CN108718010A - 一种接地系统 - Google Patents

Abstract

本发明及一种接地系统，包括接地棒和刚性棒体结构的接地线，所述接地棒纵向深埋于土壤层内，所述接地线横向首尾连接于所述接地棒的靠上方位置，所述接地棒和接地线表面镀有石墨烯与锌、银的复合层。由于石墨烯和锌、银都具有良好的导电性能，尤甚的，锌和石墨烯还具有极好的耐腐蚀性，并且石墨烯的表面附着力强，能牢牢稳固住镀锌层和镀银层，提高接地棒和接地线表面的粘合吸附力，不仅促进了银锌两种金属层的结合度，更是提高了接地棒和接地线的表面硬度，在施工过程中，敲击接地棒时能有效避免接地棒最外层的镀锌层剥落，然后在埋入接地线时，也避免接地线的外表面镀层剥落，使得接地系统的使用性能更加稳定可靠，适用环境更广。

Description

一种接地系统

技术领域

本发明涉及电力设施领域，尤其涉及一种接地系统。

背景技术

接地系统，又名接地极，是以提高接地导体内部导电性能，降低接地导体外部土壤电阻率为理论依据所设计生产的。普遍适用于通信、电力、交通、金融、石化、建筑系统等诸多领域，如通信局(站)、移动基站、调度机房、变电站、高速公路设施、计算机房、智能化小区等对接地要求严格的单位和部门。

纵所周知，由于市场上接地系统一般包括接地棒和柔性接地线(所谓柔性，即接地线采用多股铜导线绞合而成)，这种柔性接地线有一个优点：即在实际施工中，常常会碰到一些特殊的土质(比如岩石等)而导致在预设好的定点位置无法将接地棒敲打进去，此时则需要另外选择一个定点位置进行敲打，往往施工人员会在预设的定点位置周围找适合的定点，同时也满足接地线与接地棒之间的连接，充分利用了接地线的柔性性能，然而，也由于这种柔性接地线是由多股铜导线绞合而成的特性，使得每一股铜导线之间容易存在不均匀的间隙，尤其在上述的特殊位置(指的是重新选择的定点位置)进行接地线与接地棒的连接(一般采用焊接连接)时，需要拉扯接地线或者弯折接地线，以满足接地线两端与接地棒之间的连接，而类似的拉扯和弯折都很容易使接地线上的每股铜导线之间产生过大的间隙，甚至变形，影响接地线的电导率、导热性和电阻率等性能；另外，现有技术中的接地棒有三种材质选择：1、铜接地棒：电导率高达89％，电阻率为1.75×10^-8(Ωm)，铜的高电导率和低电阻率非常适合作为接地棒的材料，然而由于铜的成本过高，在市场上很少被采用；2、铝接地棒：电导率为33％左右，电阻率为2.83×10^-8(Ωm)，其电导率比铜低了很多，电阻率也远高于铜，虽然价格比铜偏移，却因其机械强度太差，不适合通过电镐等驱动对其进行敲打，因此这种材质的接地棒也不被企业采用；3、钢接地棒：电导率在30％左右，电阻率9.78×10^-8(Ωm)，可知，钢的电导率与铝差不多，电阻率较铝大很多，然而钢的价格比铜和铝便宜很多，机械性能也比铜和铝好，因此广泛被企业采用，同时为提高其电导率并降低其电阻率，一般厂商都采用了折衷的方法，即在钢接地棒的外表面覆一层铜，形成铜包钢结构，这种结构的接地棒虽然达到了良好的导电性能、较高的机械强度和良好的抗腐蚀性能，然而由于铜材料和钢材料的金相组织结构的差异性过于明显，使得铜层与钢棒表面的粘合力不够，导致铜层覆在钢棒的表面后、再进行深入土壤的敲击时极容易局部脱落或者因其与土壤砂石等摩擦而剥落，进而影响接地系统的使用性能和使用寿命；另外，由于接地棒在土壤环境中(一般在至少要打入至湿土层)长久使用后，其表面极容易被腐蚀，尤其是在铜层被剥落的局部位置被腐蚀的现象更为明显与严重，再者，配合避雷和接地时，高压导流的热效应，接地棒被氧化甚至被烧毁的可能性都将出现，造成极大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、设计新颖、适用范围广、使用性能可靠稳定的接地系统。

为实现上述目的，本发明涉及一种接地系统，包括接地棒和刚性棒体结构的接地线，所述接地棒纵向深埋于土壤层内，所述接地线横向首尾连接于所述接地棒的靠上方位置，所述接地棒和接地线表面镀有石墨烯与锌、银的复合层。本领域的技术知晓，所谓的复合层，其定义为两种或两种以上的形态一层层叠加重合或溶合在一起产生的新的形态，因此，在本发明中，所述的复合层可优选为在所述接地棒和接地线表面由内及外依次呈镀银层、石墨烯层和镀锌层的分层结构，这样的结构由于石墨烯的高导电性和导热性以及高粘合性，使得镀银层和镀锌层覆在接地棒或者接地线表面后更加稳定可靠，不易被划伤或脱层，同时银的电阻率为1.65×10^-8(Ωm)，堪称常用金属里面电阻率最小的元素，可有效降低接地棒和接地线整体的电阻率，经研究表明，石墨烯与锌、银的复合层不仅具有很好的导电性能，并且具有极高的机械强度，比如其硬度方面超过纯金属材料上百倍，其强度是纯铜材料的500倍，是纯镍材料的180倍，因此，当该复合层采用镀银层、石墨烯层和镀锌层叠加重合时，因为石墨烯具有提高粘合力的性能，使得镀锌层和镀银层通过石墨烯层结合的更加牢固，且在接地棒表面上结合力更强，不易剥落；当然，该复合层也可优选为石墨烯、锌粉与银粉溶合于一体的混合层；当采用溶合于一体的混合层时，该混合层组分优选为25-40重量份的石墨烯、10-20重量份的锌粉与3-10重量份的银粉以及30-40重量份的去离子水溶合于一体；为进一步的提升该混合层的导电性能和各元素之间的渗透度以及附着在接地线表面的粘合力，本发明可进一步的优化所述混合层的组分，即在上述混合层组分的配方比基础上进一步添加25-50重量份的铝粉、3-10重量份的铜粉、2-5重量份的铭酸。在实际多次的试验过程中，该混合层组分优选为30重量份的石墨烯、15重量份的锌粉、5重量份的银粉、40重量份的铝粉、5重量份的铜粉、3重量份的铭酸以及32重量份的去离子水，这个具体的组分配比使得本发明的接地系统(具体指接地棒和接地线)在实际施工场合中所表现出的电导率、电阻率最为稳定，也较为优异，具体试验参数可参考下表1(该表内数值由中国电力工业电气设备质量检验测试中心出具的检测报告摘取，该检测报告编号为CEPRI-EETC05-2018-0043，检测依据为DL/T 1312-2013技术标准)：

表1电阻率及相对电导率：

通过表1可知，通过将本发明的溶于一体的混合层组分镀在接地棒上之后，其测试结果都符合技术标准规定的要求，充分利用了石墨烯本身具有的高导电性能和散热性能，并且由于银粉的电阻率为1.65×10^-8(Ωm)，比铜的电阻率都低，将其作为主要成分与石墨烯和锌粉混合后，能有效提升接地棒的整体电阻率，性能得到极大的改善。

作为本发明的进一步设置，所述接地棒的靠上方位置与所述接地线之间通过接插件形成固定连接，所述接插件包括彼此对应接合安装的基座和基盖，所述基座上开设有第一横向线槽和用于适配接地棒的纵向线槽，所述第一横向线槽处于所述纵向线槽上方；所述基盖上、与所述第一横向线槽相对应的位置开设有第二横向线槽，所述第一横向线槽与所述第二横向线槽之间形成用于适配接地线的置纳空间；所述基盖上、处于所述第二横向线槽的两侧、并与所述纵向线槽相对应的位置具有朝向所述纵向线槽延伸的凸台，所述凸台的上端面形成用于顶压接地棒的弧形槽，优选的，为了进一步使接地棒和接地线在接插件内形成稳固可靠的紧固连接，所述第一横向线槽和第二横向线槽分别与所述接地线的外表面之间形成第一月牙形缓冲区间和第二月牙形缓冲区间；所述纵向线槽的底部与所述接地棒的外表面之间形成第三月牙形缓冲区间，所述凸台上的弧形槽与所述接地棒的外表面之间形成第四月牙形缓冲区间。

通过对现有技术的上述改进，由于采用了接插件对接地系统的接地棒和接地线进行紧固连接，相对于现有技术中的焊接方式来说，在施工时避免了明火的使用，符合电力施工标准，且大大提高了安全性。

同时，所述接地线的刚性棒体结构不仅仅局限于铜芯、铝芯、铝合金、铁芯等材质的接地线，棒体结构也可以是任何形状的横截面的形式，只是本发明中优选为横截面呈圆形的结构。

作为本发明的再进一步设置，所述接地棒包括芯棒以及直径小于芯棒的插接杆，所述插接杆和芯棒之前通过缩径椎体连接，并且所述插接杆的外表面上具有若干条相互交错的压痕，并在所述压痕交织的区域内形成凸点；并且，所述插接杆的端部形成锥形体，所述锥形体的顶端连接有横截面呈V字形的预挤压部。

通过对现有技术的上述再进一步改进，具备了以下有益效果：实际施工过程中，由于要将接地棒通过电镐等驱动将其埋入土层中，一般深入至湿土层，因此接地棒的插接杆往往都要与合金钻头紧固配合(一般是合金钻头尾端开设有适配于所述插接杆的插槽的紧固配合方式)，然后再用电镐等设备进行敲击深入，这过程中，插接杆与合金钻头的连接稳固性直接影响施工人员安装的效率，因此，本发明中将插接杆的外表面上设置成若干凸点的结构，以提高插接杆与合金钻头的插槽之间的摩擦力，同时，由于插接杆的锥形体顶端连接有横截面呈V字形的预挤压部，使得插接杆与合金钻头的插槽适配时，该预挤压部向插接杆推进的反方向挤压并膨胀，即对插接杆和合金钻头的插槽之间的缝隙进行填充，更进一步提高了接地棒与合金钻头连接的可靠性和稳固性，更容易适应多种不同的土壤环境。

附图说明

图1是现有技术中的接地系统示意图。

图2是本发明的接地系统示意图。

图3是图2中接插件的示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是图3的左视图。

图6是图4中基座的仰视图。

图7是图4中基盖的示意图。

图8是图7的俯视图。

图9是本发明中接地棒与合金钻头的装配结构示意图。

图10是图9中接地棒的示意图。

图11是图10中A处的放大示意图。

具体实施方式

如图1-11所示，本实施例涉及一种接地系统，图2中显示，所述接地系统包括接地棒1和刚性棒体结构的接地线2，其中所谓“刚性”具体指的是机械刚性，即指材料在外力作用下不发生变形的能力，与柔性相对应，当然，在外力作用下绝对不变形的是理想材料，现实当中是没有的，因此，本实施例中刚性棒体结构的接地线2具体指的是在很大的外力作用下才发生微量变形的能力，这样的抗变形能力称之为刚性，故此，本实施例的接地线2可选择铜芯、铝芯、铝合金、铁芯等材料制成，图2中进一步显示，所述接地棒1纵向深埋于土壤层3内，所述接地线2横向首尾连接于所述接地棒1的靠上方位置，在本实施例中，所述接地棒1和接地线2表面镀有石墨烯与锌、银的复合层。本领域的技术知晓，所谓复合层，其定义为两种或两种以上的形态一层层叠加重合或溶合在一起产生的新的形态，因此，在本发明中，所述的复合层可优选为在所述接地棒1和接地线2表面由内及外依次呈镀银层、石墨烯层和镀锌层的分层结构，这样的结构由于石墨烯的高导电性和导热性以及高粘合性，能有效的快速降低接地棒1内部和表面温度，并使得镀银层和镀锌层覆在接地棒或者接地线表面后更加稳定可靠，不易被划伤或脱层，同时银的电阻率为1.65×10^-8(Ωm)，堪称常用金属里面电阻率最小的元素，可有效降低接地棒1和接地线2整体的电阻率，而电阻率越小意味着散热性约好，对于专用于承载雷电等高压电流的接地系统而言，其重要程度显而易见；另外经研究表明，石墨烯与锌、银的复合层不仅具有很好的导电性能，并且具有极高的机械强度，比如其硬度方面超过纯金属材料上百倍，其强度是纯铜材料的500倍，是纯镍材料的180倍，因此，当该复合层采用镀银层、石墨烯层和镀锌层叠加重合时，因为石墨烯具有提高粘合力的性能，使得镀锌层和镀银层通过石墨烯层结合的更加牢固，且在接地棒1和接地线2表面上结合力更强，不易剥落；当然，该复合层也可优选为石墨烯、锌粉与银粉溶合于一体的混合层，当采用溶合于一体的混合层时，该混合层组分优选为25-40重量份的石墨烯、10-20重量份的锌粉与3-10重量份的银粉以及30-40重量份的去离子水溶合于一体；为进一步的提升该混合层的导电性能和各元素之间的渗透度以及附着在接地线表面的粘合力，本发明可进一步的优化所述混合层的组分，即在上述混合层组分的配方比基础上进一步添加25-50重量份的铝粉、3-10重量份的铜粉、2-5重量份的铭酸。在实际多次的试验过程中，该混合层组分优选为30重量份的石墨烯、15重量份的锌粉、5重量份的银粉、40重量份的铝粉、5重量份的铜粉、3重量份的铭酸以及32重量份的去离子水，这个具体的组分配比使得本发明的接地系统(具体指材质为钢铁时的接地棒1和接地线2)在实际施工场合中所表现出的电导率、电阻率最为稳定，也较为优异，具体试验参数可参考下表1(该表内数值由中国电力工业电气设备质量检验测试中心出具的检测报告摘取，该检测报告编号为CEPRI-EETC05-2018-0043，检测依据为DL/T 1312-2013技术标准)：表1电阻率及相对电导率：

表1中明显显示，将本发明的溶于一体的混合层组分镀在接地棒1或者接地线2上之后，其测试结果也都符合技术标准规定的要求，充分利用了石墨烯本身具有的高导电性能和散热性能，并且由于银粉的电阻率为1.65×10^-8(Ωm)，比铜的电阻率都低，将其作为主要成分与石墨烯和锌粉混合后，能有效降低接地系统的整体电阻率，性能得到极大的改善。

当混合层组分采用25重量份的石墨烯、10重量份的锌粉、3重量份的银粉、30重量份的去离子水、25重量份的铝粉、3重量份的铜粉和2重量份的铭酸时，所测得的数据依然满足技术标准要求，具体可参考下表2：

当混合层组分采用40重量份的石墨烯、20重量份的锌粉、10重量份的银粉、40重量份的去离子水、50重量份的铝粉、10重量份的铜粉和5重量份的铭酸时，所测得的数据也满足技术标准要求，具体可参考下表3：

需要说明的是，表1、表2和表3的试验数据也适用于当复合层采用镀锌层、石墨烯层和镀银层这种分层结构时的接地系统(即接地棒1和接地线2)，进一步的，表2与表1、表3对比可知，当复合层的组分采用最低重量份数进行配比时，其电阻率和电导率相比于采用本发明中的最优重量分数和最高重量分数而言，虽然满足技术要求，却也是接近于技术标准数值，显然性能有所差距；而表1和表3对比可知，当复合层组分的重量份数采用比最优的重量份数还高时，其电阻率和电导率的变化不是很大，因此再添加过多的组分，只会更多的增加成本开支，性价比不足。

图2中显示，所述接地棒1的靠上方位置与所述接地线2之间通过接插件4形成固定连接，所述接插件4的具体结构从图3-图8中明显可知，该接插件4包括彼此对应接合安装的基座40和基盖41，图3和图4以及图5中显示，本实施例中所述的接合安装具体指的是基座40的上端面和基盖41的下端面对应拼合，然后通过螺栓组件5进行紧固安装，当然，采用螺栓组件5进行紧固安装的方式只是本实施例的一种举例，本领域的技术人员知晓，接插件4的紧固安装方式还完全可以采用铆钉紧固或者基座40与基盖41之间设置卡接安装等方式，图6中显示，所述基座40上开设有第一横向线槽400和用于适配接地棒1的纵向线槽401，结合图4和图5明显可知，在所述基座40上，第一横向线槽400处于所述纵向线槽401上方；图3结合图8显示，本实施例中，所述基盖41上、与所述第一横向线槽400相对应的位置开设有第二横向线槽410，所述第一横向线槽400与所述第二横向线槽410之间形成用于适配接地线2的置纳空间(附图中未予以标识)；进一步的结合图4和图7以及图8可知，所述基盖41上、处于所述第二横向线槽410的两侧、并与所述纵向线槽401相对应的位置具有朝向所述纵向线槽401延伸的凸台411，所述凸台411的上端面形成用于顶压接地棒1的弧形槽4110。

在本实施例中，图5中进一步显示，所述第一横向线槽400和第二横向线槽410分别与所述接地线2的外表面之间形成第一月牙形缓冲区间4000和第二月牙形缓冲区间4100；图4中进一步显示，所述纵向线槽401的底部与所述接地棒1的外表面之间形成第三月牙形缓冲区间4010，所述凸台411上的弧形槽4110与所述接地棒1的外表面之间形成第四月牙形缓冲区间41100；本实施例中，通过第一月牙形缓冲区间4000和第二月牙形缓冲区间4100以及第三月牙形缓冲区间4010和第四月牙形缓冲区间41100的设置，当基座40与基盖41进行拼合安装时，即通过螺栓组件5进行紧固安装的过程中，能有效的使接地线2在第一横向线槽400和第二横向线槽410之间形成挤压，也能有效的使接地棒1在纵向线槽401与凸台411之间形成有效的挤压，进而更进一步的保障了接地棒1与接地线2在接插件4内可靠稳固安装，哪怕螺栓组件5因外界原因有部分松动，也能保证接插件4与接地棒1和接地线2之间可靠紧固连接；并且由于采用了接插件对接地系统的接地棒和接地线进行紧固连接，相对于现有技术中的焊接方式来说，在施工时避免了明火的使用，符合电力施工标准，且大大提高了安全性。

在本实施例的图10中显示，所述接地棒1包括芯棒10以及直径小于芯棒10的插接杆11，所述插接杆11和芯棒10之间通过缩径椎体12连接，并且结合图3可知，所述插接杆11的外表面上具有若干条相互交错的压痕110，并在所述压痕交织的区域内形成凸点111。在施工过程中，由于要将接地棒1埋入土层中，一般深入至湿土层，而土壤的环境往往比较复杂，现有技术中通常都用油镐或者电锤等方式对接地棒1进行敲打入土，因此会在接地棒1的端部固定安装一个合金钻头6，这过程中，插接杆11与合金钻头6的连接稳固性直接影响施工人员安装的效率，因此接地棒1的插接杆11需要与合金钻头6有可靠紧固的配合，图9中显示接地棒1与合金钻头6的配合结构为在合金钻头6尾端开设有适配于所述插接杆11的插槽60，可见，插接杆11外表面上的凸点111与插槽60的内周壁之间可形成有效的阻抗摩擦力，提高插接杆11与合金钻头6的连接稳固性；进一步的图9结合图10可知，所述插接杆11的端部形成锥形体13，所述锥形体13的顶端连接有横截面呈V字形的预挤压部14，预挤压部14的设置，使得插接杆11与合金钻头6的插槽适配时，该预挤压部14由于受到合金钻头6的反向作用力，向插接杆11推进的反方向挤压并膨胀，即对插接杆11和合金钻头6的插槽60之间的缝隙形成填充效应，更进一步提高了接地棒1与合金钻头6连接的可靠性和稳固性，更容易适应多种不同的土壤环境。

以上显示和描述了本发明基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求的保护范围依据所附的权利要求及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种接地系统，其特征在于：包括接地棒和刚性棒体结构的接地线，所述接地棒纵向深埋于土壤层内，所述接地线横向首尾连接于所述接地棒的靠上方位置，所述接地棒表面镀有石墨烯与锌、银的复合层。

2.根据权利要求1所述的一种接地系统，其特征在于：所述接地线表面镀有石墨烯与锌、银的复合层。

3.根据权利要求2所述的一种接地系统，其特征在于：所述复合层在所述接地棒和接地线表面由内及外依次呈镀银层、石墨烯层和镀锌层的分层结构。

4.根据权利要求2所述的一种接地系统，其特征在于：所述复合层包括25-40重量份的石墨烯、10-20重量份的锌粉与3-10重量份的银粉以及30-40重量份的去离子水溶合于一体的混合层组分。

5.根据权利要求4所述的一种接地系统，其特征在于：所述混合层组分还包括25-50重量份的铝粉、3-10重量份的铜粉、2-5重量份的铭酸。

6.根据权利要求5所述的一种接地系统，其特征在于：所述混合层组分为30重量份的石墨烯、15重量份的锌粉、5重量份的银粉、40重量份的铝粉、5重量份的铜粉、3重量份的铭酸以及32重量份的去离子水。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种接地系统，其特征在于：所述接地棒的靠上方位置与所述接地线之间通过接插件形成固定连接，所述接插件包括彼此对应接合安装的基座和基盖，所述基座上开设有第一横向线槽和用于适配接地棒的纵向线槽，所述第一横向线槽处于所述纵向线槽上方；所述基盖上、与所述第一横向线槽相对应的位置开设有第二横向线槽，所述第一横向线槽与所述第二横向线槽之间形成用于适配接地线的置纳空间；所述基盖上、处于所述第二横向线槽的两侧、并与所述纵向线槽相对应的位置具有朝向所述纵向线槽延伸的凸台，所述凸台的上端面形成用于顶压接地棒的弧形槽。

8.根据权利要求7所述的一种接地系统，其特征在于：第一横向线槽和第二横向线槽分别与所述接地线的外表面之间形成第一月牙形缓冲区间和第二月牙形缓冲区间；所述纵向线槽的底部与所述接地棒的外表面之间形成第三月牙形缓冲区间，所述凸台上的弧形槽与所述接地棒的外表面之间形成第四月牙形缓冲区间。

9.根据权利要求8所述的一种接地系统，其特征在于：所述接地棒包括芯棒以及直径小于芯棒的插接杆，所述插接杆和芯棒之间通过缩径椎体连接，并且所述插接杆的外表面上具有若干条相互交错的压痕，并在所述压痕交织的区域内形成凸点。

10.根据权利要求9所述的一种接地系统，其特征在于：所述插接杆的端部形成锥形体，所述锥形体的顶端连接有横截面呈V字形的预挤压部。