國能新朔鐵路有限責(zé)任公司 李劍宇

1 引言

鍍鋅扁鋼一般應(yīng)用到變電所的接地材料中，目前變電所利用480mm2截面鍍鋅扁鋼，利用640mm2鍍鋅扁鋼作為引下線。另外，還能夠利用熱穩(wěn)定性良好、耐腐蝕性強的銅材接地，連接利用放熱熔接的技術(shù)實現(xiàn)。根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏景才牛疚姆治龀霈F(xiàn)平臺銅接地網(wǎng)和扁鋼接地網(wǎng)的技術(shù)對比，并且實現(xiàn)可行性論證。

2 性能對比

2.1 導(dǎo)電性能

在溫度為20℃的時候，銅和鋼的電阻率分別為17.24×10-6Ω·mm 與138×10-6Ω·mm，銅具有較高的導(dǎo)熱率，所以導(dǎo)熱性能良好。相關(guān)研究顯示，在對銅接地網(wǎng)和鋼接地網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計時，銅接地網(wǎng)的電勢能夠降低。

2.2 熱穩(wěn)定性

銅和鋼的熔點分別為1083℃和1510℃，如果具有相同的接地體截面，就有良好的銅材料穩(wěn)定性，要求加大接地體的截面積。

2.3 耐腐性

通過電化學(xué)、化學(xué)的兩種方式實現(xiàn)接地體的腐蝕，土壤中的銅腐蝕速度比較快，電氣性能穩(wěn)定。利用熱鍍鋅能夠使抗腐蝕性得到提高，降低導(dǎo)電性能，使用年限為10年。銅腐蝕性會降低點蝕問題的發(fā)生概率，所以使用壽命也比較長。接地網(wǎng)在GIS變電站中要開展定期測試，但是工作難度比較大。

2.4 接地體的施工

將銅絞線在水平主網(wǎng)施工中應(yīng)用，銅絞線的柔性良好，拐彎比較方便。通過放熱焊能夠使施工工藝簡化，使銅接地網(wǎng)連接的質(zhì)量高。設(shè)計銅鍍鋼接地棒的截面比較大，在進(jìn)行垂直接地施工過程中能夠降低工作量，在土壤中垂直插入，使接地電阻得到降低。

2.5 電阻率和壓降

通過測試顯示，在接地體長度為250cm 以下的時候，會增加流散電阻。利用接地體小三全部的接地電流，利用土壤和接地體的接地電阻實現(xiàn)接地電阻，假如地面和接地體的觸點為零，就會降低接地引下線和連接點位，導(dǎo)致設(shè)備絕緣。假如接地裝置材料為鋼材，連接電位就會高于鋼材，導(dǎo)致缺陷設(shè)備和舊設(shè)備擊穿，無法對其進(jìn)行保護(hù)。銅接地體的電阻小，并且接地體壓降中的銅也比較小，降低了跨步電壓[1]。

3 接地體連接方式

3.1 銅接地體連接

利用傳統(tǒng)的電弧焊接連接銅接地體，高溫電流會對接地體接頭部位鍍鋅層造成破壞。另外，電弧焊接是不能夠進(jìn)行分子性連接，焊接點會影響接地體的導(dǎo)電性能。熱半截和銅接地體相互連接，能夠以強活性鋁還原氧化銅，此過程時間短，在進(jìn)行反應(yīng)的過程中熱量會合成永久性分析。放熱焊接接頭具有良好的外觀，利用分子結(jié)合連接點，不需要接觸面的設(shè)置，沒有機械壓力、腐蝕、松弛等問題。使散熱面積擴大，通電流的能力是一樣的；具有相同的熔點，承受大電流沖擊；焊接比較方便；不需要外接熱源和電源，供焊接使用的工具和材料比較輕。

在出現(xiàn)故障或者正常運行過程中，為了使電氣設(shè)備運行能夠可靠，將電力系統(tǒng)的接地能夠作為工作接地[2]。假如電源為中性點接地，并不會對非故障低電壓造成改變，電壓互感器的一次側(cè)線圈中性點接地能夠?qū)Φ碗妷簻y量精準(zhǔn)性進(jìn)行保證，還能夠防雷。

接地保護(hù)能夠?qū)ぷ魅藛T人身安全進(jìn)行保證，還能夠避免觸電，可以利用保護(hù)接地。電氣設(shè)備與帶電部位絕緣金屬外殼的損壞會出現(xiàn)意外帶電，導(dǎo)致出現(xiàn)人身觸電等問題。在出現(xiàn)故障的時候，對地電壓設(shè)備外漏可導(dǎo)電的部分為保護(hù)接地。低壓配電系統(tǒng)保護(hù)接地主要包括IT 系統(tǒng)、TT 系統(tǒng)與TN系統(tǒng)。

3.2 雷電保護(hù)接地

雷電保護(hù)接地為雷電保護(hù)裝置向大地泄放雷電流而設(shè)置的接地，稱為雷電保護(hù)接地或防雷接地，是防雷保護(hù)裝置重要的組成部分，是特殊的工作接地，例如避雷針、避雷線、避雷器。對一處或者多處的零線能夠利用大地連接接地裝置，從而開展重復(fù)接地。在每個1km 的地方架空線路都要連接電纜，使建筑物能夠重復(fù)接地。如果沒有重復(fù)接地，在零線斷點或者斷線的時候，某設(shè)備存在單相碰殼，接零設(shè)備外殼和電壓接觸比較高。

3.3 放熱焊接連接

放熱焊接也叫火泥熔接，通過活性比較強的鋁還原氧化銅，此過程需要的時間比較短，所反映的熱量能夠被焊接導(dǎo)線端部融化成為永久性分子合成。作業(yè)程序為以下幾步。

一是清理干凈模具和導(dǎo)線，使模具通過噴燈加熱后去除水分，將導(dǎo)線放到模具中；二是扣緊夾具對模具固定，將鋼片放到模具中；三是在模具中導(dǎo)入焊接劑，能夠使引燃劑撒到焊接劑和模具邊中；四是蓋上蓋子并且點火，在金屬凝固之后打開模具，對熔渣清除，進(jìn)行下個焊接。

放熱焊接的接頭外形美觀一致，并且連接點為分子結(jié)合，并沒有接觸面和機械壓力，所以并不會出現(xiàn)腐蝕和松弛。散熱面積比較大，通電流能力和導(dǎo)體相同，熔點和導(dǎo)體相同，能夠承受大故障電流沖擊，所以不容易被熔斷。放熱熔接連接的方法能夠?qū)崿F(xiàn)不同導(dǎo)線不同方法的連接，比如十字形、丁字形等，還能夠連接不同材質(zhì)的導(dǎo)線，比如銅鍍鋼、銅鍍鋅等。此方法的接頭連接方式廣泛，并且具有良好的耐腐蝕性。綜上所述，放熱焊接為銅接地體主要方式，雖然價格高，但是操作方便，并且連接方式牢固可靠、銅接地體性能良好。由于放熱焊接連接的此種牢固、可靠的連接方式，銅接地體的性能會更好[3]。

4 扁鋼接地網(wǎng)對陰極保護(hù)的影響

因為施工周期比較長，一般土壤電阻率不超過20Q.m 的時候要使用鎂陽極臨時保護(hù)，并且利用測試樁連接管道。在設(shè)置電流陰極保護(hù)之后，可以將臨時保護(hù)拆除。鎂陽極開路的點位為負(fù)數(shù)，因為設(shè)置電流點位在1.55V 以上，所以鎂陽極并不會影響陰極保護(hù)。相反，假如交流電流對管道造成干擾，鎂陽極還能夠?qū)崿F(xiàn)排流接地。雖然鎂陽極的消耗速度會因為電流陰極保護(hù)變慢，但是時間久了會消耗。在鋼芯連接管道的時候，就是管道漏電點。所以，在電流陰極保護(hù)使用后，將臨時陰保拆除。假如沒有破壞鍍鋅層，接地自然電位和陽極電位借鑒。在外加電流對電位進(jìn)行保護(hù)的時候，開始漏失陰極保護(hù)電流。

比如，閥室的接地網(wǎng)為鍍鋅圓鋼和鍍鋅扁鋼，與截斷閥相互鏈接。實際測量的管道電位為-105V，在設(shè)置電流陰極保護(hù)之后，陰保站閥室通電的電位為1.195V。距離陰保站24km 設(shè)置閥室，通過電位分析，因為閥室接地，此電位值為正，并且不會影響兩側(cè)陰極保護(hù)電位。

石墨接地板短路，會加大保護(hù)距離，甚至還會導(dǎo)致離開斷通電的管道過保護(hù)。表示石墨接地模式會影響陰極保護(hù)。所以，在今后工程中要禁止石墨接地模塊的應(yīng)用。另外，雖然鍍鋅扁鐵接地在投入初期并不會影響陰極保護(hù)，但是在長期運營之后還是會有一些影響。假如無法有效保護(hù)接地網(wǎng)，就會導(dǎo)致鍍鋅層根被腐蝕，漏失大量的陰極保護(hù)電流。

5 銅接地網(wǎng)技術(shù)的合理性

銅接地網(wǎng)的耐腐蝕性、導(dǎo)電性能、熱穩(wěn)定性都比較強，而且方便施工，降低維護(hù)工作質(zhì)量。銅接地網(wǎng)設(shè)備的水平接地體截面和引下線分別為150mm2、200mm2，對比鍍鋅銅鋼網(wǎng)能夠使接地體截面降低，由于接地材質(zhì)截面比較小，會使接地網(wǎng)接地電阻值得到增加，忽略了對接地網(wǎng)的整體性能影響。利用銅接地網(wǎng)焊接放熱焊，能夠連接點分子，避免出現(xiàn)腐蝕、松弛等情況。放熱焊的操作比較簡單，雖然具有較高的成本，但是焊點簡單，能夠可靠地連接銅接地網(wǎng)。

雖然銅接地網(wǎng)最開始投資高，但是在使用過程中的銅接地網(wǎng)的成本比較高。在接地網(wǎng)設(shè)計壽命不斷增加時，變電所銅接地網(wǎng)年費用就會降低，和鋼接地網(wǎng)對比優(yōu)勢更加明顯，鋼接地方案和銅接地的方案造價見表1、表2。

表1 鋼接地網(wǎng)安裝工程方案

表2 銅接地網(wǎng)安裝工程方案

一般情況下，銅接地網(wǎng)的設(shè)計壽命為50年，鋼接地網(wǎng)的設(shè)計壽命為20年，因江埡電站地處嚴(yán)重腐蝕地區(qū)，設(shè)計壽命定為15年。以50年為一個周期做經(jīng)濟對比分析，220kV 變電所銅接地與鋼接地經(jīng)濟評價見表3。

表3 220kV 變電所銅接地與鋼接地經(jīng)濟評價

由表3可知，雖然銅接地網(wǎng)的初總造價較鋼接地網(wǎng)高，但是在設(shè)計壽命周期方面，銅接地網(wǎng)相對鋼接地網(wǎng)的經(jīng)濟性優(yōu)勢非常明顯[4]。

6 導(dǎo)體截面的計算

6.1 鍍鋅鋼材料截面面積

接地引下線的最大接地短路電流為55.6kA，接地引下線與主接地網(wǎng)熱穩(wěn)定截面超過502.35mm2與376.76mm2。對腐蝕的影響進(jìn)行考慮，利用年腐蝕系數(shù)進(jìn)行驗證。針對扁鋼和圓鋼等問題，具有相同的界面，土壤介質(zhì)接觸面不同，扁鋼為50%左右。雖然腐蝕機理不完全相同，但是具有相同的腐蝕結(jié)果。另外，相關(guān)接地材料選擇圓鋼或者扁鋼并沒有太大的差別。因此，在設(shè)計防腐過程中，在使用熱鍍鋅材料時要考慮設(shè)計年限。

6.2 鍍銅鋼材截面面積

如果使用鍍鋼圓鋼，接地引下線與接地網(wǎng)熱穩(wěn)定性截面超過260mm2和195mm2?？紤]腐蝕影響，可以使用19.6mm 的鍍銅圓鋼。由于鍍銅圓鋼具有比較小的C 值，性價比和鍍銅絞線相比較差，所以利用鍍銅鋼絞線。

銅在大氣中會產(chǎn)生氧化銅膜，此膜致密性和抗腐蝕性良好。銅的電子活動慢，具有較強的穩(wěn)定性[5]。因此，對銅網(wǎng)壽命是否超過100年進(jìn)行計算，能夠忽略。通過分析抗腐蝕和壽命，接地體材料較良好的是銅。

7 結(jié)語

通過本文研究，鍍銅鋼材的電阻率、耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性能等方面優(yōu)于鋼材。