銅覆鋼材料在電廠防雷接地工程中的應用

楊成余 魏廣鴻 魏唐斌

摘 要：銅覆鋼接地材料以其優(yōu)良的導電性能，極強的抗腐蝕性能，較高的熱穩(wěn)定性，方便的施工工藝，正部分取代以前普遍使用的鍍鋅扁鋼或現(xiàn)有的銅質接地材料。本文分析了銅覆鋼材料的優(yōu)良特性和生產(chǎn)工藝， 結合某熱電聯(lián)產(chǎn)工程的應用實例，闡述銅覆鋼接地施工方案、檢驗方法、驗收標準，為以后銅覆鋼接地材料在電廠防雷接地中的應用提供參考。

關鍵詞：銅覆鋼材料;防雷接地;抗腐蝕性;放熱焊接;接地電阻;模具

1 工程地質條件

某2x350MW熱電聯(lián)產(chǎn)項目，廠址位于秦皇島市，距離渤海直線距離14公里，廠區(qū)南部為構造剝蝕丘緩坡坡地，北部為臺地，中部為河道、洼地。廠址土壤以粗砂、粉土、粉質粘為主，下伏基巖為太古界混合花崗巖，廠址屬于地下水的補給與徑流區(qū)，淺層地下水豐富。PH值7.3～7.6，電阻率46～86Ω?m，鹽分和各種離子含量較高，屬于中等腐蝕的堿性土壤。

2 銅覆鋼材料

銅覆鋼材料是銅均勻包覆鋼芯體表面的材料，與鍍鋅鋼材料相比，銅覆鋼材料具有交變電流下的“集膚效應”，導電率高遠高于鍍鋅鋼，700℃時熱穩(wěn)定性為120到135之間，約為鍍鋅鋼材料的2倍，腐蝕速度極小，施工速度快，全壽命周期內，費用可節(jié)省40%以上，優(yōu)勢明顯。

3 銅覆鋼接地材料的應用

針對該項目廠址地質條件，綜合考慮接地網(wǎng)的壽命、造價、低電阻等因素，全廠地下主接地網(wǎng)材料選擇銅覆鋼材料，其中水平接地體選用Ф18的鍍銅圓鋼，垂直接地極選用Ф17.2的鍍銅鋼接地棒，地上部分接地網(wǎng)選用熱鍍鋅扁鋼。銅覆鋼材料之間、銅覆鋼材料與熱鍍鋅扁鋼之間的連接，均采用放熱焊接。具體施工方案如下：

3.1 水平接地體施工

水平地體施工前，先挖溝通，之后敷設鍍銅圓鋼，一般長度0到100米，中間可無斷點，最大限度減少焊接點。跨越溝道時，一般從溝道外底部穿過，遇到設備基礎、建筑物時，穿管防護穿越或繞行，接地線不得斷開。施工過程中和二次開挖時，應避免高強度刮擦破壞鍍銅層，如有破壞部分，可采用涂防腐漆或直接將破壞部分剪切處理。

3.2 垂直接地極施工

根據(jù)設計圖紙要求，結合現(xiàn)場實際情況，選擇垂直接地極安裝位置。首先安裝尖頭、連接器和施工螺栓等配件，在表層土壤相對松軟，沒有連續(xù)未風化和半風化巖層區(qū)域施工，采用8磅大錘，人力直接安裝方式;其它區(qū)域采用專用電鎬的安裝方式。如果土壤硬度過強，直接沖撞導致接地棒彎曲，采用專業(yè)風鉆工具鉆好孔后，放入接地棒，再對周圍土壤進行回填夯實。

3.3 接地材料之間的連接

（1）連接形式。銅覆鋼材料之間，銅覆鋼與鍍鋅鋼之間的連接均采用放熱焊接，使用專用模具和焊粉。連接形式有鍍銅圓鋼與接地棒水平一字、T接、十字連接，鍍銅圓鋼和接地棒垂直T接，鍍銅圓鋼和銅排或扁鋼水平一字、水平T接連接，根據(jù)不同連接形式，選擇不同模具。

（2）放熱焊接示意。放熱焊接是一種化學放熱反應，是一種又方便又簡單的焊接方式。放熱焊接示意如圖1。因為熔融接頭，接頭與導體是分子結合，是一種永久性的接頭，機械性能良好，沒有接觸表面，沒有殘余應力，且接頭被銅材料覆蓋，因而大大增強了接頭的抗腐蝕性能。整個焊接操作簡單安全，無需外界能源，無需專業(yè)操作人員，室內、室外都可以操作，完成連接時間短，可以大大減少施工工期。

（3）放熱焊接施工操作流程：

放熱焊接操作過程見圖2，為了提高焊接點的焊接質量和長效使用壽命，焊接施工前必須保證模具導流孔、反應腔、外表和焊接區(qū)域導體的干燥、清潔。放熱焊接模具在焊接過程中，連續(xù)出現(xiàn)焊接頭有焊液露出或焊接頭不飽滿，需及時淘汰模具，更換新模具。

3.4 覆土回填

接地網(wǎng)安裝完畢后，驗收拍照留檔，并填寫隱蔽工程記錄單?；靥钔習r應每回填300mm夯實一次，分層夯實，實際埋設深度應符合接地網(wǎng)設計及施工規(guī)范要求。

4 銅覆鋼材料檢驗

4.1 檢驗項目

每種型號的銅覆鋼產(chǎn)品在產(chǎn)品定型及批量生產(chǎn)前，應按4.2條 （1）～（7）、（9）項進行型式試驗，試驗報告應由國家級試驗單位出具。生產(chǎn)廠家提供產(chǎn)品時，須按批次提供原材料檢驗報告和出廠試驗報告。買方收到銅覆鋼材料后，分批次按4.2條（1）～（8）項進行到貨檢驗。

4.2 試驗項目及方法

（1）尺寸。用分度值不大于1.0mm的鋼卷尺測量長度，用分度值為0.02mm的游標卡尺測量直徑、寬度及厚度，取任意位置3處的平均值，標稱直徑大于8mm但小于20mm的棒材及圓線允許偏差±0.1mm。

（2）表面質量。采用目視或借助放大鏡觀察銅層表面，應無明顯的凹坑、麻點、針孔、起泡、裂紋、剝皮、結疤、燒灼和表面污染物，不得有黑斑、浮銅和漏覆。

（3）銅層厚度及均勻性。當厚度測試時，在樣品任意區(qū)域銅層較薄處，選取5個測試點的最小值，不得小于0.25mm;當厚度均勻性測試時，在樣品任意周長區(qū)域，選取平均分布的10個測試點中最大值與最小值之差，銅層均勻性允差0.1mm。

（4）拉伸試驗。拉伸試驗應按國家標準和行業(yè)標準規(guī)定進行，夾具之間的試樣長度不應小于0.5米，銅覆鋼材料用于水平接地體時，抗拉強度應大于300兆帕;用于垂直接地體抗拉強度應大于600兆帕。

（5）彎折試驗。在室溫條件下，將銅覆鋼試樣的一端在夾具上夾緊，在距夾具40倍試樣直徑或等效直徑處，施加一個垂直于試樣的力，彎折30o時，彎折20次（或彎折90o，彎折3次），觀察試樣彎折處內、外緣的銅層，不得出現(xiàn)凹坑、裂縫、裂紋和其他有礙于材料腐蝕性能的缺陷。

（6）結合性試驗。取不大于200mm長的銅覆鋼試樣，將一端削成45度錐形，置于夾具內，錘擊試樣端部，削去足夠的銅層，充分露出鋼芯，取出觀察，除了試驗器具所剝落銅層外，銅層與鋼芯不得出現(xiàn)分離現(xiàn)象。

（7）電阻率及相對導電率。環(huán)境溫度20℃時，15%相對導電率的銅覆鋼，電阻率不大于11.5x10-8Ω?m。

（8）工頻大電流試驗。試樣回路通過試樣4s或10s持續(xù)時間的90%熔化電流，反復3次試驗，每次試驗后，導體冷卻到100℃以下，再重復下一次試驗，每次試驗后，試樣表面不得有熔化、裂縫、裂紋等缺陷，電阻變化小于10%。

（9）電氣與腐蝕試驗。電氣與腐蝕試驗，按電流-溫度循環(huán)試驗、冰凍-融化試驗、中性鹽霧腐蝕試驗、工頻大電流試驗四個環(huán)節(jié)順序進行，每個試樣長度大于0.6米，試驗過程中不允許更換，每個中間試驗環(huán)節(jié)，電阻增加小于15%，最終電阻增加小于50%，試樣表面不得有熔化、裂紋、裂縫等影響材料腐蝕性能的缺陷。

5 結束語

接地網(wǎng)如果面積減少或損壞，將會導致雷電能量無法釋放到大地，變壓器、斷路器等設備損壞或者增加漏電時人身觸電的風險，所以接地網(wǎng)及其附件應能在使用壽命內耐受土壤腐蝕和故障電流沖擊，并始終保持接地網(wǎng)完整性。從國內外的研究及應用現(xiàn)狀來看，銅覆鋼接地材料具有優(yōu)異的導電性，強耐腐蝕性和便利的施工技術等優(yōu)點，可以作為電廠防雷接地工程理想的接地材料廣泛推廣。

參考文獻：

[1]馬光，韓鈺，聶京凱，陳新，李現(xiàn)兵.電氣工程接地用銅覆鋼腐蝕性能研究[J].華東電力，2010，38（11）：1736-1739.

[2]孫文東，田豐元.銅覆鋼作為優(yōu)選接地材料的技術對比分析[J].水電與抽水蓄能，2015，1（05）：69-71.

[3]楊漢勤.銅覆鋼接地材料在變電站的應用初探[J].山東工業(yè)技術，2018（21）：216.

[4]高洪.220 kV變電站接地網(wǎng)的設計與應用[J].機電技術，2018（03）：68-69+82.