環(huán)保型長效電解離子接地極及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種接地體防腐降阻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種環(huán)保型長效電解離子接地極及其施工方法。本發(fā)明電解離子接地極是由鋼鐵接地極、電解離子源和電解離子載體構(gòu)成的復(fù)合式接地極；其中電解離子源與鋼鐵接地極連接；引上線的一端與電解離子源連接，引上線的另一端引至地表之上；電解離子載體包裹在鋼鐵接地極和電解離子源的周圍。本發(fā)明可以解決多巖山地、礫石、碎石地況等高土壤電阻率地區(qū)的降阻問題，可以成功地解決鹽堿、低洼沼澤等低土壤電阻律的腐蝕問題、阻值穩(wěn)定性問題和檢修更換較頻繁的問題。
【專利說明】
環(huán)保型長效電解離子接地極及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種接地體防腐降阻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種環(huán)保型長效電解離子接 地極及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證輸電線路和變電所(站）的安全運(yùn)行，從接地方面來講，有兩個(gè)問題必須 同時(shí)解決好。一個(gè)是阻值問題，即：接地極、網(wǎng)的接地電阻，能否穩(wěn)定地符合GB50169-2006和 DL/T621-1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求;另一個(gè)是接地極、網(wǎng)的腐蝕問題，即：如何防止接地極、網(wǎng)因 土壤、地下水中的溶解氧及氯離子的協(xié)同作用引起的腐蝕、導(dǎo)致其截面積減小以致斷開、甚 至喪失接地而積累或形成的安全隱患。
[0003] 1、接地電阻的阻值問題：
[0004] DL/T621-1997標(biāo)準(zhǔn)(PP16-17)中給出了人工接地極工頻接地電阻的計(jì)算公式。由 這些計(jì)算公式可以看出：接地電阻的阻值主要地取決于土壤電阻率、接地極的長度和接地 網(wǎng)的面積;而與接地極、網(wǎng)所用的何種材料(金屬的或非金屬的)關(guān)系并不大。
[0005] 當(dāng)設(shè)計(jì)要求的阻值一定時(shí)，當(dāng)輸電線路桿塔的位置或變電所(站）的位置確定后， 土壤電阻率的范圍也就確定了。如果土壤電阻率很高，如：多巖山地或礫石、碎石回填層較 厚的情況，為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求的阻值，根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)中計(jì)算公式，這時(shí)，接地極的長度或接 地網(wǎng)的面積將不得不需要很長或很大。由此會(huì)增加施工量與施工難度;有時(shí)，受地形、地貌 的影響，實(shí)施起來很難、甚至無法展開。這樣一來，接地阻值從一開始就會(huì)或多或少的存在 一些問題。
[0006] 為了降阻，許多電力部門曾先后使用過各種化學(xué)降阻劑和以強(qiáng)堿弱酸為凝膠物的 物理降阻劑，一度收到較好的降阻效果。但它們帶來的腐蝕問題及失效較快的問題逐步引 起了人們的重視，現(xiàn)已形成共識。
[0007] 2、接地電阻的腐蝕問題：
[0008] 腐蝕問題是鋼鐵材料接地極、網(wǎng)的普遍問題，在鹽堿地、低洼沼澤地及降阻劑中尤 為嚴(yán)重。腐蝕的結(jié)果，不僅造成接地極截面積的減小，使其不能滿足熱穩(wěn)定條件。而且，形成 的腐蝕產(chǎn)物會(huì)增大接地極的過渡電阻。
[0009] 上述標(biāo)準(zhǔn)中都明確要求應(yīng)考慮腐蝕的影響，在工程實(shí)踐中通常采用留一定的腐蝕 裕量或熱鍍鋅。留一定的腐蝕裕量的作用十分有限，因?yàn)榻拥貥O、網(wǎng)的腐蝕絕大多數(shù)情況下 都屬于局部腐蝕，而非均勻腐蝕。局部的截面積明顯變小足以影響熱穩(wěn)定性，局部腐蝕的發(fā) 展最終可導(dǎo)致接地極的斷開。熱鍍鋅層一般較薄，很快會(huì)消耗光；因而，其作用也是很有限 的。鋅層消耗光之后，接地極同樣遭受局部腐蝕：只是有鋅層的接地極，其局部腐蝕的發(fā)生 要遲于裸鋼。延遲的時(shí)間，取決于鋅層的厚度和(浸)鍍層的質(zhì)量水平。
[0010] 為了解決腐蝕問題，近年來研制并應(yīng)用了一些新型接地極，其中有代表性的是銅 包鋼、鋅包鋼、高密度石墨。
[0011] 在一般情況下，銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鐵正，因而比鐵耐蝕，在鋼鐵接地極上包覆銅 可以解決其腐蝕問題。但是，土壤中總會(huì)存在氯離子，尤其在鹽堿、沼澤地區(qū)，氯離子含量往 往很高，在這種情況下，銅和氯離子可以形成穩(wěn)定的合離子cucr2,銅同樣會(huì)遭受腐蝕。另 外，如果銅包覆層破壞(損），將顯著加速原來包覆的鋼鐵接地極的腐蝕，使鋼鐵接地極遭到 嚴(yán)重的腐蝕破壞，銅比鋼鐵耐蝕是有條件的。
[0012] 鋅包鋼的鋅包覆層的作用與熱鍍鋅層是一樣的，只是包覆層比熱鍍(浸)層要明顯 的厚，延遲所包覆的鋼鐵接地極發(fā)生局部腐蝕的時(shí)間會(huì)更長些。
[0013] 高密度石墨是非金屬材料，故不存在鋼鐵材料的腐蝕問題;但是，非金屬材料通常 都要考慮老化問題，有待于使用時(shí)間的檢驗(yàn)。
[0014] 所有這些新材料的接地極，只是在防腐蝕方面比傳統(tǒng)的鋼鐵材料的接地極有一定 優(yōu)勢，但價(jià)格方面要比傳統(tǒng)材料貴。另一方面，在同樣的土壤電阻率環(huán)境中，使用相同長度、 相同（等效)直徑的新材料與傳統(tǒng)材料的接地極，如果水平接地極布設(shè)形狀、埋深均相同，二 者的接地電阻不會(huì)有明顯的差別；不可能因?yàn)殂~的導(dǎo)電性優(yōu)于鋼鐵，在上述條件下的銅包 鋼的接地電阻，就一定比相同條件下鋼鐵接地極的明顯低。在土壤電阻率一定時(shí)，要想達(dá)到 設(shè)計(jì)要求的阻值，必須要有相應(yīng)的接地極長度或根數(shù)或面積做保證，而與采用何種導(dǎo)體材 料關(guān)系并不大，于是就產(chǎn)生了值得權(quán)衡的綜合性能價(jià)格比問題。
[0015] -種新型的電解離子接地極《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》， GB50169-2006第3.2.10規(guī)定："在高土壤電阻率地區(qū)，接地電阻值很難達(dá)到要求時(shí)，可采用 以下措施降低接地電阻:"一共給出六項(xiàng)措施，其中的第五項(xiàng)措施為"采用新型接地裝置，如 電解離子接地極"。
[0016]目前，A類電氣裝置的接地技術(shù)歷史沿革與現(xiàn)狀：
[0017]接地裝置的技術(shù)性能關(guān)系到發(fā)電、變電、送電和配電電氣裝置的安全運(yùn)行，各國接 地裝置導(dǎo)體的材料普遍為鋼材(圓鋼、扁鋼、角鋼、鋼管等）。在接地技術(shù)的發(fā)展歷程中，曾經(jīng) 采用和推廣過降阻劑。1991年5月，全國電力系統(tǒng)高壓專業(yè)工作網(wǎng)秘書處起草并實(shí)施了《接 地降阻劑暫行技術(shù)條件》。1992年發(fā)布實(shí)施了國家標(biāo)準(zhǔn)GB50169-92《電氣裝置安裝工程接地 裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》，把降阻劑納入了該標(biāo)準(zhǔn)的第2.2.6條。隨著在實(shí)踐中人們對降阻劑 弊端認(rèn)識的深化，到了 1997年，對降阻劑己不十分熱衷，例如，在DL/T621-1997《交流電氣裝 置的接地》第6.1.3條，除了降阻劑，還提出了其他措施，比GB50169-92第2.2.6條有了較全 面的規(guī)定，即：
[0018] "在高土壤電阻率地區(qū)，可采用下列降低接地電阻的措施：
[0019] a)當(dāng)在發(fā)電廠、變電所2000m以內(nèi)有較低電阻率的土壤時(shí)，可敷設(shè)引外接地極；
[0020] b)當(dāng)?shù)叵螺^深處的土壤電阻率較低時(shí)，可采用井式或深鉆式接地極；
[0021] c)填充電阻率較低的物質(zhì)或降阻劑；
[0022] d)敷設(shè)水下接地網(wǎng)。"
[0023]可見，降阻劑只是許多降阻措施中的一種了。與此同時(shí)，在接地材料方面，相繼出 現(xiàn)了銅包鋼、高密度石墨(各種形狀的模塊）。銅包鋼、高密度石墨在耐腐蝕性能上優(yōu)于鋼鐵 材料，在造價(jià)上高于鋼鐵材料。但是，在同樣地質(zhì)、同樣接地面積條件下，三種材料的接地阻 抗值不會(huì)有明顯差別；如果因銅的導(dǎo)電性能優(yōu)于鋼鐵，而認(rèn)為或強(qiáng)調(diào)在上述條件下，銅包鋼 (或石墨模塊)就能顯著降阻，是沒有科學(xué)依據(jù)的。因?yàn)榻拥刈杩怪饕Q于土壤電阻率和 導(dǎo)體的接觸面積，與導(dǎo)體的導(dǎo)電性關(guān)系并不大。
[0024] 在接地極的形式上，人們研制開發(fā)了電解離子接地極。2006年，廢止了原《電氣裝 置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50169-92,發(fā)布、實(shí)施了新的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB50169-2006。在新國標(biāo)的第3.2.10條中，對于在高土壤電阻率地區(qū)，接地電阻很難達(dá)"到要求時(shí)，提 出了六條可采用的降低接地電阻的措施。其中前四條與上述的〇171621-1997的6.1.3條基 本相同；新增加的兩條分別為：
[0025] "5采用新型接地裝置，如電解離子接地極；
[0026] 6采用多層接地措施。"
[0027] 新國標(biāo)GB50169-2006中首次明確提出可采用新型接地裝置，如電解離子接地極的 措施降低接地電阻;但沒有明確推薦銅包鋼、高密度石墨(模塊)等新材料(或措施）。同時(shí)特 別強(qiáng)調(diào)了深孔(井)技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)(新國標(biāo)的3.1.12)，其中包括"應(yīng)掌握有關(guān)的 地質(zhì)結(jié)構(gòu)資料和地下土壤電阻率的分布，以使深孔(井）接地能在所處位置上收到較好效 果；同時(shí)要考慮深孔(井)接地極之間的屏蔽效應(yīng)，以發(fā)揮深孔(井)接地作用"。這是因?yàn)樯?孔(井)接地極只適用于雖然表層土壤電阻率較高，而地下較深處土壤電阻率很低（當(dāng)有金 屬礦或地下水時(shí)）的情況。
[0028] 如果較深處的土壤電阻率比表層土壤電阻率還高或相當(dāng)，那么根本不適合采用深 孔(井)接地極。一方面，同樣長度的接地極，深孔(井)式的還不如水平式的降阻效果好;另 一方面，同樣長度的接地極，深孔(井)式的費(fèi)用是水平式的幾十倍甚至上百倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0029] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種環(huán)保型長效電解離子接地 極及其施工方法，它可延長使用壽命，防腐降阻效果好，且經(jīng)久耐用。
[0030] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0031] 環(huán)保型長效電解離子接地極，電解離子接地極是由鋼鐵接地極、電解離子源和電 解離子載體構(gòu)成的復(fù)合式接地極;其中電解離子源與鋼鐵接地極連接；引上線的一端與電 解離子源連接，引上線的另一端引至地表之上；電解離子載體包裹在鋼鐵接地極和電解離 子源的周圍。
[0032] 所述電解離子源為n字形的把手形狀，電解離子源的兩端把手分別與鋼鐵接地極 連接。
[0033] 所述鋼鐵接地極為圓鋼、扁鋼、角鋼或鋼管均可。
[0034] 所述電解離子源為鎂合金或鋅合金構(gòu)成。
[0035]環(huán)保型長效電解離子接地極的施工方法，是將電解離子源表面處理-將電解離子 載體裝袋、稱重-將電解離子接地極的三部分組成運(yùn)抵安裝現(xiàn)場-按設(shè)計(jì)開挖埋設(shè)電解離 子接地極溝槽-將電解離子載體(干料)用清水調(diào)成稠糊狀-按設(shè)計(jì)用量的90%，將離子載 體放入溝槽-放入已焊好的電解離子源的鋼鐵接地極-再放入剩余的一半設(shè)計(jì)用量的電 解離子載體-輕輕回填細(xì)土-回填粗土、原土、夯實(shí)-測量鋼鐵接地極的陰極極化電位- 測量電解離子接地極的接地電阻-如接地電阻未達(dá)標(biāo)，延長電解離子接地極長度直至阻值 達(dá)標(biāo)；
[0036]具體包括水平、垂直以及水平垂直組合的施工方法，其中：水平接地極的施工方法 采用水平設(shè)置的水平式電解離子接地極;垂直接地極的施工方法采用垂直設(shè)置的垂直式電 解離子接地極;水平垂直組合的施工方法為水平設(shè)置的水平式電解離子接地極與垂直設(shè)置 的垂直式電解離子接地極的組合結(jié)構(gòu)；
[0037]所述水平接地極的施工方法，具體過程如下：
[0038] (1)按照DL/T621-1997的要求控梯形截面的溝槽，溝底寬0.2-0.3m，長為設(shè)計(jì)的鋼 鐵接地極的長度，溝底平整;該鋼鐵接地極為圓鋼、扁鋼、角鋼或鋼管構(gòu)成；
[0039] (2)在溝槽內(nèi)放入制配好的且用水調(diào)合過的電解離子載體一半的用量，然后放入 已焊好鎂合金或鋅合金等電解離子源的鋼鐵接地極，再放入另一半用量的電解離子載體， 并使用鋼鐵接地極和電解離子源處于電解離子載體的均勻包裹之中，鋼鐵接地極之間按標(biāo) 準(zhǔn)要求焊接；
[0040] (3)回填細(xì)土、表土、粗土、表層夯(踏)實(shí)；
[00411 (4)做好引上線的連接。
[0042]所述垂直接地極的施工方法，具體過程如下：
[0043] (1)在穩(wěn)定的合適位置用鉆機(jī)鉆孔，孔徑150-200mm，孔深達(dá)設(shè)計(jì)深度；
[0044] (2)將按一定間距焊實(shí)電解離子源的角鋼或鋼管放入孔內(nèi)的中間位置，形成垂直 式電解離子接地極B;
[0045] (3)栗入制配好的電解離子載體至井口；
[0046] (4)做好與水平式電解離子接地極A的焊接；
[0047] (5)做好引上線的連接；
[0048] (6)回填細(xì)土、表土、粗土、表層夯實(shí)。
[0049] 所述水平垂直組合的施工方法，具體過程如下:水平式電解離子接地極A和垂直式 電解離子接地極B組合在一起使用，垂直式電解離子接地極B設(shè)置于水平式電解離子接地極 A的底部，水平式電解離子接地極A與垂直式電解離子接地極B相互垂直，從而滿足電解離子 接地極的不規(guī)則敷設(shè)要求。
[0050] 所述電解離子載體1主要為180-200目的膨潤土和普通水。
[0051]所述電解離子載體是由鋁硅酸鹽、水銀母、粘土礦物、二氧化硅、氧化鈦為主要成 分的膨潤土粉為基料，加入活化劑配制而成，并將其包裹在鋼鐵接地極的周圍;所述電解離 子載體中按重量份數(shù)計(jì)，膨潤土占50-70 %，活化劑占10-20 %，其余為普通水;其中，活化劑 的具體成分和含量如下:Zn H2 (S〇4)2、Mg(OH) 2、Ca S〇4、Ca (0H)2，比例是 1:1:1:1。
[0052]本發(fā)明電解離子接地極的基本原理是：
[0053] (1)短路原電池原理。處于作為離子載體的電解質(zhì)中的短路的陽極金屬，自發(fā)地不 斷電（溶)解成相應(yīng)的金屬陽離子;在短路的陰極上，也是自發(fā)地，而且同時(shí)而等當(dāng)?shù)厣a(chǎn)陰 離子，該接地極實(shí)質(zhì)上就是電解離子自動(dòng)發(fā)生器。
[0054] (2)電荷平衡原理。在陽極金屬自發(fā)地不斷電（溶)解成相應(yīng)的金屬離子過程中，會(huì) 出現(xiàn)局部的陽離子過剩，離子接地極附近土壤中的陰離子(s〇42'cr、c〇3 2'oir等）自發(fā)地向 過剩的局部電迀移，以平衡電荷；當(dāng)陰極上局部陰離子過剩時(shí)，離子接地極附近土壤中的陽 離子(K+、Na+、Mg 2+、Ca2+、H+等）也自發(fā)地向過剩處電迀移，這樣的過程使電解離子不斷得到 自發(fā)的補(bǔ)充。
[0055] 本發(fā)明電解離子接地極的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：
[0056] 本發(fā)明可以解決多巖山地、礫石、碎石地況等高土壤電阻率地區(qū)的降阻問題，可以 成功地解決鹽堿、低洼沼澤等低土壤電阻律的腐蝕問題、阻值穩(wěn)定性問題和檢修更換較頻 繁的問題。具體包括：
[0057] (1)本發(fā)明是對DL/T621-1997行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)第6條《A類電氣裝置的接地裝置》相關(guān)規(guī)定 的技術(shù)創(chuàng)新，是在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的鋼鐵接地極的基礎(chǔ)上形成的電解離子接地極，符合熱穩(wěn)定 與均壓要求。有標(biāo)準(zhǔn)可依，無安全隱患。
[0058] (2)在這種電解離子接地極中，導(dǎo)電離子不是事先以液體或膠體或過飽和狀態(tài)加 入的，而是由電解離子源通過電極反應(yīng)自發(fā)地不斷生成，具有電解離子自動(dòng)補(bǔ)償功能，不存 在電解離子淋失，濃度下降的問題，電解離子源的用量視設(shè)計(jì)年限可靈活調(diào)整。
[0059] (3)本發(fā)明產(chǎn)生的電解離子全部為自然界地下水中常見的普通離子，無污染，環(huán)境 友好。
[0060] (4)本發(fā)明離子載體中離子富集，并不斷得到來自金屬陽極電（溶)解的自動(dòng)補(bǔ)充， 電阻率低，增大了鋼鐵接地極的等效半徑，使接地阻值顯著的低，而且阻值穩(wěn)定;又由于金 屬陽極電（溶）解的同時(shí)，自發(fā)地對鋼鐵接地極陰極極化，使其腐蝕速度可降至很低（約 0.00mm/年，百年腐蝕小于0.4毫米），故使用壽命長。
[0061] (5)本發(fā)明施工方便，水平敷設(shè)時(shí)的施工方法與傳統(tǒng)方式基本相同，凡是能用傳統(tǒng) 方式的場合均可采用本發(fā)明的電解離子接地極。
[0062] (6)本發(fā)明綜合工程造價(jià)/性能便宜，在滿足同樣接地阻值的前提下，電解離子接 地極的放射長度比傳統(tǒng)方式的明顯短、地網(wǎng)面積較小。
[0063] (7)本發(fā)明電解離子接地極可以同時(shí)解決接地裝置中的降阻問題、阻值穩(wěn)定性問 題和使用壽命(腐蝕）問題。
[0064]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0065] 圖1是本發(fā)明水平式電解離子接地極的施工結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066] 圖2是圖1的側(cè)視圖；
[0067] 圖3是本發(fā)明垂直式電解離子接地極的施工結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068] 圖4是本發(fā)明電解離子接地極生產(chǎn)工藝流程圖。
[0069] 圖中：電解離子載體1;電解離子源2;焊點(diǎn)3;鋼鐵接地極4;引上線5;電解離子接地 極6;水平式電解離子接地極A;垂直式電解離子接地極B。
【具體實(shí)施方式】
[0070] 實(shí)施例1:
[0071] 本發(fā)明是一種環(huán)保型長效電解離子接地極及其施工方法，如圖1-圖3所示，本發(fā)明 電解離子接地極6由鋼鐵接地極4、電解離子源2和電解離子載體1等構(gòu)成的復(fù)合式接地極。 其中電解離子源2即為電解離子電極，電解離子載體1包裹在鋼鐵接地極4和電解離子源2的 周圍，電解離子源2與鋼鐵接地極4通過焊點(diǎn)3連接，引上線5的一端與電解離子源2連接，弓丨 上線5的另一端引至地表之上。電解離子源2為n字形的把手形狀，電解離子源2的兩端把手 分別與鋼鐵接地極4焊接。
[0072] 電解離子接地極6可以采用水平與垂直兩種施工方法，水平接地極的施工方法采 用水平設(shè)置的水平式電解離子接地極;垂直接地極的施工方法采用垂直設(shè)置的垂直式電解 離子接地極。電解離子接地極6還可以為水平設(shè)置的水平式電解離子接地極與垂直設(shè)置的 垂直式電解離子接地極的組合結(jié)構(gòu)。
[0073]其中：
[0074] (1)鋼鐵接地極4為圓鋼、扁鋼、角鋼或鋼管均可，其規(guī)格符合GB50169-2006中表 3.2.6-1的要求即可，并無其他的特殊要求。鋼鐵接地極4主要起導(dǎo)泄雷電流或故障電流的 作用，并滿足熱穩(wěn)定性及均壓要求。在傳統(tǒng)的接地技術(shù)中，鋼鐵接地極4往往被單獨(dú)使用;而 在本發(fā)明電解離子接地極中，鋼鐵接地極4只是該接地極的組成部分之一。
[0075] (2)電解離子源2為鎂合金或鋅合金構(gòu)成，與鋼鐵接地極4處于電導(dǎo)通(短路)狀態(tài)， 電解離子源2利用與鋼鐵接地極4之間的電極電位差，自發(fā)地不斷電（溶)解成相應(yīng)的金屬陽 離子，為陰極上陰離子的自發(fā)生成和陰、陽離子的電迀移提供必要條件和充分條件。
[0076] 有濃度梯度存在就會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散，通常的電解離子接地極中的初始離子濃度遠(yuǎn)高于 其周圍土壤中的濃度。因此，都存在嚴(yán)重的離子擴(kuò)散問題，通常的電解離子接地極中的離子 濃度自發(fā)地向濃度減小的方向變化，除非人為地定期添加、補(bǔ)充。否則，最終將導(dǎo)致性能明 顯下降，甚至失效。盡管在本發(fā)明研制的電解離子接地極中，由于存在電解離子載體1中加 入了比表面積大的物質(zhì)，可以使離子擴(kuò)散的速率降低，但如果不采取特殊技術(shù)措施，同樣不 能從根本上改變離子的減少。于是，當(dāng)離子減少較多時(shí)，電解離子載體1的電阻率會(huì)變大，原 來的天然降阻效果會(huì)逐步變差。為了從根本上解決這一共性問題，本發(fā)明在電解離子載體1 中加入了電解離子源2。
[0077] 電解離子載體1中的電解離子源2通過電極反應(yīng)生成大量的陽離子，自動(dòng)地補(bǔ)償?shù)?載體中、而無需人為地添加、補(bǔ)充;這種自動(dòng)補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，使電解離子載體1中的陽離子大量 過剩，根據(jù)電荷平衡原理，載體外圍的大量陰離子，如〇『、cr、S〇4 2_、C〇f等，必然向載體內(nèi) 迀移，以保持電中性。這樣一來，本發(fā)明研制的電解離子接地極，它的組成部分之一的電解 離子載體1中的離子濃度，不會(huì)因離子擴(kuò)散而降低；由于具有離子自動(dòng)補(bǔ)償功能，只要電解 離子源2工作，離子濃度反而會(huì)自動(dòng)增加。于是，電解離子載體1所具有的天然降阻作用會(huì)愈 加顯著，阻值的穩(wěn)定性得到了可靠的技術(shù)保證。
[0078] 電解離子源2在向電解離子載體1自動(dòng)補(bǔ)充陽離子的過程中，同時(shí)而等當(dāng)?shù)叵蜾撹F 接地極4提供電子，使后者產(chǎn)生顯著的陰極極化。于是，當(dāng)土壤中、地下水中的溶解氧從鋼鐵 接地極4表面獲取電子、進(jìn)行還原反應(yīng)時(shí)，這些電子均由電解離子源2提供，而不再由鋼鐵接 地極4的陽極反應(yīng)提供，從而有效地防止了傳統(tǒng)接地體的腐蝕，消除了由腐蝕引起的安全隱 患，延長了接地體的使用壽命。
[0079] (3)電解離子載體1主要為180-200目的膨潤土和普通水，包括人為加水或地下潮 氣、天空降水等，以及少量的活化劑，包括無污染，遇水后主要電離為Zn2+、Mg2+、Ca 2+、S042'H +、0『等，形成的稀土類電解離子載體。膨潤土是多孔材料，比表面積大，吸水、保水性好，能 吸收和保持3倍體積的水，體積膨脹2-3倍，是電解離子源必不可少的工作介質(zhì)。所有自發(fā)電 解的離子和電迀移離子，均集中在載體之中，使得電解離子載體本身的電阻率較低（<〇. 5 Q ? m)，該載體同時(shí)具有增大鋼鐵接地極等效半徑，自然降阻效果顯著。
[0080]本發(fā)明中電解離子載體1是以鋁硅酸鹽、水銀母、粘土礦物、二氧化硅、氧化鈦等為 主要成分的膨潤土粉為基料，加入一定比例的活化劑配制而成，并按一定用量包裹在傳統(tǒng) 接地材料鋼鐵接地極4的周圍。按重量份數(shù)計(jì)，電解離子載體1中，膨潤土50-70 %，活化劑 10-20%，普通水適量;其中，活化劑的具體成分和含量如下:Zn H2(S〇4)2、Mg(OH)2、Ca S〇4、 〇&(01〇2,比例是1:1:1 :1。
[0081]本發(fā)明的電解離子載體1具有較強(qiáng)的吸水性和保水性，在潮濕的雷雨季節(jié)，可并保 持大量的水分，使導(dǎo)電物質(zhì)能夠呈離子狀態(tài)分布于載體中，因而具有很低的電阻率;多巖山 地和礫石、碎石地質(zhì)的土壤電阻率近似值為5000Q ? m，而電解離子載體1的電阻率，經(jīng)實(shí)測 為0.52Q ? m。這種包裹在鋼鐵接地極4周圍的電解離子載體1，顯著地增大了鋼鐵接地極4的 等效直徑或有效截面，具有天然的降低接地電阻的作用。同時(shí)，因吸水性、保水性較強(qiáng)，為保 持接地電阻穩(wěn)定提供了可靠的基礎(chǔ)。經(jīng)腐蝕試驗(yàn)，鋼鐵材料在離子載體中的腐蝕速率為 0.00mm/a。因此，腐蝕作用可以忽略不計(jì)。
[0082]本發(fā)明的電解離子體接地極可以解決多巖山地、礫石、碎石地況等高土壤電阻率 地區(qū)的降阻問題，可以成功地解決鹽堿、低洼沼澤等低土壤電阻律的腐蝕問題、阻值穩(wěn)定性 問題和檢修更換較頻繁的問題。
[0083] 電解離子源2的用量取決于設(shè)計(jì)上制定的接地極使用年限，電解離子源2和電解離 子載體1配套使用時(shí)，電解離子載體1包裹鋼鐵接地極4的截面積、每延長米用量及降阻系數(shù) 的基本關(guān)系如表1所不。
[0084] 如圖4所示，本發(fā)明環(huán)保型長效電解離子接地極的施工方法主要包括:電解離子源 表面處理-將電解離子載體裝袋、稱重-將電解離子接地極的三部分組成運(yùn)抵安裝現(xiàn)場- 按設(shè)計(jì)開挖埋設(shè)電解離子接地極溝槽-將電解離子載體(干料）用清水調(diào)成稠糊狀-按設(shè) 計(jì)用量的90%，將離子載體放入溝槽-放入已焊好的電解離子源的鋼鐵接地極-再放入剩 余的一半設(shè)計(jì)用量的電解離子載體-輕輕回填細(xì)土-回填粗土、原土、夯實(shí)-測量鋼鐵接 地極的陰極極化電位-測量電解離子接地極的接地電阻-如接地電阻未達(dá)標(biāo)，延長電解離 子接地極長度直至阻值達(dá)標(biāo)。根據(jù)需要與預(yù)期效果，本發(fā)明電解離子接地極采用水平與垂 直兩種施工方法，水平接地極的施工方法采用水平式電解離子接地極，如圖1-圖2所示，垂 直接地極的施工方法采用垂直式電解離子接地極，如圖3所示，具體過程如下：
[0085] 1、水平接地極（網(wǎng)）的施工方法：
[0086] (1)按照DL/T621-1997的要求控梯形截面的溝槽，溝底寬0.2-0.3m，長為設(shè)計(jì)的鋼 鐵接地極1的長度，溝底平整;該鋼鐵接地極1為圓鋼、扁鋼、角鋼或鋼管構(gòu)成；
[0087] (2)在溝槽內(nèi)放入制配好的且用水調(diào)合過的電解離子載體1 一半的用量，然后放入 已焊好鎂合金或鋅合金等電解離子源2的鋼鐵接地極4,再放入另一半用量的電解離子載體 1，并使用鋼鐵接地極4和電解離子源2處于電解離子載體1的均勻包裹之中，鋼鐵接地極4之 間按標(biāo)準(zhǔn)要求焊接；
[0088] (3)回填細(xì)土、表土、粗土、表層夯(踏)實(shí)；
[0089] (4)做好引上線5的連接。
[0090] 如圖3所示，水平式電解離子接地極A和垂直式電解離子接地極B可以組合在一起 使用，垂直式電解離子接地極B設(shè)置于水平式電解離子接地極A的底部，水平式電解離子接 地極A與垂直式電解離子接地極B相互垂直。從而，可以滿足電解離子接地極6的不規(guī)則敷設(shè) 要求。
[0091] 2、垂直(深井、孔)接地極的施工方法：
[0092] (1)在穩(wěn)定的合適位置用鉆機(jī)鉆孔，孔徑150-200mm，孔深達(dá)設(shè)計(jì)深度(通常為30- 60mm)；
[0093] (2)將按一定間距焊實(shí)電解離子源2的角鋼或鋼管放入孔內(nèi)的中間位置，形成垂直 式電解離子接地極B;
[0094] (3)栗入制配好的電解離子載體1至井口；
[0095] (4)做好與水平式電解離子接地極A的焊接；
[0096] (5)做好引上線5的連接；
[0097] (6)回填細(xì)土、表土、粗土、表層窮實(shí)。
[0098] 本發(fā)明電解離子接地極生產(chǎn)工藝中，鋼鐵接地極4、電解離子源2和電解離子載體1 等構(gòu)成復(fù)合式接地極的各自用量見表2。表2中：
[0099] R*:相同長度或面積條件下，電解離子接地極的接地電阻；
[0100] R傳:相同長度或面積條件下，傳統(tǒng)鋼鐵接地極的接地電阻。
[0101] 實(shí)施例2:
[0102] 本發(fā)明電解離子接地極從研發(fā)、現(xiàn)場試用、改進(jìn)完善到推廣應(yīng)用，按照DL/T475-2006測量導(dǎo)則的技術(shù)要求，通過當(dāng)時(shí)的測量和日后的跟蹤測量及普測和抽測，結(jié)果表明，總 體降阻效果顯著、阻值穩(wěn)定，未見腐蝕;在多巖山地和低山丘陵地區(qū)，效果更明顯。試驗(yàn)結(jié)果 見表3-表10。
[0103] 1、室溫下降阻劑電阻率測試試驗(yàn)，如表4所示。
[0104] 2、理化性能測試試驗(yàn)
[0105] a ?失水試驗(yàn):詳見表5。
[0106] b.冷熱循環(huán)試驗(yàn):詳見表6。
[0107] c ?水浸泡試驗(yàn):詳見表7。
[0108] 3、沖擊電流耐受試驗(yàn):詳見表8。
[0109] 4、工頻電流耐受試驗(yàn):詳見表9。
[0110] 5、電阻率溫度特性測試:詳見表10。
[0111] 從實(shí)施例和應(yīng)用例可以看出，本發(fā)明的適用范圍如下：
[0112] 本發(fā)明的電解離子接地極適用于發(fā)電廠、變電所、開關(guān)站、輸變電線路桿塔和風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組等接地網(wǎng)和接地極的新建和改造，也適用于計(jì)算機(jī)房、通訊設(shè)施、儲罐等接地裝置 的新建與改造。
[0113] 本發(fā)明的電解離子接地極中，鋼鐵接地極4的截面尺寸或(直徑)選擇及埋深，與現(xiàn) 行設(shè)計(jì)一致。只是增加了電解離子載體1和電解離子源2的用量和施工。但是，在同樣的接地 電阻條件下，新型電解離子接地極的長度可以比傳統(tǒng)接地極顯著的縮短，綜合性價(jià)比合適。
[0114] 本發(fā)明的電解離子接地極從研制、實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)完善、試用，通過當(dāng)時(shí)測量和跟蹤測 量，結(jié)果表明：降阻效果顯著，阻值穩(wěn)定，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
[0115] 實(shí)施例3:
[0116]本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)：電解離子載體1按重量份數(shù)計(jì)，膨潤土：活化劑= 50% : 20%，普通水30 %。
[0117] 實(shí)施例4:
[0118]本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)：電解離子載體1按重量份數(shù)計(jì)，膨潤土：活化劑= 60% : 15%，普通水35%。
[0119] 實(shí)施例5:
[0120] 本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)：電解離子載體1按重量份數(shù)計(jì)，膨潤土：活化劑= 70% : 10%，普通水20 %。
[0125] 表3:降阻劑試驗(yàn)結(jié)果。
[0127] 表4實(shí)驗(yàn)室溫度:32°C
[0129] 表5室溫:測辦時(shí)32°(：，測R2時(shí)29°C
[0131] 表6測量時(shí)室溫:測辦時(shí)30°(：，測R2時(shí)29°C
[0133] 表7測量時(shí)室溫:測辦時(shí)32°(：，測R2時(shí)30°C
[0135] 表8測量時(shí)室溫：測辦時(shí)30°(：，測R2時(shí)29°C
[0137] 表9室溫:測辦時(shí)31°(：，測R2時(shí)29°C
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 環(huán)保型長效電解離子接地極，其特征是：電解離子接地極(6)是由鋼鐵接地極(4)、電 解離子源(2)和電解離子載體（1)構(gòu)成的復(fù)合式接地極;其中電解離子源(2)與鋼鐵接地極 (4)連接；引上線(5)的一端與電解離子源(2)連接，引上線(5)的另一端引至地表之上；電解 離子載體(1)包裹在鋼鐵接地極(4)和電解離子源(2)的周圍。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型長效電解離子接地極，其特征是:所述電解離子源（2) 為η字形的把手形狀，電解離子源(2)的兩端把手分別與鋼鐵接地極(4)連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型長效電解離子接地極，其特征是:所述鋼鐵接地極(4) 為圓鋼、扁鋼、角鋼或鋼管均可。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型長效電解離子接地極，其特征是:所述電解離子源（2) 為鎂合金或鋅合金構(gòu)成。5. 環(huán)保型長效電解離子接地極的施工方法，其特征是:將電解離子源表面處理-將電 解離子載體裝袋、稱重-將電解離子接地極的三部分組成運(yùn)抵安裝現(xiàn)場-按設(shè)計(jì)開挖埋設(shè) 電解離子接地極溝槽-將電解離子載體(干料）用清水調(diào)成稠糊狀-按設(shè)計(jì)用量的90%，將 離子載體放入溝槽-放入已焊好的電解離子源的鋼鐵接地極-再放入剩余的一半設(shè)計(jì)用 量的電解離子載體-輕輕回填細(xì)土-回填粗土、原土、夯實(shí)-測量鋼鐵接地極的陰極極化 電位-測量電解離子接地極的接地電阻-如接地電阻未達(dá)標(biāo)，延長電解離子接地極長度直 至阻值達(dá)標(biāo)； 具體包括水平、垂直以及水平垂直組合的施工方法，其中：水平接地極的施工方法采用 水平設(shè)置的水平式電解離子接地極;垂直接地極的施工方法采用垂直設(shè)置的垂直式電解離 子接地極;水平垂直組合的施工方法為水平設(shè)置的水平式電解離子接地極與垂直設(shè)置的垂 直式電解離子接地極的組合結(jié)構(gòu)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)保型長效電解離子接地極的施工方法，其特征是:所述水平 接地極的施工方法，具體過程如下： (1) 按照DL/T621-1997的要求控梯形截面的溝槽，溝底寬0.2-0.3m，長為設(shè)計(jì)的鋼鐵接 地極的長度，溝底平整;該鋼鐵接地極為圓鋼、扁鋼、角鋼或鋼管構(gòu)成； (2) 在溝槽內(nèi)放入制配好的且用水調(diào)合過的電解離子載體一半的用量，然后放入已焊 好鎂合金或鋅合金等電解離子源的鋼鐵接地極，再放入另一半用量的電解離子載體，并使 用鋼鐵接地極和電解離子源處于電解離子載體的均勻包裹之中，鋼鐵接地極之間按標(biāo)準(zhǔn)要 求焊接； (3) 回填細(xì)土、表土、粗土、表層夯(踏)實(shí)； (4) 做好引上線的連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)保型長效電解離子接地極的施工方法，其特征是:所述垂直 接地極的施工方法，具體過程如下： (1) 在穩(wěn)定的合適位置用鉆機(jī)鉆孔，孔徑150-200mm，孔深達(dá)設(shè)計(jì)深度； (2) 將按一定間距焊實(shí)電解離子源的角鋼或鋼管放入孔內(nèi)的中間位置，形成垂直式電 解離子接地極B; (3) 栗入制配好的電解離子載體至井口； (4) 做好與水平式電解離子接地極A的焊接； (5) 做好引上線的連接； (6)回填細(xì)土、表土、粗土、表層窮實(shí)。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)保型長效電解離子接地極的施工方法，其特征是:所述水平 垂直組合的施工方法，具體過程如下：水平式電解離子接地極A和垂直式電解離子接地極B 組合在一起使用，垂直式電解離子接地極B設(shè)置于水平式電解離子接地極A的底部，水平式 電解離子接地極A與垂直式電解離子接地極B相互垂直，從而滿足電解離子接地極的不規(guī)則 敷設(shè)要求。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)保型長效電解離子接地極的施工方法，其特征是:所述電解 離子載體1主要為180-200目的膨潤土和普通水。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)保型長效電解離子接地極的施工方法，其特征是:所述電 解離子載體是由鋁硅酸鹽、水銀母、粘土礦物、二氧化硅、氧化鈦為主要成分的膨潤土粉為 基料，加入活化劑配制而成，并將其包裹在鋼鐵接地極的周圍； 所述電解離子載體中按重量份數(shù)計(jì)，膨潤土占50-70%，活化劑占10-20%，其余為普通 水;其中，活化劑的具體成分和含量如下:Zn H2 ( S〇4)2、Mg (OH)2Xa S〇4、Ca (OH) 2,比例 是1:1:1:1 〇
【文檔編號】H01R4/66GK105958225SQ201610458148
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】吳細(xì)毛, 張宏宇, 常守義, 馬春蘭, 李爽, 朱義東
【申請人】國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司