应用石墨烯复合接地系统降低接地电阻的案例实践

应用石墨烯复合接地系统降低接地电阻的案例实践(摘录）

作者:林土方（国网浙江省台州供电公司）

张启雄（福建瑞凯电气有限公司）

摘要：文章结合应用石墨烯复合接地系统降低接地电阻的案例实践，探讨了降低接地电阻的方法。

全文发表在《电力自动化》2020.12

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问题的提出

接地在工农业生产和社会生活中极为重要，不同的接地用途，有不同的接地电阻要求，因为接地的特殊性，国家为此制定了严格的接地电阻标准。

通常将接地分三种，即保护接地、防静电接地和防雷接地。保护接地：电气设备的金属外壳，混凝土、电杆等会由于绝缘损坏有可能带电，为了防止这种情况危及人身安全而设的接地，接地电阻在1Ω以下。防静电接地：防止静电危险影响而将易燃油、天然气贮藏罐和管道、电子设备等接地。防雷接地：为了将雷电引入地下，将防雷设备（避雷针等）的接地端与大地相连，以消除雷电过电压对电气设备、人身财产的危害的接地，也称过电压保护接地。

但由于某种原因，接地电阻经常超过国家标准要求，严重威胁人民生命财产安全，严重超标的接地，在雷季容易引发火灾事故。同时，随着城市化建设推进，路面硬化也给改善接地增加了难度。这些因素的存在，让人们对接地产生恐惧与不安。如何有效解决接地问题，一直困扰着人们。

石墨烯复合接地系统采用垂直深接地，无需大面积破土，施工便捷高效，具有免开挖，减少青赔等优点，并可确保石墨烯接地棒接触到土壤电阻率更低的深层土壤，达到理想的降阻效果。石墨烯复合接地系统的问世，从技术和施工上改善了接地电阻，已经成为降低接地电阻的有效利器。

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石墨烯复合接地系统

石墨烯复合接地系统利用新材料石墨烯研制而成，接地棒采用多种金属材料复合制成，表面为石墨烯、铜、铝、钛、硅、钼、铅、锡等金属渗层，石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，为世上电阻率最小的材料。

石墨烯快速接地装置是由石墨烯接地体、多层复合绞线、合金钻头、金属保护器及辅材组成，具有耐腐蚀、性能稳定、安装省时、连接方便等优点。接地体是由石墨烯等多种金属与圆钢本体热融复合而成，大大提高了接地体的强度、耐腐蚀性及导电性。石墨烯快速接地装置属于垂直打深接地体，适用于城市配网中低压接地补强的防雷接地改造工程。石墨烯接地可以从根本上解决城市配网现行金属接地体易腐蚀、接地电阻高等问题，同时可垂直打深，做到免开挖、免青赔、易维护，降阻效果十分明显，有效维护配网中低线路运行安全，经济效益显著，满足输配电网设备防雷的接地要求。

（1）石墨烯复合接地体。

石墨烯复合接地体圆形棒状材料，长度1.2ｍ，直径16mm，选用优质钢材加工而成，表面由石墨烯等多种金属材料经800℃高温烧结热熔制成，产品硬度高、耐腐蚀及导电性良好。

（2）六角六槽合金钻头。

六角六槽合金钻头采用高强度合金钢制成，一端为尖头，一端开内孔，安装第一根接地棒时内孔处与接地棒尖头处相连，一次性打入地下。开六角六槽，最大处直径为22mm，稍大于石墨烯接地体，打入地下时使岩粉从深槽中挤出，方便施工。

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石墨烯快速接地装置特征

（1）材料：接地棒采用多种金属材料复合制成，表面为石墨烯、铜、铝、钛、硅、钼、铅、锡等金属渗层，石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，为世上电阻率最小的材料。

（2）工艺：采用国内外最先进复合材料烧结法，把多种金属材料烧结在接地材料的表面，使接地材料结合力更强，实用更加可靠稳定，产品符合国际 UL467、国内DLT1312－2013标准。

（3）降阻：接地极通过垂直打深有效降低电阻，降阻效果明显且稳定。

（4）使用方法：1个六角六槽的合金钻头和2个芯棒，任意芯棒的接头处与另一根芯棒插孔打击成一体。

（5）施工：通过紧配的方式将棒与棒连接，提高了工作效率，3人一组一天可以安装输电线路塔基1座或5个台区接地补强工作量。

（6）耐腐蚀：接地棒经连续500ｈ的盐雾试验后，表面无明显锈痕，电阻变化率为4.4%，有极强的耐腐蚀性。

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石墨烯快速接地装置技术特点

城市配电设备一般置于城区负荷中心，周边路面硬化或植被绿化，地下管网复杂，人员触碰设备的可能性大，安全隐患突出，外延水平接地网需大面积破土施工。而石墨烯复合快速接地系统采用垂直深接地技术，施工时只需破开一个小口，使用接地棒作为垂直接地体，可垂直打入地下无需大面积破土，用尽可能深的垂直接地体来弥补水平接地体不能拓展更宽的不足。

借助便携式深孔钻探设备配合施工，基本能保证垂直接地体深入地下10ｍ以上，达到理想的降阻效果。施工完成后，取得的接地电阻值更加稳定，即使环境变化也能长期保持，不会跳变，具有传统施工方式无可比拟的巨大优势。对城市配网中低压的接地改造及补强的降阻效果尤为明显。

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石墨烯复合接地棒技术参数

石墨烯复合接地棒技术参数：复合层厚度≥0.25mm，均匀性允差0.028mm；电阻率为11.09μΩ·cm；导电率为15.55%。

短时电流耐受：经17.22kA／1.02s电流试验后，电阻变化率1.7%。

冲击电流耐受：经8／20μs、100kA冲击电流5次，电阻变化率1.9%。

机械性能：经抗拉、弯折试验后产品直流电阻变化率1.3%。

抗冷热冲击性能：经冷热冲击试验后，电阻变化率1.5%。

抗腐蚀性能：经500ｈ盐雾试验后，电阻变化率4.4%。

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多层复合接地绞线技术参数

复层厚度及均匀性：复合层厚度≥0.25mm，均匀性允差0.018mm。

导线股数为19股和7股；截面面积为70mm2 （单股直径2.1mm）；电阻率为5.34μΩ·cm；导电率为32.23%。

短时电流耐受：经10.13kA／1.02s电流试验后，电阻变化率1.2%。冲击电流耐受：经8／20μs、100kA冲击电流5次，电阻变化率2.1%。

机械性能：经抗拉、弯折试验后，电阻变化率1.4%。

抗冷热冲击性能：经冷热冲击试验后，电阻变化率△R%1.3。

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实践案例（略）

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结语

石墨烯接地系统采用垂直深接地，无需大面积破土，施工便捷高效，具有避免开挖，减少青赔等优点，并可确保石墨烯接地棒接触到土壤电阻率更低的深层土壤，达到理想的降阻效果。实践表明，石墨烯接地系统是改善线路杆塔、变电站、配电站、箱变、架空变压器、低压接地，有线电视接地、石化接地、计算机接地等接地电阻的有效利器。

参考文献

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［2］GB50057－2010　建筑物防雷设计规范［S］.

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［4］GB50074－2014　石油库设计规范［S］.

［5］GB50156－2018　汽车加油加气站设计与施工标准［S］.

［6］GB50028－2006　城镇燃气设计规范［S］.

［7］GBT2887－2011　计算机场地通用规范［S］.

［8］GB50174－93　电子计算机机房设计规范［S］.

［9］GB50198－2011　民用闭路监视电视系统工程技术规范［S］.

［10］YD5068－98　移动通信基站防雷与接地设计规范［S］.

［11］YD2011－93　微波站防雷与接地设计规范［S］.

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