湖南防雷石墨烯防雷接地材料与同类产品对比分析

 防雷系统    |      2018-09-21
目前湖南防雷接地体分为金属与非金属两类。金属防雷接地体历史悠久,应用广泛,使用量最大的是镀锌钢铁制品,其次是应用量较少的镀铜、纯铜、合金制品;非金属接地体主要是降阻模块类产品。目前 我国在用钢铁防雷接地体约一亿基,每年因腐蚀、生锈导致失效报废的约4000万基,更新这些失效接地体需要费用600多亿元,征用土地18万亩,少产粮食 1.08亿斤;消耗镀锌钢材75万吨,盐酸、硝酸类金属钝化液4.5万吨,液化气22.5万立方米,电37.5万度;排放有毒废液、废气3万吨。我国每年 因接地体不合格导致接地电阻升高造成的雷电事故数万起,直接和间接经济损失巨大,影响了国民经济建设和社会发展。随着社会发展需要,接地极产品种类的增多 与技术改进,金属防雷接地体与降阻模块产品逐渐暴露出的缺陷,表明其已经渐渐不能适应现代社会对接地体越来越高的要求。为顺应社会发展需要,我公司根据多 年的研究经验,选择导电性强、化学稳定性优良的高碳石墨为原材料研制出YTJD系列石墨防雷接地体。本产品呈惰性,在常温条件下不受强酸、强碱、有机溶剂 及电偶腐蚀,不生锈,电阻稳定,易加工成型,使用寿命长,且免维护更新,安全可靠。可广泛应用于酸性、碱性土壤和高电阻、低电阻土壤以及海滩、湿地、热带 地区、寒冷地区,不受环境气候条件的限制,且制造过程节能减排,使用该产品更环保,节约材料、经费、土地。

对比

石墨烯防雷接地材料与金属产品(以铜包钢为例)相比较,两类产品刚开始都能够达到降阻效果。但是,随着时间的推移,金属产品会逐渐发生锈蚀,锈蚀出现后,由于电偶腐蚀的作用会加剧腐蚀,导致接地电阻升高而易发生事故。以铜包钢接地棒为例,性能特点对比如下:

(一)、铜包钢接地棒:1、制造耗能高,重金属污染环境严重,温室气体排放量大;2、使用中不耐腐蚀、易生锈,导致接地电阻不稳定;3、使用中出现锈蚀 后,有电偶腐蚀,腐蚀速度加快;4、使用寿命短(5-6年),锈蚀后污染环境及地下水;5、检修维护困难,更新改造工程频繁、费用大、浪费材料和土 地;6、高山、丘陵等高地势,施工时须地下打垂直孔,施工难度大;7、施工时须焊接、增加施工难度,同时焊点易腐蚀、断裂;8、产品由于回收价值高,容易 被盗。

(二)、石墨防雷接地体: 1、制造过程节能减排,无污染; 2、不生锈,电阻稳定,使用寿命长; 3、呈惰性,常温条件下不受强酸、强碱和有机溶剂及电偶腐蚀; 4、使用寿命长,应用范围广泛,使用不受环境气候条件的限制; 5、免维护、更新,节约材料、经费、土地; 6、易加工成型,现场搭接施工方便,产品无需钝化和防腐工艺; 7、施工无需电气焊,降低施工费用、省工、省时; 8、该品无回收利用价值,从根本上解决被盗问题。

非金属制品常见的为降阻模块产品。其内置镀锌接地扁钢(钢管、圆钢、角钢),将其与被保护的地线焊接,因而金属接地体与大地的有效接触面积大大增加,通过潮性作用达到降阻效果。性能特点对比如下

(一)、接地模块制品:1、运输、安装过程易碎裂,贮存条件要求高;2、重量、体积大,山区、丘陵地区搬运困难,费工,费时3、垂直埋设,须机械设备,占 用农田多,施工费用大、周期长4、安装时需电气焊,施工不便;5、焊点易锈蚀、断裂,导致接地电阻升高,使用寿命短;6、适用于土质较松散或湿度高的土 壤;8、产品与金属接地体连接,金属体有回收价值,易被盗。7、在酸碱盐土壤中,锈蚀极快,极易报废;

(二)、石墨防雷接地体:1、缆状,易加工成型,运输、安装方便,无须特殊环境贮存;2、质量轻,可弯曲,施工简便,省工省时;3、无须大型机械设备,占用农田少,减少施工费用、周期;4、无需电气焊,施工便捷; 5、采用搭接法,无焊点,耐腐蚀,使用寿命长; 6、适用于各种土壤环境; 7、在酸碱盐性土壤中,不受腐蚀,长效; 8、产品无回收利用价值,从根本上解决被盗问题。 

 分析

一、施工工艺

一、施工工艺(一)、石墨防雷接地体施工工艺:1、挖设接地体沟:一般深度为60cm,宽度40cm;2、敷设:将石墨接地体沿沟敷设;3、连接:连接时采用搭接法,采用专用石墨线搭接,无需电气焊;4、埋设:用细湿土分层夯实。

 (二)、圆钢接地体施工工艺:1、挖设接地体沟:一般深度为:60cm,宽度:上部60cm,下部60cm;2、敷设:将圆钢沿沟敷设,弯折 处角度须>90°;3、连接:采用焊接,联接长度>80mm;4、防腐:焊接完毕后,焊接处用银粉漆涂刷焊点;5、埋设:回填泥土,压实。

 (三)、铜包钢接地棒施工工艺:1、挖开水平连接沟槽:一般深度须大于60cm,宽度40cm;2、安装:采用冲力钻,如果是多根组合型接地 棒,需加大深度,可能遇岩石层或采用钻孔植入的方法;3、连接方式:大型接地网一般采用热焊接的方法,接地棒与接地网线采用化学焊剂焊接;4、埋设:回填 土,将沟或孔填埋。 (四)、接地模块施工工艺:1、模块检查:表面是否平整、光滑,是否掉角、缺损、裂痕;2、基坑开挖:避免在斜坡上,每侧 垫腐蚀土,寒冷地区位于冻土层以下;3、与接地体连接:采用焊接,雨雪天气禁止露天焊接,焊件表面潮湿或有冰雪须清除干燥;4、防腐:焊接处涂刷防腐 漆;5、埋设:回填细土,用泥浆灌注密实,填土厚度不得小于50mm,周围须洒水使模块与土壤保持湿润。

 二、土质因素

(一)、农田    一般农田土壤电阻率较低,土质松散,杆塔多分布于农田内。使用金属接地体时,须使用电气焊,设备及机械进入农田对农田破坏较大,增加占地费用。由于农田中 农药、化肥的使用量较大,导致土壤腐蚀性极强,金属接地体埋设后,腐蚀速度极快,尤其是焊点,会形成电偶腐蚀,加剧了金属的锈蚀,导致接地极寿命严重缩 短、接地电阻升高,极易发生跳闸等事故。石墨防雷接地体,化学性能稳定,在常温条件下不受强酸、强碱、有机溶剂及电偶腐蚀,且施工时对农田破坏小,减少征 地费用,降低了工程成本。

 (二)、丘陵、山地丘陵、山地一般地势偏高,土壤电阻率较高,接地体用量较平原、农田大。使用金属接地体可能无法达到降阻效果,须辅助以垂直 接地体、降阻模块或使用降阻剂来达到降阻效果。使用垂直接地体、降阻模块施工时须下打垂直孔或挖基坑,而且施工过程中连接采用焊接,需要机械设备及电气焊 来完成,设备及材料运输难度大,费工费时。使用石墨防雷接地体,由于产品质量轻,山区施工运输轻便,且施工无须电气焊及机械设备,解决了施工过程中设备上 山难和产品携带不方便的问题,降低了施工成本,减少了施工周期。 

(三)、酸、碱、盐性土壤特殊地区的土壤会由于腐蚀性离子的作用,而使土壤呈现极强的腐蚀性,土壤性质表现为酸、碱、盐性土壤。金属类接地体在此类土壤中 会加速腐蚀,而致使更新改造工程频繁,耗费大量人力、物力。因此,在这类土壤中,石墨防雷接地体以其稳定的化学性能,耐腐蚀、不受强酸、强碱和有机溶剂及 电偶腐蚀的特性更加适用,可大量减少更新、改造工程带来的费用。 (四)、城市城市内部多数为混凝土浇筑路面,路旁为绿化带与居民生活区,城市 内杆塔常位于绿化带内,路面坚硬。使用金属接地体时,首先,要大面积破坏绿化及路面,完工后恢复,增加了施工成本;其次,施工需要使用电气焊设备,影响交 通且对周围行人车辆有极大的安全隐患;第三,绿化带内经常施肥、洒水,对金属接地体腐蚀严重。石墨防雷接地体,由于接地体呈缆状,可随地形弯曲及辐射,因 此,可在绿化带内挖设接地体沟,无须电气焊,减少施工难度及安全隐患,对环境及绿化带破坏小,省工省时。      

三、效果

(一)、金属类接地极因纯铜、合金材质的接地极造价较高,据有较高回收价值,在运行过程中难免出现失盗现象,所以不经常使用。被广泛推广应用的是镀锌钢铁 类制品。镀锌钢铁接地极材料多为扁钢、角钢及圆钢,其中角钢塔接地极主要为Φ12圆钢,水平敷设;钢管杆接地极主要为75×5角钢,垂直敷设。镀锌钢铁类 接地极优点是导电性优良、材料价格低廉、施工运行经验丰富。缺点是运输、施工不便,不耐腐蚀,易生锈、使接地电阻升高导致雷电事故,且钢铁制品的生产及镀 锌过程耗能高。经调查镀锌钢铁接地极在无腐蚀地段使用寿命约为7~10年,在有腐蚀地段使用寿命迅速下降为3~5年。 

(二)、接地模块是用低阻材料经几十吨机械压力成型的接地产品,它的特点是致密度高,低阻防腐,是降阻剂的延伸产品,产品不需要在现场用水调和浇灌,完全 可以替代现场浇灌降阻剂的作用。但是,模块极芯相互并联或与地线连接时,必须焊接,出现焊点就会出现腐蚀,而且由于模块的吸湿性,更加加快了焊点金属的锈 蚀,一旦焊点锈蚀断裂,模块就报废在土壤中,失去了原有的降阻作用,接地电阻升高,发生雷电事故,且模块的价格较高,造成了很大的浪费。 

(三)、石墨防雷接地体是一种新型接地极,是以高碳石墨为原材料制作的新型缆状接地体,属于一种新型非金属导电材料体。由于石墨的分子特性,石墨具有优良 的化学稳定性及导电性。石墨防雷接地体呈化学惰性,在常温条件下不受强酸、强碱和有机溶剂及电偶腐蚀,导电率优良,使用寿命更长,而高碳石墨具有吸湿特 性,使得接地体周围水分增大,而增加了接地体的降阻效果,由于石墨具有不腐蚀的特性,不会对周围的环境造成污染。产品易加工成型,无需钝化和防腐工艺,安 全可靠,可广泛在酸性、碱性土壤以及海滩、湿地、热带地区、寒冷地区使用。该品无回收利用价值,可有效解决目前我国金属防雷接地极体易被盗的问题。