铜覆钢作为优选接地材料的技术对比分析

孙文东，田丰元

（河北丰宁抽水蓄能有限公司，河北省丰宁满族自治县 068350）

铜覆钢作为优选接地材料的技术对比分析

孙文东，田丰元

（河北丰宁抽水蓄能有限公司，河北省丰宁满族自治县 068350）

因接地效果、接地材料耐腐蚀性及工程安装方便性等问题，越来越多的地网工程在使用有别于传统热镀锌钢和电焊的新材料、新工艺。各种各样的材料充斥市场，但很少有人能明白其中的差别。本文就铜覆钢新材料和其连接工艺做下比较，分析说明铜覆钢作为新接地材料的特点及连接工艺。

铜覆钢；接地材料；技术；对比分析

0 引言

河北丰宁抽水蓄能电站位于河北省丰宁满族自治县境内，与北京市直线距离180km。电站规划总装机容量3600MW，项目分两期开发，一、二期工程装机容量分别为1800MW。工程为一等工程，大（1）型规模。分两期建设，本期装机容量1800MW，安装6台单机容量为300MW的可逆式水泵水轮机组。电站主要由上水库、水道系统、地下厂房系统、蓄能专用下水库及拦沙库等建筑物组成。电站建成后，在京津唐电网系统中承担调峰、调频、调相和事故备用任务。一期工程首台机组按计划于2019年12月31日投产发电，2021年3月31日6台机组全部投产发电。

河北丰宁抽水蓄能电站工程处于高土壤电阻率区，为了做好本工程接地网的设计，在满足机电设备安全运行与人身安全的前提下，减少施工工程量，节约投资，下面着重对铜覆钢与镀锌钢材料进行比较，以选择经济、合理的接地材料。

铜覆钢是指作为芯体的钢表面被铜连续包覆所形成的金属复合材料。生产工艺主要包括水平连铸、电镀、冷轧包覆3种。其中电镀通常可以采用四维连续电镀法、一般电镀法。与镀锌钢材料相比，铜覆钢接地材料优点如下：

1 导电性能

以铜的导电率为100%，铜覆钢接地材料的导电率为20%～40%，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，在高频接地或雷击电流作用下，产生集肤效应，让镀铜钢接地材料有接近于纯铜材料的导电性。

2 热稳定性

铜的熔点为1083℃，短路时最高允许温度为450℃；铜覆钢熔点为1084℃，短时允许温度为450℃；而钢的熔点为1510℃，短路时最高允许温度为400℃。因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。同等热稳定性能时，镀锌钢接地体所需的截面积为铜材的3倍，是镀铜钢接地棒的2倍。

3 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，在多数情况下，这两种腐蚀同时存在。铜在土壤中的腐蚀速度是钢材的1/10～1/50，是镀锌钢的耐腐蚀性的3倍以上，而且电气性能稳定。

铜的表面会产生附着性极强的氧化物（铜绿），能够对内部的金属起到很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。当铜与其他金属（钢结构、水管、气管、电缆护套等）共存地下时，铜作为阴极不会受腐蚀，腐蚀的是后者。钢接地体接头部位经过高温电弧焊接加工后会出现点腐蚀情况，理论上最多只能保证10年。而铜腐蚀不存在点蚀情况，寿命较长。可见，镀铜接地体的耐腐性显著优于钢接地体。

4 铜覆钢接地材料施工方便

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6m/根，所以在铺设的过程中需要铺设多根的扁钢，涉及多处的焊接点，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地解决这个问题。

设计推荐水平主网采用铜覆钢，由于铜覆钢柔性好，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易。铜覆钢的高机械强度，使其能够成卷供货，便于机械化施工。

由于铜镀钢接地棒的特点，因此采用铜镀钢接地棒施工时非常灵活，可以根据现场具体情况采用不同的施工方法，如直接用重锤或是用机械设备打入土壤中,或由于土壤条件很差接地棒不能打入时，可钻孔来安装。

5 铜覆钢使用寿命

铜覆钢材料铜层厚度不应低于0.25mm，镀锌钢接地材料使用寿命一般为3～10年，根据当地土壤腐蚀实验结果选择适当的镀铜钢材料的寿命可达40年以上。

6 铜覆钢具有良好的经济性

虽然在一个项目中材料费较镀锌钢略高，但镀铜钢具有易于施工等特点，综合造价并不比采用镀锌钢造价高，而且是一次性投资终生免维护，性价比较高。

7 铜覆钢具有较高的机械强度

铜覆钢的接地极有较高的机械强度，使其适宜作为垂直接地体应用，在做垂直接地施工方面工作量减小，并能垂直深入土壤。并且由于铜覆钢导体的铜层厚度大，铜层结合度高，因此在与土壤的摩擦中对它的防腐性能影响很小。

8 焊接工艺保证铜覆钢的接地性能

电气连接所用的放热焊接利用焊接材料的自我反应，产生大量热量熔接焊接材料。保证了接头纯分子连接无空隙，接头截面大于导体本身，接头电阻小于导体本身。同时,无需任何外界电源，对操作者无资质要求，接头焊接质量不受人为影响，完成一个接头焊接需时不到1min。

搭接处采用放热焊接，操作方便，加快施工进度，节省人工费用，简化施工工艺，更重要的是保证了等同于铜接地网的连接质量。设计推荐垂直地网采用铜覆钢接地棒，由于接地棒截面大于角钢，在做垂直接地施工方面工作量减小，并能垂直深入土壤，使通过加大垂直接地深度来降低接地电阻成为一种可能。

目前，我国大部分地区仍然使用镀锌扁钢作为接地材料，但几十年的实践证明镀锌钢并不能解决接地装置腐蚀问题，像华北电网天津北郊500kV变电站投运8年后开挖检查发现，接地装置腐蚀严重，有的甚至已被腐蚀断，不得不投巨资更换成铜接地装置。还有，北京房山变电站，大同二电厂等大型500kV变电站投运10～11年后，因腐蚀严重均重新更换了原镀锌钢接地装置。由于是重新铺设接地装置，恢复路面和绿化等工作花费了不少资金，因此整个改造工程比新建接地装置所需费用增加很多。

综上所述，铜覆钢应用在主体工程接地网中，将有效地降低接地电阻，使用寿命长，避免后期改造，也对电站将来永久运行提供了可靠的保证。

[1] GB/T 3048—2007，电线电缆电性能试验方法.

[2] Q/GDW 466—2010，电气工程接地用铜覆钢技术条件.

[3] Q/GDW 467—2010，接地装置放热焊接技术导则.

孙文东（1970—），男，大学本科，高级工程师，长期从事水电站机电设备安装、运行和调试等工作。

田丰元（1987—），女，大学本科，助理工程师，长期从事水电站工程管理工作。

Comparison and Analysis of Copper Clad Steel as a Preferred Grounding Material

SUN Wendong，TIAN Fengyuan
（Hebei Fengning Pumped Storage Power Co. Ltd., Fengning 068350, China）

due to grounding effect, material corrosion resistance and engineering installation convenient, more and more network engineering in use have different from traditional galvanized steel and welding of new material, new technology. A variety of materials are flooding the market, but few people can understand the differences. In this paper, the characteristics and connection technology of copper clad steel as new ground material are analyzed and compared with the new material of copper clad steel and its connecting technology.

copper clad; steel; grounding material; technology;contrast analysis