ACR经济效益分析.docx

接地系统选材分析报告接地系统选材分析报告设设 计：计： ******审审 核：核： ******2018/01/132018/01/13摘要摘要通过论述接地网常见的四种主流材质（镀锌钢、铝合金、覆铜钢、纯铜）的腐蚀性能和导通性能，计算各材质接地导体的截面，给出综合的技术经济比较接地材料分析接地材料分析行业现状行业现状近年来有关部门通过对国内杆塔接地系统的大量调研，了解到许多接地系统均有不同程度的腐蚀，部分接地网腐蚀现象较为严重金属在土壤中的腐蚀速率差异巨大，因此电力工程中接地网的设计与材料的选用过程应当严格要求，材料选用不当，电气系统存在较大安全风险美国国家标准局（National Bureau of Standards）从 1910 年到 1955 年开展的大规模土壤腐蚀调查，获得了大量材料腐蚀数据研究中包括了在全美国的 128 个测试地点采集的 36500 个样本，这些样本呈现了 333 种不同的黑色、有色金属等材料在不同的土壤情况下的腐蚀速度表 1 为研究报告的数据节选表 1 NBS No.579 金属材料腐蚀性研究报告数据表（节选）年平均腐蚀厚度， mm/a年限土壤类型土壤电阻率，Ω•m土壤PH 值钢钢（点蚀）铝，×10-3铜，×10-313.7Cecil1784.80.0160.623.873.0013.6Hagerstown52.15.80.0190.265.514.2713.6Susquehana69.24.50.0280.168.726.7613.5Chino14.880.0290.28.946.9313.4Mohave23.280.0851.7514.2211.0213.4Acadia1.96.20.0310.1314.2211.0213.4Docus627.50.070.2415.1311.7313.4Lock 4.17.10.1140.755.744.45Charles13.4Merced2.89.40.1630.664.013.1113.4Carlisle16.65.60.0450.1813.0710.1313.4Rifle2.22.60.0720.2539.2230.4013.4Tidal0.846.90.0860.2315.3611.9113.2Carlisle7.14.80.0570.254.663.6113.2Sherkey9.46.80.10.368.496.5813.2Cinders4.67.60.371.754.243.29调查数据显示，对于呈碱性的土壤，其铜层的平均年腐蚀速率为 6.75×10-3mm/a，而钢的平均年腐蚀速率为 0.14mm/a，而钢的年点腐蚀深度 1.53mm/a，是其平均年腐蚀速率的 10 倍。

调查结果说明，纯铜在土壤中具有优异的耐腐蚀性能，可作为电气接地网的核心材料；铝及其合金具有与铜相当的耐蚀性能；钢的在碱性土壤中的腐蚀速率是铜的 200 倍，作为接地材料需要做相应的保护，比如镀/浸一层锌或铜保护层由此，衍生的电气接地主材有以下几种：纯铜纯铜纯铜具有先天的材料性能优势作为接地材料，但由于土壤中的铜离子释放过程是的重金属污染问题，在水源地铜接地材料被禁用镀锌钢镀锌钢钢材表面镀锌是工程界最常见的防护措施之一，基于锌-钢的电位差，锌对钢具有牺牲阳极保护作用，而且锌的耐腐蚀性能优于钢；因此，工艺简单、价格低廉的镀锌钢应用广泛然而，根据历史调查成果以及工程经验，使用镀锌钢作为接地材料，十年的运行周期中 60%电气接地网都出现了材料腐蚀导致的故障，在盐渍土区域腐蚀尤为明显，覆铜钢（覆铜钢）覆铜钢（覆铜钢）覆铜钢（也称为覆铜钢或铜包钢）是铜和钢的复合材料，是在钢表面采用电镀工艺镀覆了 0.254mm 厚度的铜膜具备完整镀层的覆铜钢具有与纯铜相近的电气和耐腐蚀性能然而，由于钢-铜二者具有较高 电位差（Fe-0.44V，Cu+0.34V, VS. 标准电极电位） ，异种金属的电气连接形成双金属原电池，钢作为牺牲阳极而加速腐蚀，这称之为电偶腐蚀。

在工程生产和应用中，覆铜钢不可避免的存在大量的气孔、裂纹、鼓包、划伤、磕碰等表面缺陷因此，覆铜钢的应用过程中要保证基本的工程质量和电气安全，涉及的工艺成本相当巨大GB50169-2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》规定采用覆铜钢作为接地材料时，其连接要采用热熔焊这种方法得到的接头焊缝金属材料成分复杂，主要为多相的铜铝合金，而且接头中存在大量的缺陷此外，由于焊接过程中高温放热过程，在覆铜钢母材产生了大范围的热影响区，极端情况，镀层产生鼓包现象，覆铜钢焊接缺陷见图 1图 1 覆铜钢热熔焊后接头截面、缺陷和热影响区铝合金铝合金铝合金作为电气接地的主材对合金成分有严格要求，目前主要技术有铝铜稀土合金和铝钛稀土合金两大类，这类铝合金中的铜、钛、稀土等合金元素的引入目的有两个第一，提升铝合金在土壤中耐腐蚀性能；第二，提升铝基材料表面氧化形成的氧化物导通性能然而，不同于导线用的铝导体，合金成分的含量小于 1%，通常是低合金铝材，不适宜作为接地材料铝铜稀土合金和铝钛稀土合金通过熔铸、热挤压、表面抛丸等处理，获得具有良好的接地导通性、优异的耐土壤腐蚀性和较好的热稳定性的接地合金材料接地材料经济性分析接地材料经济性分析以材料（镀锌钢、铝合金、覆铜钢、纯铜）常见规格为例，对铝合金、镀锌钢、纯铜、覆铜钢四种材料进行电气接地成本计算，分析结果见表 2。

表 2 接地材料价格比较考虑到辅料及配件的成本，由于镀锌钢和 ACR 接地合金的施工辅料及配件较少，因此施工成本镀锌钢最低，其次是 ACR 接地合金，铜包钢和纯铜的成本最高综合到产品抗腐蚀性能及全寿命成本，可以得出 ACR 接地合金的全寿命成本最低接地设计接地设计截面截面选择选择DL/T621-1997《交流电器装置的接地》要求电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行热稳定校验钢接地线的短时温度不应超过 400℃，铜接地线不应超过 450℃，铝接地线不应超过 300℃根据热稳定条件，在没有考虑腐蚀时，接地装置接地导体的截面不宜小于连接至该接地装置的接地引下线截面的 75%因此，接地线的最小截面应符合下式要求：式 1Sg≥𝐼𝑔𝐶𝑡𝑒式中：Sg——接地线的最小截面，mm2；材料种类市场单价，元/kg密度，kg/m3使用规格每米价格元/m纯铜70890040*462.3覆铜钢40（m）8000Ø16 40ACR45275060*644.5镀锌钢7.5790060*828.1Ig——流过接地线的短路电流稳定值，A对有效接地系统，为单（两）相接地短路电流；te——短路的等效持续时间；C——接地线材料的热稳定系数，钢取 70，铝合金取 120，覆铜钢取 136，铜取 210。

根据实际运行经验，最大接地短路电流按 48.51kA 考虑，接地系统的设计寿命按 30 年经计算接地引下线和主接地网接地体的最小截面如表 3 所列表 3 接地系统的引下线、主接地体的最小截面要求最小截面积， mm2材料类别热稳定系数引下线主接地体 镀锌钢70438 329 铝合金120256 192 覆铜钢126243 169 纯铜210146 109表 4 为 ACR 接地合金的主要参数表 4 材料参数项目参数备注熔点 (℃)700比热容 (kJ/（kg·℃）)1.14熔化潜热 (kJ/kg)393密度 (g/cm³)2.95电阻率 (Ω·m)3.7×10-8动热稳定性① (℃)129.1@20kA;179.1@25kA;240.4@30kAGB7251.1-2005热稳定性 (℃)400土壤腐蚀速度 (μm/a)5～10ASTM G162-99表 5 为 ACR 接地合金及铜的载流参数表 5 载流量规格对照表规格 排放25*330*440*440*550*550*660*660*8平放2643684855406607408731018铜排竖放2853355105807057759201070 平放205283372417515573680788铝排竖放215300395440546600715830接地施工接地施工ACRACR 接地体（接地体（线线）之）之间间的的连连接接应应采用搭接采用搭接焊焊接，接，焊焊接要求如下：接要求如下：1、ACR 接地排搭接焊接长度为其宽度的 2 倍（且至少 3 个棱边焊接）。

2 、接地棒与接地排连接时，其长度为接地体直径的 6 倍3 、焊接前应将待焊部位表面的污垢清除干净焊接高度与接地排厚度相同焊缝平整应无间断，不应有未焊透及咬边等缺陷ACRACR 接地体与异种金属的接地体与异种金属的连连接接1、 根据相关规范要求，ACR 接地合金和铜绞线、钢绞线引下线连接时可采用压接端子连接2、 ACR 接地合金与接地扁钢引下线连接时可采用螺栓（螺栓规格为 M8）连接,也可通过过渡接头焊接，连接接头处应做防腐处理 （涂抹防腐油漆或者用热缩管套装隔绝空气进行防腐）图 2 铝钢过渡焊接接头3、 ACR 接地合金与铜排引下线的连接采用可螺栓（螺栓规格为 M8）连接，连接处要涂以导电防腐油脂，也可以通过铝铜过渡端子连接，连接接头处应做防腐处理 （涂抹防腐油漆或者用热缩管套装隔绝空气进行防腐）。