使用鍍銅接地棒和鍍銅鋼絞線制作接地網(wǎng)及放熱焊接技術(shù)

          鄭州凱威防雷科技有限公司    劉珂  

    本文簡(jiǎn)單的介紹一下使用新型接地材料鍍銅接地棒和水平接地體（鍍銅鋼絞線）制作人工接地網(wǎng)的相關(guān)知識(shí)，不當(dāng)之處，請(qǐng)批評(píng)指正。

凱威防雷公司自成立以來(lái)，一直致力于新型防雷技術(shù)、新型防雷器材等的研發(fā)使用，通過(guò)近幾年的工程案例證實(shí)了高科技材料的實(shí)用型和科學(xué)性。

                （圖1）                          （圖2）

一、水平接地體（鍍銅鋼絞線）

制作人工接地網(wǎng)采用的水平接地體一般為鍍銅鋼絞線或鍍銅圓鋼，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鍍鋅扁鋼（鐵），用于連接各垂直接地體。常用規(guī)格為70平方-120平方，型號(hào)為30CCS70/30CCS120。變電站的接地可能選擇更大尺寸的鍍銅鋼絞線。

二、垂直接地體（鍍銅接地棒）

接地棒現(xiàn)在常規(guī)采用的鍍銅接地棒，直徑為14.2mm-17.2mm，這個(gè)尺寸是最容易打入土壤中的。土壤電阻率比較高的地方，為了最大限度的降低接地電阻，可以增加非金屬接地模塊PTD-3和降阻劑GEM25A與鍍銅接地棒配合使用。

三、放熱焊接（火泥熔接、鋁熱焊接）

制作地網(wǎng)所選用的材料為鍍銅材料，具有很好的導(dǎo)電性、抗腐蝕性，各接地體之間的連接采用分子式的連接-放熱焊接，保證焊接處的導(dǎo)電性能。

1放熱焊接簡(jiǎn)介

在接地系統(tǒng)在存在著大量的連接點(diǎn)，連接點(diǎn)的導(dǎo)電性能、熱穩(wěn)定性能和防腐蝕性能直接決定了整個(gè)接地網(wǎng)的性能、經(jīng)濟(jì)性和使用壽命。對(duì)于銅制或者鍍銅制而言，常用的連接方式有放熱焊接、壓接、螺栓連接和釬焊。相對(duì)于其他的連接方式，放熱焊接具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

ü 接頭導(dǎo)電率和接頭電阻與原導(dǎo)體保持一致

ü 接頭被銅完全包裹，具有和銅一致的防腐蝕能力

ü 施工簡(jiǎn)單、操作方便，不需要額外的電源和熱源

ü 焊接是一種永久性的分子結(jié)合，不會(huì)松脫

ü 可焊接多種金屬和不同金屬之間的焊接

基于以上的特點(diǎn)，世界眾多的接地標(biāo)準(zhǔn)如IEEE、IEC、UL、ASME、NEC等都推薦使用放熱焊接作為地網(wǎng)的主要連接方式。

放熱焊接工藝最早是由美國(guó)艾力高公司(ERICO)的查爾斯·卡特威爾博士1938年開(kāi)發(fā)的，該工藝最早用于鐵路信號(hào)線焊接。艾力高公司為表彰卡特威爾博士(Dr. Charles Cadwell)的貢獻(xiàn)，將該工藝的商標(biāo)命名為CADWELD。目前數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的CADWELD焊接在使用了五十多年后，性能依然良好。

放熱焊接利用活性較強(qiáng)的鋁把氧化銅還原，整個(gè)過(guò)程需時(shí)僅數(shù)秒，反應(yīng)所放出的熱量足以使被焊接的導(dǎo)線端部融化形成永久性的分子合成。銅基放熱反應(yīng)的一般公式是：

3Cu2O+2Al→Al2O3+3Cu+熱量(2537˚C)

2 銅的簡(jiǎn)介

純銅是一種堅(jiān)韌、柔軟、富有延展性的紫紅色而有光澤的金屬，1克的銅可以拉成3000米長(zhǎng)的細(xì)絲，或壓成10多平方米幾乎透明的銅箔。銅的顏色很像金，但發(fā)紅，銅離子的顏色為藍(lán)色。銅的最普遍用途在于制造電線，通�，F(xiàn)時(shí)所用的電線都是由純銅制成，這是因?yàn)樗�的�?dǎo)電性和導(dǎo)熱性都僅次于銀，但卻比銀便宜得多。

含銅的礦物比較多見(jiàn)，大多具有鮮艷而引人注目的顏色，例如：金黃色的黃銅礦CuFeS2，鮮綠色的孔雀石CuCO3Cu(OH)2，深藍(lán)色的石青2CuCO3Cu(OH)2，赤銅礦Cu2O，輝銅礦Cu2S等，把這些礦石在空氣中焙燒后形成氧化銅CuO，再用碳還原，就得到金屬銅。

銅在干燥空氣中相對(duì)穩(wěn)定，與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)的速度較慢，可在一段時(shí)間內(nèi)保持金屬光澤，但隨著時(shí)間的推移，表面的銅層不斷地氧化，銅的表面會(huì)形成黑色的氧化銅。反應(yīng)方程式如下：2Cu+O2→2CuO潮濕空氣中，表面會(huì)生成一層銅綠(堿式碳酸銅，分子式：Cu2(OH)2CO3)，保護(hù)內(nèi)層的銅不再被氧化。反應(yīng)方程式：

在銅的表面所形成的氧化銅或者銅綠都是致密的分子結(jié)構(gòu)，可以將銅材完全的包裹住，防止內(nèi)部的銅材與氧氣接觸，阻止氧化反應(yīng)的繼續(xù)發(fā)生。

4 銅材在高溫中的氧化

銅材在遇到高溫時(shí)，分子活性明顯增強(qiáng)，氧化反應(yīng)速度加快。在高溫時(shí)的氧化產(chǎn)物有Cu2O(紅色)，CuO(黑色)，Cu(OH)2(藍(lán)色)，反應(yīng)方程式如下：

4Cu+O2→2Cu2O(在高溫時(shí)才發(fā)生)

2Cu+O2→2CuO

2Cu+O2+2H2O→2Cu(OH)2(在高溫時(shí)才發(fā)生)

當(dāng)持續(xù)加熱時(shí)，Cu2O、Cu(OH)2、將繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

2Cu2O+O2→4CuO

Cu(OH)2→CuO+H2O (當(dāng)加熱時(shí))

所以銅在高溫的情況下的最終的產(chǎn)物與放至在空氣中氧化反應(yīng)的最終產(chǎn)物是一致的，都是氧化銅。

5 結(jié)論：

所以當(dāng)放熱焊接時(shí)，模具外的導(dǎo)線遇到高溫，與空氣中的水、氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成黑色的氧化銅，紅色的氧化亞銅、藍(lán)色的氫氧化銅。氧化亞銅和氫氧化銅在導(dǎo)線余溫的作用下持續(xù)發(fā)生反應(yīng)，三種產(chǎn)物都轉(zhuǎn)化成了黑色的氧化銅。與銅放置于常溫空氣中的氧化產(chǎn)物是一樣的。只是在高溫的作用下，加快了這一進(jìn)程。表面的氧化銅可以有效地防止氧化的繼續(xù)發(fā)生，具有很好的防腐蝕的作用，保護(hù)內(nèi)部的銅線不受氧氣的影響。所以，放熱焊接不會(huì)改變銅線原有的導(dǎo)電率和防腐蝕性能。