CN1805218A

CN1805218A - 快装式内含降阻剂接地极

Info

Publication number: CN1805218A
Application number: CN 200510000483
Authority: CN
Inventors: 李新利
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-19

Abstract

本发明快装式内含降阻剂接地极，又称接地模块，它是防雷接地模块的一种新产品。属于电气装置类。其结构，接地电极穿过一个带若干小孔的金属筒中心，金属筒内含快速降阻剂。在接地极埋入地下后，降阻剂会通过金属筒的小孔，向外渗透，使接地极金属筒外壳与周围岩土紧密的固结在一起，改变了周围岩土的导电性能，降低了接地电阻。使用该接地极，降低接地网的接地电阻效果明显，安装使用方便，与接地带可焊接或用螺栓连接。最适用高土壤电阻率地方的电站、变电站、铁路、石油、化工或在野外、无电源的边远山区，雷达站、无线通讯站、水情测报站等接地工程。

Description

快装式内含降阻剂接地极

技术领域本发明快装式内含降阻剂接地极，又称接地模块，它是防雷接地模块类型中的一种新产品。属于电气接地装置类。

背景技术该发明快装式内含降阻剂接地极，又称接地模块，与现有技术的比较：

防雷接地是工程建设的重要一环，因个别地方防雷接地工程没做好，每年我国遭受雷害经济损失达百亿元之多，人员伤亡在4000人之上，在十大灾害之中，雷害仅次于洪水之灾。防雷接地工程，接地是防雷的关键，所以目前世界各国，在接地装置问题上，都做了大量工作。一些具体做法都写进了设计规范、导则、验收规范等文件之中。如我国的“建筑物防雷设计规范”GB50057-94(2000年版)第四章第三节接地装置中规定，埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或园钢；埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢。圆钢直径不应小于10mm；扁钢面积不应小于100mm²，其厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管厚度不应小于3.5mm。在腐蚀性较强的土壤中，应采取热镀锌等防腐措施，或加大截面。(注：由于铜质材料抗腐蚀性较强，西方国家和我国援外工程中多采用铜质材料做接地装置，国内工程也正在趋向铜质材料接地装置发展)。接地线应与水平接地体的截面相同。人工垂直接地体的长度宜为2.5m。人工垂直接地体间的距离及人工水平接地体间的距离宜为5m，当受地方限制时可适当减小。(注：人工垂直接地体和人工水平接地体的名称，在国标“GB50303-2002‘建筑电气工程施工质量验收规范’”中，将接地体改为接地模块称呼。下同)。人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m。接地体应远离由于砖窑、烟道等高温影响使升高的地方。在高土壤电阻率地区，降低防直击雷接地装置接地电阻宜采用下列方法：①采用多支线外引接地装置；②接地体埋人较深的低电阻率土壤中；③采用降阻剂；④换土。

在国标“GB50303-2002‘建筑电气工程施工质量验收规范’”接地装置安装中规定：接地模块顶面埋深不应小于0.6m，接地模块间距，不应小于接地模块长度的3-5倍，接地模块埋设基坑，一般为模块外型尺寸的1.2-1.4倍，且在开挖深度内详细记录地层情况。接地模块应垂直或水平就位，不应倾斜设置，保持与原土层接触良好。接地模块应集中引线，用干线把接地模块并联焊接成一个环路，干线的材质与接地模块焊接点的材质应相同，钢制的采用热浸镀锌扁钢，引出线不少于两处。

我国目前市场上见到的接地模块产品有两种：一种是将一米长4×40的扁钢为电极，外附一个大约φ160mm，长0.8m，由石墨、水泥等材料组成的称之为长效降阻剂做成的圆柱体，构成的接地极(简称：混凝土接地极—下同)，接地极自身的电阻率ρ＜5Ω·m；另一种，按美、日、德等国同类产品有关标准生产的铜覆钢接地极，在不同长度，约25～30m；直径φ25～φ50的钢钎上将铜板与钢钎采用挤压工艺或镀铜，做成铜覆钢接地极。打人地面下30m，可构成地下立体接地网。也有作成长度约1.2～2.5m；φ13～φ26mm，不同规格的短铜覆钢接地极产品。

美国2000年出版，国际电气与电子工程师协会在交流变电所中的接地技术安全导则(IEEE std 80-2000，IEEE Guide for safety in AC Substation Grounding)中，第14.6节P68-72中介绍一种接地电极插人到混凝土园柱体容器内，接地电极与混凝土园柱体容器中间用树脂粘结在一起的接地极(Concreye-encased electrodes)，电阻率为P≈30-90Ω·m。(简称：混凝土接地极—下同)并绘出水平栅极与垂直接地极相结合使用的图例。

该发明快装式内含降阻剂接地极，是接地模块类型中的新成员，特点是：金属外壳结构，比常规做法增加了接触面积12倍以上；自身钢质的电阻率很低ρ≤138×10^-6Ω·m；(铜：ρ≤17.241×10^-6Ω·m)，近似为零；装设后起到明显的降阻作用；内装快速降阻剂，装设后，在很短的时间内，快速降阻剂逐渐渗透到电极周围的岩土中，使电极金属外壳与周围岩土紧密的结合在一起，同时还改变了周围岩土的导电性能，降低了接地电阻。

从以上对比看快装式内含快速降阻剂接地极，各项指标都优于其他产品，如①美国的和国内的混凝土接地极自身的电阻率都很高，只能起到增加接地极面积的作用，对周围的岩土无降低接地电阻的功能；而HCPD-N型快装式内装快速降阻剂接地极，自身的钢质的电阻率很低ρ≤138×10^-6Ω·m；(铜：ρ≤17.241×10^-6)。近似为零，具有良好的导电性能，且增加了接地极的面积；接地极内含的快速降阻剂，装设后，在很短的时间内，快速降阻剂逐渐渗透到电极周围的岩土中，使电极金属外壳与周围岩土紧密的结合在一起，同时还改变了周围岩土的导电性能土壤电阻率(ρ)，降低了接地电阻。②铜覆钢接地极，打人地面下25～30m，构成地下立体三维接地网，这一立说，还有待商榷。众所周知接地电阻的估算公式：R_J＝0.5×ρ/√S可知接地电阻值大小与土壤电阻率成正比，而与水平接地网边沿闭合面积的大小成反比，也就是说在土壤电阻率为一定值时降低接地电阻值需将接地网的面积做的很大。如今越来越多的变电站建于高楼林立，寸土寸金，地域较狭窄的市区，若仍按以往水平接地网为主思路来设计接地网，则变电站接地网的接地电阻往往达不到要求。再者1998年1月1日起实施的DL/T621-1997《交流电气装置的接地》新规程要求接地装置的接地电阻值应符合R≤2000/IΩ，重申了故障时接地网的电位升高不超过2000V的规定。以此新标准来审核原有的变电站等接地工程R≤0.5Ω，已不能满足新标准要求，必须重新改造接地网。

“电能效益”2004年7月，第7期中上海电力设计院有限公司(200025)唐宏德、潘东华著文“上海地区变电站三维立体接地网技术的应用分析”中提供了按上海电网若干技术原则规定220KV短路电流取50kA，110KV短路电流取25KA，土壤电阻率取30Ω·m时，则220KV变电站接地网的接地电阻标准值应为R≤2000/I＝2000/50×10³＝0.04Ω，110KV变电站接地网的接地电阻标准值应为R≤2000/I＝2000/25×10³＝0.08Ω。由此可见新标准对不同电压等级的变电站接地网的接地电阻有不同的要求。鉴于上述原因，接地网向水平方向发展的可能性很小，人们将注意的焦点集中到向纵深方向发展，为此三维立体接地网技术应运而生。效果如何呢？上述文献中给出了反证，上海在2002年对惠南、漕二、花木一、浦建4个220KV变电站，在传统的水平接地网上，用特殊冲击钻将若干根25～30m铜覆钢接地极垂直超深度打人地下，与水平接地网相连，组成一个三维立体接地网，达到新标准要求R≤0.04Ω；故障时接地网的电位升高不超过2000V。但4个220KV变电站的地网边缘闭合面积分别为：29600、14112、5200、10010m²；单纯钢镀铜接地棒材料的费用分别约为11～15万元(相当22～30吨钢材价格)。如此巨大的地网边缘闭合面积和投资(还未计人施工费)，并未显示出在如此巨大的水平接地网情况下，超深度钢镀铜接地棒的主导作用。新规程规定当接地装置的接地电阻不符合式R≤2000/I要求时，可通过技术经济比较增大接地电阻，但不得大于5Ω，且应符合本标准6.2.2的要求。

接地电阻R_J＝0.5×ρ/√S估算公式中，√S与R_J成反比，它符合电流的集肤效应特性，在高压线路单相接地短路时，其短路电流会沿着浅层地表面回流到变压器的中心点的，而不会绕到超深层去再返回到变压器的中心点的。

发明内容该发明快装式内含降阻剂接地极，是从接地电阻R_J＝0.5×ρ/√S估算公式中的，降低接地电阻率ρ人手的，接地极内装的快速降阻剂，装设后，在很短的时间内，快速降阻剂逐渐渗透到电极周围的岩土中，使电极金属外壳与周围岩土紧密的结合在一起，同时还改变了周围岩土的导电性能土壤电阻率(ρ)，降低了接地电阻。打人地下0.8m一根接地极，半径3m的范围内(大约28m²)的土壤电阻率为ρ降低50％计，如土壤电阻率为ρ＝300Ω·m，接地电阻为R_J＝0.5×ρ/√S＝6.9Ω。如果设一根独避雷针，设置一根接地极即可达到10Ω以下。

附图说明该发明快装式内含降阻剂接地极，是接地模块类型中的一种新产品，其结构见附图所示：

1----接地电极；

2----金属筒

3---金属筒表面上的小孔；

4----降阻剂；

5----装人降阻剂时用的进料孔和密封螺栓；

6----与接地网连接螺孔。

具体实施方式使用该发明快装式内含降阻剂接地极的优点是：①接地电极穿过一个金属筒的目的是放大接地电极与周围岩土的接触面积，金属外壳结构，比常规做法增加了接触面积12倍以上，利用雷电流集肤效应的特点，雷电流会沿着金属筒的表面迅速向周围扩散，以达到迅速消除雷电流的作用。②接地模块采用金属筒的另一个目的是降低自身的电阻率，金属筒为钢(或铜)质材料做成，钢的电阻率ρ≤138×10^-6Ω·m；(铜：ρ≤17.241×10^-6)。这样低的电阻率，对雷电散流是十分有利的。③金属筒内装快速降阻剂，意在向外部渗透。装设后，内装快速降阻剂，在很短的时间内，会逐渐渗透到电极周围的岩土中，使电极金属外壳与周围岩土紧密的结合在一起，同时还改变了周围岩土的导电性能，降低了接地电阻。④在接地电极上开设的接地电极与接地网连接螺孔，便于在没有电焊机的环境中，垂直安装或水平安装时，用螺栓连接。⑤可垂直安装或水平安装⑥见效快⑦金属筒通过热镀锌处理，寿命长，可达30年，与工程的寿命同步⑧价格低⑨适用范围广⑩使用该发明HCPD-N型快装式内含降阻剂接地极，是今后接地工程必然要走的一条新路。

具体工程实施例，是张家口市友谊水库除险加固工程溢洪道装设五孔弧形闸门，控制方式为微机监控系统，接地电阻设计要求1Ω。闸门启闭机室和控制室地理位置，均是开山劈岭造成的，在岩石上做接地网，达到接地电阻1Ω的要求是十分困难的，水利部河北水利水电勘测设计研究院，在新开平的山头上建造的控制室周围，设计选用了天津市恒利电气设备有限公司生产的40个防雷接地模块快装式内含降阻剂接地极，相间5m垂直敷设一只，相间5m水平敷设一只，相继交叉敷设，水平接地模块埋设深度在0.8m以下，垂直接地模块底部，埋设深度在1.8m以下。接地模块HCPD-N1快装式内含降阻剂接地极的装设完全符合‘建筑电气工程施工质量验收规范(GB50303---2002)中24.1.4和24.1.5及24.2.3条文中详细论述的接地模块安装方法和要求。在新凿平的山头，新鲜岩石上打接地网，于2004-9-1通过凿岩机，放小炮，开凿出深度为负0.8m的沟槽和每隔5m一个垂直负1.8m的接地极坑，将HCPD-N1快装式内含快速降阻剂接地极，按设计要求敷设，用沙壤土回填5天后，工程的安装处和工程监理于2004-9-6用接地摇表测量，周长为15×35m即闭合面积为525m²的环形独立接地网接地电阻为1.1Ω。2004-9-22再次测量接地电阻为0.4Ω弱。降低接地电阻速度之快，降到这样小的接地电阻值，在山区新鲜岩石上做接地网是很难做到的。利用接地模块HCPD-N快装式内含降阻剂接地极降阻，起到了明显的效果，可以说是个奇迹。时间再长一点，接地电阻还会降低。根据电阻的并联原理，闭合面积为4200m²，接地电阻即可达到0.04Ω。此闭合面积远小于上海4座变电站任一变电站的水平接地网的面积。由此可见采用接地模块HCPD-N快装式内含降阻剂接地极降阻，新建或改造接地网，是行之有效的新路子。

该发明快装式内含快速降阻剂接地极，看着简单，想出不易，它是在前人经验基础上的总结而发展、创造出的新技术。在附图中绘的接地极是双极伸的例子，适用于水平安装，串联在水平接地网中，也可用于垂直安装；接地极还可作成单极伸的，只做为垂直接地模块使用，其单极与水平接地网相连。

本发明快装式内含降阻剂接地极，又称接地模块，它是防雷接地模块的一种新产品。属于电气装置类。其结构，接地极穿过一个带若干小孔的金属筒中心，金属筒内含快速降阻剂。在接地极埋入地下后，降阻剂会通过金属筒的小孔，向外渗透，使接地极金属筒外壳与周围岩土紧密的固结在一起，改变了周围岩土的导电性能，降低了接地电阻。使用该接地极，降低接地网的接地电阻效果明显，安装使用方便，与接地带可焊接或用螺栓连接，。最适用于高土壤电阻率地方的电站、变电站、铁路、石油、化工或在野外、无电源的边远山区，雷达站、无线通讯站、水情测报站等接地工程。

Claims

1、一种HCPD-N快装式内装降阻剂接地极，又称接地模块的新产品，其特征是，由接地电极、金属筒、金属筒表面上的小孔、降阻剂、装人降阻剂时用的进料孔和密封螺栓、接地电极与接地网连接螺孔等构成。

2、根据权利要求1所述的HCPD-N快装式内装降阻剂接地极，其特征是，接地电极的截面积≥100mm²，是由金属型材做成的。接地电极穿过一个金属筒，目的是放大接地电极与周围岩土的接触面积。

3、根据权利要求1所述的HCPD-N快装式内装降阻剂接地极，其特征是，金属筒的中心穿过接地电极，金属筒外壳结构，比常规做法增加了接触面积12倍以上，利用雷电流集肤效应的特点，雷电流会沿着金属筒的表面迅速向周围扩散，以达到迅速消除雷电流的作用。

4、根据权利要求1所述的HCPD-N快装式内装降阻剂接地极，其特征是，金属筒表面上的小孔，是为金属筒内装的降阻剂，向外渗透留的通道。

5、根据权利要求1所述的HCPD-N快装式内装降阻剂接地极，其特征是，金属筒内装的降阻剂，在接地极埋入地下后，降阻剂会通过金属筒的小孔，向外渗透，使接地极金属筒外壳与周围岩土紧密的固结在一起，改变了周围岩土的导电性能，降低了接地电阻。

6、根据权利要求1所述的HCPD-N快装式内装降阻剂接地极，其特征是，装入降阻剂时用的进料孔和密封螺栓，它是开设在金属筒的端盖上的。

7、根据权利要求1所述的HCPD-N快装式内装降阻剂接地极，其特征是，接地电极与接地网连接螺孔，它是开设在接地电极上的螺孔，便于垂直安装或水平安装时，在没有电焊机的环境中，用螺栓连接。