变电上铜接地网与钢接地网的技术比较
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【摘要】随着电力系统的发展，对变电所接地设计的要求也越来越高。长期、可靠、稳定的接地系统，是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障，接地系统长期安全可靠运行的关键在于品质好的接地材料和可靠的连接。目前，我省大部分地区的变电所仍然使用镀锌扁钢作为接地材料，但几十年的实践证明镀锌钢并不是解决接地装置腐蚀问题的最好成绩选择，象匡村220kV变电站投运15年后开挖检查发现，接地装置腐蚀严重，有的甚至已被腐蚀断。其它变电站投运15-16年后，因腐蚀严重均重新更换了原镀锌钢接地装置。由于是重新铺设接地装置，恢复路面和绿化等工作花费了不少资金，因此整个改造工程比新建接地装置所需费用增加很多。
【关键词】接地网；铜材；钢材
铜、钢性能比较:
1.1 导电性能
铜和钢在20℃时的电阻率分别是17.24×10-6（Ω·mm）和138×10-6（Ω·mm），因此铜的导电率是钢的8倍。
1.2 热稳定性
铜的熔点为1083℃，短路时最高允许温度为450℃；而钢的熔点为1510℃，短路时最高允许温度为400℃。因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。同等热稳定性能时，钢接地体所需的截面积为铜材的三倍。
1.3 耐腐性
接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，在多数情况下，这两种腐蚀同时存在。铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10-1/50，是镀锌钢的耐腐蚀性的3倍以上，而且电气性能稳定。
铜的表面会产生附着性极强的氧化物（铜绿），能够对内部的铜起很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。当铜与其它金属（钢结构、水管、气管、电缆护套等）共存地下时，铜作为阴极不会受腐蚀，腐蚀的是后者。钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性。钢接地体接头部位经过高温电弧焊接加工后会出现点腐蚀情况，一般最多只能保证10年。而铜腐蚀不存在点蚀情况，寿命较长。
2．接地体截面选择比较
一般的500kV及220kV变电所中的主接地网和接地引下线都采用50×5（截面250mm2）的镀锌扁钢。
忽略腐蚀的影响对铜接地体进行热稳定校验时，铜接地引下线的最小截面应满足下式：
S
式中：S—接地引下线的最小截面，mm2；
I—流过接地引下线的短路电流稳定值，A（根据系统5～10年发展规划，按系统最大运行方式确定）；
t—短路电流的等效持续时间，s；
C—接地引下线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前接地引下线的初始温度确定。
计算用故障电流原则上应按变电所远景最大运行方式、站内发生接地故障时的故障电流，当系统情况不是十分明确时，220kV单相接地短路电流按50kA设计。
短路等效持续时间
tt+t+t
式中：t—短路电流的等效持续时间，s；
tm—主保护动作时间，s；
t—断路器失灵保护动作时间，s；
t—开关固有动作时间，s；
目前220kV系统线路保护配置基本采用“RS931，PLS631”系列保护，各套装置均设有纵联距离、差动和零序电流保护。
根据系统保护整定时间， 220kV系统取0.6秒。
由规程DL/T621－1997《交流电气装置的接地规程》附录C表C1查得铜的热稳定系数为210，则铜接地引下线的截面计算如下（单位：mm2）：
对220kV系统：
S=184.43
考虑腐蚀因素，并留有充分的裕度， 220kV变电所铜接地引下线的截面均取200mm2（铜排）。水平接地网截面按照《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）规定，取接地引下线的75％，即水平接地体截面取150mm2。
综上所述，铜接地体的截面显著小于钢接地体。
3.接地体连接方式比较
目前，钢接地体之间的连接均为传统的电弧焊接方式，高温电弧会破坏接地体接头部位的镀锌层，有可能导致点腐蚀的出现，严重影响接地体的寿命。此外，电弧焊接连接不是真正的分子性连接，焊接点对于接地体的导电性能也有影响。
目前铜接地体主要采用放热焊接连接法。放热焊接利用活性较强的铝把氧化铜还原，整个过程需时仅数秒，反应所放出的热量足以使被焊接的导线端部融化形成永久性的分子合成。铜基放热反应的一般公式是：
3Cu2O+2AlAl2O3+3Cu+热量（2735℃）
3.1放热焊接接头的特性
3.1.1外形美观一致。
3.1.2连接点为分子结合，没有接触面，更没有机械压力，因此，不会松弛和腐蚀。
3.1.3具有较大的散热面积，通电流能力与导体相同。
3.1.4熔点与导体相同，能承受故障大电流冲击，不至熔断。
3.2放热焊接的优点：
3.2.1焊接方法简单，容易掌握。
3.2.2无需外接电源或热源，供焊接用的材料、工具很轻、携带方便。
3.2.3焊接是一种永久性的分子结合，焊接点的载流能力与导线的载流能力相等，不会松脱，耐腐蚀性能强。
综上所述，放热焊接是铜接地体的理想连接方式，虽然价格高，但其方便快捷的操作、优秀的焊接质量是其他连接方式不可实现的。正是因为具备这样可靠、牢固的连接方式，铜接地体的性能比钢接地体更胜一筹。
4.采用铜接地网技术更加合理
4.1铜接地网相对钢接地网具有：导电性能优、热稳定性能好、耐腐蚀能力强、施工方便、寿命长、投运后检验维护工作量少、无污染等优点。
4.2采用铜接地网，设备引下线的截面仅为200mm2，水平接地体截面仅为150mm2；较采用镀锌扁钢的接地网，接地体的截面大为减小。由于接地材质截面减小，接地网的接地电阻值略有增加，约为1%_2%，对接地网整体性能的影响可忽略不计。
4.3铜接地网采用放热焊接，确保连接点为分子结合、无腐蚀、无松弛，放热焊接操作简单快捷，焊点美观，虽然价格较高，但是相对钢接地网的连接是真正的可靠、牢固的连接。
4.4铜接地网的初期投资较钢接地网高，但是在设计寿命周期内，铜接地网的年费用显著低于钢接地网的年费用。并且随着接地网设计寿命的增加，变电所铜接地网的年费用值逐步降低，相对钢接地网的优势更加明显。
综上所述，铜接地方案的在技术上和经济上均优于钢接地方案。 [科]
【参考文献】
［１］杜澎春.交流电气装置的接地（DL/T621-1997），行业标准，1998.