專利名稱：一種直流接地極用高硅鉻鐵電極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)接地與防腐領域，特別是一種直流接地極用高硅鉻鐵電極。
背景技術：
為了使高壓直流輸電系統(tǒng)直流接地極在設計年限內(nèi)正常而有效的運行，對接地極材料的選擇是必須注重的很關鍵的問題。通常的要求用作接地極饋電體的材料必須具有良好的電氣性能(如電導率)及理化性質(zhì)(如對機械損害和腐蝕的耐受能力)。據(jù)申請人所知，這方面的基本要求包括①導電性能好；②通流量大；③耐腐蝕，消耗量小，壽命長；④ 具有一定的機械強度、耐磨、耐沖擊震動；⑤材料易得、性價比高。電極材料可分為可溶性材料(如鐵，銅，鋁等金屬材料)，難溶性材料(如石墨，高硅鐵類合金)和不溶性材料(如鉬，鍍鉬鈦)三大類。其中不溶性金屬材料具有很高的耐蝕性，但由于價格昂貴已很少在直流輸電系統(tǒng)中采用。目前國內(nèi)外通常用作接地極饋電材料的有鐵、磁性氧化鐵、石墨棒、銅和其他合金等。鐵具有導電性強、機械加工方便和經(jīng)濟等優(yōu)點，但鐵作為陽極材料使用，除受電解腐蝕較嚴重外，土壤中氧氣是加速其腐蝕的主要原因；磁性氧化鐵電極抗腐蝕能力強，極化電位較小，可承受電流密度大，但受生產(chǎn)工藝的限制，造價高昂；銅具有優(yōu)良導電性，穩(wěn)定性高，但在強電流通過時較易電解，且造價高昂。因此，尋找一種兼具優(yōu)良電氣性能和抗腐蝕性能，同時價格相對低廉的材料成為當下業(yè)內(nèi)科技人員研究的重點。中國專利文獻200820067181. X公開的《防腐接地極》，其由金屬導體和包覆在該金屬導體外部的導電高分子材料防腐層組成，其中，導電高分子材料防腐層的截面形狀呈 “梅花形”。該防腐接地極由于導電高分子材料防腐層采用了“梅花形”的外形設計，在相同的截面的情況下，它比圓形具有更大的周長，因此，這種外形增大了土壤與接地極的接觸面積，有利于降低接地電阻；同時，增加了防腐層的強度，使得防腐層具有更好得機械性能； 另外，可將金屬導體與周圍的環(huán)境隔絕，使金屬導體基本不腐蝕，從而減少了地網(wǎng)中金屬的使用量和延長地網(wǎng)的使用壽命，也不需要外加陰極保護保護地網(wǎng)；還有，接入普通碳鋼地網(wǎng)時，對地網(wǎng)的電偶電流比銅接地極小1 2個數(shù)量級。該防腐接地極由金屬導體和包覆在該金屬導體外部的導電高分子材料防腐層組成，從結(jié)構(gòu)上講具有一定的防腐蝕效果，但是此接地極仍采用的是國內(nèi)常規(guī)的電纜頭在電極首端部焊接的連接方式，其結(jié)果必然會使電極表面電流分布不均勻，造成局部發(fā)熱和腐蝕嚴重。據(jù)申請人所知，高硅鉻鐵電極具有較高的耐腐蝕性，所用材料極化電位較小，可承受電流密度大，陽極消耗率低，耐蝕性和穩(wěn)定性好，具有較強的機械性能，使用壽命長。但是目前使用的傳統(tǒng)高硅鉻鐵電極還存在電流分布不均勻，散流不順暢，導致局部溫升過高和端部腐蝕等缺點，若能將傳統(tǒng)高硅鉻鐵電極的結(jié)構(gòu)型式進行優(yōu)化設計，使電極表面電流分布均勻，散流順暢，同時能盡可能緩解局部溫升過高和端部腐蝕的問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術存在的不足，進行改進，提出一種直流接地極用高硅鉻鐵電極。本發(fā)明的技術方案是，采用電纜、殼體，其特征在于，殼體采用高硅鉻鐵殼體；由電纜、高硅鉻鐵殼體、環(huán)氧樹脂管、內(nèi)鍍銅層、實心可膨脹塑料棒、PVC套頭組合在一起構(gòu)成電極體；其中，內(nèi)鍍銅層附著在高硅鉻鐵殼體內(nèi)壁上，環(huán)氧樹脂管、實心可膨脹塑料棒安裝在高硅鉻鐵殼體內(nèi)，PVC套頭安裝在高硅鉻鐵殼體上，PVC套頭內(nèi)填充有環(huán)氧樹脂，電纜的一端在PVC套頭外，電纜的另一端穿過用環(huán)氧樹脂填充的PVC套頭，均勻纏繞在環(huán)氧樹脂管的外壁上，環(huán)氧樹脂管內(nèi)填充實心可膨脹塑料棒，纏繞在環(huán)氧樹脂管外壁的電纜與內(nèi)鍍銅層緊密連接固定，形成導流通道。其特征在于，環(huán)氧樹脂管的外壁縱向平均剖分為多瓣。其特征在于，殼體的形狀為中空有底圓柱體。其特征在于，電極體的外徑50mm-100mm，壁厚5 20mm，內(nèi)鍍銅層為0. 01 0. 05mmo其特征在于，電極體的主要成分包括Si含量占14. 5% 15.25%，Mn含量占 0. 0. 5%，C含量占0. 1.4%，P含量占0.01% 0. 25%, S含量占0.01% 0.1%, Cr含量占4% 5%，!^e余量。前述的“環(huán)氧樹脂管的外壁縱向平均剖分為多瓣?！敝兴傅摹翱v向平均剖分”是相對環(huán)氧樹脂管的中軸線而言。本發(fā)明的優(yōu)點是，構(gòu)思新穎、結(jié)構(gòu)合理。克服了傳統(tǒng)的高硅鉻鐵電極存在的不足， 其性能優(yōu)。本發(fā)明具有良好的特性1)采用內(nèi)部多點均勻注流結(jié)構(gòu)設計，使電極表面電流分布更為均勻，散流更為順暢，同時也盡可能緩解了傳統(tǒng)電極局部溫升過高和端部腐蝕的問題。2、與碳鋼，磁性氧化鐵，石墨等電極相比，本發(fā)明的耐蝕性能好，極化電位較小，可承受電流密度大，陽極消耗率小，使用壽命長，可用于腐蝕較嚴重的地區(qū)?；门c鉛銀合金及鍍鉬鈦電極相比，本發(fā)明具有好的性價比，這是因為高硅鉻鐵的不僅價格便宜而且容易獲得。


圖1、本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、傳統(tǒng)電極表面電流分布示意圖；圖3、本發(fā)明的表面電流分布示意圖。
具體實施例方式下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進一步詳細的說明。如圖1所示，本發(fā)明采用電纜1、殼體4，殼體4采用高硅鉻鐵殼體。電纜1、高硅鉻鐵殼體、環(huán)氧樹脂管3、內(nèi)鍍銅層2、實心可膨脹塑料棒6、PVC套頭5組合在一起構(gòu)成電極體；其中，內(nèi)鍍銅層2通過電鍍的方式附著在高硅鉻鐵殼體內(nèi)壁上，環(huán)氧樹脂管3、實心可膨脹塑料棒6安裝在高硅鉻鐵殼體內(nèi)，PVC套頭5安裝在高硅鉻鐵殼體上，PVC套頭5內(nèi)填充有環(huán)氧樹脂，電纜1的一端在PVC套頭5外，電纜1的另一端穿過用環(huán)氧樹脂填充的PVC套頭5，均勻纏繞在環(huán)氧樹脂管3的外壁上，環(huán)氧樹脂管3內(nèi)填充實心可膨脹塑料棒6，使纏繞在環(huán)氧樹脂管3外壁的電纜1與內(nèi)鍍銅層2緊密連接固定，形成導流通道。環(huán)氧樹脂管3的外壁縱向平均剖分為多瓣。殼體4的形狀為中空有底圓柱體。電極體的外徑50mm-100mm， 壁厚5 20mm，內(nèi)鍍銅層為0. 01 0. 05mm。電極體的主要成分包括Si含量占14. 5% 15.25%，Mn含量占0. 0. 5%， C含量占0. 1.4%，P含量占0.01% 0. 25%, S含量占0.01% 0. 1%, Cr含量占
4% 5%，!^e余量?；蛘?，電極體的主要成分采用包括Si含量占14. 5% 15. 25%，Mn含量彡0.5%, C含量< 1. 4%，P含量< 0. 25%，S含量< 0. 1%，Cr含量占4 5%，F(xiàn)e余量。從材料上說，高硅鑄鐵的鑄造性差、強度低、沖擊韌性低、脆性大、熱導率小等缺點限制了實際應用。若加入Cr合金元素，則可以改善高硅鑄鐵的力學、物理性能以及耐蝕性。 據(jù)研究結(jié)果表明，硅的含量越高，材料抗腐蝕能力越強，同時隨著硅含量的增加，其脆性也增加。如果硅含量低于14. 5%，則其耐腐蝕能力急劇下降，如果含硅高于14. 5%，則抗腐蝕能力提高不多，但是如果硅含量高于18 %，合金及其脆，且不能使用，因此往往把硅含量控制在15 %左右。增加高硅鉻鐵中的含碳量，可以提高合金的機械和加工性能，僅提高合金的含碳量，會出現(xiàn)石墨的漂浮現(xiàn)象，從而形成“石墨巢”，從而使合金的抗腐蝕能力降低，因此往往把碳含量控制在1. 4%以下。具體來說，為增加導電性能，采用內(nèi)部多點均勻注流結(jié)構(gòu)設計，使電極表面電流密度分布更為均勻，高硅鉻鐵外殼體整個內(nèi)表面鍍一層銅，縱向平均剖分為多瓣的環(huán)氧樹脂管3內(nèi)腔采用實心可膨脹塑料棒6填充，使電纜1與內(nèi)鍍銅層2緊密連接。PVC套頭5內(nèi)采用環(huán)氧樹脂填充，則是為了保證其端部的絕緣。值得說明的是，內(nèi)鍍銅層2主要是為了減小電纜1與殼體4之間的接觸電阻；環(huán)氧樹脂管3縱向平均剖分為多瓣，使其結(jié)構(gòu)變的松散，當打入其內(nèi)部的實心可膨脹塑料棒6膨脹以后，松散的環(huán)氧樹脂管3——PVC管就會隨之膨脹，從而使纏繞在其外部的電纜1與內(nèi)鍍銅層2的接觸更加緊密；電纜1均勻纏繞在環(huán)氧樹脂管3外部，使本發(fā)明達到多點均勻注流結(jié)構(gòu)設計的目的。圖2是傳統(tǒng)電極表面電流分布示意圖，從結(jié)構(gòu)上說，目前中國國內(nèi)接地電極使用的分段式電極，均采用將電纜頭在電極首端部焊接并用環(huán)氧樹脂包封。電流流過時將主要集中在電極的首端散流，電極表面電位分布不均勻，如圖2所示，傳統(tǒng)電極表面電流分布狀態(tài)易造成局部發(fā)熱和腐蝕嚴重，對整個接地極電位分布均勻性和運行穩(wěn)定性造成影響。本發(fā)明具體應用方式如下1)根據(jù)現(xiàn)場所測接地電阻計算電極的用量，形狀，尺寸，并進行開挖；2)電極電纜處接線先用環(huán)氧樹脂澆封，后用PVC套頭套封；3)電極可以進行垂直埋置或水平埋置，埋置深度不宜小于1.2米。盡可能埋設于地下水位和凍土以下或裝設注水設置，陸地接地極應放置在土壤電阻率低的空地上，離其它金屬結(jié)構(gòu)盡量遠；4)設計使用壽命在規(guī)定的運行方式下至少不少于30年；5)在電極周圍應敷設炭床，用焦炭包裹覆蓋，可有效減緩接地極材料的腐蝕率，提高電極導電性能，然后用土壤回填，夯實。本發(fā)明優(yōu)化了傳統(tǒng)電極結(jié)構(gòu)型式，采用內(nèi)部多點均勻注流結(jié)構(gòu)設計，饋電電纜伸入電極內(nèi)部均勻纏繞在縱向平均剖分為多瓣的環(huán)氧樹脂管3外壁與內(nèi)壁的內(nèi)鍍銅層2連接，電流通過電纜1和內(nèi)鍍銅層2均勻向周圍散流，使電極表面電流分布更為均勻，如圖3 所示，散流更為順暢，同時也盡可能地緩解了局部溫升過高和端部腐蝕的現(xiàn)象。本發(fā)明通過對傳統(tǒng)電極在材料和結(jié)構(gòu)型式上的優(yōu)化更新，具有更優(yōu)良的電氣性能和耐腐蝕性能。本發(fā)明主要用作高壓直流輸電系統(tǒng)接地極饋電材料，當系統(tǒng)以大地回路工況運行時，直流工作電流可通過導線回路注入由若干該電極組成的接地極，并散流入周圍土壤中，保證輸電系統(tǒng)正常工作，同時亦可用于大型金屬物陰極保護系統(tǒng)中的輔助陽極。以上所說的PVC套頭5均指聚氯乙烯套頭。
權(quán)利要求
1.一種直流接地極用高硅鉻鐵電極，采用電纜、殼體，其特征在于，殼體(4)采用高硅鉻鐵殼體；由電纜(1)、高硅鉻鐵殼體、環(huán)氧樹脂管(3)、內(nèi)鍍銅層O)、實心可膨脹塑料棒 (6)、PVC套頭( 組合在一起構(gòu)成電極體；其中，內(nèi)鍍銅層(3)附著在高硅鉻鐵殼體內(nèi)壁上，環(huán)氧樹脂管(3)、實心可膨脹塑料棒(6)安裝在高硅鉻鐵殼體內(nèi)，PVC套頭(5)安裝在高硅鉻鐵殼體上，PVC套頭(5)內(nèi)填充有環(huán)氧樹脂，電纜⑴的一端在PVC套頭(5)外，電纜 (1)的另一端穿過用環(huán)氧樹脂填充的PVC套頭(5)，均勻纏繞在環(huán)氧樹脂管(3)的外壁上， 環(huán)氧樹脂管(3)內(nèi)填充實心可膨脹塑料棒(6)，纏繞在環(huán)氧樹脂管C3)外壁的電纜(1)與內(nèi)鍍銅層( 緊密連接固定，形成導流通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流接地極用高硅鉻鐵電極，其特征在于，環(huán)氧樹脂管 (3)的外壁縱向平均剖分為多瓣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流接地極用高硅鉻鐵電極，其特征在于，殼體(4)的形狀為中空有底圓柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流接地極用高硅鉻鐵電極，其特征在于，電極體的外徑50mm-100mm，壁厚5 20mm，內(nèi)鍍銅層O)為0. 01 0. 05mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流接地極用高硅鉻鐵電極，其特征在于，電極體的主要成分包括Si含量占14. 5% 15. 25%, Mn含量占0. 0. 5%, C含量占0. 1. 4%，P含量占0. 01% 0. 25%，S含量占0. 01% 0. l%，Cr含量占4% 5%，F(xiàn)e余量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流接地極用高硅鉻鐵電極，其采用電纜、殼體，殼體采用高硅鉻鐵殼體；電纜、高硅鉻鐵殼體、環(huán)氧樹脂管、內(nèi)鍍銅層、實心可膨脹塑料棒、PVC套頭組合在一起構(gòu)成電極體；環(huán)氧樹脂管、內(nèi)鍍銅層、實心可膨脹塑料棒安裝在高硅鉻鐵殼體內(nèi)，PVC套頭安裝在高硅鉻鐵殼體上，PVC套頭內(nèi)填充有環(huán)氧樹脂，電纜的一端在PVC套頭外，電纜的另一端穿過用環(huán)氧樹脂填充的PVC套頭，均勻纏繞在表面被縱向平均剖分為多瓣的環(huán)氧樹脂管外壁，環(huán)氧樹脂管內(nèi)腔中心填充實心可膨脹塑料棒，使纏繞在環(huán)氧樹脂管外壁的電纜與內(nèi)鍍銅層緊密連接固定，形成導流通道。其優(yōu)點是，與傳統(tǒng)電極相比，在材料和結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化，具有優(yōu)良的電氣性能和耐腐蝕性能。
文檔編號H01R4/66GK102394389SQ201110162688
公開日2012年3月28日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者余莉娜, 唐程, 杜雪松, 董曉輝, 譚進 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司