銅覆鋼作為優選接地材料的技術對比分析

孫文東，田豐元

（河北豐寧抽水蓄能有限公司，河北省豐寧滿族自治縣 068350）

銅覆鋼作為優選接地材料的技術對比分析

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題，越來越多的地網工程在使用有別于傳統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，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，分析說明銅覆鋼作為新接地材料的特點及連接工藝。

銅覆鋼；接地材料；技術；對比分析

0 引言

河北豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿族自治縣境內，與北京市直線距離180km。電站規劃總裝機容量3600MW，項目分兩期開發，一、二期工程裝機容量分別為1800MW。工程為一等工程，大（1）型規模。分兩期建設，本期裝機容量1800MW，安裝6臺單機容量為300MW的可逆式水泵水輪機組。電站主要由上水庫、水道系統、地下廠房系統、蓄能專用下水庫及攔沙庫等建筑物組成。電站建成后，在京津唐電網系統中承擔調峰、調頻、調相和事故備用任務。一期工程首臺機組按計劃于2019年12月31日投產發電，2021年3月31日6臺機組全部投產發電。

河北豐寧抽水蓄能電站工程處于高土壤電阻率區，為了做好本工程接地網的設計，在滿足機電設備安全運行與人身安全的前提下，減少施工工程量，節約投資，下面著重對銅覆鋼與鍍鋅鋼材料進行比較，以選擇經濟、合理的接地材料。

銅覆鋼是指作為芯體的鋼表面被銅連續包覆所形成的金屬復合材料。生產工藝主要包括水平連鑄、電鍍、冷軋包覆3種。其中電鍍通常可以采用四維連續電鍍法、一般電鍍法。與鍍鋅鋼材料相比，銅覆鋼接地材料優點如下：

1 導電性能

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

2 熱穩定性

銅的熔點為1083℃，短路時最高允許溫度為450℃；銅覆鋼熔點為1084℃，短時允許溫度為450℃；而鋼的熔點為1510℃，短路時最高允許溫度為400℃。因此，接地體截面相同時，銅材熱穩定性較好。同等熱穩定性能時，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腐蝕和電化學腐蝕兩種形式，在多數情況下，這兩種腐蝕同時存在。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，而且電氣性能穩定。

銅的表面會產生附著性極強的氧化物（銅綠），能夠對內部的金屬起到很好的保護作用，阻斷腐蝕的形成。當銅與其他金屬（鋼結構、水管、氣管、電纜護套等）共存地下時，銅作為陰極不會受腐蝕，腐蝕的是后者。鋼接地體接頭部位經過高溫電弧焊接加工后會出現點腐蝕情況，理論上最多只能保證10年。而銅腐蝕不存在點蝕情況，壽命較長?？梢?，鍍銅接地體的耐腐性顯著優于鋼接地體。

4 銅覆鋼接地材料施工方便

傳統的鍍鋅鋼地網都是采用的以鍍鋅扁鋼作為接地體，使用電焊進行連接。由于電焊操作工人的業務水平參差不齊，沒有標準化的焊接流程，導致了接地網的焊接頭質量始終無法穩定。一個不穩定的焊接節點就是一個地網的隱患。并且，鍍鋅扁鋼的長度為6m/根，所以在鋪設的過程中需要鋪設多根的扁鋼，涉及多處的焊接點，使用傳統的工藝，焊接標準化與焊接質量始終無法保證。而放熱焊接工藝的出現可以完美地解決這個問題。

設計推薦水平主網采用銅覆鋼，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。銅覆鋼的高機械強度，使其能夠成卷供貨，便于機械化施工。

由于銅鍍鋼接地棒的特點，因此采用銅鍍鋼接地棒施工時非常靈活，可以根據現場具體情況采用不同的施工方法，如直接用重錘或是用機械設備打入土壤中,或由于土壤條件很差接地棒不能打入時，可鉆孔來安裝。

5 銅覆鋼使用壽命

銅覆鋼材料銅層厚度不應低于0.25mm，鍍鋅鋼接地材料使用壽命一般為3～10年，根據當地土壤腐蝕實驗結果選擇適當的鍍銅鋼材料的壽命可達40年以上。

6 銅覆鋼具有良好的經濟性

雖然在一個項目中材料費較鍍鋅鋼略高，但鍍銅鋼具有易于施工等特點，綜合造價并不比采用鍍鋅鋼造價高，而且是一次性投資終生免維護，性價比較高。

7 銅覆鋼具有較高的機械強度

銅覆鋼的接地極有較高的機械強度，使其適宜作為垂直接地體應用，在做垂直接地施工方面工作量減小，并能垂直深入土壤。并且由于銅覆鋼導體的銅層厚度大，銅層結合度高，因此在與土壤的摩擦中對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，產生大量熱量熔接焊接材料。保證了接頭純分子連接無空隙，接頭截面大于導體本身，接頭電阻小于導體本身。同時,無需任何外界電源，對操作者無資質要求，接頭焊接質量不受人為影響，完成一個接頭焊接需時不到1min。

搭接處采用放熱焊接，操作方便，加快施工進度，節省人工費用，簡化施工工藝，更重要的是保證了等同于銅接地網的連接質量。設計推薦垂直地網采用銅覆鋼接地棒，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，使通過加大垂直接地深度來降低接地電阻成為一種可能。

目前，我國大部分地區仍然使用鍍鋅扁鋼作為接地材料，但幾十年的實踐證明鍍鋅鋼并不能解決接地裝置腐蝕問題，像華北電網天津北郊500kV變電站投運8年后開挖檢查發現，接地裝置腐蝕嚴重，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，大同二電廠等大型500kV變電站投運10～11年后，因腐蝕嚴重均重新更換了原鍍鋅鋼接地裝置。由于是重新鋪設接地裝置，恢復路面和綠化等工作花費了不少資金，因此整個改造工程比新建接地裝置所需費用增加很多。

綜上所述，銅覆鋼應用在主體工程接地網中，將有效地降低接地電阻，使用壽命長，避免后期改造，也對電站將來永久運行提供了可靠的保證。

[1] GB/T 3048—2007，電線電纜電性能試驗方法.

[2] Q/GDW 466—2010，電氣工程接地用銅覆鋼技術條件.

[3] Q/GDW 467—2010，接地裝置放熱焊接技術導則.

孫文東（1970—），男，大學本科，高級工程師，長期從事水電站機電設備安裝、運行和調試等工作。

田豐元（1987—），女，大學本科，助理工程師，長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