CN102983421B - 接地体的成型方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于防雷技术领域，具体为接地体的成型方法及系统，能够使得雷电泄放效果较好。接地体的成型方法包括：在地面上挖出槽，并将金属导体铺设在所述槽上；制备出导电溶液，该导电溶液包括淀粉纤维素、高导碳粉、凝胶材料和水，且以重量百分比计，所述淀粉纤维素为0.1%-0.5%，所述高导碳粉为15%-24.9%，所述凝胶材料为15%-24.9%，水为60%-70%；向所述槽内注入所述导电溶液，当导电溶液凝固后，形成导电凝胶，该导电凝胶将所述金属导体位于所述槽内的部分包裹。接地体的成型系统包括：挖掘装置，铺设装置，溶液制备装置，灌注成型装置。
Description
技术领域
本发明涉及防雷技术领域，尤其涉及接地体的成型方法及系统。
背景技术
在现代防雷领域中，接地网是一个关系到防雷成败的关键环节，接地网是由主接地线以及若干个接地体构成的雷电泄放网络，其中，接地体是埋在地下的导电体，各个接地体的一端连接在主接地线上，另一端埋入地下。下面以用来架接输电线路的铁塔为例阐述接地网的用途：铁塔的建筑材料一般为金属，当该铁塔遭受雷击时，雷电经由铁塔泄放到接地网中，经由主接地线流向各个接地体，进而由各个接地体将雷电泄放到大地中，使得雷电所带的大量的电荷与大地所带的异性电荷中和，进而将雷电泄放掉，实现防雷效果。
目前，接地网中使用的接地体的结构包括：金属棒和固定形状的非金属块（例如石墨块），金属棒的一端插入石墨块中，另一端连接至接地网中的主接地线。
现在需要铺设接地网的地理环境往往较为复杂，例如岩石地区；由于岩石的电阻率较高，导电效果较差，进而对接地网的导电性能要求较高。然而，目前接地网中使用的接地体，接入大地的部分为固定形状的非金属块，这样，固定形状的非金属块在埋入岩石中后，与岩石的接触面积较小，使得经过固定形状的非金属块的雷电无法较快地进入岩石中，也就是说，在短时间内，雷电所带的电荷无法与较多的异性电荷接触，进而使得雷电所带的电荷无法较快地与大地中的异性电荷中和，从而导致雷电泄放效果较差。
发明内容
本发明提出了接地体的成型方法及系统，能够使得雷电泄放效果较好。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
接地体的成型方法，包括：
在地面上挖出槽，并将金属导体铺设在所述槽上；
制备出导电溶液，该导电溶液包括淀粉纤维素、高导碳粉、凝胶材料和水，且以重量百分比计，所述淀粉纤维素为0.1%-0.5%，所述高导碳粉为15%-24.9%，所述凝胶材料为15%-24.9%，水为60%-70%；
向所述槽内注入所述导电溶液，当导电溶液凝固后，形成导电凝胶，该导电凝胶将所述金属导体位于所述槽内的部分包裹，形成接地体。
优选地，所述槽的形状为长方体、倒楔体或者圆柱体。
优选地，所述导电溶液的PH值为7-8。
优选地，所述凝胶材料包括丙烯酰胺、亚甲基丙烯酰胺、过硫酸钾和三乙醇胺；
且以重量百分比计，所述丙烯酰胺为40%-50%，亚甲基丙烯酰胺为15%-30%，过硫酸钾为8%-20%，三乙醇胺为12-%25%。
优选地，所述高导碳粉的颗粒度大于1000目。
优选地，所述高导碳粉的含碳量大于95%。
本发明还提供了接地体的成型系统，包括：
挖掘装置，用于在地面上挖出槽；
铺设装置，用于将金属导体铺设在所述槽上；
溶液制备装置，用于制备出导电溶液；
灌注成型装置，用于向所述槽内注入所述导电溶液，当导电溶液凝固后，形成导电凝胶，该导电凝胶将所述金属导体位于所述槽内的部分包裹，形成接地体。
优选地，所述导电凝胶包裹所述金属导体的厚度大于2公分。
优选地，进一步包括导电棒，该导电棒的一端与所述金属导体连接，另一端插入所述槽中；当形成所述导电凝胶时，所述导电棒被所述导电凝胶包裹。
优选地，所述导电棒为金属棒或者碳棒。
与现有技术相比，本发明提供的接地体的成型方法及系统，首先在地面上挖出槽，然后将金属导体铺设在槽上，再制备出导电溶液，该导电溶液中包括的高导碳粉使得导电溶液能够导电，而且导电溶液中包括的淀粉纤维素可以将水变稠，进而使得高导碳粉可以以悬浮状态充分均匀分布在液体中，使得导电溶液具有良好的导电性能；进一步地，由于不管是岩石还是普通的土壤，其内部都会具有空隙，进而当向槽内注入导电溶液后，导电溶液会沿着该空隙渗透到周围的大地中；导电溶液中包括的凝胶材料使得导电溶液在一定时间内会慢慢凝固成胶状，进而形成接地体；而导电溶液凝固形成的导电凝胶将金属导体位于槽内的部分包裹，从而当雷电经过金属导体后，进入导电凝胶，通过渗透到大地的空隙中的导电凝胶与大地充分接触；相比于现有技术中只是通过埋入地下的固定形状的非金属块将雷电泄放到大地中，而非金属块与大地的接触面积有限，无法将雷电快速泄放掉，而本发明中采用导电溶液渗透到大地的空隙中的成型方法，使得导电溶液与大地的接触面积得以增大，进而当雷电经过导电溶液凝固成的导电凝胶时，雷电所带的电荷可以在短时间内接触到较多的异性电荷，进而将雷电快速泄放掉，使得雷电泄放效果较好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种接地体的成型方法的流程图；
图2为本发明实施例二提供的另一种接地体的成型方法的流程图；
图3为本发明实施例三提供的一种接地体的成型系统的结构图；
图4为本发明实施例三中形成的接地体的结构图；
图5为圆柱体成型的接地体的结构图；
图6为长方体成型的接地体的结构图；
图7为倒楔体成型的接地体的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例一提供了一种接地体的成型方法，参见图1，该方法包括：
步骤S101：在地面上挖出槽，并将金属导体铺设在所述槽上；
其中，金属导体作为接地网中的主接地线；
步骤S102：制备出导电溶液，该导电溶液包括淀粉纤维素、高导碳粉、凝胶材料和水，且以重量百分比计，所述淀粉纤维素为0.1%-0.5%，所述高导碳粉为15%-24.9%，所述凝胶材料为15%-24.9%，水为60%-70%；
步骤S103：向所述槽内注入所述导电溶液，当导电溶液凝固后，形成导电凝胶，该导电凝胶将所述金属导体位于所述槽内的部分包裹，形成接地体。
本发明提供的接地体的成型方法，首先在地面上挖出槽，然后将金属导体铺设在槽上，再制备出导电溶液，该导电溶液中包括的高导碳粉使得导电溶液能够导电，而且导电溶液中包括的淀粉纤维素可以将水变稠，进而使得高导碳粉可以以悬浮状态充分均匀分布在液体中，使得导电溶液具有良好的导电性能；进一步地，由于不管是岩石还是普通的土壤，其内部都会具有空隙，进而当向槽内注入导电溶液后，导电溶液会沿着该空隙渗透到周围的大地中；导电溶液中包括的凝胶材料使得导电溶液在一定时间内会慢慢凝固成胶状，形成接地体；而导电溶液凝固形成的导电凝胶将金属导体位于槽内的部分包裹，从而当雷电经过金属导体后，进入导电凝胶，通过渗透到大地的空隙中的导电凝胶与大地充分接触；相比于现有技术中只是通过埋入地下的固定形状的非金属块将雷电泄放到大地中，而非金属块与大地的接触面积有限，无法将雷电快速泄放掉，而本发明中采用导电溶液渗透到大地的空隙中的成型方法，使得导电溶液与大地的接触面积得以增大，进而当雷电经过导电溶液凝固成的导电凝胶时，雷电所带的电荷可以在短时间内接触到较多的异性电荷，进而将雷电快速泄放掉，使得雷电泄放效果较好。
为了更清楚地说明本发明实施例一提供的接地体的成型方法，下面给出该方法的一种优选实施方式，请参见实施例二。
实施例二
本发明实施例二提供了另一种接地体的成型方法，该方法中，地面上所挖出的槽的形状可以为长方体、圆柱体、倒楔体、或者其他任意不规则形状，并且金属导体折成一个以上的间隔分布的弧形，当金属导体铺设在一个以上的槽上时，将每一个弧形部分位于槽内，这样就可以形成一个以上的接地体，构成接地网；而且，凝胶材料可以由以下四种物质制成：丙烯酰胺、亚甲基丙烯酰胺、过硫酸钾和三乙醇胺；具体地，本实施例中以圆柱体的槽为例，参见图2，该方法包括：
步骤201：在地面上挖出圆柱体槽，将金属导体折成弧形，并将金属导体铺设在圆柱体槽的槽口上，且弧形位置位于圆柱体槽内；
其中，金属导体可以为圆钢或者镀锌扁钢；
采用本实施例提供的成型方法成型的接地体，在应用到接地网中，金属导体作为接地网中的主接地线，金属导体可形成一个以上的弧形，在地面上挖出一个以上的槽，金属导体铺设在所有槽上，使得弧形部分位于各个槽上，从而可形成一个以上的接地体，构成接地网；
考虑到节省导电溶液的用量并且雷电泄放效果较好，可以将圆柱体槽挖的较深，但横截面积较小；
一般情况下，对于普通地区的地理环境下应用的接地体，一般挖出长方体槽；对于要求接地体的埋入深度较大的特殊地理环境，一般挖出圆柱体槽；对于砂石环境或者岩石环境下应用的接地体，一般挖出倒楔体槽；
步骤202：将导电棒的一端与金属导体的弧形位置连接，另一端插入挖好的槽内；
其中，该导电板可以为金属棒或者碳棒；
当为金属棒时，例如圆钢或扁钢，将圆钢或扁钢的一端与金属导体焊接，另一端插入挖好的槽内；
当为碳棒时，使用夹具将碳棒的一端夹在金属导体上的弧形部分，另一端插入槽中；
步骤203：制备出凝胶材料，且以重量百分比计，所述丙烯酰胺为40%-50%，亚甲基丙烯酰胺为15%-30%，过硫酸钾为8%-20%，三乙醇胺为12-%25%；
以丙烯酰胺为主要原材料制成的凝胶材料，不会腐蚀镀锌金属，化学性质稳定；
步骤204：制备出导电溶液，该导电溶液包括淀粉纤维素、高导碳粉、凝胶材料和水，且以重量百分比计，所述淀粉纤维素为0.1%-0.5%，所述高导碳粉为15%-24.9%，所述凝胶材料为15%-24.9%，水为60%-70%；
其中，先向水中加入淀粉纤维素，使得水变稠，方便高导碳粉的均匀溶解；再向液体中加入高导碳粉，使得悬浮状态的高导碳粉充份均匀分布在液体中；再加入凝胶材料，进行充分混合，得到导电溶液；而且，由于加入了淀粉纤维素，使得导电溶液可曝露在空气中三天内保持较好的稳定性；
而且，高导碳粉中，碳原子呈链状分布，导电性能较好；
为了使得导电溶液的导电性能更佳，一般选用颗粒度大于1000目的高导碳粉，而且高导碳粉的含碳量大于95%更佳；
步骤205：向圆柱体槽内注入导电溶液，且该导电溶液的PH值为7-8；
由于导电溶液的PH值为7-8，呈弱碱性，可以在金属表面形成一层钝化膜，从而保障被包裹的金属导体以及插入槽内的导电棒不被土壤腐蚀；而且，根据实验数据可知，采用本发明提供的接地体的成型方法制成的接地体，在应用到各种地理环境中时，金属导体的腐蚀率小于0.002年；
不管是岩石或者普通的土壤，我们可称之为介质，其内部均具有空隙，进而当导电溶液注入到圆柱体槽中时，导电溶液能够沿着空隙渗透到大地中，我们可称之为“树根效应”，进而使得导电溶液与大地的接触面积得以增大；当雷电经由金属导体通过导电溶液凝固形成的导电凝胶时，由于导电凝胶遍布大地中的空隙中，使得雷电所带的电荷可以在短时间内接触到较多的大地中的异性电荷，进而将雷电所带电荷快速中和掉，使得雷电泄放效果较好；
而且，这种树根效应可有效降低介质的接地电阻；
步骤206：当导电溶液凝固后，形成导电凝胶，该导电凝胶将所述金属导体位于所述槽内的部分包裹，同时也将插入到圆柱体槽内的导电棒包裹，形成接地体；
其中，导电凝胶将金属导体包裹的厚度大于2公分；
而且，采用本实施例中提供的原材料制成的导电凝胶具有较强的吸水性，可保持含水量大于50%，进一步保证了导电凝胶的良好的导电性能。
本实施例提供的接地体的成型方法，导电溶液在注入到圆柱体槽中后，由于“树根效应”，使得导电溶液沿着介质中的空隙渗透到周围的大地中，增大了导电溶液与周围大地的接触面积，当雷电经过金属导体后，通过渗透到介质的空隙中的导电凝胶与大地充分接触；相比于现有技术中只是通过埋入地下的固定形状的非金属块将雷电泄放到大地中，而非金属块与大地的接触面积有限，无法将雷电快速泄放掉，而本发明中采用导电溶液渗透到大地的空隙中的成型方法，使得导电溶液与大地的接触面积得以增大，进而当雷电经过导电溶液凝固成的导电凝胶时，雷电所带的电荷可以在短时间内接触到较多的异性电荷，进而将雷电快速泄放掉，使得雷电泄放效果较好；并且降低了岩石地区的接地电阻率；
而且，导电溶液的PH值为7-8，呈弱碱性，可以在金属表面形成一层钝化膜，从而保障被包裹的金属导体以及插入槽内的导电棒不被土壤腐蚀；而且，根据实验数据可知，采用本发明提供的接地体的成型方法制成的接地体，在应用到各种地理环境中时，金属导体的腐蚀率小于0.002年；
同时，导电溶液中包含有淀粉纤维素，预先使得水变稠，方便高导碳粉的均匀溶解悬浮，防止高导碳粉在加入到水中后沉淀，无法均匀分布在溶液中而影响导电性能，从而淀粉纤维素的加入进一步保证导电溶液具有良好的导电性能。
实施例三
针对上述接地体的成型方法，本发明实施例三提供了一种接地体的成型系统，参见图3，该系统包括：
挖掘装置31，用于在地面上挖出槽；
其中，槽的形状可以为长方体、圆柱体、倒楔体或者其他不规则体；
铺设装置32，用于将金属导体铺设在所述槽上；
溶液制备装置33，用于制备出导电溶液；
优选地，导电溶液包括淀粉纤维素、高导碳粉、凝胶材料和水，且以重量百分比计，所述淀粉纤维素为0.1%-0.5%，所述高导碳粉为15%-24.9%，所述凝胶材料为15%-24.9%，水为60%-70%；
进一步地，以丙烯酰胺为主要原材料制成的凝胶材料为佳，不会腐蚀镀锌金属，化学性质稳定；具体地，该凝胶材料包括丙烯酰胺、亚甲基丙烯酰胺、过硫酸钾和三乙醇胺，且以重量百分比计，所述丙烯酰胺为40%-50%，亚甲基丙烯酰胺为15%-30%，过硫酸钾为8%-20%，三乙醇胺为12-%25%；
灌注成型装置34，用于向所述槽内注入所述导电溶液，当导电溶液凝固后，形成导电凝胶，该导电凝胶将所述金属导体位于所述槽内的部分包裹，形成接地体；
具体地，图4为采用上述成型系统形成的接地体的结构；其中，该接地体包括：金属导体1和导电凝胶2；金属导体1穿过导电凝胶2；
当接地体应用在接地网中时，金属导体1作为接地网的主接地线，平铺在大地的表层，导电凝胶2埋入大地中；
此外，为了使得金属导体可以充分被导电凝胶层包裹，金属导体上具有弧形部分，该弧形部分位于挖出的槽内，进而当向槽内注入导电溶液时，导电溶液可将金属导体上弧形部分充分包裹；
为了达到更好的导电效果，该系统进一步包括导电棒，该导电棒的一端与所述金属导体连接，另一端插入所述槽中；当形成所述导电凝胶时，所述导电棒被所述导电凝胶包裹；
而且，所述导电凝胶包裹所述金属导体的厚度大于2公分；
其中，所述导电棒可以为金属棒或者碳棒；而且，
当导电棒为金属棒时，可以为圆钢或扁钢，并将圆钢或扁钢的一端焊接在金属导体1上的弧形部分，另一端插入导电凝胶2中；
当为碳棒时，使用夹具将碳棒的一端夹在金属导体1上的弧形部分，另一端插入导电凝胶2中；
下面列举出三种采用上述包括导电棒的成型系统成型的接地体的结构：
图5为圆柱体成型的接地体的结构，该接地体包括金属导体1、导电凝胶2和导电棒3；其中，
金属导体1上具有弧形部分，金属导体1穿过导电凝胶2，且金属导体1上的弧形部分位于导电凝胶2中；而且，导电凝胶2将金属导体1上弧形部分完全包裹；导电棒3的一端与所述金属导体1连接，另一端插入所述导电凝胶2中；
而且，考虑到节省原材料并且雷电泄放效果较好，圆柱体形的导电凝胶的高度可以设置的较高，但横截面积较小；
图6为长方体成型的接地体的结构；长方体成型的接地体，一般应用在普通环境下，这种环境下对接地体的电阻率要求较低，因此考虑到节约器材的目的，无需在金属导体上连接导电棒；也就是说，此时的接地体一般只包括金属导体和导电凝胶；
图7为倒楔体成型的接地体的结构；倒楔体成型的接地体，一般应用在砂石环境中，为了节省导电凝胶的原材料，故将导电凝胶的形状设置成倒楔体；倒楔体成型的接地体，一般也只包括金属导体和导电凝胶，无需在金属导体上连接导电棒。
此外，采用本发明提供的接地体的成型系统形成的接地体在应用到接地网中时，在地面上挖出一个以上的间隔分布的槽，而且金属导体形成一个以上的间隔分布的弧形，将金属导体铺设在各个槽上，且金属导体上的每个弧形部分都位于一个槽中，从而构成接地网。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.接地体的成型方法，其特征在于，包括：
在地面上挖出槽，并将金属导体铺设在所述槽上；
制备出导电溶液，该导电溶液组成为淀粉纤维素、高导碳粉、凝胶材料和水，且以重量百分比计，所述淀粉纤维素为0.1%-0.5%，所述高导碳粉为15%-24.9%，所述凝胶材料为15%-24.9%，水为60%-70%，所述导电溶液各组分含量之和为100%；所述高导碳粉的颗粒度大于1000目；所述高导碳粉的含碳量大于95%；
所述凝胶材料包括丙烯酰胺、亚甲基丙烯酰胺、过硫酸钾和三乙醇胺；
且以重量百分比计，所述丙烯酰胺为40%-50%，亚甲基丙烯酰胺为15%-30%，过硫酸钾为8%-20%，三乙醇胺为12%-25%，所述凝胶材料各组分含量之和为100%；
所述导电溶液的pH值为7-8；
向所述槽内注入所述导电溶液，当导电溶液凝固后，形成导电凝胶，该导电凝胶将所述金属导体位于所述槽内的部分包裹，形成接地体。
2.如权利要求1所述的接地体的成型方法，其特征在于，所述槽的形状为长方体、圆柱体或者倒楔体。
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