铜钢复合材料及其在变电站地网中的应用前景

铜钢复合材料及其在变电站地网中的应用前景
作者:马占军
谷氨酸发酵来源:《科技资讯》 2013年第10期
    马占军
    (西北电力建设第三工程公司  陕西咸阳  712021)
    摘要:近年来,变电站安全事故频发,究其主要原因为接地网腐蚀,且其已经成为了威胁电网安全的头号杀手。在本案,笔者简要阐释了铜钢复合材料的生产工艺、性能指标及连接方式等,并就其经济性进行了简要介绍,以此探析铜钢复合材料在变电站地网中的应用前景。
    关键字:铜钢复合材料 变电站地网 应用前景 经济性
    中图分类号:TM862  文献标识码:A
      文章编号:1672-3791(2013)04(a)-0000-00
    1铜钢复合材料的生产工艺及性能
桩基泥浆比重    1.1生产工艺
    就铜钢复合材料而言,铜表面应该完全包裹钢材(即包括铜包钢棒材、铜包钢扁钢及铜包钢线材等的铜包钢),只有经这样处理后的铜钢复合材料方可用于变电站接地网。在本章节,笔者将从以下几个方面简述铜钢复合材料的生产工艺:
    1)电镀法或电铸法:该生产工艺具备施工过程中易损坏铜镀层、铜包钢线材的铜镀层较薄、铜镀层导电性差及其所含杂质较多、铜包钢线材生产环节所造成的环境污染大等特点。电镀法或电铸法生产铜包钢的工艺的发展在国内外均较成熟。
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    2)冷拉包覆法:该生产工艺具备成本低、操作简单及钢芯与铜间易分层(即结合力不强,其是钢芯加速腐化的关键)等特点。冷拉铜包钢即将钢棒(除锈及除油完毕)引入钢管,并在拉丝模及拉丝机等共同作用下,经钢管塑性变形处理而与钢板牢固地紧束在一起。
    3)热浸镀法:该生产工艺主要用于生产高质量的铜包钢线材,即钢芯与铜层间可塑性好、结合力好且铜附着比范围大等。此外,该生产工艺还具备成本低的优点。热浸镀法是铜钢复合材料生产的新型工艺模式,其在我国国内的发展及应用尚不成熟,还需进一步研发及推广应用。
    1.2性能
    1)导电性能好,即铜钢复合材料的电导率等同于镀锌钢的2倍。就理论角度而言,若要疏导大小相等的电流,铜包钢的截面积将远小于镀锌钢。
    2)抗腐蚀性强。研究结果显示,铜包钢在地质条件恶劣的环境下的使用寿命及抗腐蚀性能均具备极强的优势。
电子脚铐    3)机械强度高,即若实心铜棒与铜包钢的截面相等,则后者的抗拉强度(≥600Mpa)约等于前者的2倍。由此可见,铜包钢在承受巨大负荷及冲击方面的明显优势,且其亦支持直接将垂直接地体打入地下,以便简化施工工序。
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    4)电阻率低,且在降低接地电阻方面发挥着重要作用。
    2连接方式
    近年来,随着变电站地网事业的发展,接地连接方式也越来越引起来社会及业内的广泛关注。铜钢复合材料的变电站接地网连接方式以螺栓连接、压接线夹连接及放热焊接等为主。就压接及螺栓连接等机械接头而言,其电路通畅得以维持的主要方式为材料表面“点”接触。该接线方式易造成线路老化及腐蚀等问题。就放热焊接而言,其属于永久性焊接,则其具备以下特点:连接点属分子结合,即无机械压力及接触面,从而避免了电阻的增加及线路的松弛,且其也具备极强 的抗腐蚀性;散热面积大,
且导体与通电流能力相当;接头熔点高,从而实现了接地材料使用温度的提高及工程造价的降低。
    现阶段,放热焊接连接方式已经成为了变电站接地网铜材的主要连接方式。但是,该连接方式在我国的发展尚不成熟,尤其是放热焊接药粉,以至于接焊接头的使用温度与铜的熔点(1084℃)间存在较大差距,则我国相关厂家及科研机构应对其做进一步的研究。
    3经济性分析
    3.1材料费用
    下表列出了热镀锌钢、铜钢复合及铜材的投资及性能比对情况:   
   
    就截面设计而言,由于铜钢复合材料的热稳定性及导电率均比热镀锌高,则其有助于变电站接地网截面的设计面积的降低,加之铜钢复合材料的价格比铜材更低,则就一次性投资比值而言,铜钢复合材料的经济性比值处于铜材与热镀锌钢间,但其全周期寿命更高,即50a。就500kV变电站而言,其所用材料的经济性估算情况见下表:
    由上表可得,铜钢复合材料所用材料的经济性略次于热镀锌钢,但因铜钢复合材料的使用寿命比热镀锌钢更长,则前者的性价比远优于后者。此外,变电站接地网材料使用寿命的提高将有助于接地网开挖维修费用及次数的降低。
    3.2施工、维修及改造
柳编水果篮    铜钢复合材料应用了放热熔接连接技术,该技术具备无需防腐处理、操作方便等优点,则有助于施工工艺及简化及接头整体质量的提高。接头在接地网中扮演着重要的角,且放热熔接接头具备通流能力强及抗腐蚀性能高等优点,这是镀锌钢焊接接头所无法比拟的。此外,铜包钢接地网长时间皆无需改造,则就长远利益而言,铜钢复合材料具备极强的投资价值。
    4结束语
    综上所述,铜钢复合材料具备强度高、抗腐蚀性强、经济性好、焊接接头质量高及施工方便等优点,
这是铜材及镀锌钢所无法比拟的。由此可见,铜钢复合材料良好的应用价值。但是,铜钢复合材料在我国电网系统中的应用尚不成熟,即缺乏相关的技术规范及标准等,且使用及设计均具有一定的盲目性。所以,铜钢复合材料就设计及应用方面尚需进行深入地试验及研究,以确保铜钢复合材料及接头能够满足变电站接地网所需电气、机械及腐蚀性能的要求。
    参考文献
    [1] 刘波.铜钢复合材料和放热焊接技术在石油化工企业接地系统中的应用[J].中国新技术新产品,2011,(8):14. 

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