接地材料的选择

1、浅谈接地材料的选择陈永超一、选择接地材料时关键要考虑导体的热稳定性；导体在土壤中的腐蚀情况；导体的导电性能及材料的价格等因素。下面我对较常用的接地材料从这几方面来进行分析比较：1、热稳定性能在有效的接地系统中，流入接地网的短路电流一般在几千安培到几十千安培的范围，这样强大的短路电流流过接地网导体向地中流散，将在导体中产生很高的热量，另外短路电流时间很短，一般只有零点几秒，在这样短的时间内产生的热量来不及散入周围的土壤介质中，几乎全部热量E都用来使导体升温：C p式中上为短路电流产生的能量；为接地导体的体积；和工分别为导体的电阻率及吸收能量上后的温升；Cp为导体的定压比热。当温度超过一定值以及在

2、土壤中自然冷却后，导体的机械性能就会剧烈下降，特别是在导体之间的连接处，如果再遇到短时大电动力作用，导体就会遭到破坏，地网材料之间的连接将直接 关系到地网运行的稳定性，（采用热熔焊接连接是最佳选择，热熔焊接是通过铝热还原反应，瞬间产生2800 3200度的高温，将须连接两端的材料完全融合在一起，达到完全的分子结合的效果，且熔接部位截面大于导体，截流量比原导体大）。当短路电流很大，导体温度很高，达到金属材料的熔点时，导体将被熔断，这两种原因都有可能使接地网导体断裂、接地网解体，大大降低地网 的可靠性。每一种导体材料都具有它自己的熔点，允许最高温度及熔点温度愈高，是热稳定性能 愈好，铜的短时最高允

3、许温度为300C，熔点为1083 C；钢的短时最高允许温度为400C，熔点为1550 C,因此钢的热稳定性比铜好。1、导体在土壤中的腐蚀率埋在土壤中的金属将被腐蚀，这种腐蚀，属于电化学腐蚀的范畴。溶有盐和其他矿物质的土壤水起电解质溶液的作用，但土壤腐蚀比电解质腐蚀更复杂，由于腐蚀的作用导体直径不断减小，接地网的热稳定性能及导电性能都会不断降低，超过一定的年限导体就会被腐蚀断裂，接地网形 同虚设造成事故，因此，在选择导体材料时，应考虑选用耐腐蚀的材料。据有关文献表明，镀锌 钢在土壤中的腐蚀率为铜的23倍，可见铜的耐腐蚀比较好。2、导体的导电性在大型接地网中，当强大的短路电流经接地网导体流散到土壤

4、中时，由于导体本身电阻的存在，使得接地网各部分电位不相同。据文献记载，接地网尺寸愈大，土壤电阻率愈低，导体电阻率愈高，各部分导体的电位差就愈大。此外，由于钢的电阻率约为铜电阻率的8倍，在同样大的短路电流作用时，钢发热要严重得多，导体升温也要高得多，对热稳定性不利，铜的导电性要好 得多。3、接地材料1 、铜导体裸铜是常用的接地导体，除了具有很好的导电性外，铜导体还具有耐地下腐蚀的优点，因为 相对于其他可能的埋在地下的金属，铜是阴极，但是铜接地体的热稳定性较差，还会造成重金属 污染。在北美，电镀铜的钢棒用作垂直接地体或接地网的导体。 、镀锌扁铁镀锌钢用作接地网材料，在国内很常见，主要是其造价相对较

5、低，热稳定性较好，且受传统 思维束缚。当然我们应该充分注意接地网本身的腐蚀，地网的导电性及后期带来的维护费用。据 有关文献表明，铜材和钢材的截面积比为 1： 3。电阻率比为 1： 8。 、电镀铜导体单独的铜接地导体比较昂贵，同时钢性差（热稳定性差）用于垂直接地极时，只能采用钻机 钻孔的方式施工 （施工麻烦）。目前国际上采用特殊工艺制成的电镀铜的钢导体广泛作用于接地装 置及变电站垂直接地极接地线。过去由于加工工艺问题，只能将铜层压扎在钢导体上形成铜包钢导体，这种铜包钢导体虽比 镀锌钢耐腐蚀， 但由于工艺问题使得铜层和钢导体之间存在缝隙， （在通电情况下会产生原电磁反 应）因而铜包钢接地导体已被电

6、镀铜的钢接地体逐步取代，相比铜包钢接地导体，电镀铜的钢接 地体具有很好的防腐性能， 但其加工工艺要求很高， 英国BS7430和美国的UI467标准规定电镀铜 接地导体的铜镀层要求至少为 0， 25 毫米。目前国内只有为数不多的几家公司能达到这一要求， 如新昌县雷鹰科技发展有限公司，波兰的 GaImar 公司等。电镀铜接地极是用特殊的电镀技术将 99.9%的纯铜均用覆盖到低碳钢芯上，使铜与钢完全分 子结合。它具有铜层厚，粘合度好，不剥离等特点。它的优点是抗拉强度大，耐腐蚀性强，有稳 定的低电阻及良好的可塑性，既有铜等同的性能又兼有钢材特性。电镀铜接地极深埋地下后无论是自然腐蚀或是电化学反应都有极

7、强的保护性。接地棒与接地 线连接采用热熔焊接，使接地装置完全处在铜的保护之下，成为真正的免维护接地装置。4. 纳米碳扁钢接地装置施工及验收规范 （GB50169 2006）3.2.5 规定：接地装置应采用热镀锌钢材，或适当 加大截面。由于锌的标准还原电极电势（一0.7630V）比铁的标准还原电极电势（一 0.0360V）低,在锌和铁构成的腐蚀原电池中，锌作为牺牲阳极保护了地网。热镀锌镀层厚度有限，对碳钢的防 腐年限较短。为解决地网的防腐问题，国内外采取多种方案都不理想：加大钢材截面仍不能满足 地网 30 年有效运行寿命的要求， 即使成倍增大扁钢截面积， 地网寿命也不可能成倍增加。 使用铜 材则

8、会造成土壤重金属污染。另外，牺牲阳极保护地网在线监测难度很大。根据牺牲阳极的发电 量和碳钢在特定土壤腐蚀环境中的最佳保护电流密度，可方便地计算出地网被保护的年限。该工 艺广泛应用于石油管道、钢桩码头和大坝闸门等重防腐工程。其缺点是电流密度在线监测麻烦。 保护电流密度太小，地网腐蚀依然存在；保护电流密度太大（即所谓过保护），地网在过电流作用下将发生电解腐蚀！其他阴极保护法存在同样的问题。纳米碳防腐导电涂料，它是在石墨防腐导电涂料及镍粉防腐导电涂料挂网运行多年经验基 础上推出的第二代产品。纳米碳防腐导电涂料具有优良的导电性、防腐性、耐冲击性和热稳定性。纳米碳与高分子以几乎同一数量级的粒径相互渗透，

9、二者无明显界面，因此纳米碳能提高涂料的 导电性能和封闭性能。涂料固化后，电解质溶液无法渗透到涂层内部，因而纳米碳涂料的防腐性 能优于一般涂料。在中性点直接接地的交流输电系统中，故障时会有数十千安的短路电流经地网 入地（持续时间0.1S左右）。由于纳米碳材料的耐高温性能优异，因而纳米碳防腐导电涂料顺利 通过了 30KA 2S的热稳定性试验。一旦地网遭受雷电或短路事故形成的大电流冲击，纳米碳防腐导电涂层不会被烧毁。有较高的安全可靠性。5、材料的综合比较目前，铜的价格约为钢材的10倍，铜和钢接地网各有优缺点，钢的热稳定性比铜好，且更经济，一般使用寿命为1015年，但要考虑后期维护和地网的运行安全。铜

10、的导电和抗腐蚀性比钢强，采用铜接地时接地导体不用考虑腐蚀，因此，接地导体只要满足热稳定性要求就可以，另外， 采用铜接地网无后期维护费用，但是造价较高。从性能上分析，铜材的导电率约为钢材的8倍，因此，铜截面可选得比钢材小，铜材的抗腐蚀性能优于钢材，在同等条件下，其使用寿命比钢材长，从长远利益看采用铜导体减少了由于接 地材料腐蚀引起的接地电阻升高，更换接地材料等不利因素和费用最加，年平均费用低，但是价 格高和热稳定性差。目前国内普遍采用的接地网材料是铜和钢两种，而国外大部分采用铜及电镀 铜的钢导体，尤其是镀铜钢棒因其综合性能能好而被广泛用于接地材料。性能材料热稳定性导电率耐腐蚀率价格总评铜差好好高镀锌钢