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隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不間斷的優(yōu)質(zhì)供電對(duì)各行各業(yè)及人民生活顯得越來越重要，因此，這就要求供電企業(yè)要不斷提升管理水平，不斷提高供電可靠性，最大限度滿足用戶的生產(chǎn)生活的需要，確保電力的有效供應(yīng)。減少線路遭雷擊跳閘故障對(duì)配電網(wǎng)接地裝置的要求也越來越高。

良好的接地系統(tǒng)應(yīng)具備以下兩個(gè)主要條件：1、接地電阻應(yīng)盡可能低，接地電阻越低,雷電流, 浪涌和故障電流就可越安全地消散到大地。2、接地導(dǎo)體應(yīng)具有良好的防腐能力并能重復(fù)通過大的故障電流，系統(tǒng)的壽命應(yīng)不小于地面主要設(shè)備的壽命。一般至少要求30年以上壽命。長期、可靠、穩(wěn)定的接地系統(tǒng)，是維持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、保證設(shè)備和人員安全的根本保障，接地系統(tǒng)長期安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵在于正確選擇合適的接地材料和可靠的連接。

一 傳統(tǒng)的鍍鋅角鋼接地裝置存在四個(gè)問題

目前，傳統(tǒng)的接地體大多采用鍍鋅角鋼材質(zhì)，根據(jù)近五年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我們?cè)谑┕づc維護(hù)過程中使用的傳統(tǒng)的鍍鋅角鋼接地裝置存在以下幾個(gè)問題。

1 安裝接地過程中開挖施工量比較大

傳統(tǒng)接地裝置采用2.5米長角鋼作為接地體,四根角鋼通過圓鋼相距2米焊接為一組，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)需將角鋼垂直埋入地下。為了滿足接地電阻和雷擊電流釋放要求,有時(shí)需要兩組、三組甚至更多才能達(dá)到要求。安裝接地裝置時(shí)需開挖一條寬約0.6m、深0.8m、長8～25m的深坑。

遇到回填土較多的施工現(xiàn)場(chǎng)，2.5米的角鋼無法打入地下，只有加大開挖深度。據(jù)測(cè)算傳統(tǒng)的接地施工基礎(chǔ)施工開挖、安裝角鋼、焊接及接頭防腐處理、修復(fù)路面耗時(shí)多，完成一組接地平均需要4～5個(gè)小時(shí)。

2 鍍鋅角鋼比較容易腐蝕，影響供電安全

鍍鋅角鋼接地網(wǎng)的腐蝕問題非常嚴(yán)重，雖然設(shè)計(jì)規(guī)定地網(wǎng)的壽命為30年，但實(shí)際上鍍鋅鋼地網(wǎng)一般在5－10年腐蝕就相當(dāng)嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有時(shí)僅經(jīng)過5年，對(duì)一些桿塔和配電變電站進(jìn)行測(cè)量，往往接地電阻成為無窮大，也就是說接地系統(tǒng)被完全腐爛中斷。這遠(yuǎn)少于設(shè)計(jì)的30年壽命。

3 施工過程中占用土地和路面成本高

在城區(qū)特別是在老城區(qū)道路比較狹窄，在改造過程中，安裝傳統(tǒng)接地需要破壞水泥路面，規(guī)劃報(bào)建手續(xù)繁多，施工中不但影響交通，而且開挖和恢復(fù)需要一筆不少費(fèi)用。隨著土地日趨升值，接地施工過程中遇到的糾紛有逐年上升的趨勢(shì)。

4 傳統(tǒng)接地在安裝過程中受客觀條件影響大

早期，我們?cè)诎惭b鍍鋅角鋼接地時(shí)，是在現(xiàn)場(chǎng)打完接地體后，再用電焊將接地體用圓鋼焊接。后為了減小工作量，先期制作四根一組的接地連接體，雖然減少了現(xiàn)場(chǎng)的工作量，但焊接和接頭防腐處理仍然需要大量工作量。尤其在沒有外接電源的情況下，還需要帶上柴油發(fā)電機(jī)。

在這幾年的調(diào)查分析中發(fā)現(xiàn)，鍍鋅角鋼接地體基本是點(diǎn)腐蝕，很多腐蝕點(diǎn)都是焊接點(diǎn)。再加上部分施工單位把關(guān)不嚴(yán)，導(dǎo)致地網(wǎng)中接頭部分的腐蝕更加嚴(yán)重，從而嚴(yán)重影響地網(wǎng)的整體壽命。

由于鍍鋅鋼接地材料的種種缺點(diǎn)，以及近年來接地網(wǎng)事故的不斷增多。目前部分地區(qū)已開始選用熱穩(wěn)定性能好、導(dǎo)電性能強(qiáng)、耐腐性強(qiáng)的銅材或鍍銅鋼材料做接地，其連接采用先進(jìn)的放熱焊接技術(shù)，而鍍銅鋼接地棒也由于其良好的防腐性能和微創(chuàng)手術(shù)式便捷施工工藝而在城市配電網(wǎng)中得到了大量的應(yīng)用。

二 采用鍍銅鋼材料與傳統(tǒng)接地材料的參數(shù)對(duì)比

1 導(dǎo)電性能

在20?C的溫度下，銅的電阻率是17.24×10-6（Ω·mm），鋼的電阻率為138×10-6（Ω·mm）。假設(shè)以銅的導(dǎo)電率為基準(zhǔn)值1（即100%）， 則角鋼和鍍鋅圓鋼的導(dǎo)電率僅為8.6%，鍍銅鋼的導(dǎo)電率超過20%，而鍍銅鋼絞線的導(dǎo)電率為30%。

在雷擊電流等高頻電流作用下，鍍銅鋼材質(zhì)會(huì)產(chǎn)生集膚效應(yīng)，導(dǎo)電性接近與純銅，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼接地體。另外銅相對(duì)與真空的磁導(dǎo)率是1，鋼為636倍，通過雷擊電流或故障電流時(shí)，銅導(dǎo)體的阻抗遠(yuǎn)小于鋼接地體，因此由阻抗導(dǎo)致的地電位升高而產(chǎn)生的側(cè)擊概率會(huì)大大減少。

2 耐腐蝕性

接地體的腐蝕主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種形式，在多數(shù)情況下，這兩種腐蝕同時(shí)存在。銅在土壤中的腐蝕速度大約是鋼材的1/10~1/50，而且電氣性能穩(wěn)定。銅的表面會(huì)產(chǎn)生附著性極強(qiáng)的氧化物（銅綠），能夠?qū)?nèi)部的銅起很好的保護(hù)作用，阻斷腐蝕的形成。

當(dāng)銅與其它金屬（鋼結(jié)構(gòu)、水管、氣管、電纜護(hù)套等）共存地下時(shí)，銅作為陰極不會(huì)受腐蝕，腐蝕的是后者。鋼材是逐層腐蝕，鍍鋅層具有一定的抗腐蝕性。調(diào)研顯示鍍銅鋼在歐美國家接地系統(tǒng)中普遍應(yīng)用，可以埋入地下保證40年以上的使用壽命，熱鍍鋅鋼材只能用于設(shè)計(jì)壽命不超過15年的臨時(shí)接地，且要定期檢測(cè)接地電阻及銹蝕情況。

3 熱穩(wěn)定性的比較

銅的熔點(diǎn)為1083?C，短路時(shí)最高允許溫度為450?C；鍍銅鋼材熔點(diǎn)為1084?C，短時(shí)允許溫度為450?C；而鋼的熔點(diǎn)為1510?C，短路時(shí)最高允許溫度為400?C。因此，接地體截面相同時(shí)，銅材熱穩(wěn)定性較好。同等熱穩(wěn)定性能時(shí)，鍍鋅鋼接地體所需的截面積為銅材的三倍，是鍍銅鋼接地棒的2倍。

4 接地效果的比較

對(duì)接地系統(tǒng)基本要求是滿足接地電阻的指標(biāo)。接地電阻具體來說，實(shí)質(zhì)上包含三個(gè)部分：

a.接地導(dǎo)體本身電阻；b.導(dǎo)體和土壤的接觸電阻；c.土壤的散流電阻。其中c.土壤的散流電阻最為重要，它是接地電阻的重要組成部分，這由土壤的電阻率決定。從理論上分析，加大垂直接地極深度可以減少土壤的散流電阻，從而降低接地電阻。而增大垂直接地極直徑來降低接地電阻效果并不明顯。

從物理過程上看，雷電流的幅值很大（從數(shù)十千安到數(shù)百千安），同時(shí)，雷電流的等值頻率很高。所以，對(duì)于同一接地裝置，由于雷電流的幅值大，會(huì)使地中的電流密度增大，從而提高了地中的電場(chǎng)強(qiáng)度（Ex=ρδx =ρ（Im/（2πr2x））,在接地體表面附近尤其厲害。

當(dāng)?shù)刂须妶?chǎng)強(qiáng)度超過土壤的擊穿耐電強(qiáng)度時(shí)，會(huì)發(fā)生局部火花放電，使土壤的電導(dǎo)增大，而電阻率下降。試驗(yàn)證明，在土壤電阻率為500Ω·m，預(yù)放電時(shí)間為3-5s, 土壤的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為6-12kV/cm。因此，同樣的接地裝置在幅值很高的雷電沖擊電流作用下，其接地電阻要小于工頻電流下的數(shù)值。這一現(xiàn)象稱為火花效應(yīng)。

另一方面，雷擊電流的等值頻率很高，使接地體自身呈現(xiàn)出的電感特性，會(huì)阻礙雷擊電流向接地體（主要是指較長的水平接地體）遠(yuǎn)端流通，在接地體較長時(shí)，這種影響更是明顯，從而使接地體得不到充分的利用，這樣就使沖擊電阻大于工頻接地電阻。此現(xiàn)象稱為電感效應(yīng)。

一般情況下，由于火花效應(yīng)遠(yuǎn)大于電感效應(yīng)，故α<1.

鍍銅鋼棒和鍍銅絞線表面是厚度達(dá)0.25mm的銅層，在雷電流情況下，起主要導(dǎo)電作用的是該銅層。材料的電感系數(shù)主要取決于該種材料的磁導(dǎo)率，并與之成正比關(guān)系，我們得到銅為非磁性材料，其磁導(dǎo)率相對(duì)于真空為1，而扁鋼和角鋼的磁導(dǎo)率為700-800，可從中得出鍍銅鋼棒的電感系數(shù)大約相當(dāng)于角鋼扁鋼的1/700-1/800。

從中可得出鍍銅鋼棒的沖擊電阻比相同尺寸的角鋼的電感因素的沖擊電阻要小很多，但兩者的土壤火花效應(yīng)相同。所以鍍銅鋼棒的沖擊電阻要小于角鋼的沖擊電阻。

在輸電線路接地設(shè)計(jì)時(shí)，沖擊接地電阻是一個(gè)相當(dāng)重要的參數(shù)。在沖擊電流作用下，接地裝置的沖擊接地電阻一般低于工頻接地電阻，但是沖擊接地電阻因土壤性質(zhì)，沖擊電流峰值及波形、接地裝置的幾何形狀不同而相差很大。因此在接地裝置實(shí)際設(shè)計(jì)中，仍以正常工頻電阻值作為考慮的依據(jù)，同時(shí)考慮一定的降低幅度。通常如果工頻接地電阻達(dá)到要求，沖擊接地電阻也達(dá)到了要求。

綜上所述，鍍銅鋼材料的接地網(wǎng)相對(duì)鋼材料的接地網(wǎng)來說，能夠更好的泄放雷擊電流，保障線路安全。

通過綜合比較,鍍銅鋼棒接地系統(tǒng)具有壽命長、性能穩(wěn)、免維護(hù)等優(yōu)異性能。

三 鍍銅鋼棒接地材料的應(yīng)用

通過綜合比較,鍍銅鋼棒接地系統(tǒng)具有壽命長、導(dǎo)電性能穩(wěn)、耐腐性強(qiáng)、接地效果穩(wěn)定、使用年限長、免維護(hù)、施工方便等優(yōu)異性能。在城市配電網(wǎng)接地系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

采用鍍銅鋼接地材料，安裝時(shí)只需在電桿基礎(chǔ)邊挖半徑為0.05米的基礎(chǔ)即可垂直打入，節(jié)約施工成本、減少施工量，減少了施工維護(hù)費(fèi)用。鍍銅鋼絞線和鍍銅鋼接地棒的連接則采用放熱焊接技術(shù)。

CADWELD放熱焊接是真正的分子結(jié)合，內(nèi)部無空隙，接頭電阻與導(dǎo)體一致，焊接過程簡(jiǎn)單快速，不需要外部電源、設(shè)備或特殊培訓(xùn)。連接后兩個(gè)導(dǎo)體視為同一個(gè)導(dǎo)體。

通過鍍銅鋼接地應(yīng)用，避免了城區(qū)路面開挖，每處節(jié)約土地使用面積近15平方米，既節(jié)約費(fèi)用又提高安裝效率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為馮新龍。）