CN112768969B - 一种改进的石墨接地体防雷接地装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种改进的石墨接地体防雷接地装置及其制备方法。本发明属于防雷接地装置技术领域。本发明的目的是为了解决现有石墨基接地体机械性能不高，容易发生电化学腐蚀以及石墨体容易脱落的技术问题。本发明的装置包括石墨接地体、导电胶层、金属壳体、保护部。方法：一、将导电粉末、环氧树脂和固化剂混合均匀，涂敷于石墨接地体的表面；二、将裁剪好的金属壳体贴敷于导电胶层，压实，固化；三、将保护部安装好，得到改进的石墨接地体防雷接地装置。本发明的防雷接地装置相比于传统的金属接地装置成本低，耐腐蚀性能更好；通过导电胶将金属壳体与石墨体连接，使其具有更加良好的机械性能以及更低的接触电阻，而且解决了石墨粉块易脱落的问题。

Description

一种改进的石墨接地体防雷接地装置及其制备方法
技术领域
本发明属于防雷接地装置技术领域，具体涉及一种改进的石墨接地体防雷接地装置及其制备方法。
背景技术
接地装置主要由埋入土壤中的接地体和连接电路系统所用的接地线构成，是接地电路系统的重要组成部分。接地装置按作用可分为工作接地、保护接地、仪控接地和防雷接地等，其中防雷接地装置由于埋设地点多为野外，且埋设深度深、时间长，而且在一些酸碱度较大的土壤中，更加容易受到腐蚀。据统计，大多数雷击事故都是由于接地体受到腐蚀而发生的，传统的接地体多为金属材料，如扁钢、铜包钢等，但是由于金属接地体的制作和维护成本较高，且长时间使用受到腐蚀后接触电阻值会变得不稳定，阻值升高，接地效果变差，所以特别容易发生事故。
近几年来，一些新型的耐腐蚀接地体材料不断被应用，如导电混凝土、导电橡胶、石墨等，其中最广泛应用的便是石墨接地体。石墨是一种化学稳定性相当好的材料，即使在复杂的土壤腐蚀环境中，也能长期稳定存在，具有非常好的耐腐蚀性能。此外，石墨成本低，导电性良好，是一种非常理想的接地材料。
在实际应用中，石墨接地体也有许多缺点。例如，石墨虽然具有良好的耐腐蚀性能，但是其接触电阻比金属接地体大很多；其机械性能也较差，在运输及施工的过程中特别容易发生损坏，同时也极大地提高了施工的难度，这大大增加了施工成本；此外，在服役过程中，石墨会以粉状、片状、块状等形式脱落，这不仅减少了其使用寿命，还造成了土壤的污染。
因此，人们开始不断地研究以石墨为基体的新型接地材料，在现有的研究中，主要是通过对石墨的改性或者与其他材料的复合来增加石墨的机械性能。但是改性后的石墨能够增加的机械性能有限，而且石墨基复合材料在服役过程中特别容易发生电化学腐蚀。此外，这两种方式也并不能解决石墨体容易脱落的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有石墨基接地体机械性能不高，容易发生电化学腐蚀以及石墨体容易脱落的技术问题，而提供一种改进的石墨接地体防雷接地装置及其制备方法。
本发明的一种改进的石墨接地体防雷接地装置包括石墨接地体、导电胶层、金属壳体、保护部，导电胶层完全包覆石墨接地体，金属壳体上表面中心开口，对导电胶层形成不完全包覆，保护部是由上部套筒和下部底沿构成的一体结构，底沿位于金属壳体上表面中心的开口处，且其形状与金属壳体上表面中心的开口形状相适应，金属壳体和保护部的底沿共同实现对导电胶层的完全包覆，接地线穿过导电胶层和保护部的套筒埋入石墨接地体。
进一步限定，所述导电胶层的材料由导电粉末、环氧树脂、固化剂制备而成。
进一步限定，所述导电粉末为铜粉、银粉、镀银铜粉、镀银镍粉、石墨烯粉中的一种或几种按任意比的混合物。
进一步限定，所述固化剂为胺类固化剂。
进一步限定，所述胺类固化剂为乙二胺、苯二胺或三乙醇胺。
进一步限定，所述导电粉末与环氧树脂的质量比为5：(7.2～11.6)。
进一步限定，所述导电粉末与固化剂的质量比为5：(1.7～2.8)。
进一步限定，所述金属壳体的材质为金属或金属的合金。
进一步限定，所述金属为铝、铜或铁。
进一步限定，所述保护部为绝缘橡胶或绝缘密封胶。
本发明的一种改进的石墨接地体防雷接地装置的制备方法按以下步骤进行：
一、将导电粉末、环氧树脂和固化剂混合均匀，涂敷于石墨接地体的表面，形成导电胶层；
二、将裁剪好的金属壳贴敷于导电胶层的六个表面，压实，固化后，形成金属壳体；
三、将保护部安装在金属壳体上表面中心的开口处，得到改进的石墨接地体防雷接地装置。
进一步限定，步骤二中所述固化的温度为20～70℃，时间为30min～16h。
本发明与现有技术相比具有的优点：
1)本发明的防雷接地装置相比于传统的金属接地装置成本低，耐腐蚀性能更好；相比于原石墨接地装置，通过导电胶将金属壳体与石墨体连接，使其具有更加良好的机械性能以及更低的接触电阻，而且解决了石墨粉块易脱落的问题；相比以石墨为基改性或复合的接地装置，该具有装置的制作方法简单，且不易发生电化学腐蚀的优点。
2)原石墨接地体为提高其本身的强度一般都会添加一些粘结剂、增强剂，这导致其致密度较差，使得电流经过接地线流入接地体时，可流通的通路面积变窄，接触电阻大幅度增加，通过导电胶将金属壳体紧密包裹在石墨接地体表面后，相当于将石墨接地体内部的导电通路全部并联，使电流流通面积大幅度增加，从而大幅降低了接触电阻。
3)导电胶主要由金属粉末、环氧树脂和固化剂组成，其中金属粉末作为导电主体，决定了导电胶的导电性能，当金属粉末选择导电性比较好的银粉末的时候，环氧树脂的添加量可以略降低；环氧树脂和固化剂主要决定了导电剂的粘结性能及固化时间，在保证导电胶具备良好导电性前提下，环氧树脂的添加量可以略微提高，使导电胶具有更好的粘结性，固化剂的含量可根据实际使用需求添加，固化时间既不能太快也不能太慢。考虑到实际应用情况，本发明应用实例所采用的导电胶物料为：铜粉、环氧树脂、乙二胺，质量比为5:8:2，使导电胶具有成本较低同时还具有良好的导电性及粘结性。
附图说明
图1为本发明装置的部分结构示意图；
图2为本发明装置的部分结构示意图；
图3为本发明装置的结构示意图；
图4为本发明装置埋地后的半剖图；
其中1-石墨接地体，2-导电胶层，3-金属壳体，4-保护部，4-1-套筒，4-2-底沿，5-接地线，6-土壤，↓代表电流。
具体实施方式
实施例1(结合图1～4)：本实施方式的一种改进的石墨接地体防雷接地装置包括石墨接地体1、导电胶层2、金属壳体3、保护部4，导电胶层2完全包覆石墨接地体1，金属壳体3上表面中心开口，对导电胶层2形成不完全包覆，保护部4是由上部套筒4-1和下部底沿4-2构成的一体结构，底沿4-2位于金属壳体3上表面中心的开口处，且其形状与金属壳体3上表面中心的开口形状相适应，金属壳体3和保护部4的底沿4-2共同实现对导电胶层2的完全包覆，接地线穿过导电胶层2和保护部4的套筒4-1埋入石墨接地体1；其中所述导电胶层2的材料由金属粉末、环氧树脂、固化剂按质量比5:8:2制备而成；所述导电粉末为铜粉；所述固化剂为乙二胺；所述金属壳体3的材质为镀锌马口铁；所述保护部4为绝缘橡胶。
制备上述装置的方法按以下步骤进行：
一、将铜粉、环氧树脂和乙二胺按质量比5:8:2混合均匀，涂敷于石墨接地体1的表面，形成导电胶层2；
二、将裁剪好的金属壳贴敷于导电胶层2的六个表面，压实，于60℃下固化12h后，形成金属壳体3；所述金属壳体3的材质为镀锌马口铁；
三、将保护部4安装在金属壳体3上表面中心的开口处，得到改进的石墨接地体防雷接地装置。
实施例2：本实施例与实施例1不同的是：金属壳体3的材质为铝。其他步骤及参数与实施例1相同。
对比例：本实施例为常规石墨接地体。
采用以下试验验证本发明的有益效果
试验一、耐腐蚀性：按GB/T 21698-2008，测定实施例1、实施例2和对比例的装置的耐腐蚀性能，加入试验土壤中的土壤模拟液成分如下表1所示：
表1土壤模拟液成分成分表
Figure BDA0002875950310000041
测试结果如表2-3所示：
表2埋地两个月后试样在土壤中的失重情况表
Figure BDA0002875950310000042
3式样在不同土壤中的腐蚀速率
Figure BDA0002875950310000043
失重/腐蚀率＝(年平均失重质量/材料密度)/暴露面积，其中马口铁、铝、石墨的密度分别为7.9g/cm3、2.7g/cm3、2.2g/cm3，暴露面积均为0.9cm2。
根据复合接地体技术条件GB/T 21698-2008规定，复合接地体的年腐蚀速率不应大于0.03mm/年，根据腐蚀实验结果可知，原石墨接地材料由于机械性能差，埋地后会发生剥落、掉渣现象，使得其失重速率非常快，而复合接地材料，除在草甸土中采用镀锌马口铁时腐蚀速率过快，在其余土壤环境下采用铝壳体或镀锌马口铁壳体均符合国标规定，即改进后的接地装置机械性能及耐腐蚀性能优良。
试验二、接触电阻：根据复合接地体技术条件GB/T 21698-2008，测定实施例1、实施例2和对比例的接地装置的接触电阻，测量结果如下表4所示：
表4不同壳体接地装置的接触电阻
Figure BDA0002875950310000051
由表4可知，本发明的装置的接触电阻均小于原石墨基体的电阻，即改进后的接地装置的导电性能优于原石墨接地装置。
试验三、为测定石墨基体与壳体连接的紧密度，进行了剥离实验，以垂直于复合接地体表面的方向对金属壳体施加拉力，使壳体与石墨基体分离，测得剥离强度为340-410N/m，导电胶剥离强度远高于石墨接地体本身的剥离强度，能够保证耐腐蚀金属壳体与石墨基体紧密连接，即改进后接地装置获得了较强的机械性能，有效地防止了石墨脱落。

Claims (8)

1.一种石墨接地体防雷接地装置，其特征在于，该装置包括石墨接地体（1）、导电胶层（2）、金属壳体（3）、保护部（4），导电胶层（2）完全包覆石墨接地体（1），金属壳体（3）上表面中心开口，对导电胶层（2）形成不完全包覆，保护部（4）是由上部套筒（4-1）和下部底沿（4-2）构成的一体结构，底沿（4-2）位于金属壳体（3）上表面中心的开口处，且其形状与金属壳体（3）上表面中心的开口形状相适应，金属壳体（3）和保护部（4）的底沿（4-2）共同实现对导电胶层（2）的完全包覆，接地线穿过导电胶层（2）和保护部（4）的套筒（4-1）埋入石墨接地体（1）；
所述装置的制备方法按以下步骤进行：
一、将导电粉末、环氧树脂和固化剂混合均匀，涂敷于石墨接地体（1）的表面，形成导电胶层（2）；
二、将裁剪好的金属壳贴敷于导电胶层（2）的六个表面，压实，固化后，形成金属壳体（3）；
三、将保护部（4）安装在金属壳体（3）上表面中心的开口处，得到石墨接地体防雷接地装置。
2.根据权利要求1所述的一种石墨接地体防雷接地装置，其特征在于，所述导电粉末为铜粉、银粉、镀银铜粉、镀银镍粉、石墨烯粉中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种石墨接地体防雷接地装置，其特征在于，所述固化剂为胺类固化剂，所述胺类固化剂为乙二胺、苯二胺或三乙醇胺。
4.根据权利要求1所述的一种石墨接地体防雷接地装置，其特征在于，所述导电粉末与环氧树脂的质量比为5：（7.2~11.6）。
5.根据权利要求1所述的一种石墨接地体防雷接地装置，其特征在于，所述导电粉末与固化剂的质量比为5：（1.7~2.8）。
6.根据权利要求1所述的一种石墨接地体防雷接地装置，其特征在于，所述金属壳体（3）的材质为金属或金属的合金；所述金属为铝、铜或铁。
7.根据权利要求1所述的一种石墨接地体防雷接地装置，其特征在于，所述保护部（4）为绝缘橡胶或绝缘密封胶。
8.根据权利要求1所述的一种石墨接地体防雷接地装置，其特征在于，步骤二中所述固化的温度为20~70℃，时间为30 min~16 h。
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