銅覆鋼作為優(yōu)選接地材料的技術(shù)對(duì)比分析

孫文東，田豐元

（河北豐寧抽水蓄能有限公司，河北省豐寧滿(mǎn)族自治縣 068350）

銅覆鋼作為優(yōu)選接地材料的技術(shù)對(duì)比分析

孫文東，田豐元

（河北豐寧抽水蓄能有限公司，河北省豐寧滿(mǎn)族自治縣 068350）

因接地效果、接地材料耐腐蝕性及工程安裝方便性等問(wèn)題，越來(lái)越多的地網(wǎng)工程在使用有別于傳統(tǒng)熱鍍鋅鋼和電焊的新材料、新工藝。各種各樣的材料充斥市場(chǎng)，但很少有人能明白其中的差別。本文就銅覆鋼新材料和其連接工藝做下比較，分析說(shuō)明銅覆鋼作為新接地材料的特點(diǎn)及連接工藝。

銅覆鋼；接地材料；技術(shù)；對(duì)比分析

0 引言

河北豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿(mǎn)族自治縣境內(nèi)，與北京市直線(xiàn)距離180km。電站規(guī)劃總裝機(jī)容量3600MW，項(xiàng)目分兩期開(kāi)發(fā)，一、二期工程裝機(jī)容量分別為1800MW。工程為一等工程，大（1）型規(guī)模。分兩期建設(shè)，本期裝機(jī)容量1800MW，安裝6臺(tái)單機(jī)容量為300MW的可逆式水泵水輪機(jī)組。電站主要由上水庫(kù)、水道系統(tǒng)、地下廠(chǎng)房系統(tǒng)、蓄能專(zhuān)用下水庫(kù)及攔沙庫(kù)等建筑物組成。電站建成后，在京津唐電網(wǎng)系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用任務(wù)。一期工程首臺(tái)機(jī)組按計(jì)劃于2019年12月31日投產(chǎn)發(fā)電，2021年3月31日6臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。

河北豐寧抽水蓄能電站工程處于高土壤電阻率區(qū)，為了做好本工程接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)，在滿(mǎn)足機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行與人身安全的前提下，減少施工工程量，節(jié)約投資，下面著重對(duì)銅覆鋼與鍍鋅鋼材料進(jìn)行比較，以選擇經(jīng)濟(jì)、合理的接地材料。

銅覆鋼是指作為芯體的鋼表面被銅連續(xù)包覆所形成的金屬?gòu)?fù)合材料。生產(chǎn)工藝主要包括水平連鑄、電鍍、冷軋包覆3種。其中電鍍通?？梢圆捎盟木S連續(xù)電鍍法、一般電鍍法。與鍍鋅鋼材料相比，銅覆鋼接地材料優(yōu)點(diǎn)如下：

1 導(dǎo)電性能

以銅的導(dǎo)電率為100%，銅覆鋼接地材料的導(dǎo)電率為20%～40%，國(guó)內(nèi)銅鍍（包）鋼接地材料的導(dǎo)電率為12%～18%，而鍍鋅鋼的導(dǎo)電率只有8.6%。鍍銅鋼接地棒至少是鍍鋅鋼導(dǎo)電率的2倍，加上銅的磁導(dǎo)率是鋼的1/636，在高頻接地或雷擊電流作用下，產(chǎn)生集膚效應(yīng)，讓鍍銅鋼接地材料有接近于純銅材料的導(dǎo)電性。

2 熱穩(wěn)定性

銅的熔點(diǎn)為1083℃，短路時(shí)最高允許溫度為450℃；銅覆鋼熔點(diǎn)為1084℃，短時(shí)允許溫度為450℃；而鋼的熔點(diǎn)為1510℃，短路時(shí)最高允許溫度為400℃。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3倍，是鍍銅鋼接地棒的2倍。

3 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是鋼材的1/10～1/50，是鍍鋅鋼的耐腐蝕性的3倍以上，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)部的金屬起到很好的保護(hù)作用，阻斷腐蝕的形成。當(dāng)銅與其他金屬（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。鋼接地體接頭部位經(jīng)過(guò)高溫電弧焊接加工后會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕情況，理論上最多只能保證10年。而銅腐蝕不存在點(diǎn)蝕情況，壽命較長(zhǎng)。可見(jiàn)，鍍銅接地體的耐腐性顯著優(yōu)于鋼接地體。

4 銅覆鋼接地材料施工方便

傳統(tǒng)的鍍鋅鋼地網(wǎng)都是采用的以鍍鋅扁鋼作為接地體，使用電焊進(jìn)行連接。由于電焊操作工人的業(yè)務(wù)水平參差不齊，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的焊接流程，導(dǎo)致了接地網(wǎng)的焊接頭質(zhì)量始終無(wú)法穩(wěn)定。一個(gè)不穩(wěn)定的焊接節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)地網(wǎng)的隱患。并且，鍍鋅扁鋼的長(zhǎng)度為6m/根，所以在鋪設(shè)的過(guò)程中需要鋪設(shè)多根的扁鋼，涉及多處的焊接點(diǎn)，使用傳統(tǒng)的工藝，焊接標(biāo)準(zhǔn)化與焊接質(zhì)量始終無(wú)法保證。而放熱焊接工藝的出現(xiàn)可以完美地解決這個(gè)問(wèn)題。

設(shè)計(jì)推薦水平主網(wǎng)采用銅覆鋼，由于銅覆鋼柔性好，允許的彎度半徑小，所以拐彎方便，穿管容易。銅覆鋼的高機(jī)械強(qiáng)度，使其能夠成卷供貨，便于機(jī)械化施工。

由于銅鍍鋼接地棒的特點(diǎn)，因此采用銅鍍鋼接地棒施工時(shí)非常靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況采用不同的施工方法，如直接用重錘或是用機(jī)械設(shè)備打入土壤中,或由于土壤條件很差接地棒不能打入時(shí)，可鉆孔來(lái)安裝。

5 銅覆鋼使用壽命

銅覆鋼材料銅層厚度不應(yīng)低于0.25mm，鍍鋅鋼接地材料使用壽命一般為3～10年，根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥栏g實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)腻冦~鋼材料的壽命可達(dá)40年以上。

6 銅覆鋼具有良好的經(jīng)濟(jì)性

雖然在一個(gè)項(xiàng)目中材料費(fèi)較鍍鋅鋼略高，但鍍銅鋼具有易于施工等特點(diǎn)，綜合造價(jià)并不比采用鍍鋅鋼造價(jià)高，而且是一次性投資終生免維護(hù)，性?xún)r(jià)比較高。

7 銅覆鋼具有較高的機(jī)械強(qiáng)度

銅覆鋼的接地極有較高的機(jī)械強(qiáng)度，使其適宜作為垂直接地體應(yīng)用，在做垂直接地施工方面工作量減小，并能垂直深入土壤。并且由于銅覆鋼導(dǎo)體的銅層厚度大，銅層結(jié)合度高，因此在與土壤的摩擦中對(duì)它的防腐性能影響很小。

8 焊接工藝保證銅覆鋼的接地性能

電氣連接所用的放熱焊接利用焊接材料的自我反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱量熔接焊接材料。保證了接頭純分子連接無(wú)空隙，接頭截面大于導(dǎo)體本身，接頭電阻小于導(dǎo)體本身。同時(shí),無(wú)需任何外界電源，對(duì)操作者無(wú)資質(zhì)要求，接頭焊接質(zhì)量不受人為影響，完成一個(gè)接頭焊接需時(shí)不到1min。

搭接處采用放熱焊接，操作方便，加快施工進(jìn)度，節(jié)省人工費(fèi)用，簡(jiǎn)化施工工藝，更重要的是保證了等同于銅接地網(wǎng)的連接質(zhì)量。設(shè)計(jì)推薦垂直地網(wǎng)采用銅覆鋼接地棒，由于接地棒截面大于角鋼，在做垂直接地施工方面工作量減小，并能垂直深入土壤，使通過(guò)加大垂直接地深度來(lái)降低接地電阻成為一種可能。

目前，我國(guó)大部分地區(qū)仍然使用鍍鋅扁鋼作為接地材料，但幾十年的實(shí)踐證明鍍鋅鋼并不能解決接地裝置腐蝕問(wèn)題，像華北電網(wǎng)天津北郊500kV變電站投運(yùn)8年后開(kāi)挖檢查發(fā)現(xiàn)，接地裝置腐蝕嚴(yán)重，有的甚至已被腐蝕斷，不得不投巨資更換成銅接地裝置。還有，北京房山變電站，大同二電廠(chǎng)等大型500kV變電站投運(yùn)10～11年后，因腐蝕嚴(yán)重均重新更換了原鍍鋅鋼接地裝置。由于是重新鋪設(shè)接地裝置，恢復(fù)路面和綠化等工作花費(fèi)了不少資金，因此整個(gè)改造工程比新建接地裝置所需費(fèi)用增加很多。

綜上所述，銅覆鋼應(yīng)用在主體工程接地網(wǎng)中，將有效地降低接地電阻，使用壽命長(zhǎng)，避免后期改造，也對(duì)電站將來(lái)永久運(yùn)行提供了可靠的保證。

[1] GB/T 3048—2007，電線(xiàn)電纜電性能試驗(yàn)方法.

[2] Q/GDW 466—2010，電氣工程接地用銅覆鋼技術(shù)條件.

[3] Q/GDW 467—2010，接地裝置放熱焊接技術(shù)導(dǎo)則.

孫文東（1970—），男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事水電站機(jī)電設(shè)備安裝、運(yùn)行和調(diào)試等工作。

田豐元（1987—），女，大學(xué)本科，助理工程師，長(zhǎng)期從事水電站工程管理工作。

Comparison and Analysis of Copper Clad Steel as a Preferred Grounding Material

SUN Wendong，TIAN Fengyuan
（Hebei Fengning Pumped Storage Power Co. Ltd., Fengning 068350, China）

due to grounding effect, material corrosion resistance and engineering installation convenient, more and more network engineering in use have different from traditional galvanized steel and welding of new material, new technology. A variety of materials are flooding the market, but few people can understand the differences. In this paper, the characteristics and connection technology of copper clad steel as new ground material are analyzed and compared with the new material of copper clad steel and its connecting technology.

copper clad; steel; grounding material; technology;contrast analysis