浅论电镀铜包钢和传统热镀锌钢应用于接地装置中的性能差异

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。

铜包钢接地体和镀锌角钢接地体的性能比较摘要：随着电力系统容量的越来越大，短路电流也越来越大；二次控制系统敏感性较高，所以对接地电阻要求越来越高，对接地系统散流要求高，对接地系统热稳定要求高.而铜材料导电能力强，散热好。

引言2.当前中国土地费用不断升高，尤其是GIS的应用使变电站占地面积减小到原来的20%到40%，，从水平接地电阻计算公式R1=ρ*π1/2/4*S ½可看出，水平接地电阻增加到1.4到2.3倍，以水平为主的接地系统满足不了要求.从垂直接地电阻公式R2=ρ（Ln（8L/D）-1）/2πL可看出，增加垂直接地极深度可有效解决这一问题.但角钢由于截面较大，很难打得很深，但铜包钢接地棒最大可深入35米以上。

1、背景介绍（1）随着经济不断发展，对供电可靠性要求越来越高，同时人工成本不断提高导致接地系统改造施工费用增加.由于钢的耐腐蚀性较差，使以钢为主接地系统总成本增加.以铜为主的接地系统寿命基本在40年以上，大大降低总成本，并提供了供电可靠性。

（2）中国加入WTO以后，经济发展迅速，外汇储备不断增加，进口铜越来越方便.同时铜包钢接地棒用铜量很少，使铜接地系统越来越被接受。

（3）目前在全球50%变电站采用铜包钢接地棒，60%变电站采用放热焊接方式作为接地系统连接，其中包括非洲苏丹，乍得，亚洲缅甸，柬埔寨，南美的海地等国家.IEC 和IEEE推荐所有接地系统连接采用放热焊接连接。

（4）美国国家标准局开挖研究全美128个接地系统中的333个不同类型接地极（包括镀锌钢，镀铜钢棒等），36500样本后，得出结论：镀锌钢可用于设计10年寿命的接地系统，铜镀钢棒可用于设计40年寿命的接地系统。

（5）钢材接地体在地下（土壤电阻率为30Ωm，PH值为7.2的情况）年平均腐蚀速度为0.061mm/年，钢与铜在土壤中的腐蚀速度指数为1.15-29.17倍（土壤电阻率为0.6-451Ω.m，PH值为2.6-5.9的情况），1.22-51.25倍（土壤电阻率为2.6-20.6Ω.m，PH值为6-7.4的情况），6.12-38.5倍（土壤电阻率为0.23-28.7Ω.m，PH值为7.5-9.4的情况）。

镀铜钢纯铜镀锌钢不锈钢接地系统性能比较镀铜钢、纯铜、镀锌钢、不锈钢接地系统性能比较表:比较项目纯铜镀锌钢不锈钢艾力高镀铜钢棒接地系统耐腐蚀性介于纯耐腐蚀性 100年以上的使用 8-10年的使用寿命 40年的使用寿命，铜和镀锌钢之间导电性能导电性能最好相当于铜的8% 导电性是铜的13% 导电性相当于铜的30% 热稳定性 220 70 77 135放热焊接永久的分电弧焊接方式，电气放热焊接连接方式子结合(接地网)性能不稳定,接触电电弧焊接方式电气性能稳定,没有接触或机械压接阻大。

电阻不稳定,接地电阻会不稳定,接地电阻会很稳定,接地电阻会保持接地效果很稳定持续上升持续上升在一个较稳定的水准使用年限 100年以上不到十年略长于镀锌钢 40年完全免维护1、材料用材较少1、材料用材较多 1、材料用材较多2、施工简单(占地面积较1、投资总费很高、工程费用 2、施工费高、速度2、施工费高、速度小，焊接点较少，不用2、施工繁琐，要打施工难易度慢(占地面积大，焊慢(占地面积大，焊打深井等)深井接点数多等) 接点数多等) 3、40年免维护，使用费用低一: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。

对比项目镀铜钢圆线热镀锌扁钢耐腐蚀性 100年的使用寿命，是热镀锌钢材的5到6倍 8-10年的使用寿命热稳定性热稳定系数176，是扁钢的2倍以上热稳定系数70 导电性相当于铜的30%，是扁钢的4倍相当于铜的8% 泄流能力对高频电流的泄流能力是钢材的4倍联接方式放热焊接:牢固，焊点为纯铜材质阻值低、导电普通电焊:柔性差、易断性好、耐腐蚀性好裂、焊点阻值高，导电性差、电焊破坏镀锌层耐腐机械压接:施工简单、不破坏镀层蚀性差强度及易施可弯曲任意形状、可成卷供应、利于施工，不起弯曲130度时，镀锌层容工性皮、不开裂、不易折断易脱落防盗性其材料非铜非钢，铜钢难以分离，难以销赃防盗性差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;,3铜腐蚀速率呈逐年减小的趋势，最大年均腐蚀速率为1(05×10 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。

镀铜接地网与钢及铜接地网的综合经济比较分析在电力系统中，接地网是保障系统正常运行和安全的重要组成部分。

接地网的作用主要是提供电气设备安全接地的保护。

而钢接地网、铜接地网和镀铜接地网是三种常见的接地网材料。

这篇文章将重点讨论这三种接地网材料的综合经济比较分析。

钢接地网钢接地网是电气设备的典型接地保护设施，其中钢管是其主要材料。

钢接地网具有较高的强度和刚性，也很容易安装和维护。

钢接地网的使用寿命长，耐久性好，而且成本相对较低。

钢接地网的主要缺点是保护效果相对较弱。

钢管可以锈蚀和腐蚀，这会影响其性能。

此外，钢接地网的地阻较大，存在感应电流和谐振问题，其电气性能非常稳定。

钢接地的经济性比较优，适合于大规模工程和高压系统的需求。

对于部分规模较小的设备，钢接地网成本较高。

铜接地网铜接地网是一种具有较好导电性能和高电气安全性能的接地网材料。

铜接地网的优点是对设备有增强保护效果，能够经受住高温和强腐蚀性环境的侵蚀。

铜接地网的主要缺点是使用寿命相对较短，而且成本相对较高。

另外，铜有较高的维护费用，其维护难度比钢接地网高，需要经常清洗和保养。

铜接地网的电气性能稳定，其使用寿命较短，但是相对于其他接地网材料，铜接地网的导电性能更好，能够提供更好的保护。

镀铜接地网镀铜接地网的主要组成部分是钢芯和铜涂层。

该接地网的优点是具有较好的耐腐蚀性，使用寿命长，不易生锈。

同时，镀铜接地网使用范围广，可以应用于各种电气设备保护。

镀铜接地网在成本上比铜接地网低，但比钢接地网高。

此外，由于外表面被镀铜，在外表颜色方面与其他接地网材料有明显的区别。

镀铜接地网的电气性能也稳定，相比于钢接地网，在阻抗上有更优秀的表现。

综合经济比较分析从综合经济性上考虑，我们可以将各种接地网的性能进行比较分析。

，钢接地网的成本最低，适合于规模较大的工程和高压系统的需求。

铜接地网具有优异的导电性能和保护效果，但其成本较高，适合需求较高的设备使用。

镀铜接地网的使用范围广，不易生锈，且维护难度较小，但是相对于其他接地网材料走高了一些成本。

防雷接地棒，又名接地极，接地网，是以提高接地导体内部导电性能，降低接地导体外部土壤电阻率为理论依据所设计生产的。

传统的接地材料是用的镀锌钢。

这种材料在实际使用过程中会有一些问题。

而镀铜钢棒作为一种新型接地材料，它相比传统的接地材料更好用，更方便，下面就是它所具备的优势。

1、耐腐蚀性接地体的耐腐蚀性直接决定变电站地网的使用年限。

接地体的腐蚀主要有面腐蚀和点腐蚀两种表现形式，面腐蚀是指均匀腐蚀，这种腐蚀的跟接地体的材质和土壤腐蚀性能相关，速度比较稳定；点腐蚀主要存在于接头等容易产生电化学腐蚀的部位，点腐蚀的速度是均匀腐蚀速度的4倍～60倍，是威胁接地网安全的主要腐蚀形式。

铜接地体在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10～1/50，铜材被腐蚀后的产物为碱式碳酸铜，会紧紧吸附于铜材表面，阻断腐蚀的进一步进行，还可以保护铜材不会产生点腐蚀。

镀层合理时，镀铜钢的耐腐蚀性和铜材相当。

铜或镀铜钢接接地可以稳定运行达50年之久。

2、、导电率接地材料的导电率直接影响变电站地网的工频电阻和冲击电阻。

按照国际退火铜标准（IACS）规定的导电率，标准铜的导电率为100%，标准钢仅为10.8%，铜的导电率约是钢的10倍。

镀铜钢材料根据镀层厚度不同，导电率约为20%～40%，远好于钢质接地材料。

在高频雷电流冲击时，由于导体的集肤效应更加明显，镀铜钢接地材料的高频导电特性比钢接地材料优势进一步扩大。

3、热稳定性接地材料的截面积主要取决于它的热稳定性。

表征材料热稳定性特征的材料的热稳定系数C。

铜材的热稳定系数为210，钢材为70，而镀铜钢棒约176。

相同短路条件下，钢接地体所需的截面积为铜材的3倍，是镀铜钢棒的2.5倍。

4、施工难易度变电站接地设计中，钢接接地一般采用镀锌扁钢作为水平地网材料，镀锌角钢作为垂直地网材料。

镀锌扁钢受镀槽长度限制，每根长度一般不超过6m，变电站的水平地网长度通常在100m～300m左右，整个地网敷设时就会产生大量的搭接接头。

镀铜钢接地棒与接地模块的性能比较在电力、通信系统中，接地作为一项对操作人员和设备的重要保护措施，越来越被人们所重视，而往往衡量一个接地系统的好坏主要取决于其接地电阻大小、使用寿命长短等性能。

针对于此，各种接地的相关产品也相应被研发出来：目前我们就国际上普遍采用的镀铜钢接地棒方法和国内出现过的接地模块方法，做一个比较。

下面就镀铜钢接地棒和接地模块这两种产品的各方面性能进行分析比较：一、结构1、镀铜钢接地棒是利用电镀的原理，在高强度钢芯上，先镀上一层镍，再在镍上镀上一层铜。

这样工艺保证了其铜层与钢芯之间有一个良好的分子结合，从而保证导电性能和其高强度。

2、接地模块（见右图）是一种非金属材料（主要是石墨）为主的接地体，其模块内置有金属极芯（主要是采用镀锌钢）用来与其它接地极连接；接地模块主要是采用烧制的方法将石墨与里面的钢芯紧密的结合起来，它们结合的紧密性完全取决于工艺；并且由于石墨能吸潮，这会导致里面的钢芯容易被腐蚀掉，而锈是不导电的，这样就使钢芯与石墨体绝缘，从而失去了导电的效果。

二、寿命1、镀铜钢接地棒表层的铜层大于0.254mm，这是符合国际上规定的，并通过了相关认证的。

通过了大量的实验，保证正常的使用寿命大于40年。

2、接地模块没有相关的标准可言。

石墨是一种非金属物质，但石墨比较脆容易断裂。

另外由于接地模块的内芯是钢，而钢是很容易被腐蚀掉的，所以接地模块的使用寿命一般不超过钢的寿命，为5-10年。

三、降阻原理1、镀铜钢棒做为垂直接地极，可以通过连接器加到需要的长度来降低接地电阻。

根据T621中关于垂直接地极的计算公式（这也是很多国际标准及国际公认的计算公式）：R =p2πlln8ld- 1其中：l 为垂直接地极的长度；d 为垂直接地极的直径。

从公式可以看出，接地电阻与长度有很大的关系，长度增加一倍接地电阻大约降低40%。

2、目前在国际上，没有一个公认的接地模块应用计算公式。

但国内各接地模块生产商有着各种计算公式，这些计算公式均申称是根据其实际经验，但大多缺乏足够的理论和实际应用依据。

变电上铜接地网与钢接地网的技术比较1.从技术角度比较分析铜接地网和钢接地网的特点铜、钢性能比较 :1.1导电性能铜和钢在20C时的电阻率分别是 17.24 X 10-6 （Q • mm和138X 10-6 （Q • mm,因此铜的导电率是钢的 8倍。

1.2热稳定性铜的熔点为1083C,短路时最高允许温度为 450C;而钢的熔点为1510C，短路时最高允许温度为 400C。

因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。

同等热稳定性能时，钢接地体所需的截面积为铜材的三倍。

1.3耐腐性接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，在多数情况下，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 ，是镀锌钢的耐腐蚀性的 3 倍以上，而且电气性能稳定。

铜的表面会产生附着性极强的氧化物（铜绿），能够对内部的铜起很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。

当铜与其它金属（钢结构、水管、气管、电缆护套等）共存地下时，铜作为阴极不会受腐蚀，腐蚀的是后者。

钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性。

钢接地体接头部位经过高温电弧焊接加工后会出现点腐蚀情况，一般最多只能保证 10 年。

而铜腐蚀不存在点蚀情况，寿命较长。

2．接地体截面选择比较一般的500kV及220kV变电所中的主接地网和接地引下线都采用50X 5 （截面250mm2的镀锌扁钢。

忽略腐蚀的影响对铜接地体进行热稳定校验时，铜接地引下线的最小截面应满足下式：S式中：S—接地引下线的最小截面，mm2I —流过接地引下线的短路电流稳定值， A （根据系统5〜10年发展规划，按系统最大运行方式确定）；t —短路电流的等效持续时间，s ；C—接地引下线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前接地引下线的初始温度确定。

计算用故障电流原则上应按变电所远景最大运行方式、站内发生接地故障时的故障电流，当系统情况不是十分明确时， 220kV 单相接地短路电流按 50kA 设计。

铜包钢接地与传统接地对比目录一、参照标准: (2)二、工程名称: (2)三、技术要求: (2)四、现场勘测: (2)五、方案设计: (2)六、计算公式： (3)七、施工步骤: (3)八、材料报价表: (5)九、镀铜钢棒接地极与传统接地系统的性能价格比： (6)一、参照标准:1.1 YD 5078-98 《通信工程电源系统防雷技术规定》中国通信行业标准1.2 YD5068-98 《移动通信基站防雷与接地设计规范》中国通信行业标准1.3 GB50169-1992 《接地装置施工验收规范》中国国家标准1.4 DL/T5161、6-2002 《接地装置施工质量检验》中国电力行业标准1.5 ANSI/IEEE Std 《交流变电站安全导则》美国国家标准二、工程名称:移动节点站或基站接地改造系统工程三、技术要求:根据YD 5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》中要求,接地电阻R≤5Ω。

四、现场勘测:现场勘测是做设计的不可缺少环节，它应包括地形地质的勘察，现场占地测量和土壤电阻率测量，其中土壤电阻率是最重要的环节。

4.1 测量意义:土壤电阻率是影响接地电阻最重要的参数，准确分析土壤、测量土壤电阻率是接地系统设计的最关键步骤，因为它直接关系到接地电阻满足要求、接地系统寿命以及接地系统的成本。

4.2 影响因素:土壤电阻率主要和土壤类型、疏密、温度及水份四个因素有关，前两个因素取决于现场地质结构，后两个因素随季节、气候变化。

因此测量结果要考虑温度和水份的影响，特别是水份的影响。

4.3 现场情况:所以我们暂定，土壤电阻率取ρ=100Ωm,(因没提供具体参数,只能按沙地平均土壤电阻率设计)五、方案设计:本方案使用镀铜钢接地棒微创手术式施工方法。

为保障城市的正常运行，各地均纷纷对城市道路等开挖有着很严格的限制，很难进行开挖施工，而要保障配电系统的正常运行，国家相关标准均对接地电阻有相应的要求。

这给传统接地施工带来很大的麻烦，因为传统角钢需要大量开挖地沟等。

接地材料适用性对比序号JAKA铜覆钢接地材料镀铜钢接地材料普通镀锌钢接地材料1 抗腐蚀性JAKA铜覆钢接地材料采用最新工艺，表层厚达0.254mm~0.8mm具备了优异的防腐性能及退火软态。

镀铜钢接地材料采用电镀工艺，表层厚达0.254mm铜层的防腐性，同时采用分子间相互渗透的电镀工艺，具备了优异的防腐性能。

由于热镀锌钢存在点蚀，而点蚀速度比年平均腐蚀值高几倍，因此，地网7～8年便腐蚀断。

虽然可以抽样开挖检查，但由于地网大，引下线数量多，很难保证及时检查到。

网内外多次接地装置事故也说明，镀锌钢接地装置不可靠。

2 使用年限使用年限＞50年。

使用年限＞30年。

使用年限＜8年。

变电所运行时间越长越容易发生事故，接地网腐烂后就无法散流，极易引起事故扩大。

3 可靠性能与建筑物同寿命，无需考虑接地网的可靠性。

能与生产设备同寿命，保障了接地网的可靠性。

远小于生产设备寿命，5年后无法提供可靠的接地网，重新做接地网费用昂贵施工难度大。

4 载流能力铜层厚度可远厚于传统铜包钢材料，载流能力可与纯铜媲美。

镀铜层：永久分子结合，低电阻性能，载流能力强镀锌涂层：载流能力差。

5 散流能力散流能力可达到纯铜散流能力同时降低造价并提高接地材料强度。

铜与土壤的接触电阻小，更容易散流。

锌与土壤的接触电阻相对大，相比散流性能差。

且大电流下更容易腐蚀，甚至断裂。

6 安装难易度不需要专业安装人员，儿童式安装步骤，极易安装。

较容易安装。

安装复杂。

由于按标准施工要求很高，施工企业往往不按照标准施工，又造成了接地网的可靠性差。

7 垂直接地极有专用镀铜钢接地棒。

如与离子接地棒配合接地效果接近完美。

有专用镀铜钢接地棒。

无专用接地棒，使用角铁做接地极，腐蚀更快。

8 焊接及连接退火软态效果好，可形成盘式生产与运输，减少放热焊接点，极便于施工。

专用的放热焊接材料，比较易于施工。

焊接使用电焊，工作量大，且焊点破坏镀锌层，腐蚀加快。

9 生产标准专业生产接地材料厂商生产，最新工艺不仅保障了产品的一致性，产品严格按照标准生产，且符合国际标准专业生产接地材料厂商生产，电镀工艺保障了产品的一致性，产品严格按照标准生产，产品有保障。