方曉明

（中國(guó)電建集團(tuán)河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450007）

目前，輸電線路工程中常用的桿塔接地材料有鍍鋅圓鋼、銅覆鋼（鍍錫銅覆鋼）、不銹鋼、接地模塊、柔性石墨這幾類接地形式。接地材料一方面需要有較低的接地電阻，另外一個(gè)重要因素需要有合適的耐腐蝕性能。傳統(tǒng)的接地材料為金屬材料，其腐蝕主要包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，而這兩者在實(shí)際中往往同時(shí)存在?；瘜W(xué)腐蝕是一種自發(fā)性的腐蝕，主要原因是金屬接地材料的表面與空氣土壤中的非電解質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)腐蝕不產(chǎn)生電流，如空氣中的接地引下線的腐蝕主要屬于化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕的原理是原電池原理，腐蝕部分包括陰極區(qū)和陽極區(qū)，其特征在于腐蝕過程中電子從陽極溢出并向陰極運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流。該文詳細(xì)介紹了幾種接地材料的特點(diǎn)及應(yīng)用原則[1]。

1 線路常用接地材料

1.1 鍍鋅圓鋼

目前所有線路工程中最常見、以往使用量最大的一種接地材料，常用規(guī)格為直徑12 mm 的圓型，一般要求采用熱鍍鋅工藝。在圓鋼材料的表面鍍上一層鋅結(jié)構(gòu)能夠有效地加強(qiáng)接地材料的耐腐蝕性，提高其使用的可靠性。制作鍍鋅圓鋼時(shí)，首先將圓鋼表面清洗、活化，然后將該圓鋼材料浸于熔融的鋅液中，高溫下鐵元素和鋅元素會(huì)發(fā)生反應(yīng)和擴(kuò)散，可以有效地在圓鋼表面上輔佐一層鋅合金鍍層。具有制作時(shí)間快，成本低，效果好的特點(diǎn)。熱鍍鋅具有鍍層均勻、附著力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 不銹鋼

不銹鋼相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬材料其具有材料穩(wěn)定性強(qiáng)，不易腐蝕的特點(diǎn)，在空氣、水蒸氣、水等腐蝕介質(zhì)中不易被腐蝕。由于合金元素的不同，這種不銹鋼雖然對(duì)于弱腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕性較強(qiáng)，但是對(duì)于如酸、堿、鹽等化學(xué)介質(zhì)的耐腐蝕性較差，因此，通過重新分配鋼材料中的合金元素產(chǎn)生了不銹耐酸鋼，不銹耐酸鋼對(duì)于酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)的抗腐蝕性較強(qiáng)。由于不銹鋼和不銹耐酸鋼的化學(xué)成分中存在較大的差異，因此兩者對(duì)于抗腐蝕性的介質(zhì)也不同，不銹鋼對(duì)于空氣、水蒸氣、水等弱腐蝕介質(zhì)的抗腐蝕性較強(qiáng)，對(duì)于酸、堿、鹽等化學(xué)介質(zhì)的耐腐蝕性較差，而不銹耐酸鋼正好相反。

不銹鋼中的主要合金元素是Cr（鉻），只有當(dāng)Cr 含量達(dá)到一定值時(shí)，鋼材有耐蝕性。因此，不銹鋼一般Cr（鉻）含量至少為10.5%。不銹鋼中還含有Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Cu 等元素。純不銹鋼由于其導(dǎo)電率低且加工性能的局限以及價(jià)格因素的限制，導(dǎo)致其較少直接被用作接地材料[2]。

1.3 銅覆鋼

銅覆鋼是指在鋼材料的表面附上一層銅材料，主要的制作方式是通過電鍍的技術(shù)將銅分子均勻的覆蓋到鋼材料的表面上，通過這種技術(shù)生產(chǎn)出的銅覆鋼接地材料，銅分子和鋼分子能夠緊密的結(jié)構(gòu)。具有抗腐蝕性強(qiáng)，可塑性優(yōu)良，材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加大抗拉性強(qiáng)，同時(shí)電阻較低，導(dǎo)電性較好。由于銅制接地材料表層銅的電位較高，如果與地下管網(wǎng)（鋼制）直接相連接或距離較近，易對(duì)地下管網(wǎng)產(chǎn)生電位差腐蝕，如采用陰極保護(hù)將會(huì)抬高保護(hù)電位。為了解決這一缺陷，同時(shí)考慮部分應(yīng)用場(chǎng)合防盜的需求，又出現(xiàn)了鍍錫銅覆鋼材料。一般采用電鍍生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)銅與鋼的高度結(jié)合，外表熱鍍一層錫，因此耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50 年以上[3]。

1.4 石墨基柔性復(fù)合接地體

石墨作為當(dāng)前應(yīng)用研究較為前沿的新型材料，相對(duì)于傳統(tǒng)的接地材料，具有良好的導(dǎo)電性，用石墨作為原材料制作石墨基柔性復(fù)合接地體具有抗腐蝕性能強(qiáng)，運(yùn)輸方便，環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。石墨材料在酸、堿、煙的溶液中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的浸泡，基本不會(huì)產(chǎn)生腐蝕問題，并且在-200 ℃～800 ℃的溫差環(huán)境中都可以安全的使用。用石墨制成的石墨基柔性復(fù)合接地體的纖維強(qiáng)度很高，并且不怕高溫，具有較好的耐熱阻燃的效果，在雜散電流的通過下，也不會(huì)發(fā)生電解反應(yīng)。石墨制品也具有教好的柔化特性，石墨表面粗糙構(gòu)成細(xì)孔，可以拉伸、折疊。石墨材料在跟土壤黏結(jié)后，不會(huì)產(chǎn)生空氣結(jié)界，可以跟土壤一起蠕變。所以，使用石墨基柔性復(fù)合接地體進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)，可以直接選擇用泥漿回填等方式更加便捷，而且其使用的安全性和可靠性也得到了保障。最后石墨基柔性復(fù)合接地體具有熱穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，在通電電流較為分散的時(shí)候，能夠有效的降低電流的密度，并且石墨的比熱容大，吸熱能力強(qiáng)，這種材質(zhì)的穩(wěn)定性保證了其工作的可靠性。

1.5 常用接地材料比較

試驗(yàn)研究得出部分金屬材料的腐蝕速率見表1。

表1 單一接地體埋在土壤中的腐蝕數(shù)據(jù)

從表1 中的數(shù)據(jù)可知，不銹鋼和銅包鋼的耐腐蝕性能較好，鍍鋅鋼性能次之，鋼材耐腐蝕性最差。常用的鍍鋅圓鋼、銅覆鋼、不銹鋼、石墨基柔性復(fù)合接地體接地材料比較見表2。

通過表2 可以發(fā)現(xiàn)，鍍鋅圓鋼的項(xiàng)目，基本方案為方框+射線+垂直接地，該方案的特點(diǎn)是電線的導(dǎo)電性能一般，IACS 為8.5，耐腐蝕性一般，但是技術(shù)較為成熟，生產(chǎn)效率較高，生產(chǎn)成本較低，施工較為便捷。但是需要注意的是，如果用導(dǎo)電焊進(jìn)行焊接可能會(huì)使得接頭的接觸不良，在濕度較高的易腐蝕地區(qū)需要頻繁的進(jìn)行更換，這也增加了維護(hù)成本。

銅覆鋼項(xiàng)目，基本方案為方框+射線+垂直接地，同樣，該方案的電線的導(dǎo)電性一般，IACS 在20-40 在，但是其耐腐蝕性能好，不宜用于酸性土壤地區(qū)生產(chǎn)工藝成熟，近年來廠家受環(huán)保要求限制，產(chǎn)品質(zhì)量水平有高有低，在生產(chǎn)過程中運(yùn)用專用的工具，通過化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行銅和鋼之間的熱熔結(jié)，這種技術(shù)對(duì)于銅和鋼的結(jié)合性較好，同時(shí)該材料的穩(wěn)定性較強(qiáng)，這種電線可以正常使用30 年以上都不需要維護(hù)，缺點(diǎn)則是造價(jià)較高[4]。

不銹鋼復(fù)合材料項(xiàng)目，基本方案為方框+射線+接地模塊，該方案的導(dǎo)電性一般，IACS 為15，但是不銹鋼復(fù)合材料生產(chǎn)出來的電線的耐腐蝕性能好，各種耐腐蝕性取決于不銹鋼內(nèi)合金元素成分生產(chǎn)工藝成熟，廠家基本采用常溫下高壓壓接技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行連接，該技術(shù)由于不需要電弧焊接所以成本相對(duì)較低，該材料的可靠性較強(qiáng)，可以正常使用30 年，同時(shí)由于其生產(chǎn)成本較低，一般不會(huì)被偷盜。

石墨基柔性復(fù)合接地體項(xiàng)目，基本方案為方框+射線+石墨布非磁性，該檔案具有耐腐蝕性能良好，抗酸、堿的特點(diǎn)。同時(shí)，該材料生產(chǎn)的電線易搬運(yùn)易施工，儲(chǔ)存方便，石墨基柔性復(fù)合接地體的電線，無須焊接，通過壓接連接的方式即可，穩(wěn)定性較強(qiáng)，使用壽命達(dá)到了30 年，并且也沒有偷盜價(jià)值[5]。

2 近期實(shí)際工程中各種接地形式的使用原則

哈鄭工程中對(duì)于中強(qiáng)腐蝕地區(qū)通過增大鍍鋅圓鋼截面來提高運(yùn)行年限，靈紹工程開始部分采用銅覆鋼應(yīng)用于強(qiáng)腐蝕地區(qū)，晉北江蘇、扎青等工程開始在部分地區(qū)采用柔性石墨接地材料，然而這些材料也各有不足，如大截面鍍鋅圓鋼強(qiáng)度高難以彎折施工，銅覆鋼表面易破損及易被盜，外漏的柔性石墨繩部分易散股石墨易流失，仍然需要不斷的優(yōu)化改進(jìn)。

根據(jù)前節(jié)關(guān)于各種材料的防腐性能論述，單就接地材料自身特性來說，柔性石墨的耐腐蝕性能最強(qiáng)，可以適應(yīng)于各種強(qiáng)酸強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕地區(qū)；其次為不銹鋼材料，再其次為銅覆鋼材料，鍍鋅圓鋼耐腐蝕性較差。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)及近年來新型接地材料的推廣應(yīng)用，近幾個(gè)特高壓工程對(duì)于接地材料的使用原則基本一致，主要依據(jù)電阻率的大小選擇不同材料的接地裝置。

3 結(jié)語

該文根據(jù)實(shí)際施工過程中遇到的接線材料問題，結(jié)合項(xiàng)目工程施工經(jīng)驗(yàn)，分別指出各種材料的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)了對(duì)應(yīng)不同地區(qū)不同土壤情況的桿塔需采用適用的接地措施，為今后使用接地線作為接地材料的施工過程中提供借鑒。