铜覆钢材料在电厂防雷接地工程中的应用

杨成余 魏广鸿 魏唐斌

摘 要：铜覆钢接地材料以其优良的导电性能，极强的抗腐蚀性能，较高的热稳定性，方便的施工工艺，正部分取代以前普遍使用的镀锌扁钢或现有的铜质接地材料。本文分析了铜覆钢材料的优良特性和生产工艺， 结合某热电联产工程的应用实例，阐述铜覆钢接地施工方案、检验方法、验收标准，为以后铜覆钢接地材料在电厂防雷接地中的应用提供参考。

关键词：铜覆钢材料;防雷接地;抗腐蚀性;放热焊接;接地电阻;模具

1 工程地质条件

某2x350MW热电联产项目，厂址位于秦皇岛市，距离渤海直线距离14公里，厂区南部为构造剥蚀丘缓坡坡地，北部为台地，中部为河道、洼地。厂址土壤以粗砂、粉土、粉质粘为主，下伏基岩为太古界混合花岗岩，厂址属于地下水的补给与径流区，浅层地下水丰富。PH值7.3～7.6，电阻率46～86Ω?m，盐分和各种离子含量较高，属于中等腐蚀的碱性土壤。

2 铜覆钢材料

铜覆鋼材料是铜均匀包覆钢芯体表面的材料，与镀锌钢材料相比，铜覆钢材料具有交变电流下的“集肤效应”，导电率高远高于镀锌钢，700℃时热稳定性为120到135之间，约为镀锌钢材料的2倍，腐蚀速度极小，施工速度快，全寿命周期内，费用可节省40%以上，优势明显。

3 铜覆钢接地材料的应用

针对该项目厂址地质条件，综合考虑接地网的寿命、造价、低电阻等因素，全厂地下主接地网材料选择铜覆钢材料，其中水平接地体选用Ф18的镀铜圆钢，垂直接地极选用Ф17.2的镀铜钢接地棒，地上部分接地网选用热镀锌扁钢。铜覆钢材料之间、铜覆钢材料与热镀锌扁钢之间的连接，均采用放热焊接。具体施工方案如下：

3.1 水平接地体施工

水平地体施工前，先挖沟通，之后敷设镀铜圆钢，一般长度0到100米，中间可无断点，最大限度减少焊接点。跨越沟道时，一般从沟道外底部穿过，遇到设备基础、建筑物时，穿管防护穿越或绕行，接地线不得断开。施工过程中和二次开挖时，应避免高强度刮擦破坏镀铜层，如有破坏部分，可采用涂防腐漆或直接将破坏部分剪切处理。

3.2 垂直接地极施工

根据设计图纸要求，结合现场实际情况，选择垂直接地极安装位置。首先安装尖头、连接器和施工螺栓等配件，在表层土壤相对松软，没有连续未风化和半风化岩层区域施工，采用8磅大锤，人力直接安装方式;其它区域采用专用电镐的安装方式。如果土壤硬度过强，直接冲撞导致接地棒弯曲，采用专业风钻工具钻好孔后，放入接地棒，再对周围土壤进行回填夯实。

3.3 接地材料之间的连接

（1）连接形式。铜覆钢材料之间，铜覆钢与镀锌钢之间的连接均采用放热焊接，使用专用模具和焊粉。连接形式有镀铜圆钢与接地棒水平一字、T接、十字连接，镀铜圆钢和接地棒垂直T接，镀铜圆钢和铜排或扁钢水平一字、水平T接连接，根据不同连接形式，选择不同模具。

（2）放热焊接示意。放热焊接是一种化学放热反应，是一种又方便又简单的焊接方式。放热焊接示意如图1。因为熔融接头，接头与导体是分子结合，是一种永久性的接头，机械性能良好，没有接触表面，没有残余应力，且接头被铜材料覆盖，因而大大增强了接头的抗腐蚀性能。整个焊接操作简单安全，无需外界能源，无需专业操作人员，室内、室外都可以操作，完成连接时间短，可以大大减少施工工期。

（3）放热焊接施工操作流程：

放热焊接操作过程见图2，为了提高焊接点的焊接质量和长效使用寿命，焊接施工前必须保证模具导流孔、反应腔、外表和焊接区域导体的干燥、清洁。放热焊接模具在焊接过程中，连续出现焊接头有焊液露出或焊接头不饱满，需及时淘汰模具，更换新模具。

3.4 覆土回填

接地网安装完毕后，验收拍照留档，并填写隐蔽工程记录单。回填土时应每回填300mm夯实一次，分层夯实，实际埋设深度应符合接地网设计及施工规范要求。

4 铜覆钢材料检验

4.1 检验项目

每种型号的铜覆钢产品在产品定型及批量生产前，应按4.2条 （1）～（7）、（9）项进行型式试验，试验报告应由国家级试验单位出具。生产厂家提供产品时，须按批次提供原材料检验报告和出厂试验报告。买方收到铜覆钢材料后，分批次按4.2条（1）～（8）项进行到货检验。

4.2 试验项目及方法

（1）尺寸。用分度值不大于1.0mm的钢卷尺测量长度，用分度值为0.02mm的游标卡尺测量直径、宽度及厚度，取任意位置3处的平均值，标称直径大于8mm但小于20mm的棒材及圆线允许偏差±0.1mm。

（2）表面质量。采用目视或借助放大镜观察铜层表面，应无明显的凹坑、麻点、针孔、起泡、裂纹、剥皮、结疤、烧灼和表面污染物，不得有黑斑、浮铜和漏覆。

（3）铜层厚度及均匀性。当厚度测试时，在样品任意区域铜层较薄处，选取5个测试点的最小值，不得小于0.25mm;当厚度均匀性测试时，在样品任意周长区域，选取平均分布的10个测试点中最大值与最小值之差，铜层均匀性允差0.1mm。

（4）拉伸试验。拉伸试验应按国家标准和行业标准规定进行，夹具之间的试样长度不应小于0.5米，铜覆钢材料用于水平接地体时，抗拉强度应大于300兆帕;用于垂直接地体抗拉强度应大于600兆帕。

（5）弯折试验。在室温条件下，将铜覆钢试样的一端在夹具上夹紧，在距夹具40倍试样直径或等效直径处，施加一个垂直于试样的力，弯折30o时，弯折20次（或弯折90o，弯折3次），观察试样弯折处内、外缘的铜层，不得出现凹坑、裂缝、裂纹和其他有碍于材料腐蚀性能的缺陷。

（6）结合性试验。取不大于200mm长的铜覆钢试样，将一端削成45度锥形，置于夹具内，锤击试样端部，削去足够的铜层，充分露出钢芯，取出观察，除了试验器具所剥落铜层外，铜层与钢芯不得出现分离现象。

（7）电阻率及相对导电率。环境温度20℃时，15%相对导电率的铜覆钢，电阻率不大于11.5x10-8Ω?m。

（8）工频大电流试验。试样回路通过试样4s或10s持续时间的90%熔化电流，反复3次试验，每次试验后，导体冷却到100℃以下，再重复下一次试验，每次试验后，试样表面不得有熔化、裂缝、裂纹等缺陷，电阻变化小于10%。

（9）电气与腐蚀试验。电气与腐蚀试验，按电流-温度循环试验、冰冻-融化试验、中性盐雾腐蚀试验、工频大电流试验四个环节顺序进行，每个试样长度大于0.6米，试验过程中不允许更换，每个中间试验环节，电阻增加小于15%，最终电阻增加小于50%，试样表面不得有熔化、裂纹、裂缝等影响材料腐蚀性能的缺陷。

5 结束语

接地网如果面积减少或损坏，将会导致雷电能量无法释放到大地，变压器、断路器等设备损坏或者增加漏电时人身触电的风险，所以接地网及其附件应能在使用寿命内耐受土壤腐蚀和故障电流冲击，并始终保持接地网完整性。从国内外的研究及应用现状来看，铜覆钢接地材料具有优异的导电性，强耐腐蚀性和便利的施工技术等优点，可以作为电厂防雷接地工程理想的接地材料广泛推广。

参考文献：

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