鍍銅鋼系列
合金接地極
鍍錫銅系列
鋅包鋼系列
放熱焊接系列
石墨烯系列
接地五金件鍍銅鋼材料在變電站地網中的應用
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摘要 本文從技術角度分析鍍銅接地網、銅接地網和鋼接地網的特點，并結合某500kV變電站工程的接地網設計，對鍍銅接地網、銅接地網與鋼接地網的經濟性進行比較，論證了銅覆鋼材料是現階段高侵蝕性環境下最合用的接地材料。
樞紐詞 銅覆鋼；變電站；接地材料
越來越多的變電站不得不建設在高侵蝕性的區域，若選用鍍鋅扁鋼作接地材料，地網往往迅速被蝕穿蝕斷；因此，設計通常選用銅作接地材料，但是銅不僅是一種重要戰略物資，而且我國銅資源儲量不足，不宜過多使用[1]；銅覆鋼材料綜合了兩種接地材料的長處，是最合用的新型接地材料。
1 技術比較
1.1 耐侵蝕性
接地體的耐侵蝕性直接決定變電站地網的使用年限。接地體的侵蝕主要有面侵蝕和點侵蝕兩種表現形式，面侵蝕是指平均侵蝕，這種侵蝕的跟接地體的材質和泥土侵蝕機能相關，速度比較不亂；點侵蝕主要存在于接頭等輕易產生電化學侵蝕的部位，點侵蝕的速度是平均侵蝕速度的4倍～60倍，是威脅接地網安全的主要侵蝕形式[2]。
鋼材本身的防腐能力很差，鋼接地體主要靠外層鍍鋅進行防護。假如在施工過程中對焊接點等鍍層破壞的地方防護不夠，極易形成點侵蝕，變電所鋼接地網一般十年就需要進行改造更換，很少能不亂工作十五年，即使大幅度的增大接地極截面也沒有用，由于點侵蝕的速渡過快，很輕易蝕穿、蝕斷水平地網。
銅接地體在泥土中的侵蝕速度大約是鋼材的1/10～1/50[3]，銅材被侵蝕后的產物為堿式碳酸銅，會牢牢吸附于銅材表面，阻斷侵蝕的進一步進行，還可以保護銅材不會產生點侵蝕。鍍層公道時，鍍銅鋼的耐侵蝕性和銅材相稱。銅或鍍銅鋼接地網可以不亂運行達60年之久。
1.2 導電率
地網材料的導電率直接影響變電站地網的工頻電阻和沖擊電阻。按照國際退火銅尺度（IACS）劃定的導電率，尺度銅的導電率為100%，尺度鋼僅為10.8%，銅的導電率約是鋼的10倍。鍍銅鋼材料根據鍍層厚度不同，導電率約為20%～40%，遠好于鋼質接地材料。在高頻雷電流沖擊時，因為導體的集膚效應更加顯著，鍍銅鋼接地材料的高頻導電特性比鋼接地材料上風進一步擴大。
1.3 熱不亂性
接地材料的截面積主要取決于它的熱不亂性。表征材料熱不亂性特征的材料的熱不亂系數C。銅材的熱不亂系數為210，鋼材為70，而30%鍍銅鋼絞線約176。相同短路前提下，鋼接地體所需的截面積為銅材的3倍，是30%鍍銅鋼絞線的2.5倍。
1.4 施工難易度
變電站接地設計中，鋼接地網一般采用鍍鋅扁鋼作為水平地網材料，鍍鋅角鋼作為垂直地網材料；銅覆鋼地網一般采用鍍銅鋼絞線作為水平地網材料，采用鍍銅圓鋼作為垂直接地極。鍍鋅扁鋼受鍍槽長度限制，每根長度一般不超過6m，變電站的水平地網長度通常在100m～300m左右，整個地網敷設時就會產生大量的搭接接頭，而鍍銅鋼絞線每盤線的長度可以達到200m，可大大減小接頭數目，不僅減少很多施工量，還可以進步系統可靠性。作為垂直接地極鍍銅圓鋼接地棒比鍍鋅角鋼更輕易打入泥土深處，接地施工也更利便。
1.5 焊接可靠性
鍍鋅扁鋼的搭接主要靠電弧焊，接時因為焊點溫度高，焊弧直接暴露在空氣中，當空氣侵入時，液態金屬會發生強烈的氧化、氮化反應，還有大量金屬蒸發，而且空氣中的水分在電弧高溫下分解出的氫原子可以溶入液態金屬中，導致接頭氫脆[4]，塑性和韌度降低，甚至產生裂紋。另外，因為手工焊接時，焊點直接暴露在空氣中，焊接后冷卻很快，各種冶金反應難以達到平衡狀態，焊縫中化學成分不平均，且熔池中氣體、氧化物等來不及浮出，輕易形成氣孔、夾渣等缺陷，造成虛焊或者焊不透，影響接地體的導電性。同時，電弧焊的質量受焊接工人的技術影響也比較大，不不亂因素較多。
鍍銅鋼材料的搭接主要靠放熱焊，放熱焊是在焊點附近放入焊藥后，利用夾件嚴密包裹焊點，反應過程中，焊點基本不接觸空氣。另外放熱焊的焊接原理是接利用活性較強的鋁把氧化銅還原[1]，快速反應放出大量的熱量，融合焊件端部，形成焊點，焊點的結合是一種分子合成，沒有接觸面、接觸電阻和機械應力，不輕易松弛和侵蝕；焊點冷卻也是在夾件包裹中緩慢冷卻，焊點冶金反應比較充分，可靠性更高。
2 經濟比較
山東某500kV變電站所設計地網的基本情況如下：
1）變電站的長220m，寬135m，地網總面積為29 700m2；
2）變電站單相接地及兩相短路時的最大短路電流水平為38kA；
3）水平地網安裝10m見方網格進行敷設；
4）接地網設計使用年限60年。
經熱不亂校驗、接觸電勢、跨步電勢校驗后，采用三種接地材料所做的接地網方案投資對比分析見表1。
從表1可見，銅材和鍍銅鋼材的投資基本相稱，一次性投資基本為熱鍍鋅鋼材價格的兩倍；但是全壽命周期總投資則僅為熱鍍鋅鋼材價格的一半左右；若是計入地網改造的設計、施工等用度，以及變電站停電帶來的隱形損失，則銅材和鍍銅鋼材的全壽命周期的經濟性上風更大。
3 鍍銅鋼材料在接地應用中發現的題目
1）若室內接地網或者設備接地引下線采用鍍鋅扁鋼材料，與主接地網進行熱熔焊之后，直接構成原電池侵蝕，因此埋入地下的鍍鋅扁鋼接地材料必需在表面做進一步防腐處理；
2）鍍銅鋼絞線做接地極時，輕易泛起散股、斷股題目，設計時熱不亂截面需考慮一定的工程裕度；
3）鍍銅圓鋼因為單根出產長度受限制，一般不超過6m，作為水平地網材料使用時則會產生焊點過多的題目。
4 結論
綜上所述，鍍銅鋼材既繼續了銅材的耐侵蝕性，又大量節約了銅材；它的主要技術指標介于銅和鍍鋅鋼材之間，比鍍鋅鋼材有較大上風。鍍銅鋼材用作地網材料固然初期投資較鍍鋅扁鋼要高，但是全壽命周期看經濟性仍優于鍍鋅扁鋼，因此，鍍銅鋼材是一種優良的新型地網材料。鍍銅鋼絞線 電解離子接地極 鍍銅扁鋼 鍍銅接地棒 打入式鍍銅離子接地極 銅覆鋼圓線
樞紐詞 銅覆鋼；變電站；接地材料
越來越多的變電站不得不建設在高侵蝕性的區域，若選用鍍鋅扁鋼作接地材料，地網往往迅速被蝕穿蝕斷；因此，設計通常選用銅作接地材料，但是銅不僅是一種重要戰略物資，而且我國銅資源儲量不足，不宜過多使用[1]；銅覆鋼材料綜合了兩種接地材料的長處，是最合用的新型接地材料。
1 技術比較
1.1 耐侵蝕性
接地體的耐侵蝕性直接決定變電站地網的使用年限。接地體的侵蝕主要有面侵蝕和點侵蝕兩種表現形式，面侵蝕是指平均侵蝕，這種侵蝕的跟接地體的材質和泥土侵蝕機能相關，速度比較不亂；點侵蝕主要存在于接頭等輕易產生電化學侵蝕的部位，點侵蝕的速度是平均侵蝕速度的4倍～60倍，是威脅接地網安全的主要侵蝕形式[2]。
鋼材本身的防腐能力很差，鋼接地體主要靠外層鍍鋅進行防護。假如在施工過程中對焊接點等鍍層破壞的地方防護不夠，極易形成點侵蝕，變電所鋼接地網一般十年就需要進行改造更換，很少能不亂工作十五年，即使大幅度的增大接地極截面也沒有用，由于點侵蝕的速渡過快，很輕易蝕穿、蝕斷水平地網。
銅接地體在泥土中的侵蝕速度大約是鋼材的1/10～1/50[3]，銅材被侵蝕后的產物為堿式碳酸銅，會牢牢吸附于銅材表面，阻斷侵蝕的進一步進行，還可以保護銅材不會產生點侵蝕。鍍層公道時，鍍銅鋼的耐侵蝕性和銅材相稱。銅或鍍銅鋼接地網可以不亂運行達60年之久。
1.2 導電率
地網材料的導電率直接影響變電站地網的工頻電阻和沖擊電阻。按照國際退火銅尺度（IACS）劃定的導電率，尺度銅的導電率為100%，尺度鋼僅為10.8%，銅的導電率約是鋼的10倍。鍍銅鋼材料根據鍍層厚度不同，導電率約為20%～40%，遠好于鋼質接地材料。在高頻雷電流沖擊時，因為導體的集膚效應更加顯著，鍍銅鋼接地材料的高頻導電特性比鋼接地材料上風進一步擴大。
1.3 熱不亂性
接地材料的截面積主要取決于它的熱不亂性。表征材料熱不亂性特征的材料的熱不亂系數C。銅材的熱不亂系數為210，鋼材為70，而30%鍍銅鋼絞線約176。相同短路前提下，鋼接地體所需的截面積為銅材的3倍，是30%鍍銅鋼絞線的2.5倍。
1.4 施工難易度
變電站接地設計中，鋼接地網一般采用鍍鋅扁鋼作為水平地網材料，鍍鋅角鋼作為垂直地網材料；銅覆鋼地網一般采用鍍銅鋼絞線作為水平地網材料，采用鍍銅圓鋼作為垂直接地極。鍍鋅扁鋼受鍍槽長度限制，每根長度一般不超過6m，變電站的水平地網長度通常在100m～300m左右，整個地網敷設時就會產生大量的搭接接頭，而鍍銅鋼絞線每盤線的長度可以達到200m，可大大減小接頭數目，不僅減少很多施工量，還可以進步系統可靠性。作為垂直接地極鍍銅圓鋼接地棒比鍍鋅角鋼更輕易打入泥土深處，接地施工也更利便。
1.5 焊接可靠性
鍍鋅扁鋼的搭接主要靠電弧焊，接時因為焊點溫度高，焊弧直接暴露在空氣中，當空氣侵入時，液態金屬會發生強烈的氧化、氮化反應，還有大量金屬蒸發，而且空氣中的水分在電弧高溫下分解出的氫原子可以溶入液態金屬中，導致接頭氫脆[4]，塑性和韌度降低，甚至產生裂紋。另外，因為手工焊接時，焊點直接暴露在空氣中，焊接后冷卻很快，各種冶金反應難以達到平衡狀態，焊縫中化學成分不平均，且熔池中氣體、氧化物等來不及浮出，輕易形成氣孔、夾渣等缺陷，造成虛焊或者焊不透，影響接地體的導電性。同時，電弧焊的質量受焊接工人的技術影響也比較大，不不亂因素較多。
鍍銅鋼材料的搭接主要靠放熱焊，放熱焊是在焊點附近放入焊藥后，利用夾件嚴密包裹焊點，反應過程中，焊點基本不接觸空氣。另外放熱焊的焊接原理是接利用活性較強的鋁把氧化銅還原[1]，快速反應放出大量的熱量，融合焊件端部，形成焊點，焊點的結合是一種分子合成，沒有接觸面、接觸電阻和機械應力，不輕易松弛和侵蝕；焊點冷卻也是在夾件包裹中緩慢冷卻，焊點冶金反應比較充分，可靠性更高。
2 經濟比較
山東某500kV變電站所設計地網的基本情況如下：
1）變電站的長220m，寬135m，地網總面積為29 700m2；
2）變電站單相接地及兩相短路時的最大短路電流水平為38kA；
3）水平地網安裝10m見方網格進行敷設；
4）接地網設計使用年限60年。
經熱不亂校驗、接觸電勢、跨步電勢校驗后，采用三種接地材料所做的接地網方案投資對比分析見表1。
從表1可見，銅材和鍍銅鋼材的投資基本相稱，一次性投資基本為熱鍍鋅鋼材價格的兩倍；但是全壽命周期總投資則僅為熱鍍鋅鋼材價格的一半左右；若是計入地網改造的設計、施工等用度，以及變電站停電帶來的隱形損失，則銅材和鍍銅鋼材的全壽命周期的經濟性上風更大。
3 鍍銅鋼材料在接地應用中發現的題目
1）若室內接地網或者設備接地引下線采用鍍鋅扁鋼材料，與主接地網進行熱熔焊之后，直接構成原電池侵蝕，因此埋入地下的鍍鋅扁鋼接地材料必需在表面做進一步防腐處理；
2）鍍銅鋼絞線做接地極時，輕易泛起散股、斷股題目，設計時熱不亂截面需考慮一定的工程裕度；
3）鍍銅圓鋼因為單根出產長度受限制，一般不超過6m，作為水平地網材料使用時則會產生焊點過多的題目。
4 結論
綜上所述，鍍銅鋼材既繼續了銅材的耐侵蝕性，又大量節約了銅材；它的主要技術指標介于銅和鍍鋅鋼材之間，比鍍鋅鋼材有較大上風。鍍銅鋼材用作地網材料固然初期投資較鍍鋅扁鋼要高，但是全壽命周期看經濟性仍優于鍍鋅扁鋼，因此，鍍銅鋼材是一種優良的新型地網材料。鍍銅鋼絞線 電解離子接地極 鍍銅扁鋼 鍍銅接地棒 打入式鍍銅離子接地極 銅覆鋼圓線
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