專利名稱：快裝式內(nèi)含降阻劑接地極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明快裝式內(nèi)含降阻劑接地極，又稱接地模塊，它是防雷接地模塊類型中的一種新產(chǎn)品。屬于電氣接地裝置類。
背景技術(shù)：
該發(fā)明快裝式內(nèi)含降阻劑接地極，又稱接地模塊，與現(xiàn)有技術(shù)的比較防雷接地是工程建設(shè)的重要一環(huán)，因個別地方防雷接地工程沒做好，每年我國遭受雷害經(jīng)濟損失達百億元之多，人員傷亡在4000人之上，在十大災(zāi)害之中，雷害僅次于洪水之災(zāi)。防雷接地工程，接地是防雷的關(guān)鍵，所以目前世界各國，在接地裝置問題上，都做了大量工作。一些具體做法都寫進了設(shè)計規(guī)范、導(dǎo)則、驗收規(guī)范等文件之中。如我國的“建筑物防雷設(shè)計規(guī)范”GB50057-94(2000年版)第四章第三節(jié)接地裝置中規(guī)定，埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或園鋼；埋于土壤中的人工水平接地體宜采用扁鋼或圓鋼。圓鋼直徑不應(yīng)小于10mm；扁鋼面積不應(yīng)小于100mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm；角鋼厚度不應(yīng)小于4mm；鋼管厚度不應(yīng)小于3.5mm。在腐蝕性較強的土壤中，應(yīng)采取熱鍍鋅等防腐措施，或加大截面。(注由于銅質(zhì)材料抗腐蝕性較強，西方國家和我國援外工程中多采用銅質(zhì)材料做接地裝置，國內(nèi)工程也正在趨向銅質(zhì)材料接地裝置發(fā)展)。接地線應(yīng)與水平接地體的截面相同。人工垂直接地體的長度宜為2.5m。人工垂直接地體間的距離及人工水平接地體間的距離宜為5m，當受地方限制時可適當減小。(注人工垂直接地體和人工水平接地體的名稱，在國標“GB50303-2002‘建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范’”中，將接地體改為接地模塊稱呼。下同)。人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5m。接地體應(yīng)遠離由于磚窯、煙道等高溫影響使升高的地方。在高土壤電阻率地區(qū)，降低防直擊雷接地裝置接地電阻宜采用下列方法①采用多支線外引接地裝置；②接地體埋人較深的低電阻率土壤中；③采用降阻劑；④換土。
在國標“GB50303-2002‘建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范’”接地裝置安裝中規(guī)定接地模塊頂面埋深不應(yīng)小于0.6m，接地模塊間距，不應(yīng)小于接地模塊長度的3-5倍，接地模塊埋設(shè)基坑，一般為模塊外型尺寸的1.2-1.4倍，且在開挖深度內(nèi)詳細記錄地層情況。接地模塊應(yīng)垂直或水平就位，不應(yīng)傾斜設(shè)置，保持與原土層接觸良好。接地模塊應(yīng)集中引線，用干線把接地模塊并聯(lián)焊接成一個環(huán)路，干線的材質(zhì)與接地模塊焊接點的材質(zhì)應(yīng)相同，鋼制的采用熱浸鍍鋅扁鋼，引出線不少于兩處。
我國目前市場上見到的接地模塊產(chǎn)品有兩種一種是將一米長4×40的扁鋼為電極，外附一個大約φ160mm，長0.8m，由石墨、水泥等材料組成的稱之為長效降阻劑做成的圓柱體，構(gòu)成的接地極(簡稱混凝土接地極—下同)，接地極自身的電阻率ρ＜5Ω·m；另一種，按美、日、德等國同類產(chǎn)品有關(guān)標準生產(chǎn)的銅覆鋼接地極，在不同長度，約25～30m；直徑φ25～φ50的鋼釬上將銅板與鋼釬采用擠壓工藝或鍍銅，做成銅覆鋼接地極。打人地面下30m，可構(gòu)成地下立體接地網(wǎng)。也有作成長度約1.2～2.5m；φ13～φ26mm，不同規(guī)格的短銅覆鋼接地極產(chǎn)品。
美國2000年出版，國際電氣與電子工程師協(xié)會在交流變電所中的接地技術(shù)安全導(dǎo)則(IEEE std 80-2000，IEEE Guide for safety in AC Substation Grounding)中，第14.6節(jié)P68-72中介紹一種接地電極插人到混凝土園柱體容器內(nèi)，接地電極與混凝土園柱體容器中間用樹脂粘結(jié)在一起的接地極(Concreye-encased electrodes)，電阻率為P≈30-90Ω·m。(簡稱混凝土接地極—下同)并繪出水平柵極與垂直接地極相結(jié)合使用的圖例。
該發(fā)明快裝式內(nèi)含降阻劑接地極，是接地模塊類型中的新成員，特點是金屬外殼結(jié)構(gòu)，比常規(guī)做法增加了接觸面積12倍以上；自身鋼質(zhì)的電阻率很低ρ≤138×10-6Ω·m；(銅ρ≤17.241×10-6Ω·m)，近似為零；裝設(shè)后起到明顯的降阻作用；內(nèi)裝快速降阻劑，裝設(shè)后，在很短的時間內(nèi)，快速降阻劑逐漸滲透到電極周圍的巖土中，使電極金屬外殼與周圍巖土緊密的結(jié)合在一起，同時還改變了周圍巖土的導(dǎo)電性能，降低了接地電阻。
從以上對比看快裝式內(nèi)含快速降阻劑接地極，各項指標都優(yōu)于其他產(chǎn)品，如①美國的和國內(nèi)的混凝土接地極自身的電阻率都很高，只能起到增加接地極面積的作用，對周圍的巖土無降低接地電阻的功能；而HCPD-N型快裝式內(nèi)裝快速降阻劑接地極，自身的鋼質(zhì)的電阻率很低ρ≤138×10-6Ω·m；(銅ρ≤17.241×10-6)。近似為零，具有良好的導(dǎo)電性能，且增加了接地極的面積；接地極內(nèi)含的快速降阻劑，裝設(shè)后，在很短的時間內(nèi)，快速降阻劑逐漸滲透到電極周圍的巖土中，使電極金屬外殼與周圍巖土緊密的結(jié)合在一起，同時還改變了周圍巖土的導(dǎo)電性能土壤電阻率(ρ)，降低了接地電阻。②銅覆鋼接地極，打人地面下25～30m，構(gòu)成地下立體三維接地網(wǎng)，這一立說，還有待商榷。眾所周知接地電阻的估算公式RJ＝0.5×ρ/√S可知接地電阻值大小與土壤電阻率成正比，而與水平接地網(wǎng)邊沿閉合面積的大小成反比，也就是說在土壤電阻率為一定值時降低接地電阻值需將接地網(wǎng)的面積做的很大。如今越來越多的變電站建于高樓林立，寸土寸金，地域較狹窄的市區(qū)，若仍按以往水平接地網(wǎng)為主思路來設(shè)計接地網(wǎng)，則變電站接地網(wǎng)的接地電阻往往達不到要求。再者1998年1月1日起實施的DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》新規(guī)程要求接地裝置的接地電阻值應(yīng)符合R≤2000/IΩ，重申了故障時接地網(wǎng)的電位升高不超過2000V的規(guī)定。以此新標準來審核原有的變電站等接地工程R≤0.5Ω，已不能滿足新標準要求，必須重新改造接地網(wǎng)。
“電能效益”2004年7月，第7期中上海電力設(shè)計院有限公司(200025)唐宏德、潘東華著文“上海地區(qū)變電站三維立體接地網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用分析”中提供了按上海電網(wǎng)若干技術(shù)原則規(guī)定220KV短路電流取50kA，110KV短路電流取25KA，土壤電阻率取30Ω·m時，則220KV變電站接地網(wǎng)的接地電阻標準值應(yīng)為R≤2000/I＝2000/50×103＝0.04Ω，110KV變電站接地網(wǎng)的接地電阻標準值應(yīng)為R≤2000/I＝2000/25×103＝0.08Ω。由此可見新標準對不同電壓等級的變電站接地網(wǎng)的接地電阻有不同的要求。鑒于上述原因，接地網(wǎng)向水平方向發(fā)展的可能性很小，人們將注意的焦點集中到向縱深方向發(fā)展，為此三維立體接地網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運而生。效果如何呢？上述文獻中給出了反證，上海在2002年對惠南、漕二、花木一、浦建4個220KV變電站，在傳統(tǒng)的水平接地網(wǎng)上，用特殊沖擊鉆將若干根25～30m銅覆鋼接地極垂直超深度打人地下，與水平接地網(wǎng)相連，組成一個三維立體接地網(wǎng)，達到新標準要求R≤0.04Ω；故障時接地網(wǎng)的電位升高不超過2000V。但4個220KV變電站的地網(wǎng)邊緣閉合面積分別為29600、14112、5200、10010m2；單純鋼鍍銅接地棒材料的費用分別約為11～15萬元(相當22～30噸鋼材價格)。如此巨大的地網(wǎng)邊緣閉合面積和投資(還未計人施工費)，并未顯示出在如此巨大的水平接地網(wǎng)情況下，超深度鋼鍍銅接地棒的主導(dǎo)作用。新規(guī)程規(guī)定當接地裝置的接地電阻不符合式R≤2000/I要求時，可通過技術(shù)經(jīng)濟比較增大接地電阻，但不得大于5Ω，且應(yīng)符合本標準6.2.2的要求。
接地電阻RJ＝0.5×ρ/√S估算公式中，√S與RJ成反比，它符合電流的集膚效應(yīng)特性，在高壓線路單相接地短路時，其短路電流會沿著淺層地表面回流到變壓器的中心點的，而不會繞到超深層去再返回到變壓器的中心點的。

發(fā)明內(nèi)容
該發(fā)明快裝式內(nèi)含降阻劑接地極，是從接地電阻RJ＝0.5×ρ/√S估算公式中的，降低接地電阻率ρ人手的，接地極內(nèi)裝的快速降阻劑，裝設(shè)后，在很短的時間內(nèi)，快速降阻劑逐漸滲透到電極周圍的巖土中，使電極金屬外殼與周圍巖土緊密的結(jié)合在一起，同時還改變了周圍巖土的導(dǎo)電性能土壤電阻率(ρ)，降低了接地電阻。打人地下0.8m一根接地極，半徑3m的范圍內(nèi)(大約28m2)的土壤電阻率為ρ降低50％計，如土壤電阻率為ρ＝300Ω·m，接地電阻為RJ＝0.5×ρ/√S＝6.9Ω。如果設(shè)一根獨避雷針，設(shè)置一根接地極即可達到10Ω以下。


該發(fā)明快裝式內(nèi)含降阻劑接地極，是接地模塊類型中的一種新產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)見附圖所示1----接地電極；2----金屬筒3---金屬筒表面上的小孔；4----降阻劑；5----裝人降阻劑時用的進料孔和密封螺栓；6----與接地網(wǎng)連接螺孔。
具體實施例方式
使用該發(fā)明快裝式內(nèi)含降阻劑接地極的優(yōu)點是①接地電極穿過一個金屬筒的目的是放大接地電極與周圍巖土的接觸面積，金屬外殼結(jié)構(gòu)，比常規(guī)做法增加了接觸面積12倍以上，利用雷電流集膚效應(yīng)的特點，雷電流會沿著金屬筒的表面迅速向周圍擴散，以達到迅速消除雷電流的作用。②接地模塊采用金屬筒的另一個目的是降低自身的電阻率，金屬筒為鋼(或銅)質(zhì)材料做成，鋼的電阻率ρ≤138×10-6Ω·m；(銅ρ≤17.241×10-6)。這樣低的電阻率，對雷電散流是十分有利的。③金屬筒內(nèi)裝快速降阻劑，意在向外部滲透。裝設(shè)后，內(nèi)裝快速降阻劑，在很短的時間內(nèi)，會逐漸滲透到電極周圍的巖土中，使電極金屬外殼與周圍巖土緊密的結(jié)合在一起，同時還改變了周圍巖土的導(dǎo)電性能，降低了接地電阻。④在接地電極上開設(shè)的接地電極與接地網(wǎng)連接螺孔，便于在沒有電焊機的環(huán)境中，垂直安裝或水平安裝時，用螺栓連接。⑤可垂直安裝或水平安裝⑥見效快⑦金屬筒通過熱鍍鋅處理，壽命長，可達30年，與工程的壽命同步⑧價格低⑨適用范圍廣⑩使用該發(fā)明HCPD-N型快裝式內(nèi)含降阻劑接地極，是今后接地工程必然要走的一條新路。
具體工程實施例，是張家口市友誼水庫除險加固工程溢洪道裝設(shè)五孔弧形閘門，控制方式為微機監(jiān)控系統(tǒng)，接地電阻設(shè)計要求1Ω。閘門啟閉機室和控制室地理位置，均是開山劈嶺造成的，在巖石上做接地網(wǎng)，達到接地電阻1Ω的要求是十分困難的，水利部河北水利水電勘測設(shè)計研究院，在新開平的山頭上建造的控制室周圍，設(shè)計選用了天津市恒利電氣設(shè)備有限公司生產(chǎn)的40個防雷接地模塊快裝式內(nèi)含降阻劑接地極，相間5m垂直敷設(shè)一只，相間5m水平敷設(shè)一只，相繼交叉敷設(shè)，水平接地模塊埋設(shè)深度在0.8m以下，垂直接地模塊底部，埋設(shè)深度在1.8m以下。接地模塊HCPD-N1快裝式內(nèi)含降阻劑接地極的裝設(shè)完全符合‘建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50303---2002)中24.1.4和24.1.5及24.2.3條文中詳細論述的接地模塊安裝方法和要求。在新鑿平的山頭，新鮮巖石上打接地網(wǎng)，于2004-9-1通過鑿巖機，放小炮，開鑿出深度為負0.8m的溝槽和每隔5m一個垂直負1.8m的接地極坑，將HCPD-N1快裝式內(nèi)含快速降阻劑接地極，按設(shè)計要求敷設(shè)，用沙壤土回填5天后，工程的安裝處和工程監(jiān)理于2004-9-6用接地搖表測量，周長為15×35m即閉合面積為525m2的環(huán)形獨立接地網(wǎng)接地電阻為1.1Ω。2004-9-22再次測量接地電阻為0.4Ω弱。降低接地電阻速度之快，降到這樣小的接地電阻值，在山區(qū)新鮮巖石上做接地網(wǎng)是很難做到的。利用接地模塊HCPD-N快裝式內(nèi)含降阻劑接地極降阻，起到了明顯的效果，可以說是個奇跡。時間再長一點，接地電阻還會降低。根據(jù)電阻的并聯(lián)原理，閉合面積為4200m2，接地電阻即可達到0.04Ω。此閉合面積遠小于上海4座變電站任一變電站的水平接地網(wǎng)的面積。由此可見采用接地模塊HCPD-N快裝式內(nèi)含降阻劑接地極降阻，新建或改造接地網(wǎng)，是行之有效的新路子。
該發(fā)明快裝式內(nèi)含快速降阻劑接地極，看著簡單，想出不易，它是在前人經(jīng)驗基礎(chǔ)上的總結(jié)而發(fā)展、創(chuàng)造出的新技術(shù)。在附圖中繪的接地極是雙極伸的例子，適用于水平安裝，串聯(lián)在水平接地網(wǎng)中，也可用于垂直安裝；接地極還可作成單極伸的，只做為垂直接地模塊使用，其單極與水平接地網(wǎng)相連。
本發(fā)明快裝式內(nèi)含降阻劑接地極，又稱接地模塊，它是防雷接地模塊的一種新產(chǎn)品。屬于電氣裝置類。其結(jié)構(gòu)，接地極穿過一個帶若干小孔的金屬筒中心，金屬筒內(nèi)含快速降阻劑。在接地極埋入地下后，降阻劑會通過金屬筒的小孔，向外滲透，使接地極金屬筒外殼與周圍巖土緊密的固結(jié)在一起，改變了周圍巖土的導(dǎo)電性能，降低了接地電阻。使用該接地極，降低接地網(wǎng)的接地電阻效果明顯，安裝使用方便，與接地帶可焊接或用螺栓連接，。最適用于高土壤電阻率地方的電站、變電站、鐵路、石油、化工或在野外、無電源的邊遠山區(qū)，雷達站、無線通訊站、水情測報站等接地工程。
權(quán)利要求
1.一種HCPD-N快裝式內(nèi)裝降阻劑接地極，又稱接地模塊的新產(chǎn)品，其特征是，由接地電極、金屬筒、金屬筒表面上的小孔、降阻劑、裝人降阻劑時用的進料孔和密封螺栓、接地電極與接地網(wǎng)連接螺孔等構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HCPD-N快裝式內(nèi)裝降阻劑接地極，其特征是，接地電極的截面積≥100mm2，是由金屬型材做成的。接地電極穿過一個金屬筒，目的是放大接地電極與周圍巖土的接觸面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HCPD-N快裝式內(nèi)裝降阻劑接地極，其特征是，金屬筒的中心穿過接地電極，金屬筒外殼結(jié)構(gòu)，比常規(guī)做法增加了接觸面積12倍以上，利用雷電流集膚效應(yīng)的特點，雷電流會沿著金屬筒的表面迅速向周圍擴散，以達到迅速消除雷電流的作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HCPD-N快裝式內(nèi)裝降阻劑接地極，其特征是，金屬筒表面上的小孔，是為金屬筒內(nèi)裝的降阻劑，向外滲透留的通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HCPD-N快裝式內(nèi)裝降阻劑接地極，其特征是，金屬筒內(nèi)裝的降阻劑，在接地極埋入地下后，降阻劑會通過金屬筒的小孔，向外滲透，使接地極金屬筒外殼與周圍巖土緊密的固結(jié)在一起，改變了周圍巖土的導(dǎo)電性能，降低了接地電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HCPD-N快裝式內(nèi)裝降阻劑接地極，其特征是，裝入降阻劑時用的進料孔和密封螺栓，它是開設(shè)在金屬筒的端蓋上的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HCPD-N快裝式內(nèi)裝降阻劑接地極，其特征是，接地電極與接地網(wǎng)連接螺孔，它是開設(shè)在接地電極上的螺孔，便于垂直安裝或水平安裝時，在沒有電焊機的環(huán)境中，用螺栓連接。
全文摘要
本發(fā)明快裝式內(nèi)含降阻劑接地極，又稱接地模塊，它是防雷接地模塊的一種新產(chǎn)品。屬于電氣裝置類。其結(jié)構(gòu)，接地電極穿過一個帶若干小孔的金屬筒中心，金屬筒內(nèi)含快速降阻劑。在接地極埋入地下后，降阻劑會通過金屬筒的小孔，向外滲透，使接地極金屬筒外殼與周圍巖土緊密的固結(jié)在一起，改變了周圍巖土的導(dǎo)電性能，降低了接地電阻。使用該接地極，降低接地網(wǎng)的接地電阻效果明顯，安裝使用方便，與接地帶可焊接或用螺栓連接。最適用高土壤電阻率地方的電站、變電站、鐵路、石油、化工或在野外、無電源的邊遠山區(qū)，雷達站、無線通訊站、水情測報站等接地工程。
文檔編號H01R4/66GK1805218SQ20051000048
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者李新利 申請人:李新利, 李鴻柱