CN113609680A - 一种铜覆钢铜层厚度设定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及接地工程技术领域，其目的在于提供一种铜覆钢铜层厚度设定方法。本发明公开了一种铜覆钢铜层厚度设定方法，包括：获取满足电气性能要求的第一铜层厚度；获取铜覆钢的设计寿命；获取当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率；根据铜覆钢的设计寿命和当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率，得到满足抗腐蚀性要求的第二铜层厚度；根据第一铜层厚度和第二铜层厚度，得到最终铜层厚度，其中，最终铜层厚度＝第一铜层厚度+第二铜层厚度。本发明中铜覆钢铜层厚度的设定更为准确，利于提高铜覆钢铜层厚度的设计精度，同时便于更科学地指导设计和工程实施工作。
Description
技术领域
本发明涉及接地工程技术领域，特别是涉及一种铜覆钢铜层厚度设定方法。
背景技术
铜覆钢是一种优异的接地材料，其不仅具有钢的力学性能和低廉价格，还兼具铜的良好导电性和抗腐蚀性，常用于接地工程。全寿命运行周期内，铜覆钢的铜层承担着导电和防腐蚀的功能，即，要保证铜层在铜覆钢的运行寿命内均满足导电的要求。
目前的工程设计中，对铜层厚度的选取依据为标准(DL/T 1312-2013电力工程接地用铜覆钢技术条件)规定的铜层最小厚度0.25mm，腐蚀严重地方则根据经验增加铜层厚度；对铜层截面的选取依据相关标准(GB/T 50065-2011附录E高压电气装置接地导体(线)的热稳定校验)，得到铜覆钢最小截面
其中，Ig为流过接地导体(线)的最大接地故障不对称电流有效值(A)，te为接地故障的等效持续时间，C为接地导体(线)材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最大允许温度和接地故障前接地导体(线)的初始温度确定，铜覆钢最大允许温度根据土壤腐蚀的严重程度取值为700℃、800℃、900℃，热稳定系数C与最大允许温度有直接关系，最大允许温度取值越小，热稳定系数就越小，则铜覆钢截面的选取值就越大，即通过最大允许温度的选取来考虑铜覆钢的腐蚀裕量，从而经验性地满足铜覆钢的运行寿命。
但是，在使用现有技术过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
上述两种方式中，铜覆钢铜层厚度均是通过经验性估算获取，其准确度较低，难以有效指导设计和工程实施。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种铜覆钢铜层厚度设定方法。
本发明采用的技术方案是：
一种铜覆钢铜层厚度设定方法，包括：
获取满足电气性能要求的第一铜层厚度；
获取铜覆钢的设计寿命；
获取当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率；
根据铜覆钢的设计寿命和当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率，得到满足抗腐蚀性要求的第二铜层厚度；
根据第一铜层厚度和第二铜层厚度，得到最终铜层厚度，其中，最终铜层厚度＝第一铜层厚度+第二铜层厚度。
优选地，所述最终铜层厚度不小于0.25mm。
优选地，获取满足电气性能要求的第一铜层厚度，包括：
将当前铜覆钢等效为铜导体和钢导体的并联电路；
获取当前铜覆钢的长度、当前铜覆钢的截面积、当前铜覆钢中铜导体的截面积、当前铜覆钢中钢导体的截面积、参考温度时当前铜覆钢中铜导体的电阻率和参考温度时当前铜覆钢中钢导体的电阻率；
根据当前铜覆钢的长度、当前铜覆钢中铜导体的截面积、当前铜覆钢中钢导体的截面积、参考温度时当前铜覆钢中铜导体的电阻率和参考温度时当前铜覆钢中钢导体的电阻率，得到当前铜覆钢的电阻为：
其中，L为当前铜覆钢的长度；
SCu为当前铜覆钢中铜导体的截面积；
SFe为当前铜覆钢中钢导体的截面积；
ρCu为参考温度Tr时当前铜覆钢中铜导体的电阻率；
ρFe为参考温度Tr时当前铜覆钢中钢导体的电阻率；
根据当前铜覆钢的长度、当前铜覆钢的截面积、当前铜覆钢中铜导体的截面积和当前铜覆钢的电阻，得到当前铜覆钢的相对导电率为：
其中，S为当前铜覆钢的截面积；
根据当前铜覆钢的截面积和当前铜覆钢中铜导体的截面积，得到当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例为：
获取参考温度为20℃时当前铜覆钢中铜导体的电阻率和参考温度为20℃时当前铜覆钢中钢导体的电阻率，根据当前铜覆钢的相对导电率和当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例，得到当前铜覆钢的相对导电率和当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例之间的关系表达式为：
获取当前铜覆钢的预设直径，根据当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例、当前铜覆钢的预设直径和当前预设直径下铜覆钢的相对导电率；得到满足电气性能要求的第一铜层厚度、当前铜覆钢的预设直径和当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例之间的关系表达式为：
其中，d为当前铜覆钢的预设直径；HCu-1为满足电气性能要求的第一铜层厚度；
根据满足电气性能要求的第一铜层厚度、当前铜覆钢的预设直径与当前预设直径下铜覆钢的预设相对导电率之间的关系表达式，得到满足电气性能要求的第一铜层厚度为：
进一步地，获取参考温度时当前铜覆钢中铜导体的电阻率，包括：
对当前铜覆钢进行热稳定校验，以确定当前铜覆钢的热稳定系数；
根据当前铜覆钢的热稳定系数，得到参考温度时当前铜覆钢中铜导体的电阻率。
进一步地，获取参考温度时当前铜覆钢中钢导体的电阻率，包括：
对当前铜覆钢进行热稳定校验，以确定当前铜覆钢的热稳定系数；
根据当前铜覆钢的热稳定系数，得到参考温度时当前铜覆钢中钢导体的电阻率。
更进一步地，当前铜覆钢的热稳定系数为：
其中，Tm为允许的最高温度；
Tα为环境温度；
αr为参考温度Tr时铜覆钢的电阻温度系数；
ρr为参考温度Tr时铜覆钢的电阻率；
K0为αr的倒数；
TCAP为容量因子。
优选地，获取铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率，包括：
获取并分析当前铜覆钢接地区域的土壤；
对当前铜覆钢接地区域的土壤进行腐蚀性等级评价，得到土壤级别；
根据土壤级别得到与当前土壤级别对应的土壤腐蚀速率。
优选地，所述满足抗腐蚀性要求的第二铜层厚度为：
HCu-2＝n×η；
其中，n为铜覆钢的设计寿命，η为当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率。
本发明的有益效果是：
1)本发明通过分别获取满足电气性能要求的第一铜层厚度以及满足抗腐蚀性要求的第二铜层厚度，其中第二铜层厚度通过铜覆钢的设计寿命和当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率得出，最后通过第一铜层厚度和第二铜层厚度得出最终铜层厚度，使得铜覆钢铜层厚度的设定更为准确，利于提高铜覆钢铜层厚度的设计精度，同时便于更科学地指导设计和工程实施工作；
2)本发明中，获取铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率时，通过获取并分析当前铜覆钢接地区域的土壤，然后对当前铜覆钢接地区域的土壤进行腐蚀性等级评价，得到土壤级别，最后根据土壤级别得到与当前土壤级别对应的土壤腐蚀速率，其与现有技术中通过埋地测试获取土壤腐蚀速率的方法相比，更为方便快捷。
附图说明
图1是本发明中一种铜覆钢铜层厚度设定方法的结构示意图；
图2是本发明中铜覆钢的截面图；
图3是本发明中将铜覆钢等效为铜导体和钢导体时的并联电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。
应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
实施例1：
本实施例提供一种铜覆钢铜层厚度设定方法，如图1所示，包括：
获取满足电气性能要求的第一铜层厚度HCu-1；
获取铜覆钢的设计寿命及最大接地故障电流(即为最大接地故障不对称电流有效值Ig)；
获取当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率；
根据铜覆钢的设计寿命和当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率，得到满足抗腐蚀性要求的第二铜层厚度HCu-2；
根据第一铜层厚度和第二铜层厚度，得到最终铜层厚度HCu，其中，最终铜层厚度＝第一铜层厚度+第二铜层厚度，即HCu＝HCu-1+HCu-2。
本实施例提供的铜覆钢铜层厚度设定方法，通过分别获取满足电气性能要求的第一铜层厚度以及满足抗腐蚀性要求的第二铜层厚度，其中第二铜层厚度通过铜覆钢的设计寿命和当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率得出，最后通过第一铜层厚度和第二铜层厚度得出最终铜层厚度，使得铜覆钢铜层厚度的设定更为准确，利于提高铜覆钢铜层厚度的设计精度，同时便于更科学地指导设计和工程实施工作。
本实施例中，根据标准(DL/T 1312-2013电力工程接地用铜覆钢技术条件，所述最终铜层厚度HCu不小于0.25mm。以使得铜覆钢铜层厚度进一步满足行业要求。
本实施例中，获取满足电气性能要求的第一铜层厚度，包括：
如图2和3所示，将当前铜覆钢等效为铜导体和钢导体的并联电路；
获取当前铜覆钢的长度L、当前铜覆钢的截面积S、当前铜覆钢中铜导体的截面积SCu、当前铜覆钢中钢导体的截面积SFe、参考温度Tr时当前铜覆钢中铜导体的电阻率ρCu和参考温度Tr时当前铜覆钢中钢导体的电阻率ρFe；本实施例中，参考温度Tr取值为20℃；
根据当前铜覆钢的长度L、当前铜覆钢中铜导体的截面积SCu、当前铜覆钢中钢导体的截面积SFe、参考温度Tr时当前铜覆钢中铜导体的电阻率ρCu和参考温度Tr时当前铜覆钢中钢导体的电阻率ρFe，得到当前铜覆钢的电阻R为：
其中，L为当前铜覆钢的长度，单位为：m；
SCu为当前铜覆钢中铜导体的截面积，单位为：m2；
SFe为当前铜覆钢中钢导体的截面积，单位为：m2；
ρCu为参考温度Tr时当前铜覆钢中铜导体的电阻率，单位为：Ω.m；
ρFe为参考温度Tr时当前铜覆钢中钢导体的电阻率，单位为：Ω.m；
根据当前铜覆钢的长度L、当前铜覆钢的截面积S、当前铜覆钢中铜导体的截面积SCu和当前铜覆钢的电阻R，得到当前铜覆钢的相对导电率N为：
其中，S为当前铜覆钢的截面积，单位为：m2；
根据当前铜覆钢的截面积S和当前铜覆钢中铜导体的截面积SCu，得到当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例A为：
获取参考温度Tr为20℃时当前铜覆钢中铜导体的电阻率ρCu和参考温度Tr为20℃时当前铜覆钢中钢导体的电阻率ρFe，其中，根据标准GB/T50065-2011的附录G可知，参考温度Tr为20℃时，ρCu＝1.7241×10-8Ω.m，ρFe＝13.8×10-8Ω.m，根据当前铜覆钢的相对导电率N和当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例A，得到当前铜覆钢的相对导电率N和当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例A之间的关系表达式为：
获取当前铜覆钢的预设直径d，根据当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例A、当前铜覆钢的预设直径d和当前预设直径d下铜覆钢的相对导电率N；得到满足电气性能要求的第一铜层厚度HCu-1、当前铜覆钢的预设直径d和当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例A之间的关系表达式为：
其中，d为当前铜覆钢的预设直径，单位为：mm；HCu-1为满足电气性能要求的第一铜层厚度，单位为：mm；
根据满足电气性能要求的第一铜层厚度HCu-1、当前铜覆钢的预设直径d与当前预设直径d下铜覆钢的预设相对导电率N之间的关系表达式，得到满足电气性能要求的第一铜层厚度为：
应当理解的是，当前预设直径d下铜覆钢的相对导电率N为定值，此处不予赘述。
本实施例中，获取参考温度Tr时当前铜覆钢中铜导体的电阻率ρCu，包括：
对当前铜覆钢进行热稳定校验，以确定当前铜覆钢的热稳定系数C；
根据当前铜覆钢的热稳定系数C，得到参考温度Tr时当前铜覆钢中铜导体的电阻率ρCu。
本实施例中，获取参考温度Tr时当前铜覆钢中钢导体的电阻率ρFe，包括：
对当前铜覆钢进行热稳定校验，以确定当前铜覆钢的热稳定系数C；
根据当前铜覆钢的热稳定系数C，得到参考温度Tr时当前铜覆钢中钢导体的电阻率ρCu。
具体地，根据IEEE80《IEEE Guide for Safetyin AC Substation Grounding》中材料的参数(表D.1)，可得当前铜覆钢的热稳定系数C为：
其中，Tm为允许的最高温度，单位为：℃，考虑到腐蚀情况，分别取700、800、900℃；
Tα为环境温度，单位为：℃，一般取40℃；
αr为参考温度Tr时铜覆钢的电阻温度系数，单位为：/℃，此处取20℃的电阻温度系数，铜覆钢取0.00378；
ρr为参考温度Tr时铜覆钢的电阻率，单位为：μΩ·cm，此处取20℃电阻率；
K0为αr的倒数，单位为：℃；
TCAP为容量因子，单位为：J/cm3/℃，TCAP＝4.184×SH×SW，式中SH为比热容，单位为：cal/g/℃，SW为比重，单位为：g/cm3，一般铜覆钢取TCAP为3.846J/cm3·℃。
本实施例中，获取铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率，包括：
获取并分析当前铜覆钢接地区域的土壤；
对当前铜覆钢接地区域的土壤进行腐蚀性等级评价，得到土壤级别；本实施例中，对土壤进行腐蚀性等级评价通过标准DL/T 1554-2016实现；
根据土壤级别得到与当前土壤级别对应的土壤腐蚀速率。本实施例中，根据标准DL/T 1312-2013附录B获取当前土壤级别对应的土壤腐蚀速率。
需要说明的是，获取铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率时，还可以但不仅限于采用以下方法实现：
将铜覆钢进行埋地测试，得到当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率。
其中，埋地测试的耗时较长，本实施例与通过埋地测试获取土壤腐蚀速率的方法相比，更为方便快捷。
具体地，所述满足抗腐蚀性要求的第二铜层厚度HCu-2为：
HCu-2＝n×η；
其中，n为铜覆钢的设计寿命，单位：年，η为当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率，单位：mm/年。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (8)
1.一种铜覆钢铜层厚度设定方法，其特征在于：包括：
获取满足电气性能要求的第一铜层厚度；
获取铜覆钢的设计寿命；
获取当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率；
根据铜覆钢的设计寿命和当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率，得到满足抗腐蚀性要求的第二铜层厚度；
根据第一铜层厚度和第二铜层厚度，得到最终铜层厚度，其中，最终铜层厚度＝第一铜层厚度+第二铜层厚度。
2.根据权利要求1所述的一种铜覆钢铜层厚度设定方法，其特征在于：所述最终铜层厚度不小于0.25mm。
3.根据权利要求1所述的一种铜覆钢铜层厚度设定方法，其特征在于：获取满足电气性能要求的第一铜层厚度，包括：
将当前铜覆钢等效为铜导体和钢导体的并联电路；
获取当前铜覆钢的长度、当前铜覆钢的截面积、当前铜覆钢中铜导体的截面积、当前铜覆钢中钢导体的截面积、参考温度时当前铜覆钢中铜导体的电阻率和参考温度时当前铜覆钢中钢导体的电阻率；
根据当前铜覆钢的长度、当前铜覆钢中铜导体的截面积、当前铜覆钢中钢导体的截面积、参考温度时当前铜覆钢中铜导体的电阻率和参考温度时当前铜覆钢中钢导体的电阻率，得到当前铜覆钢的电阻为：
其中，L为当前铜覆钢的长度；
SCu为当前铜覆钢中铜导体的截面积；
SFe为当前铜覆钢中钢导体的截面积；
ρCu为参考温度Tr时当前铜覆钢中铜导体的电阻率；
ρFe为参考温度Tr时当前铜覆钢中钢导体的电阻率；
根据当前铜覆钢的长度、当前铜覆钢的截面积、当前铜覆钢中铜导体的截面积和当前铜覆钢的电阻，得到当前铜覆钢的相对导电率为：
其中，S为当前铜覆钢的截面积；
根据当前铜覆钢的截面积和当前铜覆钢中铜导体的截面积，得到当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例为：
获取参考温度为20℃时当前铜覆钢中铜导体的电阻率和参考温度为20℃时当前铜覆钢中钢导体的电阻率，根据当前铜覆钢的相对导电率和当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例，得到当前铜覆钢的相对导电率和当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例之间的关系表达式为：
获取当前铜覆钢的预设直径，根据当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例、当前铜覆钢的预设直径和当前预设直径下铜覆钢的相对导电率；得到满足电气性能要求的第一铜层厚度、当前铜覆钢的预设直径和当前铜覆钢中铜导体的截面积占当前铜覆钢的截面积的比例之间的关系表达式为：
其中，d为当前铜覆钢的预设直径；HCu-1为满足电气性能要求的第一铜层厚度；
根据满足电气性能要求的第一铜层厚度、当前铜覆钢的预设直径与当前预设直径下铜覆钢的预设相对导电率之间的关系表达式，得到满足电气性能要求的第一铜层厚度为：
4.根据权利要求3所述的一种铜覆钢铜层厚度设定方法，其特征在于：获取参考温度时当前铜覆钢中铜导体的电阻率，包括：
对当前铜覆钢进行热稳定校验，以确定当前铜覆钢的热稳定系数；
根据当前铜覆钢的热稳定系数，得到参考温度时当前铜覆钢中铜导体的电阻率。
5.根据权利要求3所述的一种铜覆钢铜层厚度设定方法，其特征在于：获取参考温度时当前铜覆钢中钢导体的电阻率，包括：
对当前铜覆钢进行热稳定校验，以确定当前铜覆钢的热稳定系数；
根据当前铜覆钢的热稳定系数，得到参考温度时当前铜覆钢中钢导体的电阻率。
6.根据权利要求4或5所述的一种铜覆钢铜层厚度设定方法，其特征在于：当前铜覆钢的热稳定系数为：
其中，Tm为允许的最高温度；
Tα为环境温度；
αr为参考温度Tr时铜覆钢的电阻温度系数；
ρr为参考温度Tr时铜覆钢的电阻率；
K0为αr的倒数；
TCAP为容量因子。
7.根据权利要求1所述的一种铜覆钢铜层厚度设定方法，其特征在于：获取铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率，包括：
获取并分析当前铜覆钢接地区域的土壤；
对当前铜覆钢接地区域的土壤进行腐蚀性等级评价，得到土壤级别；
根据土壤级别得到与当前土壤级别对应的土壤腐蚀速率。
8.根据权利要求1所述的一种铜覆钢铜层厚度设定方法，其特征在于：所述满足抗腐蚀性要求的第二铜层厚度为：
HCu-2＝n×η；
其中，n为铜覆钢的设计寿命，η为当前铜覆钢接地区域的土壤腐蚀速率。
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