CN103367936B - 一种复合接地降阻装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种复合接地降阻装置及其制造方法，包括非金属接地体本体，在非金属接地体本体的表面设置有锌层。在使用过程中，合金层作为保护内部非金属本体的保护层，增加了非金属主体的强度，在长期使用过程中，锌层作为隔绝层，使得非金属接地体本体处于自然状态，即没有处于干燥环境，从而避免了非金属接地体本体变硬、发脆、开裂，也没有长期被水浸泡，避免了非金属接地体本体材料之间的解体，锌层与水平接地线埋设在一起，非金属材料制成的非金属接地体本体电阻率小于10μΩ.m，在通过100KA以上的冲击电流和-40～+80℃高低温环境循环后，主体完好，体电阻变化率小于15%。

Description

一种复合接地降阻装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种接地降阻装置，特别是在碳棒上形成碳/锌合金的一种复合接地降阻。

背景技术

众所周知，接地降阻产品埋设于地下，由于“宏电池锈蚀”以及“微电池锈蚀”等因素，接地极埋设入地下后都腐蚀较快，造成接地阻值反弹。现有接地技术中的接地产品主要有两类，一类为金属产品，一类为非金属产品，金属类产品主要分为钢材和铜材，钢材接地极一般采用镀锌的形式在钢材的表面镀一层锌，可以减缓腐蚀程度，但因厚度较薄（一般为几微米），很容易在使用过程中被腐蚀掉，很难保证地网的使用寿命。铜材作为接地材料，虽然不腐蚀，但是价格较贵，同时，若一个地网同时采用铜材和钢材作为接地体，由于铜的标准电位高于铁，会加速钢材的腐蚀，若全网采用铜材，则造价昂贵。非金属类接地产品主要是接地降阻模块，它实际上是降阻剂的成型产品，将石墨粉、导电水泥、粘合剂等无机材料通过冷压后包裹在模块内部钢芯上，接地模块埋入地下后，虽然非金属部分不会腐蚀，但由于钢芯处于两种介质之间，形成“宏电池锈蚀”，会加剧钢芯在模块与土壤界面的腐蚀程度，严重时造成地网断裂，引起接地电阻反弹。同时，经过长期的研究和观察，申请人发现接地模块在干燥的情况下容易开裂，在潮湿的环境下容易潮解，导致接地网寿命的缩短。

发明内容

本发明的目的在于克服目前与离子接地体相连的接地网存在的使用寿命短的问题，提供一种复合接地降阻装置及其制造方法，达到延长接地体使用寿命的目的。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种复合接地降阻装置，包括非金属接地体本体，在非金属接地体本体的表面设置有锌层。本发明是针对申请人在2011年5月10日申请的专利号为ZL201120144763.5、发明名称为“一种长效防腐非金属离子接地体”存在的缺点做出的改进，改进的主体包括整个一种长效防腐非金属离子接地体，即本申请中的非金属接地体本体，在非金属接地体本体表面设置一层锌层，锌层是通过热渗透工艺将内层的非金属接地体本体完全包覆并在非金属接地体本体外形成一层碳/新合金层。非金属接地体本体本身是不会腐蚀的，具有较长的使用寿命，但与非金属主体相连接的水平接地线（主要为圆钢）埋入地下后会受到腐蚀，进一步造成地网断裂，为了延长整个地网的使用寿命，申请人经过反复的研究后，发现通过在非金属接地体本体外表面包裹锌层的方式可以进一步地延长地网使用寿命，锌层通过热渗透工艺和非金属接地体本体合理配合，在非金属主体外形成一层碳/锌合金，在使用过程中，合金层作为保护内部非金属本体的保护层，增加了非金属主体的强度，在长期使用过程中，锌层作为隔绝层，使得非金属接地体本体处于自然状态，即没有处于干燥环境，从而避免了非金属接地体本体变硬、发脆、开裂，也没有长期被水浸泡，避免了非金属接地体本体材料之间的解体，同时，锌层与水平接地线埋设在一起，由于锌的标准电位比铁低， 可作为阴极保护的牺牲阳极使用，对接地线起到保护作用，极大的延长了整个地网的使用寿命，非金属材料制成的非金属接地体本体电阻率小于10μΩ.m，在通过100KA以上的冲击电流和-40～+80℃高低温环境循环后，主体完好，体电阻变化率小于15%。

所述的锌层厚度为35μm～3mm。进一步，经过申请人的长期研究和实验，发现锌层的厚度与寿命延长量之间存在一定的线性关系，当锌层厚度小于35μm时，其延长量并不明显，而且厚度过低容易受到外界的损坏，造成锌层失效；当其厚度大于3mm时，锌层的厚度已经远远大于非金属表面与锌层之间形成的渗透层厚度，其附着力降低，也不能够用于增加使用寿命。

所述的非金属接地体本体包括非金属主体，非金属主体内部中空形成离子腔，非金属主体的两端安装有端盖，在非金属接地体本体上设置有泄漏孔。具体地讲，本发明采用的非金属主体为现有的经典结构，整体呈圆筒状，其内部为空腔结构，该空腔作为离子腔，用于承装电解离子材料，在圆筒状非金属主体的两端均通过螺纹连接有端盖，端盖用于整体的密封，也便于安装，在非金属接地体本体上设置有泄漏孔，在内部的电解离子材料可利用主体的泄漏孔向土壤渗透导电离子，电解离子材料具有吸湿保水作用，可使产品周围和内部长期保持一定的水分，同时释放的导电离子可改善土壤的导电环境，达到降阻之目的。

所述的端盖与非金属接地体本体通过螺纹连接。

一种复合接地降阻装置的制造方法，包括以下步骤：

（a）备料，按重量份计焦炭60～90份、石墨粉10～20份、沥青10～30份；

（b）混料，将步骤（a）的原料粉碎后充分混合均匀并放入压力机升压升温；

（c）成型，将步骤（b）的混合料温度升至500～1000℃，压力为持20～50kpa，并保持30～60分钟，压铸成型；

（d）焙烧，将步骤（c）得到的压铸成型产品放入焙烧炉进行焙烧，温度保持2000℃～3000℃，时间800h～960h，形成坯件；

（e）成型加工，将步骤（d）得到坯件通过机床加工成所需形状的工件；

（f）抛光，将步骤（e）得到的工件进行表面抛光处理，使得工件表面粗糙度达到Ra6.3及以上；

（g）浸助镀剂，将步骤（f）得到的工件表面浸助镀剂，然后烘干水分并在100～140℃温度下预热；

（h）镀锌，将锌锭在400～600℃加热成锌液，将步骤（g）得到的工件浸入制得的锌液中进行浸镀；

（i）冷却，将步骤（h）制得的工件进行水冷却处理；

（j）除水，将步骤（i）制得的工件放入离心机中进行离心，然后对工件进行去除表面余锌和锌瘤整理；

本发明的方法是将现有的镀锌工艺进行改进然后用于生产制造本发明的复合接地降阻装置，在非金属本体的外表面形成碳/锌层，虽然现有技术中也有镀锌工艺和锌层，但是本发明中锌层的与现有技术中的锌层完全不同，现有技术中锌层的作用是作为抗氧化的防腐材料，其作用是形成保护膜，而本发明的锌层不仅是要进行氧化作用的，代替接地体进行氧化反应，从而延长氧化的时间；而且有更重要的作用，经过长期的研究和观察，申请人发现目前的非金属接地体还存在一定的问题，非金属接地本身的结构特点决定了其在不同环境下的使用寿命不同，非金属接地体采用压铸成型，物料之间属于粘接的关系，而不是整体的关系，如此，在不同的环境中，粘接料与骨料的物理性质不同，热胀冷缩的效率不同，容易导致开裂、发涨、甚至是爆开，而本发明中的锌层为内部的非金属主体提供外壳，使得非金属主体处于固定的环境中，避免直接处于干燥或者潮湿的环境中，解决了非金属主体存在的容易受到环境的影响而变硬、开裂等问题，进一步地改进了非金属接地体的整体使用寿命，锌层的设置取得了意向不到的技术效果。在使用过程中，碳/锌合金层作为保护内部非金属本体的保护层，增加了非金属主体的强度，在长期使用过程中，锌层作为隔绝层，使得非金属接地体本体处于自然状态，即没有处于干燥环境，从而避免了非金属接地体本体变硬、发脆、开裂，也没有长期被水浸泡，避免了非金属接地体本体材料之间的解体，同时，锌层与水平接地线埋设在一起，由于锌的标准电位比铁低， 可作为阴极保护的牺牲阳极使用，对接地线起到保护作用，极大的延长了整个地网的使用寿命。

所述助镀剂采用浓度为100-150g/L的NH₄C_l，或者采用浓度为150-180g/L的ZnC_l2，助镀剂的温度为100～140℃，浸涂时间为1～2min。与一般镀锌工艺相比，锌不会附着在非金属物质上，增加助镀剂解决了非金属主体与锌之间的结合的问题。

离心机的转速为800转/分钟，离心脱水的时间2～5分钟。脱水工艺是为了去除残留在主体内部的水分和浸镀液。

所述步骤（h）镀锌中，形成的锌层为碳/锌合金复合层，浸镀时间为5min～30min，其厚度为35μm～3mm。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明一种复合接地降阻装置，在非金属主体上面形成一层碳/锌合金复合层，二者相互渗透并紧密不脱开，有效的保证了接地装置与大地的接触面积、同时自身的体电阻与金属相同，保证了复合接地降阻装置的导电和泄流能力与金属相当，本发明通过非金属主体与碳/锌合金层之间的配合,较厚的碳/锌合金层对非金属部分形成了有效的保护，极大地增强了非金属部分的机械强度，较厚的锌层也可作为阴极保护使用，对埋设设备和管线起到保护作用，极大延长整个地网的使用寿命；

2本发明一种复合接地降阻装置，锌层的厚度与寿命延长量之间存在一定的线性关系，当锌层厚度小于35μm时，其延长量并不明显，而且厚度过低容易受到外界的损坏，造成锌层失效；当其厚度大于3mm时，锌层的厚度已经远远大于非金属表面与锌层之间形成的渗透层厚度，其附着力降低，也不能够用于增加使用寿命；

3本发明一种复合接地降阻装置，结构简单、制作方便、成本较低、易于推广使用；

4本发明一种复合接地降阻装置的制造方法。

附图说明

图1为本发明半剖结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1-非金属接地体本体，2-锌层，3-离子腔，4-端盖，5-泄漏孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明包括非金属接地体本体，非金属接地体本体包括非金属主体1，非金属主体的直径为100mm，非金属主体1整体呈圆筒状，其内部空腔结构作为离子腔3，该离子腔3呈圆柱状，在离子腔3开口端的非金属主体1上安装有端盖4，端盖4直径为100mm，端盖4厚度20mm，端盖4与非金属主体1呈螺纹配合连接，在非金属主体1上设置有漏泄孔5，在非金属接地体本体的外表面设置有一层锌层2，锌层2是通过热渗透工艺附着上的，其厚度为1mm。根据实际的需要，也可以更换非金属主体1、端盖4的直径；该装置是按照以下步骤加工制成的：包括以下步骤：

（a）备料，按重量份计焦炭700份、石墨粉20份、沥青20份；

（b）混料，将步骤（a）的原料粉碎至120目后充分混合均匀并放入压力机升压升温；

（c）成型，将步骤（b）的混合料温度升至1000℃，压力为持50kpa，并保持45分钟，压铸成型；

（d）焙烧，将步骤（c）得到的压铸成型产品放入焙烧炉进行焙烧，温度保持2800℃～3000℃，时间800h～960h，形成坯件；

（e）成型加工，将步骤（d）得到坯件通过机床加工成所需形状的工件；

（f）抛光，将步骤（e）得到的工件进行表面抛光处理，使得工件表面粗糙度达到Ra6.3及以上；

（g）浸助镀剂，将步骤（f）得到的工件表面浸助镀剂，然后烘干水分并在140℃温度下预热；

（h）镀锌，将锌锭在450℃加热成锌液，将步骤（g）得到的工件浸入20分钟，得到厚度为2mm的工件。

（i）冷却，将步骤（h）制得的工件最后进行水冷却处理。

（j）除水，将步骤（i）制得的工件放入离心机中进行离心，然后对工件进行去除表面余锌和锌瘤整理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复合接地降阻装置的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）备料，按重量份计焦炭60～90份、石墨粉10～20份、沥青10～30份；

（b）混料，将步骤（a）的原料粉碎后充分混合均匀并放入压力机升压升温；

（c）成型，将步骤（b）的混合料温度升至500～1000℃，压力维持20～50kpa，并保持30～60分钟，压铸成型；

（d）焙烧，将步骤（c）得到的压铸成型产品放入焙烧炉进行焙烧，温度保持2000℃～3000℃，时间800h～960h，形成坯件；

（e）成型加工，将步骤（d）得到坯件通过机床加工成所需形状的工件；

（f）抛光，将步骤（e）得到的工件进行表面抛光处理，使得工件表面粗糙度达到Ra6.3及以上；

（g）浸助镀剂，将步骤（f）得到的工件表面浸助镀剂，然后烘干水分并在100～140℃温度下预热；

（h）镀锌，将锌锭在400～600℃加热成锌液，将步骤（g）得到的工件浸入制得的锌液中进行浸镀；

（i）冷却，将步骤（h）制得的工件进行水冷却处理；

   （j）除水，将步骤（i）制得的工件放入离心机中进行离心，然后对工件进行去除表面余锌和锌瘤整理。

2.根据权利要求1所述一种复合接地降阻装置的制造方法，其特征在于，所述步骤（g）中，所述助镀剂采用浓度为100-150g/L的NH₄C_l，或者采用浓度为150-180g/L的ZnC_l2，助镀剂的温度为100～140℃，浸涂时间为1～2min。

3.根据权利要求1所述一种复合接地降阻装置的制造方法，其特征在于，所述步骤（j）中，离心机的转速为800转/分钟，离心脱水的时间2～5分钟。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种复合接地降阻装置的制造方法，其特征在于，所述步骤（h）镀锌中，形成的锌层为碳/锌合金复合层，其厚度为35μm～3mm。