镀铜钢纯铜镀锌钢不锈钢接地系统性能比较附件.docx
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镀铜钢纯铜镀锌钢不锈钢接地系统性能比较附件
镀铜钢、纯铜、镀锌钢、不锈钢接地系统性能比较附件
镀铜钢、纯铜、镀锌钢、不锈钢接地系统性能比较表：
比较项目
纯铜
镀锌钢
不锈钢
艾力高镀铜钢棒接地系统
耐腐蚀性
100年以上的使用
8-10年的使用寿命
耐腐蚀性介于纯铜和镀锌钢之间
40年的使用寿命，
导电性能
导电性能最好
相当于铜的8%
导电性是铜的13%
导电性相当于铜的30%
热稳定性
220
70
77
135
连接方式
放热焊接永久的分子结合（接地网）或机械压接
电弧焊接方式，电气性能不稳定,接触电阻大。
电弧焊接方式
放热焊接
电气性能稳定,没有接触电阻
接地效果
很稳定
不稳定,接地电阻会持续上升
不稳定,接地电阻会持续上升
很稳定,接地电阻会保持在一个较稳定的水准
使用年限
100年以上
不到十年
略长于镀锌钢
40年完全免维护
工程费用施工难易度
1、投资总费很高、2、施工繁琐，要打深井
1、材料用材较多
2、施工费高、速度慢（占地面积大，焊接点数多等）
1、材料用材较多
2、施工费高、速度慢（占地面积大，焊接点数多等）
1、材料用材较少
2、施工简单（占地面积较小，焊接点较少，不用打深井等）
3、40年免维护，使用费用低
一：
耐腐蚀性：
接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，多数情况下，这两种腐蚀同时存在。
铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10~1/50，而且电气性能和物理性能稳定。
铜的表面会产生附着性极强的氧化物（铜绿），对内部的铜有很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。
1.关于镀锌钢材与镀铜钢材的对比
镀锌扁钢的导电性及热稳定性均不及铜材。
铜材的导电性是钢材的9倍，特别是大电流的集肤效应，铜远远优于钢材。
在热稳定性方面，铜材是钢材的3倍以上。
而艾力高的镀铜钢绞线热稳定性能是钢材的2.5倍以上。
因此，选用铜材或铜镀钢材做接地导体，无论是在电气性能还是施工方面均比钢材要优异得多。
尤其是发生短路故障时，铜材能以六倍于钢材的泻流速度释放电流，从而大大避免了故障的进一步发生。
对比项目
镀铜钢圆线
热镀锌扁钢
耐腐蚀性
100年的使用寿命，是热镀锌钢材的5到6倍
8-10年的使用寿命
热稳定性
热稳定系数176，是扁钢的2倍以上
热稳定系数70
导电性
相当于铜的30%，是扁钢的4倍
相当于铜的8%
泄流能力
对高频电流的泄流能力是钢材的4倍
联接方式
放热焊接：
牢固，焊点为纯铜材质阻值低、导电性好、耐腐蚀性好
机械压接：
施工简单、不破坏镀层
普通电焊：
柔性差、易断裂、焊点阻值高，导电性差、电焊破坏镀锌层耐腐蚀性差
强度及易施工性
可弯曲任意形状、可成卷供应、利于施工，不起皮、不开裂、不易折断
弯曲130度时，镀锌层容易脱落
防盗性
其材料非铜非钢，铜钢难以分离，难以销赃
防盗性差
2：
腐蚀速率比较：
国际上对材料的耐蚀性按年腐蚀速率分为三类：
第一类为完全耐蚀，其腐蚀速率小于0.1mm/a（毫米每年），优质不锈钢属于此类材料；
第二类为尚耐蚀，其腐蚀速率为0.1－1.0mm/a，属于一般不锈钢；
第三类为不耐蚀，其腐蚀速率大于1.0mm/a；
铜腐蚀速率呈逐年减小的趋势，最大年均腐蚀速率为1．05×10
mm／年（闰风洁，李辛庚，电力接地网腐蚀与防护技术的进展[J]，山东电力技术，007年第l期（总第153期）P9-13）
所以在增加钢接地体截面来防止因腐蚀而导致的截面减少，无法承载接地短路电流时，应采用钢材的点腐蚀速率，通过美国联邦标准局（NBS）在1910年至1950年做的金属材料腐蚀性研究报告NO.579可知，国际标准认定的钢材平均点腐蚀速率0.43mm/年（如图所示），在钢材表面镀锌保护钢材的作用有限，国内热镀锌工艺处理的镀锌层厚度为0.05~0.06mm，锌在地下也发生点蚀，其平均点蚀速率约为0.065mm/年，因此锌层一年后腐蚀殆尽。
另外从该报告中可知，铜材没有点腐蚀的存在。
二导电性能：
以铜的导电率为100%，ERICO镀铜钢接地材料的导电率为20%，，国内铜镀（包）钢接地材料的导电率为12%-18%，而镀锌钢的导电率只有8.6％。
镀铜钢接地棒至少是镀锌钢导电率的2倍，加上铜的磁导率是钢的1/636，在雷电高频电流情况下，镀铜钢接地棒的冲击接地电阻要比镀锌钢要好得多。
接地材料
导电性
腐蚀速率
不锈钢
13%
0.1－1.0mm/a
铜
100%
0.00105mm/a
镀锌钢
8.60%
0.065mm/a
镀铜刚
30%
0.00567mm/a
（参考数据）
三：
施工，操作标准化
传统的镀锌钢地网都是采用的以镀锌扁钢作为接地体，使用电焊进行连接。
由于电焊操作工人的业务水平参差不齐，没有标准化的焊接流程，导致了接地网的焊接头质量始终无法稳定。
一个不稳定的焊接节点就是一个地网的隐患。
并且，镀锌扁钢的长度为6米每根，所以在铺设的过程中需要铺设多根的扁钢，涉及到多处的焊接点，使用传统的工艺，焊接标准化与焊接质量始终无法保证。
而放热焊接工艺的出现可以完美的解决这个问题。
放热焊接工艺最早是由美国艾力高公司（ERICO）的查尔斯·卡特威尔博士1938年开发的，该工艺最早用于铁路信号线焊接。
艾力高公司为表彰卡特威尔博士（Dr.CharlesCadwell）的贡献，将该工艺的商标命名为CADWELD。
目前数以千万计的CADWELD焊接在使用了五十多年后，性能依然良好。
放热焊接利用活性较强的铝把氧化铜还原，整个过程需时仅数秒，反应所放出的热量足以使被焊接的导线端部融化形成永久性的分子合成。
铜基放热反应的一般公式是：
3Cu2O+2Al→Al2O3+3Cu+热量（2735˚C）
放热焊接的作业程序：
准备工作：
将导线和模具清理干净，再将模具用喷灯加热以去除水分，然后把导线放入模具内，扣紧夹具以固定模具。
把杯状焊药放入模具内；
将电子控制器终端夹到点火条上；
盖上盖子持续按下电子控制器按钮5秒后点火；
打开模具并移去钢杯，就可见焊接好的接头。
清除焊渣，等待下一次焊接。
1：
放热焊接接头的特性：
✓外形美观一致；
✓连接点为分子结合，没有接触面，更没有机械压力，因此，不会松弛和腐蚀；
✓具有较大的散热面积，通电流能力与导体相同；
✓熔点与导体相同，能承受故障大电流冲击，不至熔断。
放热焊接连接法可以完成各种导线间不同方式的连接，如直通型、丁字型、十字型等；还可以完成不同材质导线的连接，如普通钢铁、铜、镀锌钢、铜镀钢等之间的连接；甚至可以实现导体间不同形状的连接，如铜导线与铜镀钢接地棒的连接、铜导线与铜板的连接、铜导线与接地镀锌钢管的连接、导线与钢筋的连接以及导线与槽钢的连接。
这种方法接头有着广泛的连接方式，而且耐腐蚀性好卜接触电阻低，已逐步得到推广应用。
2：
放热焊接的优点
✓焊接方法简单，容易掌握；
✓无需外接电源或热源；
✓供焊接用的材料、工具很轻、携带方便；
✓焊接点的载流能力与导线的载流能力相等；
✓焊接是一种永久性的分子结合，不会松脱；
✓焊接点像铜一样，耐腐蚀性能强。
✓焊接速度快捷，节省人工；
✓从焊口的外观上便能鉴定焊接的质量；
✓可用于焊接铜、铜合金、镀铜钢、各种合金钢，包括不锈钢及高阻加热热源材料。
在国外，放热焊接已通过UL标准严格论证，并被IEEEStd80大纲等规程中指定为接地系统中埋地导体地连接方式。
在国内，放热焊接技术已通过国家电力公司武汉高压研究所、浙江电力试验研究所等部门产品质量监督检验中心地检验，并已应用在电力系统的重点工程。
不同连接形式的放热焊接
4：
电弧焊接方式：
6米/根的扁钢、接地体钢接地体之间的连接均为传统的电弧焊接方式，高温电弧会破坏接地体接头部位的镀锌层，有可能导致点腐蚀的出现，严重影响接地体的寿命，电弧焊接方式，电气性能不稳定,接触电阻大。
综上所述，放热焊接是铜接地体的理想连接方式，其方便快捷的操作、优秀的焊接质量是其他连接方式不可实现的。
正是因为具备这样可靠、牢固的连接方式，铜接地体的性能比钢接地体更胜一筹。
四：
某220kV变电所镀铜接地网与钢接地网、纯铜接地网的技术经济材料比较
表1采用钢接地设计的材料表
序号
名称
型号及规范
单位
数量
备注
1
热镀锌角钢
∠60×6，L=2500
根
150
主接地网垂直接地体
2
热镀锌扁钢
－80×10
m
3000
设备引下线
3
热镀锌扁钢
－80×8
m
5000
主接地网水平接地体
4
焊接点
个
2800
详见附件1
表2采用铜接地设计的材料表
序号
名称
型号及规范
单位
数量
备注
1
纯铜管
Φ5cm，壁厚5mm，L＝2500
根
150
主接地网垂直接地体
2
铜排
－50×5
m
1500
设备引下线
3
铜绞线
截面150mm2
m
5000
主接地网水平接地体
4
焊接点
个
1200
详见附件1
表3采用镀铜钢接地设计的材料表
序号
名称
型号及规范
单位
数量
备注
1
镀铜钢接地极
Φ17.2mm，L＝2440m
根
150
主接地网垂直接地体
2
铜排
－50×5
m
1500
设备引下线
3
30%镀铜钢绞线
截面150mm2
m
5000
主接地网水平接地体
4
焊接点
个
1200
详见附件1
工程预算：
为各方案的总费用（单位：
万元）统计：
镀锌扁钢接地
镀铜钢接地
铜接地
220kV变电站
49.28
74.75
93.86
五：
结论
在技术上，镀铜钢接地和纯铜接地相对于镀锌钢接地有如下优点：
1：
镀铜钢或纯铜地网相对钢接地网具有：
导电性能优、热稳定性能好、耐腐蚀能力强、施工方便、寿命长、投运后检验维护工作量少、无污染等优点。
2：
采用镀铜或纯铜地网相对于采用镀锌扁钢的接地网，接地体的截面大为减小，使施工成本和施工难度大幅度降低，加快了工程建设周期；
3：
镀铜或纯铜地网采用放热焊接，确保连接点为分子结合、无腐蚀、无松弛、导电能力和原导体保持一致。
并且放热焊接操作简单快捷简单，焊点美观可靠，是真正可靠、牢固、永久的连接。
4：
镀铜钢绞线或纯铜绞线都可以成盘或成卷供应，运输方便，并且可以连续的铺设，导体间连接点更少。
相对6米/根的扁钢接地体，施工的速度更快，连接点更少，地网系统更可靠、稳定。
从接地效果、经济考量和施工难易度，推荐镀铜钢接地方案
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