一種低溫升復(fù)合接地體及其制備方法
【專利摘要】一種低溫升復(fù)合接地體及其制備方法，所述接地體包括外層石墨線編織層和平行設(shè)置的多根內(nèi)芯石墨線，所述外層石墨線和/或內(nèi)芯石墨線為金屬復(fù)合石墨線，所述金屬復(fù)合石墨線內(nèi)的金屬絲的截面面積之和與被替換的金屬接地體的截面面積相等。其優(yōu)點(diǎn)是：按照本發(fā)明方法制備而成的復(fù)合接地體具有高電導(dǎo)率、與土壤接觸緊密、低溫升等特點(diǎn)，特別是通雷電流或短路大電流時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。
【專利說明】一種低溫升復(fù)合接地體及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力防雷接地【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種低溫升復(fù)合接地體及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電力接地系統(tǒng)是保證電力設(shè)備安全可靠運(yùn)行、保障電力運(yùn)行人員人身安全的重要電力設(shè)施?，F(xiàn)行電力系統(tǒng)接地網(wǎng)多采用碳鋼、不銹鋼、鍍鋅鋼、銅、銅包鋼等金屬接地材料，形狀多為圓柱型金屬棒或者扁平狀的金屬帶。
[0003]當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生雷擊故障時(shí)，雷電流幅值多集中在10_200kA，根據(jù)實(shí)際采集到的雷電流波形可知，大部分的雷電流幅值都超過20kA。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，由于電流幅值高達(dá)幾十千安且持續(xù)時(shí)間可達(dá)毫秒級(jí)，短時(shí)能量極大。電力系統(tǒng)接地網(wǎng)作為排散雷電流或者短路故障電流的主要路徑，當(dāng)發(fā)生雷擊或者短路故障時(shí)，幅值較大或者持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的雷電流通過接地體散流到土壤中。現(xiàn)行接地體多為實(shí)心金屬接地材料，接地體由于趨膚效應(yīng)使得只有部分接地體參與散流。由于短時(shí)電流能量大，接地體自身的溫升急劇增大，過高的溫升將影響與接地體接觸的土壤的電阻率及其與接地體的良好接觸，從而影響接地體的有效散流，增加接地網(wǎng)的接地電阻，進(jìn)而引發(fā)電網(wǎng)事故的發(fā)生。
[0004]《交流電氣裝置的接地》(DL/T621-1997)中規(guī)定，鋼接地線的短時(shí)溫度不應(yīng)超過400°C，銅接地線不應(yīng)超過450°C，鋁接地線不應(yīng)超過300°C。因此，選擇合適的材料并對(duì)現(xiàn)行實(shí)心接地體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)于提高材料利用率，降低接地體溫升，減小接地網(wǎng)的沖擊接地阻抗具有現(xiàn)實(shí)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種低溫升復(fù)合接地體及其制備方法，能在同樣的金屬使用量的條件下，使得短時(shí)雷電流或短路電流導(dǎo)致的接地體溫升大大降低。
[0006]一種低溫升復(fù)合接地體，包括外層石墨線編織層和平行設(shè)置的多根內(nèi)芯石墨線，所述外層石墨線和/或內(nèi)芯石墨線為金屬復(fù)合石墨線，所述金屬復(fù)合石墨線內(nèi)的金屬絲的截面面積之和與被替換的金屬接地體的截面面積相等。
[0007]僅內(nèi)芯石墨線的表層為金屬復(fù)合石墨線，其余部分為玻璃纖維石墨線。
[0008]內(nèi)芯石墨線的表層和外層石墨線為金屬復(fù)合石墨線，其余部分為玻璃纖維石墨線。
[0009]一種低溫升復(fù)合接地體的制備方法，包括如下步驟:
[0010]1、分別制備玻璃纖維石墨線和金屬復(fù)合石墨線:將對(duì)應(yīng)纖維均勻敷設(shè)在上下兩層由高純?nèi)湎x石墨輥壓的石墨紙之間，經(jīng)過多次輥壓、熱固、切條后分別得到玻璃纖維石墨線和金屬復(fù)合石墨線；
[0011]2、將金屬復(fù)合石墨線設(shè)置在外層和/或內(nèi)芯，其余部位設(shè)置玻璃纖維石墨線，按照外層編織、內(nèi)芯平行設(shè)置的方式利用捻線機(jī)制成石墨線。
[0012]所述金屬復(fù)合石墨線內(nèi)的金屬絲的截面面積之和與被替換的金屬接地體的截面面積相等。
[0013]僅內(nèi)芯石墨線的表層為金屬復(fù)合石墨線，其余部分為玻璃纖維石墨線。
[0014]內(nèi)芯石墨線的表層和外層石墨線為金屬復(fù)合石墨線，其余部分為玻璃纖維石墨線。
[0015]根據(jù)以上石墨線的排布方式，假設(shè)所用石墨材料的截面積為m，石墨的比熱容為0.71kJ/ (kg.V )，比重 2.lg/cm3,金屬銅的比熱 0.39kJ/ (kg.°C ),比重 8.9g/cm3。若短時(shí)雷電流引起的面積為單位I的銅棒的溫升為T1，采用上述結(jié)構(gòu)與材料改進(jìn)后的溫升為T2,則有:
[0016]0.39X1X8.9Χ?\ = 0.39X I X8.9XΤ2+0.71Χ (m_l) X 2.1XT2
[0017]整理可得:
T 3 47
[0018]首=丨4—
[0019]例如，當(dāng)采用銅絲的總截面積與石墨面積比為1:10時(shí)，經(jīng)過材料和結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，溫升理論上的比值為T2 = T1 = 1:4.86。由此可見，采用石墨作為導(dǎo)電以及散熱材料，并通過合理的布置石墨線的排布方式對(duì)接地體進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，可以有效地降低接地體短時(shí)大電流引起的溫升，對(duì)于提高材料利用率，降低接地網(wǎng)的接地阻抗是可行的。
[0020]本發(fā)明低溫升復(fù)合接地體及其制備方法的優(yōu)點(diǎn)是:按照本發(fā)明方法制備而成的復(fù)合接地體具有高電導(dǎo)率、與土壤接觸緊密、低溫升等特點(diǎn)，特別是通雷電流或短路大電流時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為外層石墨線和內(nèi)芯石墨線為金屬復(fù)合石墨線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為外層石墨線為金屬復(fù)合石墨線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為內(nèi)芯石墨線為金屬復(fù)合石墨線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為僅內(nèi)芯石墨線的表層為金屬復(fù)合石墨線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5為內(nèi)芯石墨線的表層和外層石墨線為金屬復(fù)合石墨線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中，I為金屬復(fù)合石墨線，2為玻璃纖維石墨線。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0028]采用高純?nèi)湎x石墨、纖維(主要為玻璃纖維、合成纖維、金屬纖維等)以及粘合劑(主要為丙烯酸乙酯以及其他樹脂類水溶性粘合劑)等原材料制備用于制備石墨復(fù)合接地材料的石墨線。將所選纖維均勻敷設(shè)在上下兩層由高純?nèi)湎x石墨輥壓的石墨紙之間，經(jīng)過多次輥壓、熱固、切條等過程得到金屬纖維復(fù)合石墨帶，然后利用捻線機(jī)制成石墨線。
[0029]根據(jù)每根石墨線所含纖維的不同可以分為玻璃纖維石墨線(構(gòu)成石墨線的“骨架”纖維全部為玻璃纖維)以及金屬復(fù)合石墨線(構(gòu)成石墨線的“骨架”纖維為玻璃纖維混合一部分金屬纖維)。采用不同的排布方式，將玻璃纖維石墨線與金屬復(fù)合石墨線通過絞線機(jī)制備低溫升的復(fù)合接地材料。
[0030]假設(shè)原接地體為圓柱形的銅接地棒，其截面積為單位1，將該圓銅棒用η個(gè)面積為I/η個(gè)單位的銅線代替，并利用石墨線成型方法制備金屬復(fù)合石墨線。將制備的玻璃纖維石墨線以及金屬復(fù)合石墨線進(jìn)行分層排布，其中內(nèi)層石墨線為直線排布，外層石墨線為絞線排布，其中外層絞線起主要的成形作用。
[0031]實(shí)施例一
[0032]如圖1所示，外層絞線采用24條銅絲復(fù)合石墨線，內(nèi)芯直線排布的石墨線采用44根銅絲復(fù)合石墨線，采用輥壓方式將直徑為0.8mm的銅絲復(fù)合到石墨線中，金屬復(fù)合石墨線的直徑約為2.5_。通過圖1所示的布線方式制備的低溫升石墨復(fù)合接地體的直徑約為28mm，采用四極法微電阻測(cè)量接地材料電阻率達(dá)到10_6Ω.m級(jí)別，相同電流情況下其熱生成率為普通石墨接地體的1/1225。
[0033]實(shí)施例二
[0034]如圖2所示，外層絞線采用24條銅絲復(fù)合石墨線，其直徑約2.2mm,內(nèi)芯直線排布的石墨線采用44根普通玻璃纖維石墨線敷設(shè)在次外層，采用輥壓方式將直徑為0.8mm的銅絲復(fù)合到石墨線中，金屬復(fù)合石墨線的直徑約為2.5_。通過圖2所示的布線方式制備的低溫升石墨復(fù)合接地體的直徑約為28_，采用四極法微電阻測(cè)量接地材料電阻率達(dá)到10_6Ω.m級(jí)別，相同電流情況下其熱生成率為普通石墨接地體的1/160。
[0035]實(shí)施例三
[0036]如圖3所示，外層絞線采用24條普通玻璃纖維石墨線，其直徑約2.2mm,內(nèi)芯直線排布的石墨線采用44根銅絲復(fù)合石墨線敷設(shè)在次外層，采用輥壓方式將直徑為0.8mm的銅絲復(fù)合到石墨線中，金屬復(fù)合石墨線的直徑約為2.5_。通過圖3所示的布線方式制備的低溫升石墨復(fù)合接地體的直徑約為28_，采用四極法微電阻測(cè)量接地材料電阻率達(dá)到10_6Ω.πι級(jí)別，相同電流情況下其熱生成率為普通石墨接地體的1/520。
[0037]實(shí)施例四
[0038]如圖4所示，外層絞線采用24條普通玻璃纖維石墨線，其直徑約2.2mm,內(nèi)芯直線排布的石墨線采用24根銅絲復(fù)合石墨線敷設(shè)在次外層，采用輥壓方式將直徑為0.8mm的銅絲復(fù)合到石墨線中，金屬復(fù)合石墨線的直徑約為2.5_。通過圖4所示的布線方式制備的低溫升石墨復(fù)合接地體的直徑約為28_，采用四極法微電阻測(cè)量接地材料電阻率達(dá)到10_6Ω.m級(jí)別，，相同電流情況下其熱生成率為普通石墨接地體的1/160。
[0039]實(shí)施例五
[0040]如圖5所示，外層絞線采用24條銅絲復(fù)合石墨線，其直徑約2.2mm,內(nèi)芯直線排布的石墨線采用24根銅絲復(fù)合石墨線敷設(shè)在次外層，此外，中心使用20根普通玻璃纖維石墨線，采用輥壓方式將直徑為0.8_的銅絲復(fù)合到石墨線中，金屬復(fù)合石墨線的直徑約為2.5_。通過圖5所示的布線方式制備的低溫升石墨復(fù)合接地體的直徑約為28_，采用四極法微電阻測(cè)量接地材料電阻率達(dá)到10_6Ω.πι級(jí)別，相同電流情況下其熱生成率為普通石墨接地體的1/520。
[0041]上述實(shí)施例所述是用以具體說明本專利，文中雖通過特定的術(shù)語進(jìn)行說明，但不能以此限定本專利的保護(hù)范圍，熟悉此【技術(shù)領(lǐng)域】的人士可在了解本專利的精神與原則后對(duì)其進(jìn)行變更或修改而達(dá)到等效目的，而此等效變更和修改，皆應(yīng)涵蓋于權(quán)利要求范圍所界定范疇內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫升復(fù)合接地體，其特征在于:包括外層石墨線編織層和平行設(shè)置的多根內(nèi)芯石墨線，所述外層石墨線和/或內(nèi)芯石墨線為金屬復(fù)合石墨線，所述金屬復(fù)合石墨線內(nèi)的金屬絲的截面面積之和與被替換的金屬接地體的截面面積相等。
2.如權(quán)利要求1所述的低溫升復(fù)合接地體，其特征在于:僅內(nèi)芯石墨線的表層為金屬復(fù)合石墨線，其余部分為玻璃纖維石墨線。
3.如權(quán)利要求1所述的低溫升復(fù)合接地體，其特征在于:內(nèi)芯石墨線的表層和外層石墨線為金屬復(fù)合石墨線，其余部分為玻璃纖維石墨線。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述低溫升復(fù)合接地體的制備方法，其特征在于包括如下步驟: ⑴分別制備玻璃纖維石墨線和金屬復(fù)合石墨線:將對(duì)應(yīng)纖維均勻敷設(shè)在上下兩層由高純?nèi)湎x石墨輥壓的石墨紙之間，經(jīng)過多次輥壓、熱固、切條后分別得到玻璃纖維石墨線和金屬復(fù)合石墨線； ⑵將金屬復(fù)合石墨線設(shè)置在外層和/或內(nèi)芯，其余部位設(shè)置玻璃纖維石墨線，按照外層編織、內(nèi)芯平行設(shè)置的方式利用捻線機(jī)制成石墨線。
5.如權(quán)利要求4所述的低溫升復(fù)合接地體的制備方法，其特征在于:所述金屬復(fù)合石墨線內(nèi)的金屬絲的截面面積之和與被替換的金屬接地體的截面面積相等。
6.如權(quán)利要求4所述的低溫升復(fù)合接地體的制備方法，其特征在于:僅內(nèi)芯石墨線的表層為金屬復(fù)合石墨線，其余部分為玻璃纖維石墨線。
7.如權(quán)利要求4所述的低溫升復(fù)合接地體的制備方法，其特征在于:內(nèi)芯石墨線的表層和外層石墨線為金屬復(fù)合石墨線，其余部分為玻璃纖維石墨線。
【文檔編號(hào)】H01R43/00GK104269664SQ201410583637
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】阮江軍, 胡元潮, 龔若涵, 文武, 周軍 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)