变电站常用接地材料性能比较

选择接地材料时关键要考虑导体的热稳定性;导体在土壤中的腐蚀情况;导体的导电性能及材料的价格等因素。下面对较常用的接地材料从这几方面来进行分析比较：

一、热稳定性能

在有效的接地系统中，流入接地网的短路电流一般在几千安培到几十千安培的范围，这样强大的短路电流流过接地网导体向地中流散，将在导体中产生很高的热量，另外短路电流时间很短，一般只有零点几秒，在这样短的时间内产生的热量来不及散入周围的土壤介质中，几乎全部热量都用来使导体升温：ΔΤ=E/(ν*ρ*Cp)

式中E为短路电流产生的能量;ν为接地导体的体积;ρ和ΔΤ分别为导体的电阻率及吸收能量E后的温升;Cp为导体的定压比热。

当温度超过一定值以及在土壤中自然冷却后，导体的机械性能就会剧烈下降，特别是在导体之间的连接处，如果再遇到短时大电动力作用，导体就会遭到破坏，地网材料之间的连接将直接关系到地网运行的稳定性，(采用热熔焊接连接是最佳选择，热熔焊接是通过铝热还原反应，瞬间产生2800-3200度的高温，将须连接两端的材料完全融合在一起，达到完全的分子结合的效果，且熔接部位截面大于导体，截流量比原导体大)。当短路电流很大，导体温度很高，达到金属材料的熔点时，导体将被熔断，这两种原因都有可能使接地网导体断裂、接地网解体，大大降低地网的可靠性。每一种导体材料都具有它自己的熔点，允许最高温度及熔点温度愈高，是热稳定性能愈好，铜的短时最高允许温度为300℃，熔点为1083℃;钢的短时最高允许温度为400℃，熔点为1550℃，因此钢的热稳定性比铜好。

二、导体在土壤中的腐蚀率

埋在土壤中的金属将被腐蚀，这种腐蚀，属于电化学腐蚀的范畴。溶有盐和其他矿物质的土壤水起电解质溶液的作用，但土壤腐蚀比电解质腐蚀更复杂，由于腐蚀的作用导体直径不断减小，接地网的热稳定性能及导电性能都会不断降低，超过一定的年限导体就会被腐蚀断裂，接地网形同虚设造成事故，因此，在选择导体材料时，应考虑选用耐腐蚀的材料。据有关文献表明，镀锌钢在土壤中的腐蚀率为铜的2～3倍，可见铜的耐腐蚀比较好。

三、导体的导电性

在大型接地网中，当强大的短路电流经接地网导体流散到土壤中时，由于导体本身电阻的存在，使得接地网各部分电位不相同。据文献记载，接地网尺寸愈大，土壤电阻率愈低，导体电阻率愈高，各部分导体的电位差就愈大。此外，由于钢的电阻率约为铜电阻率的8倍，在同样大的短路电流作用时，钢发热要严重得多，导体升温也要高得多，对热稳定性不利，铜的导电性要好得多。

四、接地材料

1.铜导体

裸铜是常用的接地导体，除了具有很好的导电性外，铜导体还具有耐地下腐蚀的优点，因为相对于其他可能的埋在地下的金属，铜是阴极，但是铜接地体的热稳定性较差，还会造成重金属污染。在北美，电镀铜的钢棒常用作垂直接地体或接地网的导体。

2.镀锌扁铁

镀锌钢用作接地网材料，在国内很常见，主要是其造价相对较低，热稳定性较好，且受传统思维束缚。当然我们应该充分注意接地网本身的腐蚀，地网的导电性及后期带来的维护费用。据有关文献表明，铜材和钢材的截面积比为1:3;电阻率比为1:8。

3.电镀铜导体

单独的铜接地导体比较昂贵，同时钢性差(热稳定性差)用于垂直接地极时，只能采用钻机钻孔的方式施工(施工麻烦)。目前国际上采用特殊工艺制成的电镀铜的钢导体广泛作用于接地装置及变电站垂直接地极接地线。

过去由于加工工艺问题，只能将铜层压扎在钢导体上形成铜包钢导体，这种铜包钢导体虽比镀锌钢耐腐蚀，但由于工艺问题使得铜层和钢导体之间存在缝隙，(在通电情况下会产生原电磁反应)因而铜包钢接地导体已被电镀铜的钢接地体逐步取代，相比铜包钢接地导体，电镀铜的钢接地体具有很好的防腐性能，但其加工工艺要求很高，英国BS7430和美国的Ul467标准规定电镀铜接地导体的铜镀层要求至少为0.25毫米。目前国内只有为数不多的几家公司能达到这一要求，如河南凯威电气公司，美国的艾力高公司等。

电镀铜接地极是用特殊的电镀技术将99.9%的纯铜均用覆盖到低碳钢芯上，使铜与钢完全分子结合。它具有铜层厚，粘合度好，不剥离等特点。它的优点是抗拉强度大，耐腐蚀性强，有稳定的低电阻及良好的可塑性，既有铜等同的性能又兼有钢材特性。

电镀铜接地极深埋地下后无论是自然腐蚀或是电化学反应都有极强的保护性。接地棒与接地线连接采用热熔焊接，使接地装置完全处在铜的保护之下，成为真正的免维护接地装置。

我国普遍使用的接地材料有镀锌钢、纯铜、铜覆钢等,其中镀锌钢使用范围达到90%以上。这是由于我国铜资源不丰富和沿用前苏联技术体系造成的,而欧美等西方国家则普遍使用铜质接地网或铜覆钢接地网。随着技术进步及对电网服役可靠性要求提高,我国目前一些重点或大型项目也逐步开始采用铜质或铜覆钢接地材料铺设接地网。铜质或铜覆钢接地材料的连接普遍采用的方法是放热焊(即热剂焊,在电力行业内沿用直译为放热焊)。放热焊是通过引燃剂(或电火花)引燃焊剂,焊剂发生氧化还原反应放出大量热量并同时还原出填充金属的焊接方式,填充金属最终在模腔里冷却形成接头,属于自蔓延高温合成技术的一种。放热焊焊接速度快、操作简便、设备简单,是野外施工高效、简便的连接方式。电气连接用放热焊技术在国内系统研究较少,目前高端产品均为引进国外品牌,如Erico、Gamma等，国产的如凯威热熔焊KAIWEIWELD。

五、材料的综合比较

目前，铜的价格约为钢材的10倍，铜和钢接地网各有优缺点，钢的热稳定性比铜好，且更经济，一般使用寿命为10～15年，但要考虑后期维护和地网的运行安全。铜的导电和抗腐蚀性比钢强，采用铜接地时接地导体不用考虑腐蚀，因此，接地导体只要满足热稳定性要求就可以，另外，采用铜接地网无后期维护费用，但是造价较高。

从性能上分析，铜材的导电率约为钢材的8倍，因此，铜截面可选得比钢材小，铜材的抗腐蚀性能优于钢材，在同等条件下，其使用寿命比钢材长，从长远利益看采用铜导体减少了由于接地材料腐蚀引起的接地电阻升高，更换接地材料等不利因素和费用最加，年平均费用低，但是价格高和热稳定性差。目前国内普遍采用的接地网材料是铜和钢两种，而国外大部分采用铜及电镀铜的钢导体，尤其是镀铜钢棒因其综合性能能好而被广泛用于接地材料。

从经济技术比较，我们不难看出镀铜棒是最佳的防雷接地材料。镀铜棒在地网建设中现已被广泛使用，他们的综合特性也决定了国内越来越多的地网建设中受到欢迎。

参考文献：

[1].《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

[2].《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169-2006

[3].《交流电气装置的接地设计规范》GB/T50065-2011

[4].《电气工程接地用铜覆钢技术条件》国家电网公司企业标准(Q/GDW 466-2010)