CN104269664B - 一种低温升复合接地体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低温升复合接地体及其制备方法，所述接地体包括外层石墨线编织层和平行设置的多根内芯石墨线，所述外层石墨线和/或内芯石墨线为金属复合石墨线，所述金属复合石墨线内的金属丝的截面面积之和与被替换的金属接地体的截面面积相等。其优点是：按照本发明方法制备而成的复合接地体具有高电导率、与土壤接触紧密、低温升等特点，特别是通雷电流或短路大电流时优势明显。

Description

一种低温升复合接地体及其制备方法

技术领域

本发明涉及电力防雷接地技术领域，具体的说是一种低温升复合接地体及其制备方法。

背景技术

电力接地系统是保证电力设备安全可靠运行、保障电力运行人员人身安全的重要电力设施。现行电力系统接地网多采用碳钢、不锈钢、镀锌钢、铜、铜包钢等金属接地材料，形状多为圆柱型金属棒或者扁平状的金属带。

当电力系统发生雷击故障时，雷电流幅值多集中在10-200kA，根据实际采集到的雷电流波形可知，大部分的雷电流幅值都超过20kA。当电力系统发生短路故障时，由于电流幅值高达几十千安且持续时间可达毫秒级，短时能量极大。电力系统接地网作为排散雷电流或者短路故障电流的主要路径，当发生雷击或者短路故障时，幅值较大或者持续时间较长的雷电流通过接地体散流到土壤中。现行接地体多为实心金属接地材料，接地体由于趋肤效应使得只有部分接地体参与散流。由于短时电流能量大，接地体自身的温升急剧增大，过高的温升将影响与接地体接触的土壤的电阻率及其与接地体的良好接触，从而影响接地体的有效散流，增加接地网的接地电阻，进而引发电网事故的发生。

《交流电气装置的接地》(DL/T621-1997)中规定，钢接地线的短时温度不应超过400℃，铜接地线不应超过450℃，铝接地线不应超过300℃。因此，选择合适的材料并对现行实心接地体进行结构优化对于提高材料利用率，降低接地体温升，减小接地网的冲击接地阻抗具有现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种低温升复合接地体及其制备方法，能在同样的金属使用量的条件下，使得短时雷电流或短路电流导致的接地体温升大大降低。

一种低温升复合接地体，包括外层石墨线编织层和平行设置的多根内芯石墨线，所述外层石墨线和/或内芯石墨线为金属复合石墨线，所述金属复合石墨线内的金属丝的截面面积之和与被替换的金属接地体的截面面积相等。

仅内芯石墨线的表层为金属复合石墨线，其余部分为玻璃纤维石墨线。

内芯石墨线的表层和外层石墨线为金属复合石墨线，其余部分为玻璃纤维石墨线。

一种低温升复合接地体的制备方法，包括如下步骤：

1、分别制备玻璃纤维石墨线和金属复合石墨线：将对应纤维均匀敷设在上下两层由高纯蠕虫石墨辊压的石墨纸之间，经过多次辊压、热固、切条后分别得到玻璃纤维石墨线和金属复合石墨线；

2、将金属复合石墨线设置在外层和/或内芯，其余部位设置玻璃纤维石墨线，按照外层编织、内芯平行设置的方式利用捻线机制成石墨线。

所述金属复合石墨线内的金属丝的截面面积之和与被替换的金属接地体的截面面积相等。

仅内芯石墨线的表层为金属复合石墨线，其余部分为玻璃纤维石墨线。

内芯石墨线的表层和外层石墨线为金属复合石墨线，其余部分为玻璃纤维石墨线。

根据以上石墨线的排布方式，假设所用石墨材料的截面积为m，石墨的比热容为0.71kJ/(kg·℃),比重2.1g/cm³，金属铜的比热0.39kJ/(kg·℃)，比重8.9g/cm³。若短时雷电流引起的面积为单位1的铜棒的温升为T₁，采用上述结构与材料改进后的温升为T₂，则有：

0.39×1×8.9×T₁＝0.39×1×8.9×T₂+0.71×(m-1)×2.1×T₂

整理可得：

$\frac{T_2}{T_1}=\frac{3.47}{1.49m+1.98}$

例如，当采用铜丝的总截面积与石墨面积比为1:10时，经过材料和结构改进后，温升理论上的比值为T₂:T₁＝1:4.86。由此可见，采用石墨作为导电以及散热材料，并通过合理的布置石墨线的排布方式对接地体进行结构改进，可以有效地降低接地体短时大电流引起的温升，对于提高材料利用率，降低接地网的接地阻抗是可行的。

本发明低温升复合接地体及其制备方法的优点是：按照本发明方法制备而成的复合接地体具有高电导率、与土壤接触紧密、低温升等特点，特别是通雷电流或短路大电流时优势明显。

附图说明

图1为外层石墨线和内芯石墨线为金属复合石墨线的结构示意图。

图2为外层石墨线为金属复合石墨线的结构示意图。

图3为内芯石墨线为金属复合石墨线的结构示意图。

图4为仅内芯石墨线的表层为金属复合石墨线的结构示意图。

图5为内芯石墨线的表层和外层石墨线为金属复合石墨线的结构示意图。

图中，1为金属复合石墨线，2为玻璃纤维石墨线。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步说明。

采用高纯蠕虫石墨、纤维(主要为玻璃纤维、合成纤维、金属纤维等)以及粘合剂(主要为丙烯酸乙酯以及其他树脂类水溶性粘合剂)等原材料制备用于制备石墨复合接地材料的石墨线。将所选纤维均匀敷设在上下两层由高纯蠕虫石墨辊压的石墨纸之间，经过多次辊压、热固、切条等过程得到金属纤维复合石墨带，然后利用捻线机制成石墨线。

根据每根石墨线所含纤维的不同可以分为玻璃纤维石墨线(构成石墨线的“骨架”纤维全部为玻璃纤维)以及金属复合石墨线(构成石墨线的“骨架”纤维为玻璃纤维混合一部分金属纤维)。采用不同的排布方式，将玻璃纤维石墨线与金属复合石墨线通过绞线机制备低温升的复合接地材料。

假设原接地体为圆柱形的铜接地棒，其截面积为单位1，将该圆铜棒用n个面积为1/n个单位的铜线代替，并利用石墨线成型方法制备金属复合石墨线。将制备的玻璃纤维石墨线以及金属复合石墨线进行分层排布，其中内层石墨线为直线排布，外层石墨线为绞线排布，其中外层绞线起主要的成形作用。

实施例一

如图1所示，外层绞线采用24条铜丝复合石墨线，内芯直线排布的石墨线采用44根铜丝复合石墨线，采用辊压方式将直径为0.8mm的铜丝复合到石墨线中，金属复合石墨线的直径约为2.5mm。通过图1所示的布线方式制备的低温升石墨复合接地体的直径约为28mm，采用四极法微电阻测量接地材料电阻率达到10^-6Ω·m级别，相同电流情况下其热生成率为普通石墨接地体的1/1225。

实施例二

如图2所示，外层绞线采用24条铜丝复合石墨线，其直径约2.2mm，内芯直线排布的石墨线采用44根普通玻璃纤维石墨线敷设在次外层，采用辊压方式将直径为0.8mm的铜丝复合到石墨线中，金属复合石墨线的直径约为2.5mm。通过图2所示的布线方式制备的低温升石墨复合接地体的直径约为28mm，采用四极法微电阻测量接地材料电阻率达到10^-6Ω·m级别，相同电流情况下其热生成率为普通石墨接地体的1/160。

实施例三

如图3所示，外层绞线采用24条普通玻璃纤维石墨线，其直径约2.2mm，内芯直线排布的石墨线采用44根铜丝复合石墨线敷设在次外层，采用辊压方式将直径为0.8mm的铜丝复合到石墨线中，金属复合石墨线的直径约为2.5mm。通过图3所示的布线方式制备的低温升石墨复合接地体的直径约为28mm，采用四极法微电阻测量接地材料电阻率达到10^-6Ω·m级别，相同电流情况下其热生成率为普通石墨接地体的1/520。

实施例四

如图4所示，外层绞线采用24条普通玻璃纤维石墨线，其直径约2.2mm，内芯直线排布的石墨线采用24根铜丝复合石墨线敷设在次外层，采用辊压方式将直径为0.8mm的铜丝复合到石墨线中，金属复合石墨线的直径约为2.5mm。通过图4所示的布线方式制备的低温升石墨复合接地体的直径约为28mm，采用四极法微电阻测量接地材料电阻率达到10^-6Ω·m级别，，相同电流情况下其热生成率为普通石墨接地体的1/160。

实施例五

如图5所示，外层绞线采用24条铜丝复合石墨线，其直径约2.2mm，内芯直线排布的石墨线采用24根铜丝复合石墨线敷设在次外层，此外，中心使用20根普通玻璃纤维石墨线，采用辊压方式将直径为0.8mm的铜丝复合到石墨线中，金属复合石墨线的直径约为2.5mm。通过图5所示的布线方式制备的低温升石墨复合接地体的直径约为28mm，采用四极法微电阻测量接地材料电阻率达到10^-6Ω·m级别，相同电流情况下其热生成率为普通石墨接地体的1/520。

上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

Claims (3)

1.一种低温升复合接地体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

⑴分别制备玻璃纤维石墨线和金属复合石墨线：将对应纤维均匀敷设在上下两层由高纯蠕虫石墨辊压的石墨纸之间，经过多次辊压、热固、切条后分别得到玻璃纤维石墨线和金属复合石墨线；

⑵将金属复合石墨线设置在内芯的表层，其余部位设置玻璃纤维石墨线，按照外层编织、内芯平行设置的方式利用捻线机制成石墨线。

2.如权利要求1所述的低温升复合接地体的制备方法，其特征在于：所述金属复合石墨线内的金属丝的截面面积之和与被替换的金属接地体的截面面积相等。

3.如权利要求1所述的低温升复合接地体的制备方法，其特征在于：外层石墨线也为金属复合石墨线。