论文导读：我国到目前为止大部分发电厂、变电所传统接地体均采用钢材质。都采用铜材作为接地材料。两种接地材料的选用。铜接地网截面选择时可不再考虑腐蚀的影响。铜材，火力发电厂接地材料选用综述。
关键词：铜材，钢材，接地网，选用
一、概述
在发电厂的电气系统设计中，接地的设计占有很重要的地位，它不仅关系到电厂设备和维护人员的安全，同时还直接影响发电厂继电保护和通讯的可靠运行，对电网的安全运行也起着至关重要的作用。因此，掌握理解接地的基本知识，正确选择和维护接地装置，具有很重要的意义。博士论文，铜材。接地系统长期安全可靠运行的关键在于接地装置材料的选择和可靠的连接。
接地装置材料主要是铜、钢。我国到目前为止大部分发电厂、变电所传统接地体均采用钢材质，为了提高钢材料接地体材料的性能而采取增大接地导体截面和镀锌防腐蚀的方法，我国用钢做接地材料的技术已比较成熟。而在国外，欧美等发达国家及一些其他国家，都采用铜材作为接地材料，也是有着相当长的应用历史和成熟经验。博士论文，铜材。
二、材料选用
接地材料用铜材还是用钢材，在实际运行中，两者各有利弊。两种接地材料的选用，需要综合考虑以下因素。
1. 物理性能
导电性能方面，钢在20℃时的电阻率为138×10-6（Ω・mm）。热稳定性上，钢的熔点为1510℃，短路时最高允许温度为400℃。而铜在20℃时的电阻率是17.24×10-6（Ω・mm），导电率是钢的8倍。博士论文，铜材。铜的熔点为1083℃，短路时最高允许温度为450℃。由此可以看出，铜接地体导电性能和热稳定性能优于钢接地体。
腐蚀性方面，接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，在多数情况下，这两种腐蚀同时存在。接地体在地下的腐蚀速度受土壤的电阻率、含水量、含氧量、酸碱度、电解质、杂散电流及土壤的压实情况影响。铜的表面会产生附着性极强的氧化物(铜绿) ,对内部的铜起了很好的保护作用,阻断了腐蚀的形成。钢材是逐层被腐蚀的,镀锌层有一定的抗腐蚀性,钢材经过热镀锌后的抗腐蚀能力提高1倍左右,一般只能保证10年。而铜腐蚀不存在点蚀情况,属表面均匀腐蚀,铜在土壤中的腐蚀速度约是钢材的10% ～20%。铜接地网截面选择时可不再考虑腐蚀的影响。铜不会被土壤腐蚀，但是它会腐蚀土壤中的其他金属。国际标准IEEE Std 80-2008中对铜的腐蚀有过专门的描述。埋入土壤中的铜材会对其周围建筑混泥土钢筋、埋地金属管线、电缆沟中的金属支架及直埋电缆的铠装造成严重的阳极腐蚀。所以比起钢接地，铜接地对全厂的阴极保护工艺要求更高。
2. 材料截面
在有效接地系统及低电阻接地系统中，发电厂、变电所电气装置中电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行热稳定校验。博士论文，铜材。钢接地线的短时温度不应超过400℃，铜接地线不应超过450℃。
根据我国电力行业标准DL/T621-1997中的热稳定校验条件，忽略腐蚀的影响，接地体进行热稳定校验时，接地线的最小截面应满足下式：
式中：
Sg—接地线的最小截面，单位为mm2；
Ig—流过接地引下线的短路电流稳定值，单位为A（根据系统5～10年发展规划，按系统最大运行方式确定）；
te—短路电流的等效持续时间，单位为s；
C—接地引下线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前接地引下线的初始温度确定。铜的热稳定系数为210，钢的热稳定系数为70。
计算用故障电流原则上应按变电所远景最大运行方式、站内发生接地故障时的故障电流。
短路等效持续时间:te≥tm+tf+to
式中：
te—短路电流的等效持续时间，单位为s；
tm—主保护动作时间，单位为s；
tf—断路器失灵保护动作时间，单位为s；
to—开关固有动作时间，单位为s；
接地线的最小截，在不考虑腐蚀保护的情况下，铜材为25 mm2，钢材为50 mm2
可见，在相同的短路电流和短路电流持续时间时，用铜接地体的截面显著小于钢接地体。
钢接地材料，国内按照工程大小和土壤电阻率情况，接地网水平接地极一般选择40mm×4m， 75mm×10mm，75mm×5mm，60mm×8mm扁钢，垂直接地体一般选择Φ50mm钢管或∠50×5mm角钢。铜接地材料，一般选用的水平铜接地体为铜绞线，规格有25mm2、50mm2、75mm2、95mm2、120mm2、150mm2、240mm2等多种不同型号。垂直接地体为Φ50mm铜棒。
综上所述，铜接地体的截面显著小于钢接地体。
3. 施工工艺
发电厂的接地网面积大，网格多，金属导体间存在着大量的连接，必须保证可靠、牢固的连接才能确保接地网的运行可靠性。
用钢作为接地施工材料，目前常规做法是水平接地体采用镀锌扁钢，垂直接地体采用钢管或角钢。钢接地体之间的连接均为传统的电弧焊接方式，采用搭接焊。虽然这种焊接方法较为便宜，但高温电弧会破坏接地体接头部位的镀锌层，有可能导致点腐蚀的出现，严重影响接地体的寿命，并且电弧焊接连接不是真正的分子性连接，焊接点对于接地体的导电性能也有影响。对于钢接地体能也作过放热焊接接法的研究与尝试，但由于钢接地体太大，非标模具制造困难，造价高且焊粉用量大。再加上钢接地体防腐性能差，焊接质量的提高意义不大。博士论文，铜材。焊接点较多，费用太高。博士论文，铜材。
用铜作为接地施工材料，水平主网采用铜绞线，由于铜绞线柔性好，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易。铜线的高机械强度，使其能够成卷供货，便于机械化施工。垂直接地体采用铜棒，易于深入地下。铜接地体搭接处主要有以下四种连接方式：铜银焊连接、压接线夹连接、螺栓连接、放热焊接连接。
目前以放热焊最为普遍效果也最佳。用放热焊接，操作方便，加快施工进度，节省人工费用，简化施工工艺，更重要的是保证了铜接地网的连接质量。
放热焊接工艺是由美国艾力高公司（ERICO）的查尔斯•卡特威尔博士1938年开发的，该工艺最早用于铁路信号线焊接。艾力高公司为表彰卡特威尔博士（Dr. Charles Cadwell）的贡献，将该工艺的商标命名为CADWELD。目前数以千万计的CADWELD焊接在使用了五十多年后，性能依然良好。
放热焊接是利用化学反应（燃烧）时产生的超高热来完成的焊接法。由于化学反应速度非常快，产生的热量极高，且可以集中有效的传导至熔接部位使导体连接起来，更无需其它任何外加热能。外形美观一致；连接点为分子结合，没有接触面，更没有机械压力，因此，不会松弛和腐蚀；具有较大的散热面积，通电流能力与导体相同；熔点与导体相同，能承受故障大电流冲击，不至熔断。
放热焊接的作业程序：将导线和模具清理干净，再将模具用喷灯加热以去除水分，然后把导线放入模具内；扣紧把手以固定模具，把钢片放入模具内；把焊接剂倒入模具内，将引燃剂撒在焊接剂及模具边上；盖上盖子并点火，待金属凝固后，将模具打开，清除熔渣，便可进行下一个焊接。
4. 接地点布置
采用镀锌扁钢设计的接地网，考虑到扁钢会锈蚀，为保障可靠的接地，按《二十五项反措要求》：变压器中性点应采用双接地引下线、重要设备及设备构架宜采用双接地引下线，且应接入主接地网的不同网格。
采用铜接地网后，由于可以忽略接地引下线的腐蚀、增强了引下线的热稳定性，因此对于除变压器中性点以外的接地引下线建议选用单接地引下线，不仅能够满足接地可靠性要求，还能够降低投资。
5. 经济技术
由于铜材的造价高于钢材,采用铜接地网设计后,提高了变电所的工程投资,在充分研究了铜的特性后,可加深设计深度,适当减少焊接点,控制投资。
五、结束语
铜接地体与热镀锌钢接地体相比，铜接地体在导电性能、热稳定性能、耐腐蚀性、接点焊接质量和施工便利方面有显著的优越性，但造价高。初期投资有所增加,但从长远利益考虑,采用铜接地网是优先的选择。综合以上各方面的论述、分析来看，接地装置选用铜接地体要优于钢接地体。
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