變電站常用接地材料性能比較

選擇接地材料時關(guān)鍵要考慮導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性;導(dǎo)體在土壤中的腐蝕情況;導(dǎo)體的導(dǎo)電性能及材料的價格等因素。下面對較常用的接地材料從這幾方面來進行分析比較：

一、熱穩(wěn)定性能

在有效的接地系統(tǒng)中，流入接地網(wǎng)的短路電流一般在幾千安培到幾十千安培的范圍，這樣強大的短路電流流過接地網(wǎng)導(dǎo)體向地中流散，將在導(dǎo)體中產(chǎn)生很高的熱量，另外短路電流時間很短，一般只有零點幾秒，在這樣短的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量來不及散入周圍的土壤介質(zhì)中，幾乎全部熱量都用來使導(dǎo)體升溫：ΔΤ=E/(ν*ρ*Cp)

式中E為短路電流產(chǎn)生的能量;ν為接地導(dǎo)體的體積;ρ和ΔΤ分別為導(dǎo)體的電阻率及吸收能量E后的溫升;Cp為導(dǎo)體的定壓比熱。

當(dāng)溫度超過一定值以及在土壤中自然冷卻后，導(dǎo)體的機械性能就會劇烈下降，特別是在導(dǎo)體之間的連接處，如果再遇到短時大電動力作用，導(dǎo)體就會遭到破壞，地網(wǎng)材料之間的連接將直接關(guān)系到地網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，(采用熱熔焊接連接是最佳選擇，熱熔焊接是通過鋁熱還原反應(yīng)，瞬間產(chǎn)生2800-3200度的高溫，將須連接兩端的材料完全融合在一起，達到完全的分子結(jié)合的效果，且熔接部位截面大于導(dǎo)體，截流量比原導(dǎo)體大)。當(dāng)短路電流很大，導(dǎo)體溫度很高，達到金屬材料的熔點時，導(dǎo)體將被熔斷，這兩種原因都有可能使接地網(wǎng)導(dǎo)體斷裂、接地網(wǎng)解體，大大降低地網(wǎng)的可靠性。每一種導(dǎo)體材料都具有它自己的熔點，允許最高溫度及熔點溫度愈高，是熱穩(wěn)定性能愈好，銅的短時最高允許溫度為300℃，熔點為1083℃;鋼的短時最高允許溫度為400℃，熔點為1550℃，因此鋼的熱穩(wěn)定性比銅好。

二、導(dǎo)體在土壤中的腐蝕率

埋在土壤中的金屬將被腐蝕，這種腐蝕，屬于電化學(xué)腐蝕的范疇。溶有鹽和其他礦物質(zhì)的土壤水起電解質(zhì)溶液的作用，但土壤腐蝕比電解質(zhì)腐蝕更復(fù)雜，由于腐蝕的作用導(dǎo)體直徑不斷減小，接地網(wǎng)的熱穩(wěn)定性能及導(dǎo)電性能都會不斷降低，超過一定的年限導(dǎo)體就會被腐蝕斷裂，接地網(wǎng)形同虛設(shè)造成事故，因此，在選擇導(dǎo)體材料時，應(yīng)考慮選用耐腐蝕的材料。據(jù)有關(guān)文獻表明，鍍鋅鋼在土壤中的腐蝕率為銅的2～3倍，可見銅的耐腐蝕比較好。

三、導(dǎo)體的導(dǎo)電性

在大型接地網(wǎng)中，當(dāng)強大的短路電流經(jīng)接地網(wǎng)導(dǎo)體流散到土壤中時，由于導(dǎo)體本身電阻的存在，使得接地網(wǎng)各部分電位不相同。據(jù)文獻記載，接地網(wǎng)尺寸愈大，土壤電阻率愈低，導(dǎo)體電阻率愈高，各部分導(dǎo)體的電位差就愈大。此外，由于鋼的電阻率約為銅電阻率的8倍，在同樣大的短路電流作用時，鋼發(fā)熱要嚴重得多，導(dǎo)體升溫也要高得多，對熱穩(wěn)定性不利，銅的導(dǎo)電性要好得多。

四、接地材料

1.銅導(dǎo)體

裸銅是常用的接地導(dǎo)體，除了具有很好的導(dǎo)電性外，銅導(dǎo)體還具有耐地下腐蝕的優(yōu)點，因為相對于其他可能的埋在地下的金屬，銅是陰極，但是銅接地體的熱穩(wěn)定性較差，還會造成重金屬污染。在北美，電鍍銅的鋼棒常用作垂直接地體或接地網(wǎng)的導(dǎo)體。

2.鍍鋅扁鐵

鍍鋅鋼用作接地網(wǎng)材料，在國內(nèi)很常見，主要是其造價相對較低，熱穩(wěn)定性較好，且受傳統(tǒng)思維束縛。當(dāng)然我們應(yīng)該充分注意接地網(wǎng)本身的腐蝕，地網(wǎng)的導(dǎo)電性及后期帶來的維護費用。據(jù)有關(guān)文獻表明，銅材和鋼材的截面積比為1:3;電阻率比為1:8。

3.電鍍銅導(dǎo)體

單獨的銅接地導(dǎo)體比較昂貴，同時鋼性差(熱穩(wěn)定性差)用于垂直接地極時，只能采用鉆機鉆孔的方式施工(施工麻煩)。目前國際上采用特殊工藝制成的電鍍銅的鋼導(dǎo)體廣泛作用于接地裝置及變電站垂直接地極接地線。

過去由于加工工藝問題，只能將銅層壓扎在鋼導(dǎo)體上形成銅包鋼導(dǎo)體，這種銅包鋼導(dǎo)體雖比鍍鋅鋼耐腐蝕，但由于工藝問題使得銅層和鋼導(dǎo)體之間存在縫隙，(在通電情況下會產(chǎn)生原電磁反應(yīng))因而銅包鋼接地導(dǎo)體已被電鍍銅的鋼接地體逐步取代，相比銅包鋼接地導(dǎo)體，電鍍銅的鋼接地體具有很好的防腐性能，但其加工工藝要求很高，英國BS7430和美國的Ul467標準規(guī)定電鍍銅接地導(dǎo)體的銅鍍層要求至少為0.25毫米。目前國內(nèi)只有為數(shù)不多的幾家公司能達到這一要求，如河南凱威電氣公司，美國的艾力高公司等。

電鍍銅接地極是用特殊的電鍍技術(shù)將99.9%的純銅均用覆蓋到低碳鋼芯上，使銅與鋼完全分子結(jié)合。它具有銅層厚，粘合度好，不剝離等特點。它的優(yōu)點是抗拉強度大，耐腐蝕性強，有穩(wěn)定的低電阻及良好的可塑性，既有銅等同的性能又兼有鋼材特性。

電鍍銅接地極深埋地下后無論是自然腐蝕或是電化學(xué)反應(yīng)都有極強的保護性。接地棒與接地線連接采用熱熔焊接，使接地裝置完全處在銅的保護之下，成為真正的免維護接地裝置。

我國普遍使用的接地材料有鍍鋅鋼、純銅、銅覆鋼等,其中鍍鋅鋼使用范圍達到90%以上。這是由于我國銅資源不豐富和沿用前蘇聯(lián)技術(shù)體系造成的,而歐美等西方國家則普遍使用銅質(zhì)接地網(wǎng)或銅覆鋼接地網(wǎng)。隨著技術(shù)進步及對電網(wǎng)服役可靠性要求提高,我國目前一些重點或大型項目也逐步開始采用銅質(zhì)或銅覆鋼接地材料鋪設(shè)接地網(wǎng)。銅質(zhì)或銅覆鋼接地材料的連接普遍采用的方法是放熱焊(即熱劑焊,在電力行業(yè)內(nèi)沿用直譯為放熱焊)。放熱焊是通過引燃劑(或電火花)引燃焊劑,焊劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)放出大量熱量并同時還原出填充金屬的焊接方式,填充金屬最終在模腔里冷卻形成接頭,屬于自蔓延高溫合成技術(shù)的一種。放熱焊焊接速度快、操作簡便、設(shè)備簡單,是野外施工高效、簡便的連接方式。電氣連接用放熱焊技術(shù)在國內(nèi)系統(tǒng)研究較少,目前高端產(chǎn)品均為引進國外品牌,如Erico、Gamma等，國產(chǎn)的如凱威熱熔焊KAIWEIWELD。

五、材料的綜合比較

目前，銅的價格約為鋼材的10倍，銅和鋼接地網(wǎng)各有優(yōu)缺點，鋼的熱穩(wěn)定性比銅好，且更經(jīng)濟，一般使用壽命為10～15年，但要考慮后期維護和地網(wǎng)的運行安全。銅的導(dǎo)電和抗腐蝕性比鋼強，采用銅接地時接地導(dǎo)體不用考慮腐蝕，因此，接地導(dǎo)體只要滿足熱穩(wěn)定性要求就可以，另外，采用銅接地網(wǎng)無后期維護費用，但是造價較高。

從性能上分析，銅材的導(dǎo)電率約為鋼材的8倍，因此，銅截面可選得比鋼材小，銅材的抗腐蝕性能優(yōu)于鋼材，在同等條件下，其使用壽命比鋼材長，從長遠利益看采用銅導(dǎo)體減少了由于接地材料腐蝕引起的接地電阻升高，更換接地材料等不利因素和費用最加，年平均費用低，但是價格高和熱穩(wěn)定性差。目前國內(nèi)普遍采用的接地網(wǎng)材料是銅和鋼兩種，而國外大部分采用銅及電鍍銅的鋼導(dǎo)體，尤其是鍍銅鋼棒因其綜合性能能好而被廣泛用于接地材料。

從經(jīng)濟技術(shù)比較，我們不難看出鍍銅棒是最佳的防雷接地材料。鍍銅棒在地網(wǎng)建設(shè)中現(xiàn)已被廣泛使用，他們的綜合特性也決定了國內(nèi)越來越多的地網(wǎng)建設(shè)中受到歡迎。

參考文獻：

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