纳米接地极与离子接地极(纳米接地极与离子接地极哪个好)

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为解决山区杆塔接地土壤电阻率高的问题,广东电网有限责任公司汕头供电局、武汉亿之烽科技有限公司的研究人员曾挺、吴哲、孔祥美、刘成刚、徐亮朝,在 2020 年第 3 期《电气技术》杂志上撰文,提出了柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用研究。

结合石墨基柔性接地体原材料特性,对接地外观、尺寸及允差、石墨覆金属线、电气性能和机械性能的接地条件展开分析,通过实际案例,验证了柔性石墨缆在接地中的应用研究,有效控制接地电阻在规程范围内,具有实用价值。

山区杆塔建设一直是电网发展重点,杆塔接地电阻偏大是引起线路跳闸的主要原因。山区杆塔接地具有以下特点:①山区海拔高,地势起伏,地形复杂,塔周围土壤较差,土壤电阻率较高;②采用接地体为金属接地体,经过长时间的运行后局部腐蚀严重,难以维护;③山区交通不便,大型接地系统运输存在问题,实际施工难度较大。

近年来,国内外学者对上述问题进行深入研究,一种新型石墨接地材料应运而生,因此,本文依据接地电缆自身形状,对柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用展开研究。

针对传统扁平式设计无法在高电阻、高腐蚀情况下得到高效使用的问题,需结合非金属导电体柔性石墨缆结构属性,设计接地技术条件,并通过实例验证柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用情况。

1 接地材料特性

以往山区线路杆塔接地通常以镀锌钢塔为基础材料,镀锌能够对接地线起到一定保护作用,降低腐蚀程度,但焊接头作为镀锌钢塔的基点,易受外界腐蚀,容易损坏,远远不能满足输电线路接地材料使用寿命的标准。

近年来,铜包钢材料在腐蚀性较强的地区得到了广泛应用,铜作为防腐层,具有良好的防腐性能。然而,当接地体受到外界因素影响而出现弯曲现象时,其表面的铜线开始损坏,内置的线头开始外漏。而柔性石墨缆结构,属于一种非金属导电体,具有耐腐蚀、耐酸碱、稳定性强、不生锈、安装便捷的优势,在高电阻率、高腐蚀领域得到更多应用。

石墨电缆结构采用编织网的形式,较传统扁平式设计方法,具有方便设备连接,承载能力相对较强等优点。此外,石墨电缆温度使用范围为 [-60℃, 200℃],具有耐腐蚀、阻燃、易形成的优势。

2 接地技术条件

1)外观

石墨基柔性接地体外观应严密均匀,无明显断开点,表面应编织成网状,裸线、带、线等金属导体不应夹在接地体内。

2)尺寸及允差

柔性石墨基础接地体应保持圆形或矩形截面形式,矩形或圆形截面直径宽度和厚度的允许误差应小于 5%,总接地体金属导体横截面积不得大于接地体总横截面积的 10%。

3)石墨覆金属线

涂石墨金属丝需要在铜线或其他金属丝表面均匀、紧密、完整地涂上碳纳米管导电胶,不存在裸露金属导体,石墨层在室温下的剥离力不应小于 10N/mm。

4)电气性能

(1)直流电阻

石墨基柔性接地体直流电阻应符合表 1 的规定。

表 1 石墨基柔性接地体直流电阻规定(室温下)

(2)工频电流耐受性能

针对电源频率电流测试,其产品外观不应该消融或膨胀,受到的温度不高于 120℃,直流电阻不大于 10% 的单位阻值增长。柔性石墨基础接地频率电流参数公差应符合表 2 中的值。

(3)雷电流冲击耐受性能

根据上述内容,在 50kA 标准雷电电流冲击下进行耐受试验,温升不高于 120℃,试样外观不应有断股、烧蚀、鼓包等缺陷,单位长度直流电阻增大范围不超过 10%。

表 2 石墨基柔性接地体工频电流耐受值(室温下)

5)机械性能

弯曲半径不应大于 30cm,经过 90°弯曲后分别进行正向和反向方向观测,样品的外观不应该出现断链和破损等现象,直流电阻单位长度增加不应超过 10%。在 180°/ m 扭曲状态下坚持 10s,此时样品的外观不应该出现断链和破损等现象,直流电阻单位长度增加范围不超过 10%。石墨基柔性接地体耐浸泡腐蚀性能应符合下列要求。

(1)耐碱性:在室温下浸入 5%NaOH 溶液中 48h,每单位长度直流电阻增加范围不超过 10%。(2)酸性:在 5% H2SO4 溶液中室温下存储 48h,直流电阻增加范围不超过 10%。(3)耐盐水性:在 3.5% 氯化钠溶液室温下存储 72h,直流电阻增加范围不超过 10%。

经过 100℃烘烤 2h 后,回到室温,重复上述拉伸试验,单位长度的直流电阻增加不超过 10%。在60℃冷冻 2h 后,回到室温,重复规定的拉伸试验,单位长度的直流电阻增加仍然不超过 10%。阻燃性能试验按 GB/T 10707 规定的垂直燃烧法进行,燃烧性能等级为 FV-0。

3 应用案例

广东汕头东北部、西北、西南,有莲花山脉、桑浦山及大南山等山地区,大部分属亚热带,处于赤道低气压带和副热带高气压带之间,输电塔位于山顶和山坡上,塔周围的植物受地形、土壤差异影响,生长状态也不同,因此,本文选取了两种典型的地形进行了分析,对铁塔的实际应用进行了分析。

3.1 接地电阻设置

依据标准通信设备电气接地设计标准,针对不同土壤电阻率,分析接地电阻大小,见表 3。

表 3 工频接地电阻要求

根据上述工频接地电阻要求,完成接地电阻的设置。

3.2 应用环境及实验数据准备

塔周围地形复杂、有茂密的森林、杂草丛生的土壤,略微潮湿的表面土壤和岩石环境。塔的东西两侧垂直下坡,坡下植被茂密;北侧是坡下坡,没有道路,坡下植被茂密;南侧是一条上坡路,两侧适合延伸。其环境示意图如图 1 所示。

图 1 环境示意图

将接地体置于该层具有良好的减阻效果,选用直径 28mm 的柔性石墨接地体,敷设深度为 0.6m,塔根设为 10m 长的方形接地体,接地体的方角选择了一个注流点,根据塔周围地形和土壤电阻率,位于一个凸点上设置约 2m 左右的下坡,并将其分散在地下。接地体位置,第一位在第一象限,其余三位依次逆时针接地到位,四位接地长度都为 30m 左右。接地电阻计算为 13.7Ω(要求值 20Ω)。

在接地杆塔基础周围开挖方形接地体,边长 10m,深 0.6m,清理石块及杂物,将柔性石墨缆铺设在沟槽底部,细土回填后,对接地电阻值进行测试,以满足设计标准。

3.3 应用结果与分析

从广东某山区输电塔数据库中选取镀锌圆钢、接地模块和柔性石墨缆的接地材料总经费进行对比分析,选取的是近 40 年的数据。表 4 给出了工程实际采用方案与只采用镀锌钢接地材料的经济性对比,为了增加可比性,将镀锌钢配接地模块方案的 40 年总投资也列于表 4 中。

表 4 接地材料经费对比

由表 4 可以看出,柔性石墨缆接地方案明显优于传统的接地方案,40 年总投资可减少约 46%。在该接地方案基础上,将石墨柔性接地体与传统材料在不同温度下硬度进行对比分析,结果见表 5。

表 5 石墨柔性接地体与传统材料硬度对比分析

由表 5 可知,随着温度升高,两种材料硬度都逐渐降低。但在 10℃~30℃常温范围内,石墨柔性接地体硬度始终保持在 630HBW,而传统材料硬度在温度为 20℃时就开始下降,由此可知,在不同温度下石墨柔性接地体硬度较高,机械性能相对较好。

4 结论

结合山区线路环境,分析柔性石墨缆在山区线路杆塔接地中的应用,依据山区地形的基本特征,设计具体应用方案,并对其应用的寿命周期进行分析。设计具体应用实例,研究结果表明,柔性石墨缆耗费的总经费明显少于传统接地方案,电阻相对稳定,安装十分简便,从整个使用周期来看,具有较大经济效益。

由于受到条件限制,导致研究结果仅仅依赖于理论数据,因此,在今后研究进程中,对其应用在不同场景进行分析,以此保证研究内容更贴近实际生活,为其广泛应用奠定基础。

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正文完
 
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