放熱焊接技術在接地系統施工中的應用分析

林春旺（福建省工業設備安裝有限公司）

放熱焊接技術在接地系統施工中的應用分析

林春旺（福建省工業設備安裝有限公司）

本文分析了傳統接地系統材料及連接方式存在的問題，結合石獅佳龍化纖有限公司PTA項目廠內罐區的接地工程實例，對放熱焊接新型接地連接方式在接地系統施工中的應用進行討論和總結。

放熱焊接；接地電阻；接觸電阻

1 引言

隨著科學技術的發展，人們對自身安全、設備保護、雷電及靜電釋放、噪聲控制等要求的提高，逐漸認識到接地系統的重要性，對接地系統的施工要求也越來越高。長期、可靠、穩定的接地系統，是維持設備穩定運行、保證設備和人員安全的根本保障。工程上，要求接地網金屬導體達到可靠、牢固的連接，才能保證接地網的安全運行。要保證接地系統長期安全可靠運行，關鍵在于使用品質好的接地材料和先進可靠的焊接工藝。為了達到接地系統可靠連接要求，石獅佳龍化纖有限公司PTA項目廠內罐區的接地系統設計上要求采用銅絞線連接，并用放熱焊接工藝施工。

2 傳統接地系統存在的問題

國內傳統的接地系統，通常采用扁鋼和角鋼等鋼材焊接而成，這種接地系統存在使用壽命短、維護費用高和接地電阻不穩定的缺點。經過3～5年的使用，接地材料就會受到比較嚴重的腐蝕，特別是加灌了降阻劑的地區，其接地材料就更容易被腐蝕，通過測量工頻接地電阻往往不易發現，需要頻繁的檢查和維護，部分腐蝕嚴重的部位，使用8～10年，就需要重新改造。由于使用壽命短、維護費用高，導致了嚴重的資源浪費。

在許多采用TN-S的檢測系統中，均需進行零序電流的檢測，以此作為接地故障保護時的重要判斷依據。然而在實際操作過程中，由于傳統材料——鋼材在接地時的導電率 （0.7× 107）要遠低于銅材接地時的導電率（1.56×107），當系統長期運行工作后，性能會可能會出現大幅度降低，從而導致接地故障保護的實際效果與安全性、可靠性都受到較大的影響。近年來，隨著科技的發展，在接地檢測系統中，正逐步推廣以銅材作為接地材料的新型接地方式，且該接地方式多是采用的以壓接為主，可有效提升系統的使用壽命。然而，這種新型系統存在的主要問題是，壓接點的接觸電阻容易過高，導致接地可靠性大幅度下降。

3 放熱焊接技術的介紹

放熱焊接技術也稱“鋁熱焊接”，是我國近幾年引入的一項新的電氣連接技術，可用于接地系統、防雷系統、陰極保護系統和輸電線路、電纜的連接。放熱焊接具有焊接方法簡單、操作方便、焊接接頭質量好等優點。熱熔焊接工藝的主要原理是用較活潑的金屬來還原銅，將被連接導體放入特制模具（其模具結構如圖1所示），用同種材料的高溫溶液將其完全熔化并重新塑造在一起。它的化學反應速度非常快，僅幾秒就可以完成焊接，產生熱量極高可以有效的傳導至熔接部位，使其熔為一體，形成分子結合。它無須其他任何熱能，用于接地線路金屬導體的連接是最好的方法。放熱熔焊的主要材料，包括了可焊接純銅、黃銅、青銅、紫銅、不銹鋼、鍛鐵、鍍鋅鋼鐵、鑄鐵、銅包鋼、純鐵等等。

圖1 放熱焊接模具結構圖

3.1 放熱焊接和其他連接方式的比較（以70mm2銅芯電纜連接為例）

表1

通過比較不同連接方式及其所能承載的電流之間的關系，可以看出，放熱焊連接是最好的。

3.2 放熱焊接技術的應用領域

放熱焊接適用于石化、電力、鐵路和通信等工程的以下導體的連接：

（1）電纜和電纜焊接；

（2）電纜和扁帶；

（3）電纜和鋼板；

（4）電纜和鋼筋；

（5）扁鋼和軌道；

（6）電纜和接地棒；

（7）扁帶和扁帶；

（8）電纜和接地棒；

（9）螺栓和鋼板。

3.3 放熱焊接操作步驟

（1）根據焊點形式選擇合適的模具和焊劑。

（2）焊接前用熱源（噴燈）烘烤模具和導體，確保干燥若有雜質須清除。

（3）將導體放入模具內并夾緊，必要的時候用C形夾輔助。

（4）將托盤放入模腔，堵住?？淄凶『阜?。

（5）將焊粉倒入模具中。

（6）從焊粉表面到模沿撒上點火粉。

（7）合上模蓋，用點火槍點火。

（8）從焊粉表面到模沿撒上點火粉。

（9）約20s后，可開模，焊接成功。

（10）清潔模具內的焊渣，以備下次使用。

3.4 采用放熱焊接工藝具有以下的優點

（1）焊接點的載流能力，即熔點與導線的載流能力相等，接觸電阻值?。?/p>

（2）由于焊接點是經過焊接而制成的，因此是產品為永久性的，且不易老化；

（3）焊接屬于一種永久性的分子結合方式，不易出現松脫；

（4）焊接點具有與銅類似的性質，不容易受到腐蝕性產物的影響；

（5）焊接點能經受反復多次的大浪涌（故障）電流而不易退化；

（6）焊接的方法簡單、實用，且培訓容易；

（7）供焊接用的材料非常輕便，使得攜帶方便；

（8）在進行焊接時，無需再額外進行電源或熱源的外接；

（9）從外觀上，即可檢查得出焊接的質量；

（10）可用于銅、銅合金、鍍銅鋼、各種合金鋼、不銹鋼材料的焊接。

4 工程實際應用效果

石獅佳龍化纖有限公司PTA項目廠內罐區環境特性為：爆炸性氣體危險環境2區；醋酸和液堿腐蝕性場所F2區。因此選用抗腐蝕能力強，接地電阻穩定的材料。為了保證該防雷接地裝置達到良好的接地效果，設計要求接地干線之間、接地干線與接地支線之間的連接采用放熱焊接技術聯結，要求接地阻值要小于4.0Ω。采用放熱焊接這種新型的接地連接方式的基本操作程序非常簡便，現場的各類施工人員只需很短的時間就能夠熟練得的掌握這種焊接技術。施工中，我們發現放熱焊接過程中也存在一些對熔接效果直接影響的因素：一方面，焊接時必須采取有效的措施以防止焊接點內水氣的產生，一個良好的焊點應當具備表面飽滿光亮、無氣孔的特點，且切開后觀察其剖面在一整體也是應當無氣孔與瑕疵存在的，由于模具、焊粉及被焊接物內均可能吸附水分，因此影響其焊接效果的最主要因素是濕氣或水氣；另一方面，影響焊接效果最主要因素是模具及被焊接物的清潔程度，如果被焊接物表面有塵土、油脂、氧化物（銹）或其它附著物等，必須完全清除，并使其潔凈光亮后才能進行焊接作業，否則焊點的導電性能與機械性能將會受到一定的影響。如果模具內遺留的殘渣不完全清除，將造成焊點表面不平滑、不光亮。因此，防止水氣產生、清潔被焊接物、清潔模具是影響熔接效果的關鍵因素。

在放熱焊接實踐中，我們還對操作做了一些改進：在施工工地上，由于受到環境的影響，特別是在沿海地區海風較大，火藥及焊劑常被風吹走，致使藥劑量達不到要求，焊接效果不理想。另外，引火槍槍頭大而短，且點火時需把槍頭伸進模具火藥罐內進行引燃，這將增加操作人員的危險性。為此我們進行了多次改進，但效果均不理想。后來從放鞭炮中得到啟發，在模具內安放引火線，點燃引火線從而引燃模具內的火藥及藥劑。經過試驗，解決了以上問題，且焊接的效果良好。

目前廠內罐區的各裝置區內接地網已基本施工完畢，經過實測接地電阻值為2.8Ω以下，小于4.0Ω的設計要求。

5 結論

目前，工程上隨著以銅包鋼接地極、裸銅絞線的接地系統已經大量推廣采用，放熱焊接技術也越來越多應用到施工中來，解決了傳統施工方法造成的接地連接點接觸電阻值高，降阻困難，現場施工難度大，接地系統使用壽命短的難題。從經濟上看，裸銅絞線和銅包鋼接地極的接地系統相對于傳統的鍍鋅鋼材接地系統一次性投資有所增加，但是后期的維護和重復投入則大大減少，從長遠來看，其總體投資額和傳統接地方式相當。通過上述的應用實例說明，新型的接地方式和放熱焊接技術完全可以代替傳統接地方式，具有推廣和應用價值。

[1]陳寶軍，放熱焊接技術在地鐵接地網施工中的應用[J].鐵道建筑技術，2011（05）.

[2]郁 堅.接地線采用放熱焊接的質量分析及建議[J].電力與能源，2011（10）.

[3]潘智敏.放熱焊接法在變電站接地網中的工藝特點及應用[J].四川建材，2007（12）.

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2095-2066（2016）32-0057-02

2016-11-1