CN109301523A - 一种电气工程用sap复合接地材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电气工程用SAP复合接地材料，按质量分数包括以下组分：SAP 35～45％，石墨5～20％，炭黑1～3％，碳纤维0.1～3％，导电水泥30～45％；本发明同时公开了一种电气工程用SAP复合接地材料制备方法；本发明的有益效果在于，首先，本发明的接地材料具有高吸水保水功能，从而提高接地体雷电流导通释放能力，满足线路杆塔的工频接地电阻要求；其次，本发明的接地材料具有原料少、制备工艺简单的优点，适合广泛使用。
Description
技术领域
本发明涉及材料化学技术领域，尤其涉及一种电气工程用SAP复合接地材料及制备方法。
背景技术
我国电力系统运行容量飞速增加，导致入地短路电流也同期大幅度提高，以往的工程接地措施经受巨大考验。尤其在高土壤电阻率地区，架空线路跨越地理环境恶劣、土壤分布情况复杂的山地，接地参数很难严格达到国家规程要求，严重影响线路输电安全。
把电力系统的部分节点与大地之间的电气连接称为接地。在接地工程中，大地为电气系统提供零电位参考点，起稳定地面电位的作用。接地体是电气连接中和大地相接触的导体；接地引线指在电气回路中连接接地体和设备的电气连线，接地引线和接地体共同组成接地装置。故障电流和雷电流可通过接地装置安全泄入大地。按照功能不同将接地可划分工作接地、保护接地和防雷接地，三者在电力系统日常工作中相互补充、互为统一。架空输电线路杆塔的接地主要属于防雷接地，其功能是为高幅值的雷电流提供入地通道，也称低阻抗的散流通道。但当杆塔处于地质环境错综复杂的高土壤电阻率地带，如山岩地区等，现有的接地装置难以满足规程中对有避雷线的线路杆塔的工频接地电阻要求。
为了提高杆塔接地装置的降阻效率，降阻材料逐渐走入工程应用的视线，参与到杆塔接地装置的制作过程中。然而对降阻材料的应用，由于相关的标准和规定没有及时根据电力市场和工程应用效果进行统一的修订，不少性能低微，功效周期短暂的产品投入使用后，得到行内广泛的诟病。目前，工程中成熟应用的降阻材料多为非金属材料，主要分为三类：以碳素材料如石墨为主体的接地模块，其成分为导电性和稳定性都较为优越的非金属矿物质。主体材料的物理结构与土壤相似且有较强的吸湿能力，可有效降低土壤与接地体的接触电阻，同时扩大雷电流向土壤四周散流的有效面积，达到降阻效果；用导电水泥结合固化剂、润滑剂等多种成分组成的降阻剂。施用时将其填埋在接地体和土壤之间，加强和金属接地体的接触，增大电流流通面。同时其具有较强的吸湿能力，对周围土壤的渗透作用可有效降低土壤电阻率，最终在接地体周围形成变化平稳的低电阻区域；装置外以金属作为护套，装置内填充扩散能力突出的导电电解质的离子接地极。在接地导体的外部采用具有强吸水力，强吸附力和阳离子交换性能卓越的材料，有效增加接地导体周围的湿度和离子生成含量，降低周围土壤的电阻率，从而提高接地体雷电流导通释放的能力。
综上可知，降阻材料的吸水保水性能对降阻效果不可忽视，特别是在土壤碎石、混砂砾石含量多，干燥缺水的岩石地区。奇缺的地下水会导致土壤电阻率骤然升高。因此在高土壤电阻率地区或常年干旱地区就需要大量应用具有高吸水保水功能的降阻材料。因此开发出具有高吸水保水功能的降阻材料是一个急待解决的问题。
发明内容
1.需要解决的技术问题
本发明的目的：提供一种电气工程用SAP复合接地材料及制备方法，具有高吸水保水功能，从而提高接地体雷电流导通释放能力，满足线路杆塔的工频接地电阻要求。
2.技术方案
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电气工程用SAP复合接地材料，按质量分数包括以下组分：SAP 35～45％，石墨5～20％，炭黑1～3％，碳纤维0.1～3％，导电水泥30～45％。
上述的电气工程用SAP复合接地材料，其中，按质量分数包括以下组分：SAP 42％，石墨12％，炭黑3％，碳纤维3％，导电水泥40％。
上述的电气工程用SAP复合接地材料，其中，按质量分数包括以下组分：SAP 45％，石墨9％，炭黑3％，碳纤维3％，导电水泥40％。
本发明同时公开了一种电气工程用SAP复合接地材料制备方法，包括如下步骤：
步骤1：顺序将SAP、石墨、炭黑、碳纤维和导电水泥按照质量百分比加入至反应容器；
步骤2：以100转/分钟的速率对反应容器内的原料搅拌10～15分钟。
上述的电气工程用SAP复合接地材料制备方法，其中，步骤2中，以100转/分钟的速率在20～25℃下对反应容器内的原料进行搅拌。
3.有益效果
综上所述，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的接地材料具有高吸水保水功能，从而提高接地体雷电流导通释放能力，满足线路杆塔的工频接地电阻要求；
(2)本发明的接地材料具有原料少、制备工艺简单的优点，适合广泛使用。
附图说明
图1是降阻材料敷设厚度对接地电阻的影响。
图2是随敷设厚度变化的降阻率折线图。
图3是雷电流冲击耐受实验连线图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
实施例：
如图1-3所示，顺序依次加入如下重量百分比的原料至反应容器中：SAP 42％、石墨12％、炭黑3％、碳纤维3％和导电水泥40％，以100转/分钟速度在20-25℃进行搅拌，均匀搅拌10-15分钟得到SAP复合接地材料。
接地性能测试：
为分析在不同土壤电阻率条件下敷设新型SAP接地复合材料的降阻效果，在低土壤电阻率实验场地和高土壤电阻率实验场地开挖接地极周围土壤，形成降阻材料敷设沟槽，并用新型SAP接地复合材料填满。
表1接地极敷设降阻材料测量结果
由表1测量结果可知，两处实验场地的接地电阻都随着降阻材料敷设厚度的增加而降低。当敷设厚度达到0.1m，低土壤电阻率实验场地降阻率为42.22％，高土壤电阻率实验场地降阻率为57.55％。根据数据绘出降阻材料敷设厚度与接地电阻的关系折线图(如图1所示)。分析可知，两处实验场地的接地电阻在敷设厚度为0.3m时迅速下降，加大敷设厚度，高土壤电阻率实验场地的接地电阻降低速率明显变缓，但仍有下降趋势；而低土壤电阻率实验场地的接地电阻几乎趋于稳定，下降极少。图2描述了两处实验场地降阻率与降阻材料敷设厚度的关系，由图可知高土壤电阻率实验场地的降阻率一直高于低土壤电阻率实验场地。当敷设厚度为0.03m，两处实验场地降阻率增加速率最快，降阻率分别达到39.08％和25.85％。综上，降阻材料的敷设对高土壤电阻率地区的降阻效果更好，同时随着敷设厚度的增加，接地电阻并不是成倍降低，即存在饱和敷设厚度，综合经济性，敷设厚度需对应不同的土壤电阻率进行计划施工。
降阻材料雷电流冲击耐受性能的测定：
新型SAP接地复合材料雷电流冲击耐受模拟实验原理如图3所示，380V交流电源经过升压、整流对电容组C充电，调压器T2的调压比为380/45kV，D为硅堆整流器，最大通流1A，电容组C的电容值为30μF，充电电压幅值最高可达100kV。充电电压达到设定值后，点火球隙G发生击穿放电，产生雷电流对试品进行冲击。R和L分别为调波电阻和调波电感。CRO为连接罗斯线圈的示波器，罗斯线圈参数为1/40。
通常雷电流幅值在20～40kA范围内，但在线路分流系数作用下，杆塔接地网中的雷电流幅值更小。此外接地网实际尺寸较大，而测试所用试品用量有限，对应可敷设接地极长度较短，因此实验中采用雷电流波形为8/20μs，幅值1kA。
采用冲击电流发生器分别对两份试品施加波形为8/20μs，幅值为1kA的冲击电流共20次，每次冲击间隔时间1min，每5次设为一组，每组间隔时间为30min，确保试品完全散热冷却至室温后，测量试品的含水量和电阻率，并通过下式计算试品的电阻率变化率。
Δρ＝(ρF-ρB)/ρB×100％
式中，Δρ代表雷电流冲击后试品的电阻率变化率，ρF和ρB分别代表冲击后和冲击前试品的电阻率。
将试品编号为1、2，实验前分别对试品含水量和电阻率进行测量，实验中每5次冲击后再次测量试品的含水量和电阻率，并计算电阻率变化率，结果如表2和表3所示：
表2试品1雷电流冲击耐受实验测量结果
表3试品2雷电流冲击耐受实验测量结果
从表中可知，试品1和试品2在第一次测量时含水量和电阻率均出现了较大的变化，ρ变化率分别达到8.45％和10.90％，说明雷电流带来的瞬间高温加速了降阻材料中水分子的热运动，致使在常温下很难流失的水分子有部分挣脱了SAP三维交联网络的束缚。随着含水量的降低，试品电阻率也同步增加，分别上升至1.54Ω·m和1.58Ω·m。但从第二次测量开始，试品的含水量和电阻率变化便大幅下降，趋于平稳，尤其是第三次测量和第四次测量，两次测量ρ变化率的差值均不足1％，说明雷电流散发的热量对降阻材料凝胶中水分子热运动的加速作用是有限的。最终，两份试品经过20次冲击后含水量分别下降6.45％和5.39％，ρ变化率分别为10.56％和11.03％，均满足标准中不大于20％的要求。
图3中：T1-变比可调式变压器、T2-变压器，D-高压硅堆，r1-电阻，G-点火球隙，L-调波电感，R-调波电阻，C-电容组，CRO-连接罗斯线圈的示波器。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种电气工程用SAP复合接地材料，其特征在于：按质量分数包括以下组分：SAP 35～45％，石墨5～20％，炭黑1～3％，碳纤维0.1～3％，导电水泥30～45％。
2.根据权利要求1所述的一种电气工程用SAP复合接地材料，其特征在于：按质量分数包括以下组分：SAP 42％，石墨12％，炭黑3％，碳纤维3％，导电水泥40％。
3.根据权利要求1所述的一种电气工程用SAP复合接地材料，其特征在于：按质量分数包括以下组分：SAP 45％，石墨9％，炭黑3％，碳纤维3％，导电水泥40％。
4.一种利用权利要求1-3任意一项电气工程用SAP复合接地材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：顺序将SAP、石墨、炭黑、碳纤维和导电水泥按照质量百分比加入至反应容器；
步骤2：以100转/分钟的速率对反应容器内的原料搅拌10～15分钟。
5.根据权利要求4所述的一种电气工程用SAP复合接地材料制备方法，其特征在于，步骤2中，以100转/分钟的速率在20～25℃下对反应容器内的原料进行搅拌。
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