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良的導電性能，極強的抗腐蝕性能，較高的熱穩定性，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有的銅質接地材料。本文分析了銅覆鋼材料的優良特性和生產工藝， 結合某熱電聯產工程的應用實例，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熱電聯產項目，廠址位于秦皇島市，距離渤海直線距離14公里，廠區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，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，費用可節省40%以上，優勢明顯。

3 銅覆鋼接地材料的應用

針對該項目廠址地質條件，綜合考慮接地網的壽命、造價、低電阻等因素，全廠地下主接地網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

根據設計圖紙要求，結合現場實際情況，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，沒有連續未風化和半風化巖層區域施工，采用8磅大錘，人力直接安裝方式;其它區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、外表和焊接區域導體的干燥、清潔。放熱焊接模具在焊接過程中，連續出現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

接地網安裝完畢后，驗收拍照留檔，并填寫隱蔽工程記錄單。回填土時應每回填300mm夯實一次，分層夯實，實際埋設深度應符合接地網設計及施工規范要求。

4 銅覆鋼材料檢驗

4.1 檢驗項目

每種型號的銅覆鋼產品在產品定型及批量生產前，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。生產廠家提供產品時，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標準規定進行，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分離現象。

（7）電阻率及相對導電率。環境溫度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節順序進行，每個試樣長度大于0.6米，試驗過程中不允許更換，每個中間試驗環節，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，并始終保持接地網完整性。從國內外的研究及應用現狀來看，銅覆鋼接地材料具有優異的導電性，強耐腐蝕性和便利的施工技術等優點，可以作為電廠防雷接地工程理想的接地材料廣泛推廣。

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