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解析防雷接地工程中的銅包鋼接地體及接地線

文檔作者：陳道參文檔來(lái)源：陜西建工集團(tuán)設(shè)備安裝工程有限公司第一分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月18日
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2012年9月■阿團(tuán)莨持施工技術(shù)
解析防雷接地工程中的銅包鋼接地體及接地線
陳道參
(陜西建工集團(tuán)設(shè)備安裝工程有限公司第一分公司)
摘要：防雷接地工程是關(guān)系到建筑和人身安全的頭等大事，本文將對(duì)在防雷接地工程中利用鋼包銅接地體及接地線實(shí)現(xiàn)接地系統(tǒng)
進(jìn)行建設(shè)的相關(guān)情況進(jìn)行解析。分別介紹鋼包銅接地體及接地線的生產(chǎn)工藝、技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及與傳統(tǒng)的接地體及接地線比較存在哪些區(qū)
別，并簡(jiǎn)略介紹鍍銅包鋼放熱熔接在防雷接地工程中的實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：防雷接地工程：銅包鋼接地體及接地線；電鍍工藝；放熱熔接
雷電作為自然界中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，在雷擊時(shí)會(huì)有強(qiáng)大的電
流通過(guò)，由此產(chǎn)生的機(jī)械力、熱效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重破壞建筑和電氣設(shè)備，甚至造
成人身傷亡，所以防雷接地工程是關(guān)系到建筑和人身安全的頭等大事。
防雷接地是指通過(guò)組成攔截、疏導(dǎo)最后將雷電流泄放入大地的一體化系
統(tǒng)來(lái)防止由直擊雷或雷電電磁脈沖對(duì)建筑物本身或其內(nèi)部設(shè)備造成損
害的防護(hù)技術(shù)，而有效接地是分流和釋放直擊雷和感應(yīng)雷電磁干擾能量
的最有效手段之一。接地裝置是防雷裝置的重要組成部分，接地裝置通
過(guò)向大地泄放電流，限制防雷裝置的對(duì)地電壓不至于過(guò)高。接地裝置主
要是由雷電接收裝置、接地線和接地裝置三部分組成。其中接地線、接地
裝置(接地體)的性能優(yōu)劣直接影響著防雷的質(zhì)量，在以往防雷工程中，
接地體及接地線一般使用的是鋼材(鍍鋅扁鋼或鍍鋅角鐵和鍍鋅鋼管)，
在接地系統(tǒng)的建設(shè)旌工過(guò)程中需要大量的開(kāi)挖地溝，但隨著我國(guó)各地城
市化建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，為了保證城市的正常運(yùn)行，各個(gè)地區(qū)對(duì)于城市道
路等的開(kāi)挖都有著嚴(yán)格的限制，同時(shí)又為了保障供配電系統(tǒng)在雷雨季節(jié)
的正常運(yùn)行，國(guó)家相應(yīng)機(jī)關(guān)又對(duì)接地系統(tǒng)建設(shè)中的接地電阻有嚴(yán)格的要
求，這樣就給接地系統(tǒng)的建設(shè)施工帶來(lái)了很大的麻煩，為了緩解兩者之
間的矛盾，我們就需要一種更合理、更有效的接地系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)方式。本
文就將對(duì)在防雷工程中利用鋼包銅接地體及接地線實(shí)現(xiàn)接地系統(tǒng)建設(shè)
的相關(guān)情況進(jìn)行解析。依次分析銅包鋼接地體及接地線與以往接地體及
接地線存在哪些區(qū)別、有哪些優(yōu)勢(shì)，以及在建設(shè)使用過(guò)程中需要注意的
一些問(wèn)題。
首先我們要了解，銅包鋼是一種新型的雙金屬?gòu)?fù)合材料，它不但有
鋼的高強(qiáng)度，優(yōu)異的彈性和較大的熱阻和高導(dǎo)磁性，而且有銅較好導(dǎo)電
性和優(yōu)良的抗腐蝕性。在現(xiàn)今市場(chǎng)上出現(xiàn)的銅包鋼產(chǎn)品主要是依靠電
鍍、包銅、水平連鑄這三種工藝制造而成，其中水平連鑄的生產(chǎn)成本太
高，不適用于接地體的銅包鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)，所以在這里我們不做過(guò)多介
紹。通過(guò)分析比較電鍍和包銅工藝之間的區(qū)別，為防雷接地系統(tǒng)中接地
體及接地線的選擇提供理論依據(jù)。
電鍍工藝生產(chǎn)的鍍銅鋼接地產(chǎn)品是將高純度的電解銅通過(guò)點(diǎn)解原
理使其完全附著在鋼芯上，在銅鋼結(jié)合處形成合金化分子級(jí)結(jié)構(gòu)，雙金
屬界面完全結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)銅與鋼之間可延性冶金連接，并形成整體。包銅
鋼接地產(chǎn)品是將鋼材插入銅管中，利用直拉機(jī)拉絲模的束緊力將銅管束緊
在剛才外表面。這兩種制造工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品有著如下優(yōu)缺點(diǎn)(見(jiàn)表1)。
這兩種工藝有著各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)，雖然包銅鋼接地產(chǎn)品比鍍銅鋼
業(yè)始：§k業(yè)啦簟·卓k業(yè)—9k逝d譬業(yè)宣譬業(yè)j缸qe逝—9k：船謄，奎k-9k業(yè)妊始·奎k塵：I拓省魯蕾}逝業(yè)船誓}業(yè)業(yè)坐曹婦夸拓業(yè)出省}啦業(yè)業(yè)船業(yè)始
C——管材線膨脹系數(shù)，對(duì)普通鋼管在20℃時(shí)，取12×10。m耐
(℃·m)。表1就是不同溫差與管長(zhǎng)下的熱應(yīng)力和伸縮量：
表l
伸縮量／mm
溫差(℃) 熱應(yīng)力(N，rⅢ2)
管長(zhǎng)3m 管長(zhǎng)6m
10 0．36 0．72 25r2
20 0．76 1．52 50．4
40 1．44 2．88 loo．8
60 2．16 4．32 151．2
(3)管道自重產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力：
盯=G／A
式中：G——燃?xì)夤艿雷灾?，N：
o一壓縮應(yīng)力，MPa；
A——立管截面積，mm2。表2就是常規(guī)燃?xì)夤艿赖膲嚎s應(yīng)力：
表2
公稱(chēng)直徑，mm DNloo DN80 DN50 DN40
外徑，mm 108 89 57 48
內(nèi)經(jīng)，mm 98 80 49 41
截面積，mm： 1618 1195 666 489
單位重量，m 124．5 91．9 51．3 38．4
允許重量，m-1 182834 135035 75258 55263
允許管長(zhǎng)／m 1468 1469 1467 1439
由表可知：當(dāng)管長(zhǎng)超過(guò)1400n·時(shí)，因管重引起的壓縮應(yīng)力才會(huì)超過(guò)
管材的允許應(yīng)力，而如此高的立管長(zhǎng)度對(duì)一般高層建筑是不可能的。一
般鋼管的許用應(yīng)力為l”MPa，因此對(duì)于100m的高層，為了維修方便，要
保證立管自重產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力很小，考慮分解管道自重。
5．3做好安全宣傳教育工作
做好燃?xì)夤艿赖陌踩麄鹘逃ぷ?，需要加?qiáng)宣傳力度，加強(qiáng)對(duì)燃
氣管線的保護(hù)，使人們充分認(rèn)識(shí)到燃?xì)夤艿赖奈ｋU(xiǎn)性。當(dāng)然，宣傳燃?xì)夤?
道的安全工作，不是哪一個(gè)部門(mén)的事，要全社會(huì)來(lái)進(jìn)行這項(xiàng)工作，形成行
政主管部門(mén)專(zhuān)管、其他部門(mén)協(xié)助的群管成網(wǎng)、專(zhuān)管成線、縱橫交錯(cuò)的全社
會(huì)、全方位的燃?xì)夤艿腊踩芾磉\(yùn)行機(jī)制。因此，要在全社會(huì)造成一種人
人都講燃?xì)夤艿腊踩臍夥?，采取印制宣傳片、播放電視新聞、舉辦安全
知識(shí)競(jìng)賽等形式，這樣才能保障燃?xì)夤艿涝诎惭b中的安全。
5．4建立健全各項(xiàng)制度，加強(qiáng)后期管理
建立健全各項(xiàng)制度，加強(qiáng)后期管理，要在定期、定時(shí)進(jìn)行查漏工作的
同時(shí)，成立巡查、巡檢。當(dāng)場(chǎng)制止有危及管線安全的行為，立即匯報(bào)，必要
時(shí)處罰有關(guān)責(zé)任單位或責(zé)任人，聯(lián)合消防、公安、勞動(dòng)監(jiān)察等部門(mén)進(jìn)行制
止，并按有關(guān)規(guī)定，依據(jù)情節(jié)的輕重和危害程度的大小進(jìn)行嚴(yán)肅處理，避
免造成管線斷裂導(dǎo)致泄漏。
6結(jié)語(yǔ)
隨著城市的發(fā)展建設(shè)和人民群眾生活質(zhì)量的不斷提高，城市建設(shè)各
方面的壓力都逐漸加大，城市人口密度也隨之增長(zhǎng)，城市燃?xì)獾男枨罅?
度也明顯加大。因此，要加強(qiáng)合理的進(jìn)行燃?xì)夤艿赖匿佋O(shè)布局合理，嚴(yán)格
選材，嚴(yán)把工程質(zhì)量關(guān)，加強(qiáng)燃?xì)饬⒐艿膽?yīng)力影響及熱補(bǔ)償?shù)难芯?，做?
安全宣傳教育工作，建立健全各項(xiàng)制度，加強(qiáng)后期管理，使城市燃?xì)夤艿?
變得更加安全可靠，這顯得尤為重要。
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·37·
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)
鍍銅①銅層和鋼棒達(dá)成了分子型結(jié)合，在深工藝要求高，生產(chǎn)成本高，尤其是
鋼接
入土壤時(shí)，不會(huì)彎曲斷裂。
設(shè)備的投資也比較高，生產(chǎn)單位屬
地產(chǎn) ②銅層均勻，含銅純度高，鋼芯強(qiáng)度高。 于“三高”企業(yè)，執(zhí)照的申請(qǐng)非常
③耐腐蝕性強(qiáng)，不會(huì)脫節(jié)，翹皮和開(kāi)裂。
避。
④導(dǎo)電性好，電氣性能穩(wěn)定。
1)銅鋼結(jié)合力差，通過(guò)表面切割就
可使銅層和鋼棒分開(kāi)。
國(guó)接地極打入地下時(shí)，表面銅層容
易翻皮。
包銅固銅鋼結(jié)合方式為機(jī)械方式，接點(diǎn)
鋼接工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，可以加工很厚處存在空隙，焊接時(shí)，表面銅管容
地產(chǎn)的銅層。易出現(xiàn)裂紋。
面雙金屬內(nèi)部有殘留物，深入地下
后，地下水等電解質(zhì)會(huì)滲透入中
司，造成內(nèi)部腐蝕，易于形成原電
也效應(yīng)從而加速腐蝕速度。
宙鋼芯較軟，打深時(shí)容易彎曲。
接地產(chǎn)品成本低廉，但是在實(shí)際使用中缺點(diǎn)更明顯。接下來(lái)我們就主要
是探討電鍍工藝生產(chǎn)的銅包鋼接地體及接地干線，銅包鋼接地體及接地
線不但有銅層厚、阻值低、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，還有恒定的低電
阻和良好的可塑性，可以廣泛應(yīng)用于輸變電荷通訊線路、電站、建筑物及
天線的接地裝置中，也可用于電子產(chǎn)品的接地系統(tǒng)，與接閃器及其引下
線配合使用就可以組成防雷接地裝置。
選擇鍍銅鋼接地體及接地干線作為防雷工程的主流接地體及接地
線是因?yàn)樗兄韵聨c(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
(1)先進(jìn)制造工藝：采用先進(jìn)電鍍法，彎曲1800也不會(huì)出現(xiàn)脫節(jié)、翹
皮及開(kāi)裂現(xiàn)象。
(2)優(yōu)良抗腐特性：表面銅層較厚，平均厚度大于O．251mm，耐腐蝕
性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)(大于三十年)，減輕了檢修勞動(dòng)的強(qiáng)度，降低了維護(hù)費(fèi)
用。
(3)更佳的電氣性能：表層采用導(dǎo)電特性優(yōu)良的紫銅，使其自身的阻
值遠(yuǎn)低于以往的常規(guī)材料。
(4)廣泛的應(yīng)用性：可以適應(yīng)于不同的土壤濕度、溫度、電阻率變化
條件下的接地系統(tǒng)建設(shè)。
(5)連接安全可靠：使用專(zhuān)門(mén)的連接管或者采用放熱焊接，使得接頭
牢固，穩(wěn)定性很好。
(6)方便快捷的安裝：有效提高了施工速度。
(7)提高了接地深度：特殊的連接傳動(dòng)方式，可以使接地極深入地下
35m，能滿足各種場(chǎng)合低阻值的要求。
(8)低廉的建造成本：比以往采用純銅接地棒，接地帶的施工方式，
成本得到大幅下降。
接下了我們就對(duì)銅包鋼接地體系統(tǒng)與傳統(tǒng)的接地系統(tǒng)的各個(gè)方面
進(jìn)行比較：
表2
比較項(xiàng)目傳統(tǒng)接地系統(tǒng)銅包鋼接地體系統(tǒng)
一次材料費(fèi)用低，施工費(fèi)用高(占地一次材料費(fèi)用較高，施工費(fèi)用很
工程費(fèi)用
面積大)，相關(guān)費(fèi)用高(需要打深井)。低，沒(méi)有其他的相關(guān)費(fèi)用。
接地材料鋼材(鍍鋅扁鋼或角鐵)。鍍銅鋼等。
電焊：焊接質(zhì)量難以把握，需要專(zhuān)業(yè)人放熱熔接：焊接質(zhì)量好，無(wú)需專(zhuān)
士操作。施工不方便，需要提供焊接業(yè)人士操作，施工方便，無(wú)需提
連接方式設(shè)各相應(yīng)電源。供相應(yīng)電源。
焊接處的電氣性能不穩(wěn)定，隨著時(shí)間焊接處電氣性能穩(wěn)定，長(zhǎng)期不老
的推移會(huì)老化，會(huì)使接觸電阻增大。化不松脫，沒(méi)有接觸電阻。
導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能一般。導(dǎo)電性非常好，是鋼材的四倍。
鋼材差，三到五年就需要檢測(cè)更換，
鍍銅鋼的耐腐蝕性是鋼材的八
防腐性能鍍鋅鋼一般，六年內(nèi)必須檢測(cè)測(cè)一
倍，可以運(yùn)行三十年免于維護(hù)，
在歐美等國(guó)家已廣泛應(yīng)用于接
次，八年內(nèi)必須開(kāi)挖。
地系統(tǒng)。
在場(chǎng)地優(yōu)先的情況下，難以達(dá)到規(guī)定
適合在城市等場(chǎng)地優(yōu)先情況下．
接地效果接地電阻的要求，且性能不穩(wěn)定，接
接地電阻很容易達(dá)到規(guī)定要求，
且性能穩(wěn)定，接地電阻能長(zhǎng)期維
地電阻會(huì)持續(xù)上升。
持在一個(gè)比較穩(wěn)定的水平。
使用年限不到5．7年，需要定期進(jìn)行維護(hù)。在運(yùn)行過(guò)程中完全免維護(hù)。
通過(guò)上述比較我們可以看到，鍍銅鋼材接地系統(tǒng)的使用壽命長(zhǎng)，性
能穩(wěn)定。免維護(hù)的獨(dú)特性能和優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)的接地方式無(wú)法比擬的，目前
在電力、冶煉、化工、多晶硅行業(yè)都逐漸采用鍍銅鋼接地系統(tǒng)，在銅包鋼
·38·
接地系統(tǒng)的敷設(shè)過(guò)程中我們要注意不得將接地體墜落碰撞。以免損傷表
面覆蓋層。
說(shuō)到銅包鋼接地體及接地線，我們就不能不了解下什么是放熱熔
接，它是一種簡(jiǎn)單高效而又高質(zhì)量的金屬連接工藝，它利用金屬化合物
的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的熱作為熱源，通過(guò)過(guò)熱的(被還原)熔融金屬，直接
或間接加熱工作，在特制的石墨模具中形成目標(biāo)形狀、尺寸，符合工程應(yīng)
用需要的永久性熔焊接頭。放熱熔接在防雷接地工程中的應(yīng)用大幅的降
低了接地電阻，提高了導(dǎo)電性。目前，放熱焊接已經(jīng)普遍取代了以往金屬
之間的機(jī)械連接方法，且在防雷接地的導(dǎo)體連接中得到了廣泛應(yīng)用，有
些施工單位已經(jīng)形成了比較成熟的施工工法。
本文以鍍銅包鋼絞線為例介紹放熱溶接工藝流程及注意事項(xiàng)：
(1)工藝流程：
機(jī)具準(zhǔn)備(石墨模具、點(diǎn)火槍、焊藥、防焊藥漏掉的鋼墊片)一將焊接
件放入模具。合上模具下面兩層一放入鋼墊片一加入焊接藥粉，合上模
具上層蓋一點(diǎn)火槍點(diǎn)火燃燒(溶接過(guò)程)一自然冷卻，打開(kāi)模具，焊接成
型。
(2)注意事項(xiàng)：
①被連接的導(dǎo)體必須完全包在接頭里。
⑦保證連接部位的金屬完全融化，連接牢固。
③放熱焊接的表面應(yīng)平滑。
④鍍銅接地體及接地線焊接時(shí)導(dǎo)體清潔干凈，去除導(dǎo)體和模具中的
水汽，保持干燥，制作完成后必須注意模具清潔保養(yǎng)。
⑤放熱焊接的接頭應(yīng)無(wú)貫穿性的氣孔。
和傳統(tǒng)的焊接方法相比它有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
①熔接點(diǎn)的載流能力(熔點(diǎn))與導(dǎo)體相同，有著良好的導(dǎo)電性能，經(jīng)
過(guò)檢測(cè)，焊接點(diǎn)前后的直流電阻比率變化率接近于零。
②焊接點(diǎn)是分子結(jié)合，不存在殘余應(yīng)力，為永久性接頭，耐用不老
化。
③焊接點(diǎn)像銅一樣受腐蝕影響較小。
④焊接接頭不會(huì)受到高浪涌電流的損傷。經(jīng)試驗(yàn)證明，在短時(shí)間大
電流的沖擊下，導(dǎo)體優(yōu)先于熔焊接頭熔化。
⑤操作簡(jiǎn)單，施工方便。無(wú)需專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行。
⑥裝備簡(jiǎn)單、輕便，攜帶、操作方便。
⑦可有效解決兩種不同材質(zhì)材料不宜焊接的難題。
放熱熔接是真正的分子焊接，導(dǎo)體不會(huì)被破壞且兩者之間沒(méi)有接觸
面，導(dǎo)體交界面整體的有效性沒(méi)有被改變。
通過(guò)以上對(duì)銅包鋼接地體及接地線的了解以及它和以往接地體及
接地干線優(yōu)缺點(diǎn)的分析，我們可以認(rèn)識(shí)到，在現(xiàn)代的防雷接地工程中，利
用銅包鋼作為防雷接地工程中的接地體及接地線，可以大大提高防雷效
果，且節(jié)省入力成本，減少了日常維護(hù)勞動(dòng)量，在防雷接地工程的建設(shè)和
改造中是切實(shí)可行的，也是以后的發(fā)展趨勢(shì)。同樣，為了消除在新型能源
生產(chǎn)中，工業(yè)原材料在物料管道和壓力容器中流動(dòng)摩擦所產(chǎn)生的靜電危
害而施工的防靜電接地工程，也將得到全面的使用。
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