銅覆鋼技術在輸電線路接地裝置中的應用探討

1、    銅覆鋼技術在輸電線路接地裝置中的應用探討    摘 要：對比了常用接地材料的優(yōu)缺點，介紹了銅覆鋼技術的優(yōu)點并提供了工頻接地電阻的簡易計算方法。關鍵詞：銅覆鋼；腐蝕；接地電阻接地系統(tǒng)是電氣系統(tǒng)不可或缺的基礎，目前輸電線路在電網中的作用越來越重要，若無完善的防雷與接地的保護，就有可能在時雷擊發(fā)生跳閘事故。其中，因接地材料腐蝕而引起的跳閘是導致電網事故發(fā)生的重要因素，因此急需開發(fā)和應用新型接地防腐新材料。1 接地體受腐蝕破壞的原因接地體腐蝕是發(fā)生在金屬表面與周圍介質之間，按其腐蝕機理講，腐蝕可分為化學腐蝕、物理腐蝕和電化學腐蝕。接地體在土壤環(huán)境中腐蝕，

2、主要是電化學腐蝕。電化學腐蝕是因金屬表面與周圍介質發(fā)生電化學作用而引起的，即腐蝕原電池作用，其特點是在腐蝕過程中有電流產生。埋設在土壤中的金屬接地體發(fā)生腐蝕，受以下因素的影響：土壤孔隙度土壤的孔隙空間包含著空氣和水，較大的孔隙度有利于氧和水分的保持，這是腐蝕發(fā)生促進因素。土壤濕度土壤的水分對腐蝕影響很大，當土壤含水量大于85%時，氧的擴散滲透受到了阻礙，腐蝕減弱。當土壤含水量小于10%以下時，由于水分的缺乏，陽極極性和土壤電阻比加大，腐蝕速度又急速降低。土壤溫度土壤溫度受晝夜溫差的形響。溫差大很容易在金屬上凝結水分微粒，且因溫差電池的形成，加快腐蝕。土壤的酸度（ph值）大部分土壤的酸度ph值處

3、于67.5范圍之內屬于中性。也有ph值為36的酸性土，如沼澤土、腐植土。還有ph值為7.59.5的堿性土，如鹽堿土。隨著土壤ph值的減少和增大，土壤腐蝕的速度都增加。土壤含鹽量通常土壤中含鹽量約為80150oppm ，一般情況下，土壤的可溶鹽增加導電性也增加，從而增大了土壤的腐蝕速度。 土壤電阻率土壤電阻率直接受土壤孔隙度、濕度、溫度、酸度、含鹽量和有機質的影響，因此土壤電阻率是反應某些土壤理化性質的一個綜合指標。一般土壤腐蝕性與電阻性是反相關，與電導率是正相關。但電阻率并不是影響腐蝕的唯一因素，多數(shù)情況下土壤腐蝕性可用土壤電阻率來衡量。（參見下表）2 當前常用的兩種接地材料對比當前常用的接地

4、體材料有熱鍍鋅鋼、銅兩種。熱鍍鋅鋼鍍層太薄，耐腐蝕性能差，導致熱鍍鋅鋼接地網壽命低下，部分腐蝕嚴重的區(qū)域在運行3-5年就需要開挖檢修，十年后都會產生嚴重的腐蝕而不得不更換，見下表。除去防腐能力差的缺點外，鍍鋅鋼接地體還存在著施工工藝質量難以保證、維護管理工作量大缺點。接地體是隱蔽工程，施工空間狹小，地網布線、焊接作業(yè)等受到諸多限制，因此地網的施工工藝問題也長期困擾建設單位.主要存在搭接面不夠.焊接質量良莠不齊等問題。從可靠性和經濟效益來看，銅是首選的接地網防腐材料，銅質接地網已在發(fā)達國家的輸變電工程中得到廣泛應用。在我國新建500kv及以上變電站中也部分采用了銅接地網。但銅接地體具有價格昂貴缺

5、點，且屬戰(zhàn)略性資源，剛性不足等。綜上所述開發(fā)接地網防腐新材料和新技術，提高接地網的設計壽命和可靠性，以保證電網安全運行。3 銅覆鋼防腐技術銅覆鋼是一種雙金屬復合材料，芯棒材料是鋼，外層材料為電解銅。它是利用工頻電爐將電解銅熔化，同時將處理干凈的鋼棒（或鋼絞線）在氮氣保護下加熱到較高溫度后，快速通過銅液并在出口處結晶成為連鑄銅覆鋼棒，再拉制成不同規(guī)格的銅覆鋼導體。其特點如下。（1）導電性能好：銅覆鋼材料的電導率約為鍍鋅鋼材的2倍。在疏導同樣大小電流的情況下，銅覆鋼的截面積理論上可比鍍鋅鋼材減小。（2） 抗 腐 蝕性強：傳統(tǒng)鍍鋅鋼材的鋅層厚度只有0.00 6 mm，因腐蝕引起的年失重率高達2.0%

6、，在常規(guī)環(huán)境下只能保持10年左右的使用壽命。因此，鍍鋅鋼導體地下的使用壽命在短期的接地工程中是可行的，但作為永久性接地體，還不太合適。銅覆鋼導體的銅層厚度>0.8mm（國網公司最新下發(fā)了關于銅覆鋼接地材料銅層厚度的文件要求，以往有銅層厚度0.23mm的產品），且銅在大氣中易產生起保護作用的氧化銅膜。此氧化銅膜致密性較好，穩(wěn)定性較強，腐蝕較緩慢，年失重率不超過0.2%，使用壽命為50年以上。這種壽命年限，幾乎可稱為是"免維護"的。因此，就腐蝕或壽命而言，尤其在惡劣的地質條件下銅覆鋼是最優(yōu)的接地材料之一。（3）機械強度高：傳統(tǒng)鍍鋅鋼導體在打人地下時，由于與土壤摩擦，鍍鋅層

7、很容易脫落，使接地極抗腐蝕性降低，最終導致接地裝置過早失效，危及人身和設備的安全。銅覆鋼導體由于銅層厚度大，銅層結合度高，抗拉強度3 600 mpa，因此在與土壤的摩擦中不會影響其防腐性能。（4） 電阻率及壓降?。簭臏y試得知，接地導體的長度小于2.5 m時，流散電阻增加很多；反之，流散電阻則減少得并不顯著。換句話說，接地電流經2.5 m長的接地導體后，基本能流散完。接地電阻是接地導體金屬表面與土壤的接觸電阻，加上接地導體自身的內阻之和。當接地電流、接地導體與土壤接觸電阻不變時，接地體和接地引下線的金屬內阻不同所造成的結果就不同了。根據計算和實測，銅覆鋼導體的電阻率及壓降，均小于鍍鋅鋼導體。由上

8、可見，銅覆鋼導體性能優(yōu)異，因此從工程長遠利益來看，作為接地導體是有很大優(yōu)勢的，尤其在永久性的接地工程中，其發(fā)展趨勢將逐步取代傳統(tǒng)的接地材料。4接地電阻簡易計算公式：單組接地極接地電阻： r垂=（ln8l/d -1）/ 2l：多組接地極并聯(lián)接地電阻：rn = r （1+ （1/2+1/3+1/n）/rs）/n 5 工程實例220kv港城變如東環(huán)港風電線路位于江蘇如東沿海圍墾灘涂，根據沿線環(huán)境及水質、土壤取樣檢測分析報告，發(fā)現(xiàn)由于線路所經地區(qū)氣候變化范圍大，氣溫變化范圍-1043，相對濕度變化范圍15%100%，地形復雜，沿海灘涂面積大，既包含曬鹽池、海水養(yǎng)殖場等高鹽堿水域，又包含農田、淡水養(yǎng)殖場

9、等低鹽堿土地和水域，根據所取地下水水質分析結果，水質類型為c1·hco3-na·mg型，ph值為7.63，so42-含量為54.56mg/l，hco3含量為976.00mg/l，cl-含量為9000.00mg/l，ca+含量為240.48mg/l，mg+含量為666.15mg/l，nh4+含量為3.78mg/l，na+含量為4664.63mg/l，礦化度為15700mg/l。地下水在長期浸水條件下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具弱腐蝕，在干濕交替條件下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具強腐蝕，對鋼結構具中腐蝕，故采用銅覆鋼接地技術。特別提出的是，應將銅覆鋼接地材料露出地面的部分表面進行鍍

10、錫處理，使其外觀與普通鍍鋅鋼接地一致以防盜。6 結束語綜上所述，作為沿海高腐蝕性地區(qū)的接地材料 ，銅和鍍銅鋼不論在技術性、經濟性還是運行可靠性等方面，都比鍍鋅鋼有更大的綜合優(yōu)勢和推廣價值。其中鍍銅鋼與銅相比還具有以下優(yōu)點。a）一次性投資與年費用都相對較低 ，這在前文已經述及。b）銅是相 對 稀 缺的有色金屬資源，大量使用銅材不符合我國構建節(jié)約型和諧社會的發(fā)展理念。特別是有可替代產品的條件下。c）由于客觀社會環(huán)境的影 響 ， 銅 作為接地材料存在更大的盜竊風險，而鍍銅鋼的鍍層厚度較小，本身含銅量就很少，經濟價值有限，另一方面，由于采用了電離工藝，鍍銅層與鋼芯形成分子結合，即使被盜.也很難將二者分離，給"廢品"再利用造成難以克服的困難。所以，鍍銅鋼的盜竊風險是很低的。因此，綜