CN104638387A - 石墨复合接地体及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨复合接地体及其制作方法。所述石墨复合接地体，包括内芯和包裹在内芯外侧的编织层，其中，所述内芯包括复数根平行排布的复合石墨线，所述编织层由复数根复合石墨线编织得到，所述复合石墨线由复合石墨带捻制得到，所述复合石墨带包括第一石墨层，第二石墨层，以及位于第一石墨层与第二石墨层之间的互相平行排布的碳纤维束和玻璃纤维丝。所述石墨复合接地体，在保证导电性能的同时，具有优良的高强度、耐高温性能，成本也得到合理的控制，弥补了现有技术的缺陷，扩大石墨复合接地材料的应用范围，且便于加工，质量可控。

Description

石墨复合接地体及其制作方法

技术领域

本发明涉及电力系统接地技术领域，特别是涉及石墨复合接地体及其制作方法。

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。由于短时电流能量大，接地体自身的温升急剧增大。此外，雷电流过后在避雷器过零灭弧之前还会有10毫秒的工频续流经由接地网流入土壤，这就更进一步的提高了对接地体耐高温性能的要求。

由于金属材料自身的限制，《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℃，该温度是无法满足接地体耐高温性能的要求，当电力系统发生雷击故障时，容易出现烧损现象，且金属接地材料易腐蚀，强度差。

近年来，石墨复合接地材料作为一种新型接地材料获得广泛关注，石墨复合接地材料导电性能优异，具有良好的可塑性及稳定性，同时又是很好的耐腐蚀材料，但现有技术中制备得到的石墨复合接地体通常造价较高，且还是存在强度差的缺陷，也无法很好的满足接地体耐高温性能的要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种石墨复合接地体及其制备方法。

一种石墨复合接地体，包括内芯和包裹在内芯外侧的编织层，其中，

所述内芯包括复数根平行排布的复合石墨线，所述编织层由复数根复合石墨线编织得到，

所述复合石墨线由复合石墨带捻制得到，所述复合石墨带包括第一石墨层，第二石墨层，以及位于第一石墨层与第二石墨层之间的互相平行排布的碳纤维束和玻璃纤维丝；

所述碳纤维束和玻璃纤维丝的数量比为1:(4-6)，平行排布的间距为0.5-1.5mm，所述碳纤维束中的碳纤维单丝数量为3-12k，所述玻璃纤维丝的直径为0.05-0.2mm。

上述石墨复合接地体，采用3-12k的碳纤维束和直径为0.05-0.2mm的玻璃纤维丝，以数量比1:(4-6)，平行间距0.5-1.5mm的方式设置于两层石墨层之间，并以此制作复合石墨线，碳纤维束构成复合石墨线的“主干”，玻璃纤维丝构成“支干”，石墨构成“树叶”，并将复合石墨线平行排布构成“内芯”，采用编织工艺将复合石墨线编成网状作为“外套”，由此可使制备得到的石墨复合接地体兼具优良的耐热性和强度，且保证了接地体的导电性能，其原理如下：

(1)碳纤维束中碳纤维单丝的数量为3-12k：当单丝数量过多或过少时，均会对碳纤维束耐热和强度性能造成不良的影响，且控制单丝数量在该范围内，可以简化生产工艺，使制备获得的接地体质量可控，若碳纤维束单丝数量过多，由于碳纤维束较为毛躁，直径较大，难以平行排布，影响复合石墨带的平整度，造成加工困难，并由此导致接地体的生产质量难以控制；

(2)碳纤维束和玻璃纤维丝的数量比为1:(4-6)：在该配比范围内，石墨复合接地体的耐热和强度性能最优化的同时，成本也得到了合理的控制，若碳纤维束的添加量过多，不仅增加成本，由于其自身表面较为光滑，即使采用粘合剂也难以使内层材料与石墨层紧密粘合，影响接地体的性能，同时造成加工困难，而玻璃纤维丝则具有较好的吸附性能(特别是直径为0.05-0.2mm玻璃纤维丝)，便于与石墨层的结合、加工，因此需要按照本发明数量比合理控制内层材料中玻璃纤维丝掺杂的数量，使石墨复合接地体的耐热和强度性能最优化；

(3)碳纤维束和玻璃纤维丝排布的平行间距为0.5-1.5mm：通过合适的排布密度，使制备得到的接地体在保证性能的同时，尽可能减少碳纤维束和玻璃纤维丝的用量，降低生产成本；

(4)玻璃纤维丝的直径为0.05-0.2mm：该直径范围的玻璃纤维丝具有较好的吸附性能，与石墨层粘合紧密，且可在保证其自身性能的同时，使复合石墨带更为平整，便于加工。

综合以上因素，本发明所述石墨复合接地体兼具了最优的耐热性、强度和导电性，且便于加工，质量可控，同时成本也得到合理的控制。

根据实际工程需要可以调整编织层的层数及内芯复合石墨线的根数以调整石墨复合接地体的具体参数以适应各种各样的生产运行条件。

在其中一个实施例中，所述碳纤维束中不定形碳含量小于5％。

在其中一个实施例中，所述第一石墨层和第二石墨层的材料为蠕虫石墨，所述蠕虫石墨的纯度不小于95％。

在其中一个实施例中，所述第一石墨层和第二石墨层的厚度为0.2-0.3mm。

在其中一个实施例中，所述复合石墨带的宽度为1-3cm，所述复合石墨线的直径为1.5-3mm。

在其中一个实施例中，所述第一石墨层与第二石墨层之间还包括粘合剂层。

在其中一个实施例中，所述粘合剂为丙烯酸乙酯或酚醛树脂。

本发明还提供所述的石墨复合接地体的制作方法，包括如下步骤：

将蠕虫石墨进行辊压制成第一石墨层和第二石墨层；

将碳纤维束和玻璃纤维丝平行敷设在第一石墨层上；

涂上粘合剂，形成粘合剂层，再敷设第二石墨层，然后沿所述碳纤维束和玻璃纤维丝的纵向进行切割，制成复合石墨带；

所述复合石墨带经捻制得到复合石墨线；

将复数根所述复合石墨线平行排布制得内芯，将复数根所述复合石墨线编织于所述内芯的外侧，制得编织层，即得所述石墨复合接地体。

上述石墨复合接地体的制作方法工艺简单，原材料成本低，具有工程实际应用价值。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用3-12k的碳纤维束和直径为0.05-0.2mm的玻璃纤维丝，并将二者以数量比1:(4-6)，平行间距0.5-1.5mm的方式设置于两层石墨层之间，由此制备得到的接地体在保证导电性能的同时，具有优良的高强度、耐高温性能，成本也得到合理的控制，弥补了现有技术的缺陷，扩大石墨复合接地材料的应用范围，且便于加工，质量可控。

本发明所述石墨复合接地体的制作方法工艺简单，原材料成本低，具有工程实际应用价值。

附图说明

图1为本发明所述石墨复合接地体的截面示意图；

图2为本发明所述石墨复合接地体示意图，其中，

1-编织层；2-内芯。

具体实施方式

实施例1

本实施例一种石墨复合接地体，如图1和2所示，包括内芯2和包裹在内芯2外侧的编织层1，其中，

所述内芯2包括复数根平行排布的复合石墨线，所述编织层1由复数根复合石墨线编织得到，

所述复合石墨线由复合石墨带捻制得到，所述复合石墨带包括第一石墨层，第二石墨层，以及位于第一石墨层与第二石墨层之间的互相平行排布的碳纤维束和玻璃纤维丝；

所述碳纤维束和玻璃纤维丝的数量比为1:5，平行排布的间距为1mm，所述碳纤维束中的碳纤维单丝数量为6k，所述玻璃纤维丝的直径为0.1mm，所述第一石墨层与第二石墨层的材料为蠕虫石墨，厚度为0.2-0.3mm。

上述石墨复合接地体的制作方法，包括如下步骤：

(1)将蠕虫石墨进行辊压制成石墨纸，即为第一石墨层和第二石墨层；

(2)将碳纤维束和玻璃纤维丝平行均匀的敷设在第一石墨层上，间距为1mm；

(3)均匀涂覆粘合剂(丙烯酸乙酯或酚醛树脂)，形成粘合剂层，再敷设第二石墨层，第二石墨层经由粘合剂层与第一石墨层结合紧密，再沿所述碳纤维束和玻璃纤维丝纵向切割制成2cm宽的复合石墨带；

(4)所述复合石墨带经捻制得到复合石墨线，直径2.2mm；

(5)将61根所述复合石墨线平行排布制得内芯2，采用编织工艺将24根所述复合石墨线编织于所述内芯2的外侧，制得编织层1，即得所述石墨复合接地体，直径约为28mm。

实施例2

本实施例一种石墨复合接地体，组成和制作方法同实施例1，区别在于：

步骤(5)为，将108根所述复合石墨线平行排布制得内芯2，采用编织工艺将48根所述复合石墨线编织于所述内芯2的外侧，制得编织层1，即得所述石墨复合接地体，直径约为38mm。

实施例3

本实施例一种石墨复合接地体，组成和制作方法同实施例1，区别在于：所述碳纤维束和玻璃纤维丝的数量比为1:4，平行排布的间距为0.5mm，所述碳纤维束中的碳纤维单丝数量为3k，所述玻璃纤维丝的直径为0.05mm，所述复合石墨带的宽度为1cm，所述复合石墨线的直径为1.5mm。

实施例4

本实施例一种石墨复合接地体，组成和制作方法同实施例1，区别在于：所述碳纤维束和玻璃纤维丝的数量比为1:6，平行排布的间距为1.5mm，所述碳纤维束中的碳纤维单丝数量为12k，所述玻璃纤维丝的直径为0.2mm，所述复合石墨带的宽度为3cm，所述复合石墨线的直径为3mm。

对比例1

本对比例一种石墨复合接地体，组成和制作方法同实施例1，区别在于：所述碳纤维束为24k。

对比例2

本对比例一种石墨复合接地体，组成和制作方法同实施例1，区别在于：所述碳纤维束为1k。

对比例3

本对比例一种石墨复合接地体，组成和制作方法同实施例1，区别在于：所述碳纤维束和玻璃纤维丝的数量比为1:1。

实施例1-4和对比例1-3的性能测试如下(表1)：

电阻率采用四极法微电阻测量。

表1

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种石墨复合接地体，其特征在于，包括内芯和包裹在内芯外侧的编织层，其中，

所述内芯包括复数根平行排布的复合石墨线，所述编织层由复数根复合石墨线编织得到，

所述复合石墨线由复合石墨带捻制得到，所述复合石墨带包括第一石墨层，第二石墨层，以及位于第一石墨层与第二石墨层之间的互相平行排布的碳纤维束和玻璃纤维丝，

所述碳纤维束和玻璃纤维丝的数量比为1:(4-6)，平行排布的间距为0.5-1.5mm，所述碳纤维束中碳纤维单丝的数量为3-12k，所述玻璃纤维丝的直径为0.05-0.2mm。

2.根据权利要求1所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述碳纤维束中不定形碳含量小于5％。

3.根据权利要求1所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述第一石墨层和第二石墨层的材料为蠕虫石墨，所述蠕虫石墨的纯度不小于95％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述第一石墨层和第二石墨层的厚度为0.2-0.3mm。

5.根据权利要求1-3任一项所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述复合石墨带的宽度为1-3cm，所述复合石墨线的直径为1.5-3mm。

6.根据权利要求1-3任一项所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述第一石墨层与第二石墨层之间还包括粘合剂层。

7.根据权利要求6所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述粘合剂为丙烯酸乙酯或酚醛树脂。

8.权利要求1-7任一项所述的石墨复合接地体的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

将蠕虫石墨进行辊压制成第一石墨层和第二石墨层；

将碳纤维束和玻璃纤维丝平行敷设在第一石墨层上；

涂上粘合剂，形成粘合剂层，再敷设第二石墨层，然后沿所述碳纤维束和玻璃纤维丝的纵向进行切割，制成复合石墨带；

所述复合石墨带经捻制得到复合石墨线；

将复数根所述复合石墨线平行排布制得内芯，将复数根所述复合石墨线编织于所述内芯的外侧，制得编织层，即得所述石墨复合接地体。