新型接地新材料的应用介绍_secret

1、新型的接地材料-纳米碳复合型防腐接地装置 摘要：本人首次在*石化乙烯装置使用纳米碳接地材料，结合其原理、特点、与传统接地材料的对比及实际使用、检测的效果，分析纳米碳在接地材料选择上的优越性。关键词：纳米碳、原理、特点、对比、质量控制一、前言：接地装置一般由接地线（镀锌扁钢、镀锌圆钢、铜包钢）、接地体（接地极、深井接地极）组成。近年来，我国因接地网腐蚀引发了多起重大电力运行事故。为解决接地网的腐蚀问题，随着接地技术的不断完善，一种新型的防雷接地材料-纳米碳复合型防腐接地装置应运而生。此种接地材料越来越广泛地应用在诸多接地及防雷系统中。本人在*石化炼化一体化80万吨/年乙烯装置首次使用此种接地材料

2、，从使用的效果来看，此材料远超于传统的接地材料（镀锌扁钢、镀锌圆钢、铜包钢等）。本人认为此种接地材料是今后接地材料选择的一种革新。二、纳米碳防腐接地扁钢的原理、特点：1、结构：以镀锌扁钢为主材，通过特殊工艺，将纳米碳涂料均匀覆盖在镀锌扁钢上，形成双导电的复合材料。2、纳米碳导电涂料原理：它是在镍粉和石墨粉防腐导电涂料在接地网腐蚀应用的基础上研制的新一代防腐导电涂料。以纳米碳作为导电添加剂，比石墨粉和镍粉防腐涂料有更强的导电性和防腐性，是一种简单、高效、价优的防雷接地产品。它利用纳米碳的高导电率和环氧树脂优异的结合力和防腐蚀率从而保证接地网稳定、高效的运行。3、特点：具有优良导电性、耐腐蚀性、耐

3、冲击性和热稳定行等。4、主要技术参数：固含量40%干燥时间表干2-3h;实干24h耐冲击强度144cm室温下电阻率 0.5.M附着力 1级耐盐碱性 在10%NaOH溶液中浸泡1000小时不起泡、不生锈；在10%NaCI溶液中浸泡1000小时不起泡、不生锈；在10%HC1溶液中浸泡1000小时不起泡、不生锈、无溶胀、不脱落电阻率10-3.CM涂层厚度 平均0.07mm大电流冲击(30KA/2S)涂层无灼伤、剥离现象外观 光滑，没有分层、脱落、龟裂、擦伤、皱纹、橘皮等现象。 纳米碳接地扁钢三、纳米碳接地模块原理、特点：1、原理：纳米碳接地模块是一种内防腐外降阻的复合接地体，内经防腐处理的金属支架为

4、电极芯，以高导电石墨粉和含电解质导电物的硅酸盐为主要原料，经高压压制成型，最后经陈化处理的无机接地体。2、特点：金属电极与高硅酸盐形成高致密层，可防止包括海水在内的一切腐蚀介质的侵蚀。纳米碳接地模块内置镀锌圆钢或角钢，将其与被保护的地线连接时，金属接地体与大地有效接触面积大大增加。由于接地模块具有吸湿、保湿和稳定的导电性，因此金属接地体与大地的接地电阻将大大减少，从而充分发挥接地模块的降阻作用。具有物理降阻剂同等降阻效果，施工较为简便。3、主要技术参数电阻率实验 0.1.M冲击电流耐受实验 R%10%工频电流耐受实验 R%10%酸碱度测量实验PH=8-12模块内金属接地体腐蚀实验 平均腐蚀率0

5、.3mm/年物理性参考实验：失水实验 0.1.M 冷热循环实验 0.1.M 水浸泡实验 0.1.M接地模块外观电极芯模块本体（石墨粉和硅酸盐）4、施工工艺：4.1、垂直接地体的埋设深度其顶部不应小于0.8m.4.2、接地体埋设位置距建筑不宜小于1.5m，遇到垃圾灰渣等埋设接地体时，应埋设细土，并分层夯实。 4.3、按设计要求，纳米碳扁钢间、纳米碳扁钢与接地模块间采用焊接方式连接，焊接处焊缝应饱满并有足够的机械强度，不得有杂渣、咬肉、裂纹、虚焊、气孔等缺陷，焊接处的药皮敲净并处理干净后，刷防腐专用涂料做防腐处理。 4.4、用土填满、捣实，使接地体与土壤紧密接触。4.5、连接完毕后，应及时请质检部

6、门进行隐蔽前检查（材质、安装位置、焊接质量、材料规格型号等），均应符合设计及施工验收规范要求，检验合格后方可进行回填，并在隐蔽记录上记录接地电阻摇测数值。 四、深井接地极的原理及特点：1、工作原理:深井接地极是一种最简单的长垂直接地极，是短垂直接地极在长度方面的一种延伸。它是利用焦炭体把接地极电流直接引入到地下深层导电层，避免接地电流在地表面扩散。2、特点：深井接地极主要利用下列因素提高接地电阻的降低效率： 2.1、增加接地极的长度； 2.2、利用电阻率较低的深层土壤，降低土壤的平均视在电阻率； 2.3、在接地极周围形成低电阻率材料填充区，相当于增大了接地极的等效直径。3、作法：深井接地极一般

7、安装在较深的井内（地表层10米以下），其含一井体，井口上方即是接地干线，该井体内部设置有接地极本体，该接地极本体由接地极管体和接地引线组成；该接地极管体的内部填充满防腐剂和降阻剂，它的直径小于井体的直径，高度远小于井体的高度；接地极管体设置于井体下方，并且其中一端与井底壁接触，另一端与接地引线一端相连；接地引线另一端则与井口上方的接地干线相连；在井体的空间里填充满了降阻剂。 深井接地极的安装示意图4、适用范围：深井接地极形成前后并不改变深井以外土壤的结构、电阻率和地下水分布。也就是说，深井接地极对土壤的类型、地下水含量没有特殊要求，当位置选定后它的接地电阻取决于接地极的规格和土壤的电阻率。显而

8、易见，当深井接地极用于上层土壤的电阻率很大、土层厚度小于接地极长度、下层土壤的电阻率很小的地区时，它的降低接地电阻的效果很明显。然而，深井接地极在上层土壤的厚度小于接地极长度、下层土壤的电阻率较上层高的地区使用时，它的降低接地电阻的效果较差。因此，从降低接地电阻的效果的角度来说，深井接地极适用于土壤均匀的地区，或上层土壤厚度小而且下层土壤电阻率很小的土壤结构分层的地区；它不适用于上层土壤厚度小于接地极长度、下层土壤电阻率高的地区。五、纳米碳接地装置与传统的接地装置对比：1、纳米碳防腐接地扁钢优缺点：1.1、纳米碳接地扁钢以镀锌扁钢为主材，具有钢的高强度和热稳定性，锌具有阴极保护功能，其机械强度

9、与镀锌扁钢相同。1.2、耐腐蚀性强：镀锌接地材料由于镀锌层的厚度问题，使用年限较短。纳米碳接地材料对于酸性环境而言，纳米碳接地扁钢以脂环胺为固化剂，利于涂层耐酸性的提高。对于碱性介质而言，由于树脂的固化是经过缩合、闭环等化学反应，使热固性树脂发生不可逆的变化过程，因此，纳米碳接地扁钢其耐碱性能更为优越。有效的防止了各种化学腐蚀，大大的延长接地网的使用寿命。纳米碳接地装置直接与土壤接触的部分是纳米碳涂层，因此有效的防止了对生态环境造成的重金属污染。1.3、纳米碳作为覆层材料，其导电性是钢的5倍以上，导电性能更优越。通过纳米碳的高导电率，保证接地装置高效的导电性能。纳米碳涂料的电阻率仅为土壤电阻率

10、的百万分之一。作为金属接地体与土壤的中间层，纳米碳导电防腐涂料电阻率接近一般金属，导电性能优良。1.4、优良的表面结合性能：纳米碳防腐涂料的分子结构中有环氧基、羟基和醚基，故有高度的极性，所以粘合力特别强，这是环氧树脂作为涂料的最优良性能。1.5、使用寿命长，经理化和老化试验，纳米碳涂料使用寿命在50年以上。传统的接地扁钢一般使用寿命为10-15年，特别是在高阻土壤地区、高酸碱盐地区或较潮湿的土壤中使用寿命会更短。1.6、适用范围广，广泛应用于各种工作接地和保护接地工程。如：配电系统：发电厂、变电站、输电线路等接地工程通信系统：各种通信基站、塔、程控交换机机房及有线电视网络等接地工程建筑系统：

11、各种宾馆、饭店、高层建筑等防雷接地工程医疗考研：各种精密医疗设备及科研仪器的工作接地军用设施：军用通信、雷达等设施的接地工程其它行业的工作接地及易燃易爆场所的接地工程等。1.7、施工简便，无须特殊的工机具及材料，只需合格的焊工即可。与镀锌扁钢、镀锌圆钢的施工工艺相同。但与铜包钢接地线的施工工艺不同，铜包钢施工需要与接地线相对应的模具、焊药等，并需专门培训才能上岗操作，并施工过程中具有一定的危险性（火焰灼伤、烫伤等）。1.8、检查实例：1）、使用纳米碳扁钢与传统镀锌扁钢在同样地质及同样长度的接地电阻测试，低于传统镀锌扁钢接地电阻值1/3以上（如乙烯塔、丙烯塔做的临时镀锌扁钢接地装置接地电阻实测值

12、为1.1；纳米碳接地装置接地电阻实测值为0.26）。2）、在乙烯装置第一批使用纳米碳接地装置的时间是2010年10月，近期将此批接地装置部分挖出进行检查，其外观无明显腐蚀迹象、涂层无脱落起泡现象、无扭曲变形现象，并与未安装的材料进行比对，其外观完全一致。2011年12月对乙烯各装置接地网进行报验，最大接地电阻值为0.4，远远低于设计要求值4的标准。1.9、*石化乙烯装置土质为轻亚粘土和沙卵石层，地表3米以下为水层，地面环境常年湿润、地下潮湿，此地质要求接地线的机械强度、耐防腐性能及导电性能更高。选用纳米碳防腐扁钢较为理想。1.10、缺点：成本投入较高，高于镀锌扁钢4倍以上，但低于铜包钢。由于铜

13、包钢（每根钢丝外裹铜层的钢丝绞线）接地线具有较强的钢丝的柔韧性及铜的良好的导电性等优点，适用于高阻土壤地区及土质有沉降的地区，如神华宁煤项目，使用铜包钢作为接地线，其土质为湿陷性黄土具有沉降性，所以选用具有柔性的线性接地线，但由于其生产工艺的原因，在使用一段时间后发现其防腐蚀性能太差并没有被监理、业主认可。铜包钢接地材料还由于价格高、施工工艺较复杂等因素，并没有广泛应用于接地、避雷系统中。2、纳米碳接地模块的优缺点：2.1、纳米碳接地模块采用化学稳定非金属导体材料作为模块的导电介质，其导电性不受季节影响。2.2、其具有吸潮、保潮、保持与土壤有效接触。接地电阻值低于传统的接地极（镀锌角钢、钢管）

14、。2.3、在高土壤电阻率地区，能有效降低接地网的接地电阻。2.4、耐大工频和冲击电流冲击，电阻稳定。2.5、耐腐蚀、无毒、使用寿命长、安装简单。2.6、与传统的接地极安装方法不同：传统的接地极（镀锌角钢、钢管、铜包钢棒等）在接地极坑挖到一定程度时，可以使用硬物敲击，纳米碳接地模块不能使用硬物敲击，如使用很可能破坏电极芯及四周的石墨粉和硅酸盐覆合物，破坏内部结构，影响导电效果。所以必须将接地极坑全部挖到需要的深度，将垂直模块放入，四周回填细土或降阻剂，保证接地效果。2.7、缺点：价格高、体积大、重量重、安装时不能用硬物敲击，储存应水平放置在不受外力的环境中，搬运及安装时轻拿轻放。六、质量检查及控

15、制：1、接地沟的开挖应平整，沟内无杂物，避免纳米碳扁钢的纳米碳涂层被破坏及受到不必要的机械应力。2、纳米碳防腐扁钢与传统使用的镀锌扁钢、圆钢安装方法及验收标准一致。依据国标电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB50169-2006之规定，扁钢与扁钢焊接长度为扁钢宽度的6倍；扁钢与圆钢间的焊接长度为圆钢直径的6倍；扁钢与接地模块焊接时，因模块的电极芯已引出，引出线与扁钢焊接，焊接长度为电极芯直径的6倍。所有焊接面（至少三面焊接）需去除焊渣后，焊接无夹渣、咬肉等缺陷。在焊接部位外侧100mm范围内涂抹纳米碳防腐涂料。3、纳米碳接地线敷设完毕上下各铺设100mm的细土，保证接地线与大地良好的接触，同时也保证良好的导电性能。回填土应无杂物，并分层夯实。4、接地模块安装时，要轻拿轻放垂直安装，模块坑应大于模块直径，深度与模块长度一致，四周铺设细土并夯实，回填土应无杂物碎石等。5、在深井接地极四周，配置降阻剂，降阻剂的配比按照生产厂家技术文件执行。降阻剂配置完毕回填土使用细土。深井接地极上方按照设计说明配置接地观测井，在今后的维护、检查中，可以随时对深井接地极进