CN115819943B - 一种接地降阻材料及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种接地降阻材料及其使用方法，属于降阻材料技术领域。一种接地降阻材料，由如下原料制成：树脂55‑68重量份，导电剂3‑12重量份，缓蚀剂1‑5重量份，固化剂7‑15重量份，填充料10‑23重量份，水40‑50份。本发明接地降阻材料，用于提高降阻效果。
Description
技术领域
本发明属于降阻材料技术领域，具体涉及一种接地降阻材料及其使用方法。
背景技术
接地网是确保工作接地、保护接地和防雷保护接地的必要设施，也是保障人身和设备安全、保证电力系统可靠运行的重要手段，对系统安全运行起着重要的作用。高阻抗土质使用传统接地材料进行接地处理时，存在以下问题：要做到接地电阻合格，难度大；采用传统镀锌钢材做接地材料，用量多，费时费工；传统材料接地网长期埋在地下，由于土壤的腐蚀作用，7～8年便发生严重损坏，从而可能造成电网中的直流、保护、通信等二次设备损毁，引发事故甚至危及人身安全。高阻抗土质地区的土壤电阻率一般较高，由于降水量少、蒸发量大、干燥多风，地表层沙土的密实度低、通透性好、氧含量较高，因此土壤的腐蚀性较强，普通的金属接地装置很容易受到腐蚀，导致接地电阻升高，不能满足接地要求。
为解决高土壤电阻率地区，难以满足接地电阻的要求，将降阻剂敷设在接地体周围，通过扩大接地极的接触面积和降低接地极周围土壤电阻，是最有效最简单的同时也是最省钱的措施。使用最多的降阻剂就是化学降阻剂和物理降阻剂，化学降阻剂主要以电解质为主要导体，适用于湿润地区，并且受水土流失影响，难以长时间保持稳定性，易对接地体造成腐蚀，对环境造成污染。物理降阻剂以固态粉末为主要导电颗粒，导电能力受土壤中含水量影响较小，通常采用加大降阻剂的使用量来提高降阻效果。
文献CN112688093A公开了一种石墨烯改性接地降阻模块及加工方法，该石墨烯改性接地降阻模块包括以下原料组分及重量份数：钠基膨润土20-35份；分散剂4-12份；石墨烯1-3份；导电颗粒10-20份；钼酸钠1-5份；芒硝5-10份；熟石膏1-2份；锌粉5-15份；钢纤维4-12份。其加工方法包括以下步骤：S1、原料称取；S2、石墨烯分散液的制备；S3、成型浆料的制备；S4、锌粉分散液的制备；S5、降阻模块的制备。该发明提高了接地降阻模块的降阻性、稳定性、防腐性，延长了接地降阻模块的使用寿命。
又如，文献CN113517082A公开了一种接地用降阻液及其制备方法，属于接地材料技术领域，该降阻液包括由以下原料及重量份数组成：石墨粉10-20份；多层石墨烯0.1-2份；稀释剂1-5份；金属粉1-5份；稳定剂2-10份；悬浮剂2-10份；矿物盐2-8份；pH调节剂1-10份；水55-70份。其制备方法包括以下步骤：S1、称取；S2、混合；S3、溶液定型：加入悬浮剂和稳定剂进行溶液定型，搅拌8-12min后测量溶液pH值；S4、pH值的调节：加入pH调节剂；S5、过滤：将pH值调节完成的溶液进行200目过滤，得到成品降阻液。该发明具有导电性好、渗透性强和保湿性好的优点。
以上方案均可用于接地降阻，同时降阻效果仍有提升空间。有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种接地降阻材料，以提高降阻效果。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种接地降阻材料，由如下原料制成：树脂55-68重量份，导电剂3-12重量份，缓蚀剂1-5重量份，固化剂7-15重量份，填充料10-23重量份，水40-50份。
优选地，所述树脂为水溶性树脂，优选为改性醇酸树脂和水性聚氨酯的至少一种。
示例性的，改性醇酸树脂优选如下型号：湛新醇酸树脂22-1343、树脂豆油酚醛改性醇酸ETERKYD3141-X-50。
水性聚氨酯为有机硅-环氧树脂复合改性水性聚氨酯或丙烯酸-环氧树脂复合改性水性聚氨酯。
优选地，所述导电剂为石墨粉、石墨烯、炭黑粉、碳纤维和聚苯胺的至少一种，更优选为碳纤维与聚苯胺组合使用。
优选地，所述缓蚀剂为碱性缓蚀剂，进一步优选为：十二烷基苯磺酸钠、N-酰基肌氨酸钠、碱性缓蚀剂JN-103和碱性缓蚀剂W-10A的至少一种。
其中，缓蚀剂或其组合可以降低成分对接地装置的腐蚀，抑制金属表面的阳极反应或抑制阴极反应，使腐蚀电流降低。经过优化组配，可以发挥更显著的缓蚀效果。在本发明中，进一步优选地，缓蚀剂为十二烷基苯磺酸钠与N-酰基肌氨酸钠的组合，二者的重量比为1：(5-10)。
优选地，所述固化剂为1,3-环己二甲胺和2-甲基四氢邻苯二甲酸酐的至少一种。
其中，1,3-环己二甲胺(1,3-BAC)使用期长，色浅，分子结构中含有刚性脂环，耐热、耐水、耐化学性能及力学性能优异，用于接地降阻材料可以增强材料的耐蚀性性。2-甲基四氢邻苯二甲酸酐的纯度高，色泽浅，粘度低，工艺性能好，在室温下能长期存放，凝固点低，挥发性小，毒性低，用于接地降阻材料可以减少对土壤的污染，便于操作。
优选地，填充料为钠基膨润土、滑石粉和蒙脱土的至少一种。
其中，钠基膨润土具有吸湿保水性，良好的分散性和悬浮性，可以增强降阻材料的耐久性和稳定性，并且具有一定的粘结力，来源广泛，成本易控。滑石粉能够增加产品形状的稳定性，增加力学强度，降低变形，而且分散性强。蒙脱土具有很强的吸附能力，良好的分散性能，能够提高材料的抗冲击性和尺寸稳定性。
采用上述填充料能够增强降阻材料的导电性能，改善周围土壤环境，有效降低土壤电阻率；具有较强的吸水性，能够使接地体周围长期保持湿润状态，缓解了干旱情况下造成的接地电阻反弹现象。
本发明还提供了接地降阻材料的使用方法，包括以下步骤：
S0l、开挖沟槽；
S02、按接地降阻材料敷设在沟槽内；
S03、将接地体插入拌和后的降阻材料中，使接地体被紧密包裹；
S04、待降阻材料完全固化后回填细土夯实。
接地网是确保工作接地、保护接地和防雷保护接地的必要设施，也是保障人身和设备安全、保证电力系统可靠运行的重要手段，对系统安全运行起着重要的作用。使用传统接地材料进行接地处理时，存在以下问题：要做到接地电阻合格，难度大；采用传统镀锌钢材做接地材料，用量多，费时费工；传统材料接地网长期埋在地下，由于土壤的腐蚀作用，7～8年便发生严重损坏，从而可能造成电网中的直流、保护、通信等二次设备损毁，引发事故甚至危及人身安全。
目前防雷接地系统遍布广泛，很多地区土壤降水量少、蒸发量大、干燥多风，地表层沙土的密实度低、通透性好、氧含量较高，腐蚀性较强，普通的金属接地装置很容易受到腐蚀，导致接地电阻升高，不能满足接地要求。
对于金属材料输电线路杆塔接地网腐蚀的问题，由此研发了非金属接地材料。非金属接地材料一般采用金属纤维、聚苯胺、石墨及碳纤维和炭黑等制作水泥基或树脂基导电胶体及导电涂料。通常会在金属接地体表层，隔断土壤与金属电解液的腐蚀路径涂敷导电防腐涂料。与电镀合金材料相似，通常为了防止氧浓差腐蚀扩大，会严格要求导电防腐涂料的涂抹均匀性。此方法较适用在新接地网接地前涂敷，对于改造正在运行的接地网而言，此方法在实际工程中实施的难度相对较大，且导电防腐胶的抗老化性能及长效性，还缺少在实际运行中的数据与经验。
接地模块通常用其他胶体或导电水泥，将镀锌钢、扁钢及圆钢包裹于接地体中，制备体积相对较大的多边形、方形及圆柱形接地模块，以很好地起到降阻与防腐蚀的作用。目前在部分输电线路中已拥有应用经验。根据实际工程开挖接地模块发现，部分内部金属材料仍有腐蚀的现象。一方面是因为接地模块的地质较软，空气及水分可以深入其中。另一方面是金属材料顶部存在电化学腐蚀现象。从当前非金属接地材料的使用来看，一般金属接地材料与金属接地网具有辅助性的接地材料进行组合使用，可有效起到防腐及降阻的目的。例如，CN112688093A提供的技术方案是采用石墨烯对接地降阻模块进行改性，获得降阻性、稳定性、防腐性更好的接地降阻模块，可以替换原有降阻模块。但是目前的输电线路杆塔接地网接地工程，限于接地材料的成本考虑，仍然以镀锌钢与钢为主(恶劣地质情况下需采用铜包钢)。因此，开发适用于现有大部分接地材料镀锌钢与钢的降阻材料仍是接地应用的重点研究对象。
在现有技术中，文献CN113517082A公开的技术为一种降阻液，应用时将该降阻液直接施用于相应场地，比如土路、碎石路、水泥路等，该降阻液渗透性强，在具体使用过程中，很难把控合理用量，同时蒸发性及稳定性待实践验证，不利于推广应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明接地降阻材料与接地体配合使用，具有优良的防腐性能，降阻材料固化后与接地体有机结合为一体，既降低了接触电阻，同时为金属接地体创造了一个稳定、密闭的环境，避免了不同环境下的土壤对接地体造成的腐蚀。
本发明降阻材料通过树脂及各种原料组分的协配，使材料的物化性能更稳定，具有优良的耐水性，其中的导电剂不容易因雨水冲刷而流失，从而使接地电阻能够长期稳定。
本发明通过合理选用树脂及填充料等组分使降阻材料整体表现出优良的力学性能，抗压能力强，不容易因外部力量而受到损害，导致其作用锐减。本发明降阻材料能够使接地体周围长期保持湿润状态，缓解了干旱情况下造成的接地电阻反弹现象。本发明降阻材料成分安全，不会污染周围的土壤和环境。
综上可知，本发明降阻材料具有较低的电阻率，优异的耐水性，能起到稳定的降阻作用；具有很好的防腐性和稳定性，对地网有很好的保护作用，因而具有很好的长效性；接地体周围使用降阻材料后相当于扩大接地体的有效接触面积，因而起到了很好的均压作用，减少了跨步电压和接触电压。
经测定，本发明降阻材料的技术参数如下：
1)耐水性：720h合格，无失光、变色、起泡、脱落、生锈等现象；
2)耐盐雾性：480h合格，未出现起泡、划痕处锈蚀未严重扩散等现象；
3)电阻率小于1.2Ω.·m；
4)PH值大于7小于12；
5)对金属接地体的年腐蚀速率小于0.01mm/a。
本发明降阻材料可用于发电厂、变电站、核电建设、风电建设、水电建设、开关站、高压输电线路、电气化铁路、电信、移动通信基站、微波中继站、地面卫星接收站、雷达站等工作接地、安全接地和防雷接地。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
若无特殊说明，所有原料均来源于市售产品，且若无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。
有机硅-环氧树脂复合改性水性聚氨酯参照如下文献进行制备：左莎莎，徐惠，彭振军，等.环氧树脂-有机硅复合改性水性聚氨酯耐温防腐涂料的研究[J].塑料工业，2020，48(4)：53-57.
丙烯酸-环氧树脂复合改性水性聚氨酯参照如下文献进行制备：SUN J，FANG H，WANG H，et al.Waterborne epoxy-modified polyurethane-acrylate dispersions withnano-sized core-shell structure particles：synthesis，characterization，andtheir coating film properties[J].Journal of Polymer Engineering，2017，37(2)：113-123.
以下为降阻材料的性能检测方法：
样品制作：将降阻材料均匀涂覆在镀锌钢板(10cm×10cm×1cm)上，涂层厚度为10mm。
(1)耐水性：在玻璃水槽中加入蒸馏水或去离子水，调节水温为23±2℃，并在整个试验过程中保持该温度，将3个样品放入其中，并使每个试板长度的2/3浸泡于水中，720h后从槽中取出，用滤纸吸干，立即检查试板，并记录是否有失光、变色、起泡、脱落、生锈等现象。3个试板中2个符合要求即为合格。
(2)耐盐雾性：将3个试板干燥后在涂膜表面使用刀具进行划痕，划痕距离试板的每一条边或划痕之间为25mm，同时划痕应为透过涂层至镀锌钢板的直线，再将试板放入35±2℃的盐雾箱中，480h后取出，用清洁的温水冲洗以除去试板表面上的试验溶液残留物。而后立即把试板擦干并检查试板表面的损坏现象，如未发现起泡、划痕处锈蚀未严重扩散等，则认定合格。
(3)电阻率，单位Ω.m：采用电阻率测定仪进行直接测定。
(4)腐蚀速率，单位mm/a：采用GB10124-88金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法：线切割制备3个平行样品，样品高度4mm、直径Φ12mm，打磨抛光后采用超声清洗，用分析天平分别称重为M0，将平行样品置于恒温25℃下，3.5wt％的NaCl溶液中腐蚀720h，腐蚀后试样用清水冲洗干净，然后用CrO3、H3PO4和纯水混合溶液于80℃保温清洗5分钟，去除样品表面的腐蚀产物。将清洗后的样品用超纯水冲洗干净，吹干后用分析天平分别称出腐蚀后的重量M。
腐蚀速率的计算公式：
Rcorrosion rate＝8.76×107×(M-M0)/(S×T×D)，
Rcorrosion rate-腐蚀速率，mm/a；
M0-试验前的试样质量，g；M-试验后的试验质量，g；S-试样的总面积，cm2；T-试验时间，h；D-材料密度，kg/m3。
下述实施例1-8为降阻材料的制备案例。
下述实施例中的常温为25±5℃。
实施例1
提供如下原料：湛新醇酸树脂22-1343 55重量份，聚苯胺10重量份，碱性缓蚀剂W-10A3重量份，1,3-环己二甲胺12重量份，蒙脱土20重量份；水40重量份；
将上述原料常温下搅拌混合，得到降阻材料。
实施例2
提供如下原料：树脂豆油酚醛改性醇酸ETERKYD3141-X-50 57重量份，炭黑粉8重量份，碱性缓蚀剂JN-103 4重量份，2-甲基四氢邻苯二甲酸酐10重量份，钠基膨润土21重量份；水42重量份；
将上述原料常温下搅拌混合，得到降阻材料。
实施例3
提供如下原料：湛新醇酸树脂22-1343 59重量份，石墨粉7重量份，十二烷基苯磺酸钠4重量份，2-甲基四氢邻苯二甲酸酐7重量份，滑石粉23重量份；水43重量份；
将上述原料常温下搅拌混合，得到降阻材料。
实施例4
提供如下原料：树脂豆油酚醛改性醇酸ETERKYD3141-X-50 60重量份，碳纤维5重量份，N-酰基肌氨酸钠1重量份，1,3-环己二甲胺15重量份，钠基膨润土19重量份；水45重量份；
将上述原料常温下搅拌混合，得到降阻材料。
实施例5
提供如下原料：环氧树脂-有机硅复合改性水性聚氨酯62重量份，聚苯胺3重量份，碱性缓蚀剂W-10A5重量份，2-甲基四氢邻苯二甲酸酐13重量份，蒙脱土17重量份；水42重量份；
将上述原料常温下搅拌混合，得到降阻材料。
实施例6
提供如下原料：环氧树脂-有机硅复合改性水性聚氨酯64重量份，导电剂12重量份，导电剂为碳纤维和聚苯胺的组合物，二者的重量比1：1，缓蚀剂2重量份，缓蚀剂为十二烷基苯磺酸钠和N-酰基肌氨酸钠的组合物，二者的重量比为1：5，1,3-环己二甲胺和2-甲基四氢邻苯二甲酸酐11重量份，钠基膨润土11重量份；水48重量份；
将上述原料常温下搅拌混合，得到降阻材料。
实施例7
提供如下原料：丙烯酸-环氧树脂复合改性水性聚氨酯65重量份，导电剂9重量份，导电剂为碳纤维和聚苯胺的组合物，二者的重量比1：1，缓蚀剂3重量份，缓蚀剂为十二烷基苯磺酸钠和N-酰基肌氨酸钠的组合物，二者的重量比为1：10，1,3-环己二甲胺8重量份，蒙脱土15重量份；水45重量份；
将上述原料常温下搅拌混合，得到降阻材料。
实施例8
提供如下原料：丙烯酸-环氧树脂复合改性水性聚氨酯68重量份，导电剂11重量份，导电剂为碳纤维和聚苯胺的组合物，二者的重量比1：1，缓蚀剂2重量份，缓蚀剂为十二烷基苯磺酸钠和N-酰基肌氨酸钠的组合物，二者的重量比为1：8，2-甲基四氢邻苯二甲酸酐9重量份，滑石粉10重量份；水50重量份；
将上述原料常温下搅拌混合，得到降阻材料。
下述实施例9为降阻材料的使用案例。
实施例9
本发明上述实施例提供的接地降阻材料，其使用方法包括以下步骤：
S0l、开挖沟槽；
S02、按接地降阻材料敷设在沟槽内；
S03、将接地体插入拌和后的降阻材料中，使接地体被紧密包裹；
S04、待降阻材料完全固化后回填细土夯实。
下述对比例1-3为降阻材料的制备对比案例。
对比例1
本对比例1提供的降阻材料，与实施例2不同的是：缓蚀剂为SW-10酸性缓蚀剂。
对比例2
本对比例2提供的降阻材料，与实施例8不同的是：以钠基膨润土替代丙烯酸-环氧树脂复合改性水性聚氨酯，省略固化剂2-甲基四氢邻苯二甲酸酐。
对比例3
本对比例3提供的降阻材料，与实施例8不同的是：以水性氟碳树脂DF-12L替代丙烯酸-环氧树脂复合改性水性聚氨酯。
上述实施例1-实施例8及对比例1-3的耐水性、耐盐雾性、电阻率及腐蚀速率测定结果见下表所示：
上述结果显示：
本发明采用特定的树脂、导电剂、缓蚀剂、固化剂、填充料和水组合，并优化配比，所得降阻材料的耐水性720h合格，耐盐雾性480h合格，电导率低于1.1Ω.·m，腐蚀速率低于0.01mm/a，总体性能表现优异。
在上述实施例中，实施例8的综合效果最佳，电导率为0.61Ω.·m，腐蚀速率为0.0038mm/a。
在上述对比例1中，缓蚀剂选用酸性缓蚀剂，不能达到预期的缓蚀效果。
在上述对比例2中，以钠基膨润土替代树脂，以钠基膨润土作为主材进行降阻材料的制备，所得降阻材料的耐盐雾性、电导率和腐蚀速率不及实施例8，说明本发明主材选择树脂的降阻效果更佳。
在上述对比例3中，以水性氟碳树脂替代水性聚氨酯，所得降阻材料的电导率和腐蚀速率明显不及实施例8，说明在本发明降阻材料中选用水性聚氨酯，体系整体配合表现更优。
上述测定结果表明，本发明降阻材料中各原料相互配合，功能上相互支持，作为整体取得了显著的降阻效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种接地降阻材料，其特征在于：由如下原料制成：树脂55-68重量份，导电剂3-12重量份，缓蚀剂1-5重量份，固化剂7-15重量份，填充料10-23重量份，水40-50份，所述树脂为改性醇酸树脂和水性聚氨酯的至少一种，所述改性醇酸树脂为湛新醇酸树脂SETAL®22-1343和树脂豆油酚醛改性醇酸ETERKYD3141-X-50的至少一种，所述水性聚氨酯为有机硅-环氧树脂复合改性水性聚氨酯或丙烯酸-环氧树脂复合改性水性聚氨酯，所述导电剂为石墨粉、石墨烯、炭黑粉、碳纤维和聚苯胺的至少一种，所述缓蚀剂为十二烷基苯磺酸钠、N-酰基肌氨酸钠、碱性缓蚀剂JN-103和碱性缓蚀剂W-10A的至少一种，所述固化剂为1,3-环己二甲胺和2-甲基四氢邻苯二甲酸酐的至少一种，所述填充料为钠基膨润土、滑石粉和蒙脱土的至少一种。
2.如权利要求1所述的一种接地降阻材料，其特征在于：所述缓蚀剂为十二烷基苯磺酸钠与N-酰基肌氨酸钠的组合，二者的重量比为1：（5-10）。
3.如权利要求1或2所述的一种接地降阻材料的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S0l、开挖沟槽；
S02、按接地降阻材料敷设在沟槽内；
S03、将接地体插入拌和后的降阻材料中，使接地体被紧密包裹；
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