CN105161871B - 强通流复合接地体及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强通流复合接地体及制作方法，该复合接地体从内向外依次为由内芯、均流层、编织层，其中：内芯为单根复合石墨线或多根复合石墨线构成的复合石墨线束；均流层包覆内芯，由两层金属片和纵向紧密排列于两层金属片间的金属丝构成；编织层为复合石墨线绕均流层外侧编织获得；复合石墨线由复合石墨带捻合获得，复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和铺设于两层蠕虫石墨层间的骨架纤维，骨架纤维包覆有粘合剂层。本发明复合接地体具有通流能力强、导体温升小、趋肤效应小、导体利用率高、成本低廉等优点，工程实际应用效果显著。

Description

强通流复合接地体及制作方法

技术领域

本发明属于电力系统防雷接地技术领域，尤其涉及一种强通流复合接地体及制作方法。

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，由于电流幅值高达数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，过高的温升将对接地体的工作状态带来影响甚至破坏接地体或者相关连接件，给电力系统的稳定运行造成威胁。

DL／T621-1997标准《交流电气装置的接地》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。

防止接地体在大电流通流时温升过大的最直接方式就是增大接地体的截面积，但是由于趋肤效应的存在，一切导体均存在一定趋肤深度，随着截面积的增大导体的通流效率势必会降低，造成浪费。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种通流能力强、导体温升小、趋肤效应小的强通流复合接地体及制作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一、一种强通流复合接地体，从内向外依次为由内芯、均流层、编织层，其中：

内芯为单根复合石墨线或多根复合石墨线构成的复合石墨线束；

均流层包覆内芯，由两层金属片和纵向紧密排列于两层金属片间的金属丝构成；

编织层为复合石墨线绕均流层外侧编织获得；

复合石墨线由复合石墨带捻合获得，复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和铺设于两层蠕虫石墨层间的骨架纤维，骨架纤维包覆有粘合剂层。

上述金属片和金属丝为电阻率低于5×10^-8Ω·m的金属或合金，金属片和金属丝的材质相同或不相同。

所述的金属片和金属丝为铜、铝或铂。

上述强通流复合接地体的制作方法，包括步骤：

步骤1，对蠕虫石墨进行辊压制成蠕虫石墨纸；

步骤2，将骨架纤维表面浸润粘合剂，并等间距敷设于两层蠕虫石墨纸间，经热固、辊压得到复合石墨纸；

步骤3，裁切复合石墨纸得到复合石墨带，对复合石墨带进行捻合获得复合石墨线；

步骤4，将单根复合石墨线或多根复合石墨线构成的复合石墨线束作为内芯；

步骤5，采用第一金属片包覆内芯，在第一金属片外侧纵向紧密排列金属丝得金属丝层，采用第二金属片包覆金属丝层；

步骤6，采用复合石墨线在第二金属片外侧进行编织，获得编织层。

二、另一种强通流复合接地体，从内向外依次为内芯、中间层、编织层，其中：

内芯为单根复合石墨线或多根复合石墨线构成的复合石墨线束；

中间层由均流层和石墨线层交替排列构成，均流层层数大于1；中间层的最内层和最外层均为均流层，最内层的均流层包覆内芯，编织层为复合石墨线绕最外层的均流层外侧编织获得；石墨线层由纵向紧密排列于相邻均流层间的复合石墨线构成；均流层由两层金属片和纵向紧密排列于两层金属片间的金属丝构成；

复合石墨线由复合石墨带捻合获得，复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和铺设于两层蠕虫石墨层间的骨架纤维，骨架纤维包覆有粘合剂层。

上述金属片和金属丝为电阻率低于5×10^-8Ω·m的金属或合金，金属片和金属丝的材质相同或不相同。

所述的金属片和金属丝为铜、铝或铂。

均流层层数优选为2~5层。

上述强通流复合接地体的制作方法，包括步骤：

步骤1，对蠕虫石墨进行辊压制成蠕虫石墨纸；

步骤2，将骨架纤维表面浸润粘合剂，并等间距敷设于两层蠕虫石墨纸间，经热固、辊压得到复合石墨纸；

步骤3，裁切复合石墨纸得到复合石墨带，对复合石墨带进行捻合获得复合石墨线；

步骤4，将单根复合石墨线或多根复合石墨线构成的复合石墨线束作为内芯；

步骤5，制作中间层：

将中间层中均流层层数记为N、石墨线层层数记为（N-1），从内向外均流层层编号依次记为1、2、…N，石墨线层层编号依次记为1、2、…（N-1），N>1；

5.1 制备第1层均流层：采用一金属片包覆内芯，该金属片外侧纵向紧密排列金属丝得金属丝层，采用另一金属片包覆金属丝层；

5.2 制备第1层石墨线层：在第1层均流层外侧纵向紧密排列复合石墨线；

5.3 制备第n层均流层，1<n≤N：采用一金属片包覆第（n-1）层石墨线层，该金属片外侧纵向紧密排列金属丝得金属丝层，采用另一金属片包覆金属丝层；

5.4制备第n层石墨线层，1<n≤（N-1）：在第n层均流层外侧纵向紧密排列复合石墨线；

步骤6，采用复合石墨线在第N层均流层外侧进行编织，获得编织层。

本发明将均流层结构均匀分散于复合接地体中，承担着电流通道的作用，由于均流层中金属片的存在，将平行排布的金属丝全部有效连接，防止了由于接触不当而造成的局部金属丝电流过大、温升不均匀甚至熔断现象的发生。此外，均流层带又处于两层复合石墨线层间，金属丝或金属片通流时产生的热量经过金属片的传递，有效均匀分散于整个复合石墨线层，从而有效防止了热量分布不均对个别复合石墨线造成的破坏。

本发明通过选用导电性良好的金属丝、金属片和石墨导电材料制作复合接地体。充分利用金属丝优良的导电性、金属片优良的导电性和导热性、石墨导电材料优良的导电性、吸热性和导热性，在同样金属用量的前提下，可大大提升导体利用率，并大大降低短时雷电流或短路电流导致的接地体温升。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

通流能力强，导体温升小，趋肤效应小，导体利用率高、成本低廉，工程实际应用效果显著。

附图说明

图1为单根复合石墨线截面图；

图2为复合石墨线平行排列构成的内芯截面图；

图3为金属丝截面图；

图4为均流层中金属片层截面图；

图5为均流层截面示意图；

图6为包覆均流层的内芯截面图；

图7为本发明一种复合接地体的截面图；

图8为本发明另一种复合接地体的截面图。

图中，1-内芯，2、4-均流层，3-石墨线层，5-编织层。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明具体实施方式的步骤进行详细说明。

（1）制备复合石墨线。

复合石墨线的主要制备原料包括蠕虫石墨、粘合剂和骨架纤维，具体实施中，蠕虫石墨为碳含量高于85%的高纯蠕虫石墨，粘合剂可以采用丙烯酸乙酯水溶性粘合剂或树脂类水溶性粘合剂，骨架纤维可以为导电纤维或不导电纤维，例如玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、合成纤维等。

对蠕虫石墨进行辊压制成表面光滑平整、厚度均匀的蠕虫石墨纸，蠕虫石墨纸厚度以0.1~1mm为宜，蠕虫石墨纸厚度过大，捻合时复合石墨带易发生断裂。

采用粘合剂将骨架纤维表层浸润，并等间距敷设于上下两层蠕虫石墨纸间，相邻纤维间隔0.5mm~1.2mm。于80~120℃温度保持60~100s进行热固处理；然后，经两次以上辊压得到复合石墨纸。裁切复合石墨纸得到宽度10mm~25mm的复合石墨带，所得复合石墨带表面应光滑平整，无骨架纤维裸露出石墨带表层。采用捻线机对复合石墨带进行捻合得到复合石墨线。

（2）以单根复合石墨线或多根复合石墨线平行排列构成的复合石墨线束为内芯，图2即多根复合石墨线平行排列构成的内芯截面图。

（3）在内芯外制作均流层。

采用厚度0.05mm~0.5mm的金属片紧密包覆内芯，在金属片外侧纵向紧密排列直径0.5mm~3mm的金属丝得金属丝层，金属丝与内芯中复合石墨线平行。再采用另一厚度相同的金属片紧密包覆金属丝层，两层金属片及其中金属丝层构成均流层，见图5~6。

（4）采用复合石墨线在均流层外侧进行交叉编织获得编织层，编织层的作用是固定住复合接地体整体的外形和尺寸。

上述提供了均流层仅为一层的复合接地体的制作方法，所制作的复合接地体截面示意图见图7。

本发明复合接地体中均流层层数还可以为多层，当有多层均流层时，相邻均流层间设有复合石墨线纵向紧密排列构成的石墨线层。将均流层层数记为N，石墨线层层数则为（N-1），N>1，从内向外均流层层编号依次记为1，2，…N，石墨线层层编号依次记为1，2，…（N-1）。当采用步骤（3）在内芯外制作第1层均流层后，在第1层均流层外侧纵向紧密排列复合石墨线得第1层石墨线层。然后，在第1层石墨线层外包覆第2层均流层，即采用一金属片包覆第1层石墨线层，该金属片外侧纵向紧密排列金属丝得金属丝层，采用另一金属片包覆金属丝层，得第2层均流层。采用复合石墨线在第N层均流层外侧进行编织，获得编织层。图7为均流层为2层的复合接地体的截面示意图。

本发明中，均流层层数以1~5层为宜；金属丝和金属片的材质可以相同或不同，优选为电阻率低于5×10^-8Ω·m的金属或合金，例如，铜、铝、铂。

实施例

见图8，采用30根直径2.2mm的复合石墨线平行排列构成内芯，第一层均流层采用18根直径约1.5mm的铜丝和两片厚度0.1mm的铜箔制作，两层均流层层间的石墨线层采用采用20根直径2.2mm的复合石墨线紧密排列构成,，第二层均流层采用24根直径1.5mm的铜丝和两片厚度0.1mm的铜箔制作。第二层均流层外侧采用24根直径2.2mm的复合石墨线交叉编织，即获得复合接地体。本实施例复合接地体经四级法电阻测量得每米电阻约为0.5mΩ。

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 (7)

1.强通流复合接地体的制作方法，其特征是，包括步骤：

步骤1，对蠕虫石墨进行辊压制成蠕虫石墨纸；

步骤2，将骨架纤维表面浸润粘合剂，并等间距敷设于两层蠕虫石墨纸间，经热固、辊压得到复合石墨纸；

步骤3，裁切复合石墨纸得到复合石墨带，对复合石墨带进行捻合获得复合石墨线；

步骤4，将单根复合石墨线或多根复合石墨线构成的复合石墨线束作为内芯；

步骤5，采用第一金属片包覆内芯，在第一金属片外侧纵向紧密排列金属丝得金属丝层，采用第二金属片包覆金属丝层；

步骤6，采用复合石墨线在第二金属片外侧进行编织，获得编织层。

2.如权利要求1所述的强通流复合接地体的制作方法，其特征是：

所述的第一金属片、第二金属片和金属丝为电阻率低于5×10^-8Ω·m的金属或合金，第一金属片和第二金属片与金属丝的材质相同或不相同。

3.如权利要求2所述的强通流复合接地体的制作方法，其特征是：

所述的第一金属片、第二金属片和金属丝为铜、铝或铂。

4.强通流复合接地体的制作方法，其特征是，包括步骤：

步骤1，对蠕虫石墨进行辊压制成蠕虫石墨纸；

步骤2，将骨架纤维表面浸润粘合剂，并等间距敷设于两层蠕虫石墨纸间，经热固、辊压得到复合石墨纸；

步骤3，裁切复合石墨纸得到复合石墨带，对复合石墨带进行捻合获得复合石墨线；

步骤4，将单根复合石墨线或多根复合石墨线构成的复合石墨线束作为内芯；

步骤5，制作中间层：

将中间层中均流层层数记为N、石墨线层层数记为(N-1)，从内向外均流层层编号依次记为1、2、…N，石墨线层层编号依次记为1、2、…(N-1)，N>1；

5.1制备第1层均流层：采用一金属片包覆内芯，该金属片外侧纵向紧密排列金属丝得金属丝层，采用另一金属片包覆金属丝层；

5.2制备第1层石墨线层：在第1层均流层外侧纵向紧密排列复合石墨线；

5.3制备第n层均流层，1<n≤N：采用一金属片包覆第(n-1)层石墨线层，该金属片外侧纵向紧密排列金属丝得金属丝层，采用另一金属片包覆金属丝层；

5.4制备第n层石墨线层，1<n≤(N-1)：在第n层均流层外侧纵向紧密排列复合石墨线；

步骤6，采用复合石墨线在第N层均流层外侧进行编织，获得编织层。

5.如权利要求4所述的强通流复合接地体的制作方法，其特征是：

所述的金属片和金属丝为电阻率低于5×10^-8Ω·m的金属或合金，第一金属片和第二金属片与金属丝的材质相同或不相同。

6.如权利要求5所述的强通流复合接地体的制作方法，其特征是：

所述的金属片和金属丝为铜、铝或铂。

7.如权利要求4所述的强通流复合接地体的制作方法，其特征是：

所述的均流层层数为2～5层。