变电站铜接地网与钢接地网的技术经济比较分析
镀铜钢、纯铜、镀锌钢、不锈钢接地系统性能比较附件
镀铜钢、纯铜、镀锌钢、不锈钢接地系统性能比较表：一：耐腐蚀性：接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，多数情况下，这两种腐蚀同时存在。
铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10~1/50，而且电气性能和物理性能稳定。
铜的表面会产生附着性极强的氧化物（铜绿），对内部的铜有很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。
1.关于镀锌钢材与镀铜钢材的对比镀锌扁钢的导电性及热稳定性均不及铜材。
铜材的导电性是钢材的9倍，特别是大电流的集肤效应，铜远远优于钢材。
在热稳定性方面，铜材是钢材的3倍以上。
而艾力高的镀铜钢绞线热稳定性能是钢材的2.5倍以上。
因此，选用铜材或铜镀钢材做接地导体，无论是在电气性能还是施工方面均比钢材要优异得多。
尤其是发生短路故障时，铜材能以六倍于钢材的泻流速度释放电流，从而大大避免了故障的进一步发生。
2：腐蚀速率比较：国际上对材料的耐蚀性按年腐蚀速率分为三类：第一类为完全耐蚀，其腐蚀速率小于0.1mm/a(毫米每年)，优质不锈钢属于此类材料；第二类为尚耐蚀，其腐蚀速率为0.1－1.0mm/a，属于一般不锈钢；第三类为不耐蚀，其腐蚀速率大于1.0mm/a；铜腐蚀速率呈逐年减小的趋势，最大年均腐蚀速率为1．05×103 mm／年（闰风洁，李辛庚，电力接地网腐蚀与防护技术的进展[J]，山东电力技术，007年第l期(总第153期) P9-13）所以在增加钢接地体截面来防止因腐蚀而导致的截面减少，无法承载接地短路电流时，应采用钢材的点腐蚀速率，通过美国联邦标准局（NBS）在1910年至1950年做的金属材料腐蚀性研究报告NO.579可知，国际标准认定的钢材平均点腐蚀速率0.43mm/年（如图所示），在钢材表面镀锌保护钢材的作用有限，国内热镀锌工艺处理的镀锌层厚度为0.05~0.06mm，锌在地下也发生点蚀，其平均点蚀速率约为0.065mm/年，因此锌层一年后腐蚀殆尽。
另外从该报告中可知，铜材没有点腐蚀的存在。
浅谈变电站接地网的若干存在问题及对策
特别 是 沿 电缆 沟 没有 均 压措 施 。 由于地 网的均 压 不 好 ，在发 生 大 的 工频 短 路 电流 入 地 时 ，或冲 击 电流 入 地 时就 会 造成 地 网 的局部 电位 升 高 ，高压 向低 压 反击 打坏 微 机控 制设 备 或控 制 回 路 。如 因地 网的均 压 不好 ，高 压 向低 压 反击 造 成 电缆沟 内 电缆着 火 ，
大 量 应 用 ，这 些 弱 电元 件对 接 地 网 的要求 更 高 ，地 电位 的干扰 对 监 控和 自动 化装 置 的影 响不 得 不 引起
人们重 。
Ｓ 一接地 网的 总面积 。 （ ）中性 点直 接 接地 系统 发 生单 相接 地或 两 相 ２
接 地 时 ，变 电站 电气 设备 接 地装 置 的接触 电势和跨
【 关键 词 】 接 地 网 接 地短 路 电流 接 地 装置 改造
１ 概 述
变 电所 的接地 好 坏 直接 关 系到 设 备和 人 身 的安
例 如 ：当入地 短路 电流 Ｉ ２ ｋ 时 ，接地 网接 － ０Ａ
地 电阻 Ｒ应 不大 于 ０ １ ． Ｑ。
全 ， 因而 愈来 愈 受 到人 们 的重 视 ， 因为变 电所 的接 地 网不 但要 满 足 工频 短 路 电流 的要 求 ，还 要 满足 雷
断路 器 、避 雷 器 等 。 当发 生雷 击 时 打坏 设备 ，而避
有 部 分 设备 的接 地 线和 部 分 接地 网符合 要求 ，而又
有 一 部分 接 地线 和 接地 网不 符合 要求 ，这在 不 断扩 建 的变 电站所 存在 此类 问题 较 多。
４ ）对 接 地 问题 重 视程 度 不够 ，如一 些 设计 根 本就 没 进行 接 地 短路 电流 的热稳 定 校核 ，而 是套 图 纸 ，或 者本 着 减 少投 资 的前 提 出发 ，选 用 截面 较 小
变电站接地设计问题分析
变电站接地设计问题分析摘要:变电站是电网连接的重要枢纽，接地网对保障变电站安全起着重要作用，作为隐蔽工程，接地网具有一次性建设、维护困难等特点，在设计过程中，要从接地电阻与短路电流的关系、接地装置的比选、接地网防腐措施、接触电势与跨步电压验算及合适的埋设深度等方面全面认识和把握接地问题，才能有力地保证变电站的接地安全。
关键字：变电站；设计；问题分析一、正确分析短路电流《交流电气装置的接地》（DL/T621—1997）中对接地电阻值有具体的规定，一般情况下R≤2000/I(Ω)，《电力工程电气设计手册》中规定通常不大于0.5Ω。
在高土壤电阻率地区，当要求接地装置做到规定的接地电阻在技术经济上很不合理时，大接地短路电流系统接地电阻可以为R≤5Ω，但应采取相应措施。
根据规程规定，主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2000V进行控制，其次以接地电阻不大于0.5Ω和5Ω进行要求。
接地的实质是发生接地短路时，故障点地电位的升高，起作用的是电位而不是电阻。
接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数，但不是唯一的参数。
随着电力系统容量的不断增大，一般情况下单相短路电流值较大，从安全运行的角度出发，不管在什么情况下，都应该验算地网的接触电势和跨步电压，必要时应采取防止高电位外引的隔离措施。
当系统发生接地故障时，产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点。
其一，经架空地线—杆塔系统；其二，经设备接地引下线、地网流入本站内变压器中性点；其三，经地网入地后通过大地流回系统中性点。
所以，正确地考虑和计算各部分短路电流值，对合理地设计接地网有着很大的影响。
对于有效接地系统110kV以上变电站，线路架空地线都直接与变电站出线架构相连。
当发生接地短路时，很大一部分短路电流经架空地线系统分流，在计算时，应考虑该部分分流作用。
发生接地故障时，总的短路电流是一定的，增大架空地线的分流电流，入地短路电流就相应减小，因此，降低架空地线的阻抗也是接地设计时需要考虑的重要方面。
接地网中铜材料的腐蚀调查
霞 Ｖ Ｏ Ｌ ． ２ ９ Ｎ ｏ ． ０ １ Ｊ Ａ Ｎ ． ２ ０ １ ５
ｗｉ ｌ ｌ ｂ ｅ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｇ ｉｄ； ｒ ｃ ｏ ｒｏ ｓ ｉ ｏ ｎ
ｕ ｊ ｌ 曰
附着性极 强的氧化物（ 铜绿） ，对 内部的铜起 了很好的
目前 我 国传 统 的接 地 材 料 大 多 为 钢材 ，包 括 保 护作用 ，阻断 了腐蚀 的形 成 。通 常铜 腐蚀 不存在
２ ． Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｂｌ ｏ ｗｅ ｒ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ｏ ｆ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｓ ｉ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｉ ｎ Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ
图
ｓ ｃ ｈ
接地 网 中铜材料 的腐蚀调查
吴细毛’ 李春和’ 李胜川’ 崔文军’ 孙玉莹
（ １ ． 国网辽宁 电力科学研 究院， 辽宁 沈 阳 １ １ ０ ０ １ ６ ；２ ． 沈阳鼓风机集团股份 有限公司，辽宁 沈阳 １ １ ０ ０ ０ ０ ）
摘
要 ：通过 对辽 宁地 区铜接 地 网材 料 的腐蚀 调查 ，发现铜接 地材料 的土壤腐蚀 性较低 ，但
。
１ 概述
铜 的导电率是钢的８ 倍 ，当铜和钢截面相 同时 ，
输变电工程接地材料的选择
3.1
铜元素电极电位为+O.3402 ~ O.522V ，电
位偏正，是比较不活泼金属，耐腐性强，另
表面氧化的铜的 会产生附着力强的氧化物，
流时的土壤腐蚀，又有在电流作用下的电解 腐蚀 。埋 入土壤中的接地网，其表面的不同 部位因接触介质的理化性质不同而形成了
它对内部的铜起到极好的保护作用，阻断并 延缓了进 一步 腐蚀的形成 。 铜只有在酸性土
Fe-Zn 原电池时，辞镀层属于阳极性镀层，
(2)
铜覆钢 的 蚀特性
铜覆钢导电性 和 热稳定性较强，且兼具 铜耐腐蚀和钢 的 高强度的特点，铜覆钢接 地 材料腐蚀性理想状态由其表面覆铜决定 ， 腐
蚀与铜相似 。 值得注意的是 ， 一 旦铜覆钢发 生镀铜层破坏，作为接地主体的钢成为阳
辞牺牲溶解，保护了钢铁 。 因此钢铁上的镀 辞层不是单纯的机械保护作用，而是通过电 化学作用保护基体免遭腐蚀，即使辞层不完
还很少根据土壤腐蚀环珑的分析结果未决定才是地材料的选择。本文讨论了不同材料在土农中的局 蚀特性和适用条件，对输变工程接地导体材料的选择方法提出了建议。
关键字 :接地材 料 ;镀作纲接地体;全铜接地体;丰l司在钢接地材料;金属 腐蚀
作者简介 :王晓京 (1957斗，男，教授级高级工程师，长期从事大型变电站电气设计工作。
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4虽
(3)
电化学法通过测 量 埋地金属腐蚀
碱↑t 士壤
< 10 <8 <6
10- 20
8 ~ 15 6~ 1 0
>20 > 15 > 10
电流密度来判定土壤的腐蚀性 。 腐蚀电流密 度与土壤腐蚀性的关系见表 8 。
中↑生士填
电力配电网防雷接地设计中的问题分析
电力配电网防雷接地设计中的问题分析摘要：作为集中分配以及电能电压变换的主要场所，变电站同样也是维持电厂与电力系统正常运转的关键因素，不仅如此，变电站还包括电压转换与分配的主要任务，因此在工作开展过程中，若是变电站遭遇雷击现象，则不仅会给整个电厂带来经济损失，同时还可能引发一系列的安全问题，所以加强变电站配电系统的防雷工作是不可忽视的问题。
本文从变电站配电系统的接地与防雷内容进行分析，研究了变电站配电系统对接地设计的要求。
关键词：变电站；配电系统；防雷与接地现代的电力系统得到了快速的发展，在工程承建时，变电站配电系统通常由土建企业施工，那么就可能存在施工人员对防雷接地重视程度不足的问题，或是由于技术操作不规范而导致防雷接地施工的质量不合格，针对变电站配电系统的防雷与接地问题，技术人员应当寻求更有效的线路防雷保护措施，并对施工质量加以严格的要求，以保护变电站配电系统中的各项设备。
自然界中产生的雷电伴随着高电压，如果击中变电站配电系统，会瞬间释放大量的电荷，可能导致变电站配电系统瘫痪，或者损坏相关电气设备，将雷电以接地的方式进行引流，才使保护变电站配电系统的良策。
一、变电站配电系统的接地与防雷的相关内容1.接地电阻接地电阻的含义，主要是指当电流流经地面之后，流经点与某点间的物理层面的概念，也就是接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆定律电阻。
而在变电站配电系统中的防雷接地过程中检测电阻值时，假设雷电流在地下疏散40后电流值等于0，由于相关土壤结构的区别，导致其接地电阻值也产生不同。
2.接地种类大家常见的变电站配电系统中，其中的接地种类主要包括工作接地、雷电保护接地、过电压的保护接地以及防静电保护接地等。
其中工作接地主要是在电力系统的电气装置中，因为保护系统的正常运行而特地设置的接地现象；雷电保护接地是在雷电保护装置中设置向大地泄放雷电流的接地；而过电压保护接地，则可以消除雷击和过电压现象对周围产生的影响；防静电接地，可以很好的消除在生产过程中产生的静电，从而导致的接地现象。
ARC-W接地合金材料在渔光互补电站的应用
ARC-W接地合金材料在渔光互补电站的应用摘要：论述了渔光互补光伏发电主接地选材（镀锌钢、ARC-W合金、覆铜钢、纯铜）的腐蚀性能和导通性能等综合性能对比，通过项目应用实例，得出综合技术经济比较。
关键词：ARC-W接地合金渔光互补电站应用1概述渔光互补光伏电站部署位置主要有水塘、小型湖泊、水库等区域。
然而，对于水上光伏电站的安全保障—接地系统，由于面积巨大、布置分散、联系松散、周边土壤电阻率不均匀等特点，传统接地材料的大电阻率对大型水上光伏接地网电阻率的影响非常大。
此外，耐腐蚀性能差的镀锌钢在普通土壤中用作接地材料，运行数年后，会出现材料腐蚀现象，在水体和盐渍土区域尤为突出。
因此，在设计与安装中，除了考虑接地干线主体材料自身电阻率所带来的影响，还需要考量选材的耐腐蚀性能。
2金属接地材料的适应性（1）要严格考量金属接地材料长期在潮湿环境中的可靠性、耐腐蚀性和使用寿命。
（2）水上作业很难大量使用重型机械等进行高效率施工，需要潜水或在船上的作业很多。
船上作业要考虑平衡性和安全性，也不能损坏水池堤坝等设施。
3金属接地材料综合性能对比注：①导电性能以纯铜导电率为基数。
可见：ARC接地合金材料采用耐腐蚀性能优异的铝为基材，通过添加少量的铜元素，改善材料表面氧化层的接地导通特性；添加微量稀土元素，改善合金长期耐蚀性和接地电气稳定性；并通过进一步的表面精细预氧化等处理工艺大幅度提高ARC接地合金的耐蚀性能。
此外鉴于铝合金的电化学特性，对于电力系统中的相连钢构件具有优良的保护作用。
4接地选材经济分析传统电力工程项目接地采用接地材料为镀锌钢、ARC-W合金、覆铜钢、纯铜，对这四种材料进行价格分析见下表。
接地材料考量单位表面积散流效果，因此在此我们比较材料的体积价格。
常用的四种接地材料的体积价格排序是纯铜>覆铜钢>ARC-W合金>镀锌钢。
纯铜的体积价格是镀锌钢的10倍，是ARC-W合金的4倍，是铜包钢的2倍。
中文-CBSC-SCC分析与比较
镀铜钢材与铜材接地的施工比较（ ） 镀铜钢材与铜材接地的施工比较（2）
重锤施工
冲击锤施工
接地电阻
• 接地电阻的计算值：接地电阻主要是：土壤电阻率、导体 形状、安装方式的参数，与使用何种材料无直接关系。 • 接地电阻的测量值：接地电阻的测量值是导体本身的电阻、 接触电阻、散流电阻之和。而导体本身的电阻因为远小于 接触电阻和散流电阻，所以可以忽略不计。 • 所以：相同尺寸、相同安装方式的纯铜和铜镀钢的接地电 阻相同。
接地棒的直径对电阻有很小的影响 (AS 1768-1991)
电阻对接地棒的直径
100% 80%
电阻, % 电阻,
60% 40% 20% 0% 0.500
电阻 %
0.750
1.000
1.250
1.500
接地棒直径, 接地棒直径 INCHES
在通常土壤中,接地棒长度增加一倍减少 在通常土壤中 接地棒长度增加一倍减少40%电阻 接地棒长度增加一倍减少 电阻 (AS 1768-1991)
镀铜钢材料与纯铜材料的对比
热稳定性能（1）
• DL/T 621 -1997 中规定铜的热稳定系数为210，镀锌钢的 热稳定系数为70 • 在ASTM 277 等国际标准中，40%导电率的铜镀钢绞线的 热稳定系数为195 • 在ASTM 277 等国际标准中， 30%导电率的铜镀钢绞线 的热稳定系数为176
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变电站铜接地网与钢接地网的技术经济比较分析
文章以220kv变电站的接地网设计为例，对铜接地网以及钢接地网的经济性进行了比较分析，对其接地效果也进行了分析，从导电性能、热稳定性以及耐腐蚀性方面而言，铜材接地网在性能方面都优越于钢材接地网。
标签：变电站；铜接地；钢接地；技术性；经济性；比较
近年来，我国的电网建设取得了很大的发展，在线路容量方面也发生了很大的变化，线路出现短路的问题可以利用接地电阻来进行解决。
变电站在建设过程中，按照相关规程来进行计算，在接地电阻方面出现了阻值越来越小的情况。
变电站在发展过程中，对很多的新技术进行了利用，因此，在接地阻值变化的过程中，对变电站的运行安全也带来了很大的影响。
对接地网事故进行统计分析发现地网腐蚀是导致问题出现的重要影响因素。
为了防止这种事故再次发生对电网的运行稳定性进行影响，可以采取必要的措施进行预防。
通常情况下，铜质材料的接地地网在使用过程中要进行不定期的检查，在土壤以及地下水变化的情况下，对铜质材料的接地网会产生很大的影响，但是，使用这种材料在使用性能方面却比钢制材料更好，在投资初期，铜质材料的费用相对较高，在设计寿命周期方面却非常好，因此，在维护费用方面也非常少。
1 技术比较
1.1 性能比较
1.1.1 导电性能
铜和钢在20℃时的电阻率分别是17.24×10-6（Ω·mm）和138×10-6（Ω·mm），因此铜的导电率是钢的8倍。
铜接地体在导电性能方面更好，在进行布置时，安全指标也更加好。
1.1.2 热稳定性
铜的熔点为1083℃，短路时最高允许温度为450℃；而钢的熔点为1510℃，短路时最高允许温度为400℃。
在接地体截面积相同的情况下，铜材的热稳定性更加好，而且，在热稳定性相同的情况下，钢材的接地体截面积却是铜质材料的3倍。
1.1.3 耐腐性
接地体在使用过程中出现的腐蚀主要体现在化学腐蚀和电化学腐蚀两个方面，其中，在多数情况下，这两种腐蚀是同时存在。
铜质材料和钢质材料在使用过程中，铜质材料的腐蚀速度是钢质材料的十分之一到五十分之一，在这种情况下，铜质材料的电气稳定性更加的稳定。
钢材在使用过程中被腐蚀时是逐层进行，在使用钢材时可以在表面进行镀锌操作，这样在抗腐蚀能力方面能够得到提高，但是，对其导电性能却带来了降低的影响，因此，在使用过程中要解决的问题也非常多。
避免在接头位置出现高温电弧焊导致的点腐蚀情况，一般情况下，铜质材料使用年限会在十年，在铜腐蚀过程中不出现点腐蚀情况在使用寿命上会出现延长的情况。
铜接地网在进行使用的时候，要进行开挖检测工作，工作量非常大，因此，对于GIS变电站而言非常容易导致无法进行的情况。
1.1.4 铜接地体施工方便
在设计方面，主网采用铜绞线，这种材料在使用方面柔性非常好，同时，在弯度方面半径非常小，在弯曲方面效果非常好，穿管过程中非常容易。
铜绞线在进行使用时能够实现成卷使用。
在搭接位置能够进行放热焊接，在施工工艺方面非常简单，这样对铜接地网的连接质量能够进行保证。
1.2 截面选择
一般变电站中的主接地网采用60×8（截面480mm2）的镀锌扁钢，接地引下线采用80×8（截面640mm2）的镀锌扁钢。
一般变电站中的主接地网采用150mm2（裸铜纹线），接地引下线采用200mm2（铜排）。
铜接地体的截面显著小于钢接地体。
1.3 接地体连接方式
变电站中接地网金属导体在使用的时候会出现大量连接的情况，在进行连接时，主要保证其连接的可靠性和牢固性，才能保证接地网运行的可靠性。
钢接地网在进行连接时仍然在使用传统的电弧焊连接方式，在高温情况下，会对焊接位置的镀锌层带来一定的破坏，同时，也会导致点腐蚀问题的出现，对导体的接地寿命也会带来一定的影响。
电弧焊在连接方式上不是分子性连接，因此，在使用中，其导电性会受到很大的影响。
钢接地网在连接方式是进行了研究和设计，但是，在经过很多尝试以后，并没有找到更好的方式。
钢接地体在截面积方面比较大，因此，在连接方式上进行模具制造相对比较困难，同时，因为其本身防腐性能比较差，导致焊接的质量无法进行保证。
2 经济比较分析
2.1 220kv某变电站建设规模
主变压器：本期建设1×180MV A主变，远景2×180MV A主变；220kv出线：本期2回，远景6回；110kv出线：本期4回，远景10回；35kv出线：本期3回，远景8回。
无功配置：本期2×10Mvar并联电容器组，远景4×10Mvar。
2.2 配电装置形式
220kv及110kv配电装置均采用屋外支柱管母中型布置型式。
35kv配电装置采用屋内高压开关柜单列布置。
变电站占地面积20158m2。
2.3 接地材料统计
接地材料统计见表1和表2。
表1 采用钢接地设计的材料表
表2 采用铜接地设计的材料表
2.4 指标及评价
采用“年费用法”对两种接地方案进行经济评价，经济评价结果见表3。
表3 220kv变电站铜接地与钢接地经济评价
说明：导通试验每年一次，数年平均计算；接地网测试6年一次，每年摊销。
建设期贷款利息6.12%。
可见，无论是否计及放热焊接点费用，铜接地方案的年费用均较钢接地方案低。
不计及放热焊接点费用时，铜接地方案优越性更加显著。
3 结束语
采用铜接地网技术方面更加的合理，铜接地网在导电性能方面更好，同时，在热稳定性能方面更加稳定，在抗腐蚀能力方面更好，在施工方面比较方便，使用寿命更长，在检修方面工作量非常小，使用过程中不会对环境带来污染。
铜接地网在进行焊接时，采取放热焊接方式，在操作上非常简单，同时焊接质量能够进行保证，在腐蚀方面不会带来很大的影响。
铜接地网在经济性方面更好，在220kv变电站中，年费用方面铜接地方案更加具有优势。
铜接地网在最初建设过程中投入的费用相对较高，但是，其在使用寿命周期方面比较长，而且，使用费用方面出现了经济性更好的表现。
接地网在设计寿命方面出现增加的情况，在设计方面使用铜绞线，这种材料在制作工艺方面比较简单，同时，在采购过程中渠道比较广，因此，在施工中进行使用更加方便，能够保证项目建设取得更好的效果。