涌现的铜铸钢事理一样，称呼不同而已。

由于铜液在加工中温度很高，钢芯表面的杂质在高温中碳化，形成中空的气孔，铜钢打仗面积小于钢芯表面，电阻过大。
其余因重力的影响，铜层附着在钢芯表面也不屈均，上薄下厚。
铜液在加工过程中并未溶化钢芯（否则就变成铜、钢稠浊液了），因此钢芯和铜的结合也是物理面的结合，要知足厚度不小于0.25mm的企业标准有些困难。

这种材料的涌现晚于海内的铜包钢接地材料，由于其早期加工工艺的局限性（须要大量电溶化铜）导致本钱过高，因此销量不大。
后期部分厂家把电镀生产的接地产品（厚度不达标）改称为电铸或铜铸钢接地材料，稠浊了生产工艺，以达到避免用户关注厚度的目的。

1.5 电解离子接地棒

事理：电解离子接地棒作为一种分外接地极，利用在山区等高土壤电阻率的场合，通过管壁的呼吸孔和开释孔，潮解铜管内部的电解质，让游离态的离子通过潮气等办法在管体下部形成树根状的导电通道，实质上是加大地网的导流面积以降阻。
游离态的离子在雨水的长期冲刷下易流失落，在这种情形下须要再次往管内添加电解质。
多雨或地下水脉的临时增加会直接影响离子接地棒的利用寿命。

材料背景及市场情形：①有的厂家为了节约本钱，扩大利润空间，在电解质的利用上多数选用工业盐这种材料，但工业盐溶于水，保持性非常差，同时分解的重金属随意马虎污染环境，以是这种电解离子接地极利用效果一样平常1－2年旁边，过了韶光接地电阻会大幅度反弹。
②有的厂家为每根电解离子接地棒采取了前辈的缓释技能配有接地不雅观测井，用以标识其安装位置，及检测不雅观察离子棒的利用情形。
从而担保了接地棒的持续降阻效果，且分解物不污染环境。

1.6 降阻剂

生产质料：降阻剂一样平常采取导电率远低于土壤的物质组成，是一种改良土壤导电性的赞助降阻材料。
按其成份划分有物理降阻剂和化学降阻剂，物理降阻剂利用大自然自然存在的物质加工而成，其特点是导电率低，环境的改变也不会导致材料发生化学分解，不污染环境，不溶于水保持性好。
化学降阻剂采取化工生产出来的质料，多为工业盐，其特点是前期降阻效果良好，后期接地电阻反弹厉害，保持性差，污染环境。

常日这类降阻剂进行PH测试呈酸性，酸性对地网中的金属材料特殊是钢材堕落严重。
因此利用这类降阻剂的地网接地电阻反弹紧张有两个缘故原由：一，降阻剂遇水溶化流失落；二，降阻剂呈酸性加快了地网的堕落速率，地网导体截面缩小，部分断裂。

材料背景及市场情形：就目前市场上存在二类降阻剂，物理降阻剂和化工降阻剂。
物理降阻剂紧张质料为碳化电石和一定比例的水泥。
碳化电石俗称火山灰，是火山喷发产生的天然物质，这种物质导电性精良，而且几百年都不分解（含碳构造），本钱低廉，利用效果精良。
化工降阻剂采取的主材料都是化工质料，利用后，地网堕落情形严重，周边农作物大面积枯去世。

降阻剂这个说法是海内厂家提出，实在国际统一称呼为接地改良材料，其均为物理性的，即不分解，无污染，低电阻，呈碱性。
如果不知足以上的哀求，则不能叫接地改良材料，更不能利用。

变电所的接地网金属导体存在着大量的连接，只有可靠的、稳定的连接才能担保接地网的运行可靠性。

2.1 钢接地体的连接办法

目前，钢接地体之间的连接均为传统的电弧焊接办法，在做接头施工时，有可能存在以下问题: ①电弧产生的高温和电离子有可能毁坏接头部位的镀锌层或发生化学反应，因而降落材料的导电性并加速接头的堕落，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，焊接点对付接地体的导电性能也有影响。

对付钢接地体能否采取放热焊接接法，设计也作过研究与考试测验，由于钢接地体设计截面过大，未能被采取，紧张有以下缘故原由：

①大型、非标模具制造困难，造价高；

②焊粉用量大；

③由于钢接地体本身防腐性能差，焊接质量的提高意义不大；

④焊接点较多，用度太高。

2.2 铜镀钢接地体的连接办法

目前铜接地体和铜镀钢接地体紧张有以下四种连接办法：

2.2.1 铜银焊连接法

扁铜条与扁铜条之间、扁铜条与裸铜绞线之间、裸铜绞线与裸铜绞线之间的连接都可以利用铜银焊连接法，常用的铜银焊接有乙炔焊、电弧焊等，但焊接都只是表面搭接，内部并没有熔合，接头不致密，性能只比压接和螺栓连接略好，焊接接头的性能还要取决于操作技能工的闇练程度，特殊是铜焊，纵然是持有分外工种上岗证，也比较随意马虎涌现一些焊接毛病，无法从表面不雅观察合格与否。

并且，这种焊接是运用于纯铜接地体之间的连接，不适宜于镀铜接地体的连接。
基于以上缘故原由，铜银焊连接法在电力工程接地系统实际施工中很少运用。

2.2.2 压接线夹连接法

绞线与绞线之间的连接大多利用压接线夹连接法。
但这种方法比较适用于两条绞线一对持续接，无法做好十字交叉连接。
如要十字交叉，则哀求有分外十字接线线夹，或者要先形成接地铜排和接地线夹，处理好两者之间的打仗面后，再利用螺栓连接法。

2.2.3 螺栓连接法

扁铜条与扁铜条之间、扁铜条与绞线之间、绞线与绞线之间的连接还可用螺栓连接，该方法与压接线夹连接法互为补充。
但螺栓连接处的打仗标准应按现行国家标准《电气装置工程母线装置施工及验收规范》的规定处理。
目前，压接线夹法和螺栓连接法在施工现场运用最为广泛，这和我国的电力施工技能工人的认识和演习程度有着密切的关系。

2.2.4 放热焊接连接法

放热焊策应用活性较强的铝把氧化铜还原，全体过程需时仅数秒，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。
铜基放热反应的一样平常公式是：

3Cu2O+2Al→Al2O3+3Cu+热量（2735C）

放热焊接接头的特性：

①形状都雅同等；

②连接点为分子结合，没有打仗面，更没有机器压力，因此，不会松弛和堕落；

③具有较大的散热面积，通电流能力与导体相同；

④熔点与导体相同，能承受故障大电流冲击，不至熔断。

放热焊接连接法可以完成各种导线间不同办法的连接，如直通型、丁字型、十字型等；还可以完身分歧材质导线的连接，如普通钢铁、铜、镀锌钢、铜镀钢等之间的连接；乃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办法，而且耐堕落性好并打仗电阻低，已逐步得到推广运用。

放热焊接的优点：

①焊接手法大略，随意马虎节制；

②无需外接电源或热源；

③供焊接用的材料、工具很轻、携带方便；

④焊接点的载流能力与导线的载流能力相等；

⑤焊接是一种永久性的分子结合，不会松脱；

⑥焊接点像铜一样，耐堕落性能强。

⑦焊接速率快捷，节省人工；

⑧从焊口的外不雅观上便能鉴定焊接的质量；

⑨可用于焊接铜、铜合金、镀铜钢、各种合金钢，包括不锈钢及高阻加热热源材料。

放热焊接技能已通过国家电力公司武汉高压研究所、浙江电力试验研究所等部门产品质量监督考验中央的考验，并已运用在电力系统的重点工程。

该当把稳即便是采取放热焊接连接法，还应把稳以下地方：

①焊药紧张成份为铜粉，铜的氧化物，铝粉。
其纯度需符合GB/T5246标准的干系规定哀求。
不少海内厂家为了节约本钱，大量添加价格便宜的锡，导致接头外表面光滑整洁，但导电性降落，热稳定性不达标。

②放热焊接所用的模具部分厂家加工精度不足，模具结合部空隙较大，空隙处流出铜液，导致接头缺焊，焊接部位不稳定。

图1 某厂家生产的模具开口空隙很大

图2 焊接接头漏液，接头不稳定，导电性不达标

③药粉纯度不足，杂质较多，焊接完毕后接头内部存有大量气孔，切开接头即可见内部有许多空腔。

图3 好的放热焊接做的接头，接合面无任何空隙

④有的厂家为了降落焊药的起燃点，加入磷。
导致了高温环境下（如夏季阳光直晒）随意马虎自燃，存在严重安全隐患。

以是值得把稳是所有的放热焊接模具及焊药均应有相应的检测报告和试验报告。
放热焊接尚应知足地方标准和国家标准。

综上所述，合格的铜覆钢接地体产品，在导电性能、热稳定性能、耐堕落性方面将给变电站安全可靠运行带来益处。
以是应根据各个工程的不同情形，如地质和环境条件等，选择适宜的接地材料及其连接办法。
以达到既知足接地电阻的哀求，又经济合理，便于施工。
从而保障了运行职员和电气设备的安全运行。

（编自《电气技能》，原文标题为“运用在变电站的几种接地材料”，作者为谢靖、马叶芝。
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