楊成余 魏廣鴻 魏唐斌

摘 要：銅覆鋼接地材料以其優(yōu)良的導(dǎo)電性能，極強(qiáng)的抗腐蝕性能，較高的熱穩(wěn)定性，方便的施工工藝，正部分取代以前普遍使用的鍍鋅扁鋼或現(xiàn)有的銅質(zhì)接地材料。本文分析了銅覆鋼材料的優(yōu)良特性和生產(chǎn)工藝， 結(jié)合某熱電聯(lián)產(chǎn)工程的應(yīng)用實(shí)例，闡述銅覆鋼接地施工方案、檢驗(yàn)方法、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，為以后銅覆鋼接地材料在電廠防雷接地中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：銅覆鋼材料;防雷接地;抗腐蝕性;放熱焊接;接地電阻;模具

1 工程地質(zhì)條件

某2x350MW熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，廠址位于秦皇島市，距離渤海直線(xiàn)距離14公里，廠區(qū)南部為構(gòu)造剝蝕丘緩坡坡地，北部為臺(tái)地，中部為河道、洼地。廠址土壤以粗砂、粉土、粉質(zhì)粘為主，下伏基巖為太古界混合花崗巖，廠址屬于地下水的補(bǔ)給與徑流區(qū)，淺層地下水豐富。PH值7.3～7.6，電阻率46～86Ω?m，鹽分和各種離子含量較高，屬于中等腐蝕的堿性土壤。

2 銅覆鋼材料

銅覆鋼材料是銅均勻包覆鋼芯體表面的材料，與鍍鋅鋼材料相比，銅覆鋼材料具有交變電流下的“集膚效應(yīng)”，導(dǎo)電率高遠(yuǎn)高于鍍鋅鋼，700℃時(shí)熱穩(wěn)定性為120到135之間，約為鍍鋅鋼材料的2倍，腐蝕速度極小，施工速度快，全壽命周期內(nèi)，費(fèi)用可節(jié)省40%以上，優(yōu)勢(shì)明顯。

3 銅覆鋼接地材料的應(yīng)用

針對(duì)該項(xiàng)目廠址地質(zhì)條件，綜合考慮接地網(wǎng)的壽命、造價(jià)、低電阻等因素，全廠地下主接地網(wǎng)材料選擇銅覆鋼材料，其中水平接地體選用Ф18的鍍銅圓鋼，垂直接地極選用Ф17.2的鍍銅鋼接地棒，地上部分接地網(wǎng)選用熱鍍鋅扁鋼。銅覆鋼材料之間、銅覆鋼材料與熱鍍鋅扁鋼之間的連接，均采用放熱焊接。具體施工方案如下：

3.1 水平接地體施工

水平地體施工前，先挖溝通，之后敷設(shè)鍍銅圓鋼，一般長(zhǎng)度0到100米，中間可無(wú)斷點(diǎn)，最大限度減少焊接點(diǎn)?？缭綔系罆r(shí)，一般從溝道外底部穿過(guò)，遇到設(shè)備基礎(chǔ)、建筑物時(shí)，穿管防護(hù)穿越或繞行，接地線(xiàn)不得斷開(kāi)。施工過(guò)程中和二次開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)避免高強(qiáng)度刮擦破壞鍍銅層，如有破壞部分，可采用涂防腐漆或直接將破壞部分剪切處理。

3.2 垂直接地極施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇垂直接地極安裝位置。首先安裝尖頭、連接器和施工螺栓等配件，在表層土壤相對(duì)松軟，沒(méi)有連續(xù)未風(fēng)化和半風(fēng)化巖層區(qū)域施工，采用8磅大錘，人力直接安裝方式;其它區(qū)域采用專(zhuān)用電鎬的安裝方式。如果土壤硬度過(guò)強(qiáng)，直接沖撞導(dǎo)致接地棒彎曲，采用專(zhuān)業(yè)風(fēng)鉆工具鉆好孔后，放入接地棒，再對(duì)周?chē)寥肋M(jìn)行回填夯實(shí)。

3.3 接地材料之間的連接

（1）連接形式。銅覆鋼材料之間，銅覆鋼與鍍鋅鋼之間的連接均采用放熱焊接，使用專(zhuān)用模具和焊粉。連接形式有鍍銅圓鋼與接地棒水平一字、T接、十字連接，鍍銅圓鋼和接地棒垂直T接，鍍銅圓鋼和銅排或扁鋼水平一字、水平T接連接，根據(jù)不同連接形式，選擇不同模具。

（2）放熱焊接示意。放熱焊接是一種化學(xué)放熱反應(yīng)，是一種又方便又簡(jiǎn)單的焊接方式。放熱焊接示意如圖1。因?yàn)槿廴诮宇^，接頭與導(dǎo)體是分子結(jié)合，是一種永久性的接頭，機(jī)械性能良好，沒(méi)有接觸表面，沒(méi)有殘余應(yīng)力，且接頭被銅材料覆蓋，因而大大增強(qiáng)了接頭的抗腐蝕性能。整個(gè)焊接操作簡(jiǎn)單安全，無(wú)需外界能源，無(wú)需專(zhuān)業(yè)操作人員，室內(nèi)、室外都可以操作，完成連接時(shí)間短，可以大大減少施工工期。

（3）放熱焊接施工操作流程：

放熱焊接操作過(guò)程見(jiàn)圖2，為了提高焊接點(diǎn)的焊接質(zhì)量和長(zhǎng)效使用壽命，焊接施工前必須保證模具導(dǎo)流孔、反應(yīng)腔、外表和焊接區(qū)域?qū)w的干燥、清潔。放熱焊接模具在焊接過(guò)程中，連續(xù)出現(xiàn)焊接頭有焊液露出或焊接頭不飽滿(mǎn)，需及時(shí)淘汰模具，更換新模具。

3.4 覆土回填

接地網(wǎng)安裝完畢后，驗(yàn)收拍照留檔，并填寫(xiě)隱蔽工程記錄單?；靥钔?xí)r應(yīng)每回填300mm夯實(shí)一次，分層夯實(shí)，實(shí)際埋設(shè)深度應(yīng)符合接地網(wǎng)設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求。

4 銅覆鋼材料檢驗(yàn)

4.1 檢驗(yàn)項(xiàng)目

每種型號(hào)的銅覆鋼產(chǎn)品在產(chǎn)品定型及批量生產(chǎn)前，應(yīng)按4.2條 （1）～（7）、（9）項(xiàng)進(jìn)行型式試驗(yàn)，試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)由國(guó)家級(jí)試驗(yàn)單位出具。生產(chǎn)廠家提供產(chǎn)品時(shí)，須按批次提供原材料檢驗(yàn)報(bào)告和出廠試驗(yàn)報(bào)告。買(mǎi)方收到銅覆鋼材料后，分批次按4.2條（1）～（8）項(xiàng)進(jìn)行到貨檢驗(yàn)。

4.2 試驗(yàn)項(xiàng)目及方法

（1）尺寸。用分度值不大于1.0mm的鋼卷尺測(cè)量長(zhǎng)度，用分度值為0.02mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量直徑、寬度及厚度，取任意位置3處的平均值，標(biāo)稱(chēng)直徑大于8mm但小于20mm的棒材及圓線(xiàn)允許偏差±0.1mm。

（2）表面質(zhì)量。采用目視或借助放大鏡觀察銅層表面，應(yīng)無(wú)明顯的凹坑、麻點(diǎn)、針孔、起泡、裂紋、剝皮、結(jié)疤、燒灼和表面污染物，不得有黑斑、浮銅和漏覆。

（3）銅層厚度及均勻性。當(dāng)厚度測(cè)試時(shí)，在樣品任意區(qū)域銅層較薄處，選取5個(gè)測(cè)試點(diǎn)的最小值，不得小于0.25mm;當(dāng)厚度均勻性測(cè)試時(shí)，在樣品任意周長(zhǎng)區(qū)域，選取平均分布的10個(gè)測(cè)試點(diǎn)中最大值與最小值之差，銅層均勻性允差0.1mm。

（4）拉伸試驗(yàn)。拉伸試驗(yàn)應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行，夾具之間的試樣長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.5米，銅覆鋼材料用于水平接地體時(shí)，抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于300兆帕;用于垂直接地體抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于600兆帕。

（5）彎折試驗(yàn)。在室溫條件下，將銅覆鋼試樣的一端在夾具上夾緊，在距夾具40倍試樣直徑或等效直徑處，施加一個(gè)垂直于試樣的力，彎折30o時(shí)，彎折20次（或彎折90o，彎折3次），觀察試樣彎折處內(nèi)、外緣的銅層，不得出現(xiàn)凹坑、裂縫、裂紋和其他有礙于材料腐蝕性能的缺陷。

（6）結(jié)合性試驗(yàn)。取不大于200mm長(zhǎng)的銅覆鋼試樣，將一端削成45度錐形，置于夾具內(nèi)，錘擊試樣端部，削去足夠的銅層，充分露出鋼芯，取出觀察，除了試驗(yàn)器具所剝落銅層外，銅層與鋼芯不得出現(xiàn)分離現(xiàn)象。

（7）電阻率及相對(duì)導(dǎo)電率。環(huán)境溫度20℃時(shí)，15%相對(duì)導(dǎo)電率的銅覆鋼，電阻率不大于11.5x10-8Ω?m。

（8）工頻大電流試驗(yàn)。試樣回路通過(guò)試樣4s或10s持續(xù)時(shí)間的90%熔化電流，反復(fù)3次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)后，導(dǎo)體冷卻到100℃以下，再重復(fù)下一次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)后，試樣表面不得有熔化、裂縫、裂紋等缺陷，電阻變化小于10%。

（9）電氣與腐蝕試驗(yàn)。電氣與腐蝕試驗(yàn)，按電流-溫度循環(huán)試驗(yàn)、冰凍-融化試驗(yàn)、中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)、工頻大電流試驗(yàn)四個(gè)環(huán)節(jié)順序進(jìn)行，每個(gè)試樣長(zhǎng)度大于0.6米，試驗(yàn)過(guò)程中不允許更換，每個(gè)中間試驗(yàn)環(huán)節(jié)，電阻增加小于15%，最終電阻增加小于50%，試樣表面不得有熔化、裂紋、裂縫等影響材料腐蝕性能的缺陷。

5 結(jié)束語(yǔ)

接地網(wǎng)如果面積減少或損壞，將會(huì)導(dǎo)致雷電能量無(wú)法釋放到大地，變壓器、斷路器等設(shè)備損壞或者增加漏電時(shí)人身觸電的風(fēng)險(xiǎn)，所以接地網(wǎng)及其附件應(yīng)能在使用壽命內(nèi)耐受土壤腐蝕和故障電流沖擊，并始終保持接地網(wǎng)完整性。從國(guó)內(nèi)外的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，銅覆鋼接地材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，強(qiáng)耐腐蝕性和便利的施工技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，可以作為電廠防雷接地工程理想的接地材料廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬光，韓鈺，聶京凱，陳新，李現(xiàn)兵.電氣工程接地用銅覆鋼腐蝕性能研究[J].華東電力，2010，38（11）：1736-1739.

[2]孫文東，田豐元.銅覆鋼作為優(yōu)選接地材料的技術(shù)對(duì)比分析[J].水電與抽水蓄能，2015，1（05）：69-71.

[3]楊漢勤.銅覆鋼接地材料在變電站的應(yīng)用初探[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（21）：216.

[4]高洪.220 kV變電站接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)電技術(shù)，2018（03）：68-69+82.