摘要:近年來在電力系統(tǒng)接地材料的應(yīng)用中,市場上出現(xiàn)使用小直徑的鍍銅圓鋼作為地網(wǎng)的主接地體,廠家聲稱鍍銅圓鋼可以取代傳統(tǒng)的鍍鋅扁鋼,代替純銅材料的接地體,而且最近了解到國內(nèi)一些地鐵項目使用鍍銅圓鋼作為貫通地線,筆者從事鐵路行業(yè)電氣設(shè)計工作多年,認(rèn)為不妥,甚者認(rèn)為對于鍍銅圓鋼這種材料,如果不清楚其特性而誤用,可能會給地網(wǎng)或鐵道產(chǎn)生安全隱患。本文就這幾種材料從價格、技術(shù)性能上進(jìn)行充分的比較,為設(shè)計者和使用方提供清晰的使用方案。
一、鍍銅圓鋼的特性
鍍銅圓鋼(鍍銅圓線)分為多種規(guī)格,直徑為Φ6、Φ8、Φ10、Φ12、Φ13.2、Φ14、Φ15.8、Φ16、Φ17.2,包裝上可以是拉直一根,也也可以是一卷,通常是100m一卷。銅層厚度符合UL467(美國接地和連接設(shè)備)標(biāo)準(zhǔn)要求,即最小厚度要大于0.254mm,這主要是考慮到抗腐蝕的影響。平均來說,0.254mm的銅層厚度,使用壽命大約在30年,對于一般的接地工程足可以滿足要求,如建筑物的防雷接地,工廠廠房接地。在一些特殊行業(yè)里,如城市軌道交通的接地,如綜合地線,一般要求100年抗腐蝕,因此需要增加銅層厚度。在電力行業(yè)和石化接地亦是如此。
二、鍍銅圓鋼容易誤用的幾個方面
本文就鍍銅圓鋼容易誤用的兩個地方進(jìn)行闡述,目的是希望設(shè)計人員清楚了解此類產(chǎn)品,從而正確的進(jìn)行設(shè)計。筆者進(jìn)行詳細(xì)的了解發(fā)現(xiàn),鍍銅圓鋼容易誤用的兩個地方主要是變電站地網(wǎng)和鐵道綜合貫通地線。筆者認(rèn)為,在這兩個應(yīng)用場合,沒必要或者最好不要使用鍍銅圓鋼作為主接地體和貫通地線,以下對此進(jìn)行詳細(xì)分析:
如果將鍍銅圓鋼用于變電站地網(wǎng),特別要注意鍍銅圓鋼電氣特性是否滿足電氣設(shè)計要求。變電站地網(wǎng)屬于埋地式隱蔽工程,一旦有問題很難返工,所以在設(shè)計前期各設(shè)計指標(biāo)必須考慮周全。通常,變電站地網(wǎng)通常要考慮的因素有:使用壽命、接地導(dǎo)體熱穩(wěn)定性、接地電阻、跨步電壓接觸電勢等。
li)使用壽命
地網(wǎng)的使用壽命主要由導(dǎo)體的抗腐蝕性能和導(dǎo)體尺寸決定。鍍銅圓鋼的銅層厚度通常為0.254mm,美國UL467標(biāo)準(zhǔn)指出,鍍銅圓鋼的銅層厚度要達(dá)到0.254mm,其使用壽命通常為30年,相比鍍性扁鋼要好一點。但是否能用于變電站地網(wǎng)的主導(dǎo)體,需要進(jìn)一步探討。
lii)接地導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性
IEEE80-2000標(biāo)準(zhǔn)指出,鍍銅圓鋼(棒)的導(dǎo)電率是20%,比鍍銅鋼絞線的導(dǎo)電率30%還低。假設(shè)某變電站接地短路電流為20KA,短路時間1s,則需要導(dǎo)體尺寸是多少?根據(jù)國家電力標(biāo)準(zhǔn)DL/T621,得知在不考慮腐蝕的情況下,導(dǎo)體的截面積計算如下:
,Ig:短路電流;te:短路時間;C:熱穩(wěn)定系數(shù);
由于DLT621標(biāo)準(zhǔn)沒有鍍銅圓鋼的熱穩(wěn)定系數(shù)規(guī)定,這里為了計算方便,大致取值約比鋼材料高一點,100。
經(jīng)計算,在未考慮抗腐蝕和其他機(jī)械效應(yīng)要求情況下,要求鍍銅圓鋼的截面積尺寸Sg=200mm2。因此,如果要使用鍍銅圓鋼作為接地網(wǎng)主材,至少需要300mm2截面積,目前市場上沒有這么粗的材料。
liii)鍍銅圓鋼成本高,性能與鋼材相當(dāng)
鍍銅圓鋼銅層采用電鍍工藝鍍上去,工藝本身也很難保證鍍層的厚度和均勻性。理論上如果足夠厚度的銅層能夠完美的包裹在鋼上,抗腐蝕性無疑要比鍍鋅鋼要好幾倍,因此在設(shè)計上可以考慮采用相對扁鋼面積小的鍍銅圓鋼,但是實際往往是鍍層厚度達(dá)不到要求,而且很不均勻。在100m長的鍍銅圓鋼,有些地方銅層過于薄弱,因此很容易發(fā)生腐蝕,如果此處的截面積不夠大,加上兩種金屬銅和鋼的存在,其抗腐蝕還不如扁鋼。其次,包裝運輸和人為施工也會導(dǎo)致銅層破損,一旦破損,銅層脫落,抗腐蝕性能也大打折扣,還不如使用便宜的鍍鋅扁鋼。
liv)目前中國采用綜合貫通地線的方式,將鐵路兩邊附近所有的接地通過一條貫通地線連接,從而將綜合接地電阻降低到最小。通常,貫通地線的材料采用純銅線35mm2、50mm2、75mm2的,在電氣上完全滿足短路電流的要求。一些廠家聲稱采用鍍銅圓鋼代替存銅線,筆者認(rèn)為首先在防腐蝕方面就不能滿足要求。在很理想的情況下,0.25mm厚度的銅層理論計算或許可以滿足30年的腐蝕,但實際上人為的安裝和運輸,都會早成銅層脫落,脫落以后加速腐蝕的原因上面已經(jīng)分析過。在電氣性能上,也與純銅有很大差別,短路電流分析之前也分析過,在此不重復(fù)論述。筆者也進(jìn)行過價格了解,鍍銅圓鋼的價格竟然只比純銅略低一點,這里必須提醒各位設(shè)計人員,性能比沒法和純銅材料比,但價格不菲,這樣的材料應(yīng)用要求很高的鐵道接地和變電站接地場合,及為冒險,為隱蔽工程留下安全隱患。
三、鍍銅圓鋼在別的國家的應(yīng)用
目前,發(fā)達(dá)國家的變電站接地系統(tǒng)中,基本沒有使用鍍銅圓鋼作為水平主接地材料,和鐵道的貫通地線,究其原因是鍍銅圓鋼導(dǎo)電率只有20%,雖然各生產(chǎn)廠家聲稱可以代替銅材料使用,但抗腐蝕性能往往達(dá)不到要求,性價比很低,因此不可取。西方發(fā)達(dá)國家在鐵道和接地方面比中國先進(jìn)多年,尤其是德國鐵路世界領(lǐng)先,德國標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格指出要使用純銅材料作為貫通地線,就是從技術(shù)性能方面進(jìn)行詳細(xì)的考慮。西方國家的先進(jìn)而有效的經(jīng)驗,筆者認(rèn)為值得借鑒和學(xué)習(xí)。
參考資料:
(1)IEEE80-2000美國電力系統(tǒng)接地標(biāo)準(zhǔn)
?。?)DLT621國家電力系統(tǒng)接地規(guī)范
銅包鋼,銅包鋼接地棒,電解離子接地極,等離子接地極,基站接地裝置,銅包鋼接地極,銅包鋼絞線,銅包圓鋼,銅包扁鋼,別名:鍍銅接地棒,鍍銅接地極,鍍銅圓鋼(鍍銅圓鋼圓線),鍍銅扁鋼,鍍錫銅扁鋼,鍍銅鋼絞線《選型,報價,生產(chǎn),合格證,檢測報告等》
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