接地网材料选择误区：镀铜圆钢

　　摘要：近年来在电力系统接地材料的应用中，市场上出现使用小直径的镀铜圆钢作为地网的主接地体，厂家声称镀铜圆钢可以取代传统的镀锌扁钢，代替纯铜材料的接地体，而且最近了解到国内一些地铁项目使用镀铜圆钢作为贯通地线，笔者从事铁路行业电气设计工作多年，认为不妥，甚者认为对于镀铜圆钢这种材料，如果不清楚其特性而误用，可能会给地网或铁道产生安全隐患。本文就这几种材料从价格、技术性能上进行充分的比较，为设计者和使用方提供清晰的使用方案。

　　一、镀铜圆钢的特性

　　镀铜圆钢（镀铜圆线）分为多种规格，直径为Φ6、Φ8、Φ10、Φ12、Φ13.2、Φ14、Φ15.8、Φ16、Φ17.2，包装上可以是拉直一根，也也可以是一卷，通常是100m一卷。铜层厚度符合UL467（美国接地和连接设备）标准要求，即最小厚度要大于0.254mm，这主要是考虑到抗腐蚀的影响。平均来说，0.254mm的铜层厚度，使用寿命大约在30年，对于一般的接地工程足可以满足要求，如建筑物的防雷接地，工厂厂房接地。在一些特殊行业里，如城市轨道交通的接地，如综合地线，一般要求100年抗腐蚀，因此需要增加铜层厚度。在电力行业和石化接地亦是如此。

　　二、镀铜圆钢容易误用的几个方面

　　本文就镀铜圆钢容易误用的两个地方进行阐述，目的是希望设计人员清楚了解此类产品，从而正确的进行设计。笔者进行详细的了解发现，镀铜圆钢容易误用的两个地方主要是变电站地网和铁道综合贯通地线。笔者认为，在这两个应用场合，没必要或者最好不要使用镀铜圆钢作为主接地体和贯通地线，以下对此进行详细分析：

　　如果将镀铜圆钢用于变电站地网，特别要注意镀铜圆钢电气特性是否满足电气设计要求。变电站地网属于埋地式隐蔽工程，一旦有问题很难返工，所以在设计前期各设计指标必须考虑周全。通常，变电站地网通常要考虑的因素有：使用寿命、接地导体热稳定性、接地电阻、跨步电压接触电势等。

　　li)使用寿命

　　地网的使用寿命主要由导体的抗腐蚀性能和导体尺寸决定。镀铜圆钢的铜层厚度通常为0.254mm，美国UL467标准指出，镀铜圆钢的铜层厚度要达到0.254mm，其使用寿命通常为30年，相比镀性扁钢要好一点。但是否能用于变电站地网的主导体，需要进一步探讨。

　　lii)接地导体的热稳定性

　　IEEE80-2000标准指出，镀铜圆钢（棒）的导电率是20%，比镀铜钢绞线的导电率30%还低。假设某变电站接地短路电流为20KA，短路时间1s，则需要导体尺寸是多少？根据国家电力标准DL/T621，得知在不考虑腐蚀的情况下，导体的截面积计算如下：

　　，Ig:短路电流；te：短路时间；C：热稳定系数；

　　由于DLT621标准没有镀铜圆钢的热稳定系数规定，这里为了计算方便，大致取值约比钢材料高一点，100。

　　经计算，在未考虑抗腐蚀和其他机械效应要求情况下，要求镀铜圆钢的截面积尺寸Sg=200mm2。因此，如果要使用镀铜圆钢作为接地网主材，至少需要300mm2截面积，目前市场上没有这么粗的材料。

　　liii)镀铜圆钢成本高，性能与钢材相当

　　镀铜圆钢铜层采用电镀工艺镀上去，工艺本身也很难保证镀层的厚度和均匀性。理论上如果足够厚度的铜层能够完美的包裹在钢上，抗腐蚀性无疑要比镀锌钢要好几倍，因此在设计上可以考虑采用相对扁钢面积小的镀铜圆钢，但是实际往往是镀层厚度达不到要求，而且很不均匀。在100m长的镀铜圆钢，有些地方铜层过于薄弱，因此很容易发生腐蚀，如果此处的截面积不够大，加上两种金属铜和钢的存在，其抗腐蚀还不如扁钢。其次，包装运输和人为施工也会导致铜层破损，一旦破损，铜层脱落，抗腐蚀性能也大打折扣，还不如使用便宜的镀锌扁钢。

　　liv)目前中国采用综合贯通地线的方式，将铁路两边附近所有的接地通过一条贯通地线连接，从而将综合接地电阻降低到最小。通常，贯通地线的材料采用纯铜线35mm2、50mm2、75mm2的，在电气上完全满足短路电流的要求。一些厂家声称采用镀铜圆钢代替存铜线，笔者认为首先在防腐蚀方面就不能满足要求。在很理想的情况下，0.25mm厚度的铜层理论计算或许可以满足30年的腐蚀，但实际上人为的安装和运输，都会早成铜层脱落，脱落以后加速腐蚀的原因上面已经分析过。在电气性能上，也与纯铜有很大差别，短路电流分析之前也分析过，在此不重复论述。笔者也进行过价格了解，镀铜圆钢的价格竟然只比纯铜略低一点，这里必须提醒各位设计人员，性能比没法和纯铜材料比，但价格不菲，这样的材料应用要求很高的铁道接地和变电站接地场合，及为冒险，为隐蔽工程留下安全隐患。

　　三、镀铜圆钢在别的国家的应用

　　目前，发达国家的变电站接地系统中，基本没有使用镀铜圆钢作为水平主接地材料，和铁道的贯通地线，究其原因是镀铜圆钢导电率只有20%，虽然各生产厂家声称可以代替铜材料使用，但抗腐蚀性能往往达不到要求，性价比很低，因此不可取。西方发达国家在铁道和接地方面比中国先进多年，尤其是德国铁路世界领先，德国标准严格指出要使用纯铜材料作为贯通地线，就是从技术性能方面进行详细的考虑。西方国家的先进而有效的经验，笔者认为值得借鉴和学习。

　　参考资料：

　　（1）IEEE80-2000美国电力系统接地标准

　　（2）DLT621国家电力系统接地规范

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