國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州市洞頭區(qū)供電公司 吳隆東 秦 波 鄭舒克

洞頭地處海島，傳統(tǒng)接地裝置絕大多數(shù)采用銅包鋼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的接地裝置的導(dǎo)電性能、機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能較差[1]，并且還存在施工安裝時(shí)不夠便捷、效率較低、使用壽命較低等問(wèn)題。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，筆者將開展一種新型多層合金石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)的研制，旨在解決石墨烯復(fù)合接地裝置安裝不夠便捷和易腐蝕的問(wèn)題。而且新型石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)采用垂直深接地技術(shù)，無(wú)需大面積破土，施工便捷高效，具有免開挖特點(diǎn)，確保石墨烯接地極接觸到土壤電阻率更低的深層土壤，可以有效降低接地電阻[2]。

1 技術(shù)方案

通過(guò)新型多層合金石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)的研制及應(yīng)用，以解決上述背景技術(shù)中，提出的現(xiàn)有石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)中的石墨烯防護(hù)結(jié)構(gòu)，基本上固定安裝在芯棒上，即當(dāng)芯棒或石墨烯防護(hù)結(jié)構(gòu)損壞時(shí)，則需要對(duì)其進(jìn)行整體換新，從而使得經(jīng)濟(jì)成本較高，另一方面現(xiàn)有的石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)大多為地埋式且不具備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，即其需要借助外部驅(qū)動(dòng)設(shè)備將芯棒砸入地面，從而使得安裝拆卸過(guò)程較為麻煩，且拆卸效率較低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本課題組主要提出如下技術(shù)方案：一種新型多層合金石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)及其應(yīng)用，包括防護(hù)外殼和延伸板，所述防護(hù)外殼的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有底座，且底座內(nèi)安裝有電動(dòng)伸縮桿，同時(shí)電動(dòng)伸縮桿的分別與第一鎖定塊和第二鎖定塊連接，所述第一鎖定塊和第二鎖定塊通過(guò)傳動(dòng)架分別與第一刷板和第二刷板連接，且第一刷板和第二刷板設(shè)置在防護(hù)外殼的內(nèi)部，所述防護(hù)外殼的內(nèi)部設(shè)置有合金鉆頭，且合金鉆頭連接在第一芯棒的底部，且第一芯棒的頂部通過(guò)插接件與第二芯棒連接，同時(shí)第二芯棒和第一芯棒的外側(cè)均設(shè)置有合金組件。

所述延伸板通過(guò)連接件與第一芯棒外側(cè)的合金組件連接，且延伸板的外壁上設(shè)置有齒條，同時(shí)齒條與齒輪嚙合連接，所述齒輪安裝在轉(zhuǎn)桿上，且轉(zhuǎn)桿與電機(jī)的輸出端連接，同時(shí)電機(jī)安裝在滑動(dòng)座的內(nèi)部，所述電機(jī)設(shè)置在防護(hù)外殼的外部，且電機(jī)和滑動(dòng)座均設(shè)置在絕緣罩的內(nèi)側(cè)，同時(shí)滑動(dòng)座的底部等間距設(shè)置有球體。

所述底座的底部對(duì)稱設(shè)置有安裝架，且安裝架通過(guò)螺釘與地面連接。所述第一鎖定塊和第二鎖定塊卡合在防護(hù)外殼的外壁上，且第一鎖定塊和第二鎖定塊均滑動(dòng)連接在底座的內(nèi)部。所述第一刷板和第二刷板合圍呈圓環(huán)狀，且第一刷板和第二刷板上的刷毛與第一芯棒外側(cè)的合金組件的外壁接觸，同時(shí)第一刷板和第二刷板均滑動(dòng)連接在防護(hù)外殼的內(nèi)部。新型多層合金石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)的應(yīng)用方式包括以下步驟。

圖1 主視剖面結(jié)構(gòu)示意圖

一是利用螺釘將安裝架與地面進(jìn)行連接，接著控制電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)桿驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，將推動(dòng)齒條通過(guò)合金組件帶動(dòng)第一芯棒及其底部的合金鉆頭，下移插入地面直至下移至合適高度。

二是接著工作人員可根據(jù)實(shí)際情況，利用插接件將第二芯棒插接在第一芯棒的頂部，將裝置延長(zhǎng)至合適高度，同時(shí)工作人員可控制兩側(cè)的電動(dòng)伸縮桿拉動(dòng)第一鎖定塊和第二鎖定塊內(nèi)移至底座的內(nèi)部與防護(hù)外殼的外壁分離。

三是第一鎖定塊和第二鎖定塊內(nèi)移的過(guò)程中將通過(guò)傳動(dòng)架拉動(dòng)第一刷板、第二刷板以及滑動(dòng)座移動(dòng)，從而即可使滑動(dòng)座頂部的電機(jī)內(nèi)移收納至絕緣罩的內(nèi)部進(jìn)行防護(hù)，電機(jī)內(nèi)移時(shí)將拉動(dòng)齒輪與齒條分離，從而即可使電機(jī)與接地系統(tǒng)的主體分離。

四是當(dāng)裝置需要拆除時(shí)，工作人員可控制電動(dòng)伸縮桿推動(dòng)第一刷板、第二刷板以及電機(jī)展出復(fù)位，電機(jī)將驅(qū)動(dòng)齒輪配合齒條將插入地底的第一芯棒以及合金鉆頭向上拔出，第一刷板和第二刷板可在第一芯棒上移的過(guò)程中將黏附在其表面的污染物刮下來(lái)。

2 主要研究課題

一是新型多層合金石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究。為了在土壤電阻率高、地形復(fù)雜、雷雨季較長(zhǎng)的區(qū)域保障電力設(shè)備有效安全地運(yùn)行，提出多層復(fù)合材料石墨烯接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，有效地牽引雷擊電流，降低電力設(shè)備被雷擊損壞頻率，降低雷擊傷害事故。

二是利用動(dòng)態(tài)四探針?lè)椒ㄏ佑|電阻，研究測(cè)定氧化還原石墨烯粉體的電導(dǎo)率。將石墨烯粉體填裝至樣品槽中，通過(guò)對(duì)加壓板逐步施加壓強(qiáng)，使樣品槽內(nèi)石墨烯粉體與含四探針探頭的上電極接觸并逐漸被壓緊，在探針間施加電流后產(chǎn)生電位差。通過(guò)四探針?lè)?，?dòng)態(tài)測(cè)試不同壓強(qiáng)下的方塊電阻，然后計(jì)算石墨烯粉末的電阻率和電導(dǎo)率，測(cè)量過(guò)程中樣品不松散，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)四探針?lè)椒ㄏ佑|電阻，研究石墨烯粉體電導(dǎo)率的測(cè)定。

三是采用垂直深接地技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新型石墨烯復(fù)合快速接地裝置研制。采用石墨烯復(fù)合接地棒，根據(jù)降阻需要烯六角合金夾頭，石墨烯復(fù)合接地極和石墨烯合金連接導(dǎo)線之間采用石墨烯合金十字連接器連接或放熱焊接方式連接。

3 裝置具體實(shí)施方式

首先利用螺釘將安裝架與地面進(jìn)行連接，接著控制電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)桿驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中將推動(dòng)齒條通過(guò)合金組件帶動(dòng)第一芯棒及其底部的合金鉆頭下移插入地面直至下移至合適高度，接著可根據(jù)實(shí)際情況利用插接件將第二芯棒插接在第一芯棒的頂部，從而即可對(duì)裝置的高度進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。

其次，還可控制兩側(cè)的電動(dòng)伸縮桿拉動(dòng)第一鎖定塊和第二鎖定塊收納至底座的內(nèi)部與防護(hù)外殼的外壁分離，第一鎖定塊和第二鎖定塊內(nèi)移的過(guò)程中將通過(guò)傳動(dòng)架拉動(dòng)第一刷板、第二刷板以及滑動(dòng)座移動(dòng)，從而即可使滑動(dòng)座頂部的電機(jī)內(nèi)移收納至絕緣罩的內(nèi)部進(jìn)行防護(hù)，電機(jī)內(nèi)移時(shí)將拉動(dòng)齒輪與齒條分離，并以此避免電機(jī)被電擊損壞。

當(dāng)裝置需要拆除時(shí)，還可控制電動(dòng)伸縮桿推動(dòng)第一刷板、第二刷板以及電機(jī)展出復(fù)位，電機(jī)將驅(qū)動(dòng)齒輪配合齒條將插入地底的第一芯棒以及合金鉆頭向上拔出，第一刷板和第二刷板可在第一芯棒上移的過(guò)程中將黏附在其表面的污染物刮下來(lái)，即達(dá)到自動(dòng)清潔設(shè)備的目的。

圖2 主視結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 第一刷板、第二刷板、合金組件與第一芯棒的位置關(guān)系俯視剖面結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 主視剖面結(jié)構(gòu)示意圖中A 處放大結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 主視剖面結(jié)構(gòu)示意圖中B 處放大結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 豎槽和橫槽在合金組件上的位置分布主視剖面立體結(jié)構(gòu)示意圖

4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

一是多層復(fù)合石墨烯接地裝置不含腐蝕性離子，主要依靠石墨烯表層導(dǎo)電機(jī)理，導(dǎo)電性能優(yōu)越，能很好的適用于高土壤電阻率山區(qū)。

二是多層復(fù)合石墨烯接地裝置是由石墨烯、銀、銅、鎳、鋁等多種金屬材料制成，材料性能穩(wěn)定，自身電阻率低，耐高、低溫，耐酸、堿腐蝕，耐大沖擊電流，材料性質(zhì)不會(huì)發(fā)生變化，在高土壤電阻率接地工程中能夠很好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

三是多層復(fù)合石墨烯接地裝置的降低接地電阻效果優(yōu)于其他傳統(tǒng)接地極，大大節(jié)約開挖土方量，減少施工強(qiáng)度，縮減施工時(shí)間。

四是特別在交通不便的山區(qū)和海島，新型多層合金石墨烯復(fù)合接地裝置不需要再搬運(yùn)焊接機(jī)等笨重設(shè)備，安裝流程簡(jiǎn)化，搭接即可，有效縮短安裝施工時(shí)間，性價(jià)比非常高。

五是新型接地裝置通過(guò)合金組件、合金鉆頭、第一芯棒、插接件和第二芯棒的配合使用可有效解決現(xiàn)有的石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)不可拆卸結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

六是新型接地裝置通過(guò)電動(dòng)伸縮桿、第一鎖定塊、第二鎖定塊、第一刷板和第二刷板的配合使用，可有效解決現(xiàn)有的石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備易被污染的問(wèn)題。

七是新型接地裝置通過(guò)電機(jī)、齒條、轉(zhuǎn)桿和齒輪的配合使用可有效解決現(xiàn)有的石墨烯復(fù)合接地系統(tǒng)大多為地埋式且不具備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)本課題成果的應(yīng)用，因新材料的導(dǎo)電性能優(yōu)良，將會(huì)解決某供電公司所轄配變臺(tái)區(qū)接地電阻偏高問(wèn)題，迫使線路故障現(xiàn)象明顯減少，繼而因雷擊等造成的用戶大面積的停電事故頻率將會(huì)明顯降低，進(jìn)而大幅度提高了某供電公司所轄配變臺(tái)區(qū)線路供電的可靠性，減少對(duì)用戶的影響。