稀土防雷降阻剂的研制与应用实例

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稀土防雷降阻剂的研制与应用实例 [摘 要]： 论述降阻材料的发展过程，介绍稀土防雷降阻剂的降阻机理及广泛应用并分类提供了多个具体应用实例。使用稀土防雷降阻剂为防雷接地提供了降低接地电阻的通用解决方案。要重视防雷技术，更要重视接地技术，没有先进的接地技术，就没有先进的防雷技术。 [关键词]： 防雷接地稀土 防雷降阻剂 一、稀土防雷降阻剂简介 （一）降阻剂的发展变化： 　　二十世纪50～60年代由于电器产品的迅速发展及其在工业化中的普及运用，给工业注入了巨大的活力。但电器常遭雷电损坏，人们就用木炭加食盐来降低接地电阻值。这种方法虽有效但不持久，腐蚀性很大，也易失效。为此70年代左右国际上研制了化学降阻剂，这种方法也见效但时效性不长，会老化而降低了降阻效率，有一定腐蚀性和毒性。 　　80年代中期，国内研制了两三种物理型降阻剂，它性能稳定，时效性长，有一定的缓腐蚀性能，是一种较理想、较先进的降阻剂，在国际上处于领先的水平。稀土防雷降阻剂便是在这一时期诞生的降阻剂。 　　90年代至今由于电子信息时代的来临，对防雷接地技术提出了更高的要求，不但防直击雷，更重要的是防感应雷和雷电波的侵入等等，因此应运而生了各种避雷器具。但避雷器具功能的实现，仍离不开具有低电阻值的接地极，而只有依靠降阻剂来降低接地极周围土壤的地电阻才能达到低的接地电阻值，才能在瞬间泄放雷电流达到防雷安全的目的，另外低的接地电阻还能保障传输回路畅通和达到信息链不丢失的目的。由此可见：没有先进的接地技术，就没有先进的防雷技术。 （二）稀土防雷降阻剂： 　　十几年来，稀土防雷降阻剂在不断的改进中已脱颖而出，独树一帜地由原来普通的石墨降阻剂，进化为稀土型高分子合成的降阻剂。 （三）稀土防雷降阻剂降阻机理： 　　稀土防雷降阻剂利用稀土金属元素中的高密集能量和特殊的电子层结构，以及催化激活碱土金属的能力，与碳族复合材料配合下，形成一种高导低阻的细粉末物质，包裹在接地体上：1增大接地体的等效截面积和与土壤的接触面积，降低了接地电阻。2降阻剂将接地极和接地极周围的土壤紧密的结合成一体，消除了绝大部分的接触电阻和流散电阻，改善了地中的电场分布。3降阻剂良好的渗透性，深入到泥土及岩缝中，形成树根网状般形状，降低了接地极周围土壤的土壤电阻率，增大了泄流速度和泄流面积。以上种种形成了降阻剂的降阻机理。 （四）稀土防雷降阻剂优越性： 　　由于其独特的配制：1可使用干粉直接施工，其降阻效果与水调和成糊状后施工的效果相同，电阻值稳定，有限期>50年，不老化、不变质、免维护。2可直接用不镀锌的钢材做接地极，其年腐蚀率经国家电力公司武汉高压研究所测试达到0.0021～0.0033mm，仅为部颁标准的十分之一。3对金属接地体表面产生金属钝化保护膜，保护接地体免遭土壤中的各种酸碱等物质的侵蚀。4独特的负阻特性，降低了接地体在瞬间泄流时，地表面和装置之间的电位分布梯度，提高了对人身，设备和设施的安全保护性和可靠性。5降阻有效率：视土壤电阻率ρ而定，低ρ值如300Ω·m以下为40％左右；高ρ值如1000Ω·m以上为85％左右. （五）稀土防雷降阻剂适用范围： 　　稀土防雷降阻剂适用于高土壤电阻率地区和高山缺水地区，在防雷接地工程中的接地极上广泛使用。如：电力输变电、电气化铁路、邮电、微波、移动通讯、卫星接收机、电视塔、雷达、电子计算机、实验室、仓库、油库及高层建筑物等。 （六）稀土防雷降阻剂腐蚀问题： 　　在接地装置的接地极中，当稀土防雷降阻剂包裹住钢材接地体，形成为一个整体的接地极，稀土防雷降阻剂本身对钢材接地体几乎没有腐蚀，并对金属接地极产生金属钝化保护膜，起到缓腐蚀的作用，但在接地极的实际应用中，由于金属接地体与稀土防雷降阻剂存在着电极电位的差异，并在某种介质的作用下产生电流现象，发生电子移动而产生电化学腐蚀。这种电化学腐蚀可以通过稀土防雷降阻剂对金属接地体的自然钝化给予抑制，也可以采用附设：阳极保护、阴极保护或增设锌、镁、铝合金电极等方法来克服电化学腐蚀。二、应用实例 （一）在高山岩石地区接地工程的应用：移动通信基站、微波站、广播电视发射塔1. 在西南地区山石兀突，大多数是寸草不生的岩石，在这样缺水少土的高山岩石上做接地，其难度可想而知。如：贵州平坝电视发射台就建立在突兀的山顶上，既无水也少土，经常有牛被雷击毙，机房也时有雷击事故发生。我们的设计方案仍然采用建立等电位均压接地网降低接地电阻，经设计计算出它的地网面积后，利用山上的岩缝做沟槽，掏出沟槽内的泥土，放入接地圆钢，填入稀土防雷降阻剂，再将掏出的泥土覆盖上，为避免山雨冲刷，表面再用水泥封好。整个接地网完工后经测试，接地电阻值居然达到了0.48Ω，10年后（2000年3月）复测时接地电阻值仍为0.48Ω，接地电阻值稳定不变，且十年多以来机房也再未遭受过雷击。 　　2. 安顺79微波站也是一个高山基站，地网改造前常遭雷击，经用稀土防雷降阻剂和地网接地工艺改造后，接地电阻值为10年前为2.8Ω，十年后（2000年3月）复测时接地电阻值仍为2.8Ω，接地电阻值稳定，机房再也没有遭受过雷击。 　　3. 2001年6月改造的云南雄璧移动通讯基站，也是在光秃的高山上，也曾遭受过雷击，改造前，测其铁塔的R=100Ω、机房接地R=42Ω，经我们改造后接地电阻值为2.6Ω。经过两个雷雨季节的考验，现仍安然无恙。 （二）平地土夹石地质接地工程的应用：大型电子地磅和轨道衡防雷接地工程平地一般不易受雷击，但由于大型地磅称和轨道衡常处在较空旷的环境，磅称平台既宽又长，平台下的电子传感器的耐受电压仅为几个毫伏，所以当有雷击发生时，该设备极易遭受感应雷的侵害，电子传感器瞬间便被毁坏。防护办法既要因地制宜安装避雷装置，做好接地网，安装电源避雷器，同时更重要的是考虑电子磅称平台下面的电子传感器的防雷接地引下线的合理布置。几年来经我们安装或改造过的十几台电子地磅称（包括曾被雷击过的），再无雷击事故发生。 （三）在高楼大厦防雷接地工程的应用：移动通讯枢纽大楼、证券大厦防雷接地工程移动通讯枢纽大楼和证券大厦内，都安装有许多高度精密的电子通讯设备或卫星接收设备。防雷接地的重要性和必要性尤为突出，除防避直击雷外更主要的是防避感应雷击和雷电波的入侵。 1. 如：贵州凯里移动通讯枢纽大楼和铜仁联通移动通讯枢纽大楼都是利用原来的民用楼房改装成通讯大楼的。因此除对原楼房的防雷设施进行检测改造外，从下而上主要增设： 　　(1)接地网：接地电阻小于1Ω，经设计计算新做接地网的接地电阻值<1Ω后，再与原楼房的接地极并网，并网后接地电阻值仍必须达到小于1Ω的要求。 　　(2)接地引下线：都直接引入地网上，如防雷接地引下线、直流工作接地引下线、交流工作接地引下线、安全保护接地引下线与地网的连接，可根据设计要求而确定。 　　(3)机房增设门、窗、室内金属器件作屏蔽接地和室内环形母线等电位接地。 　　(4)当主机房处于顶三层以上时，通过防雷击电磁脉冲的计算，计算出电子设备所处的磁场强度，以确定在楼顶外层安装避雷网，防止雷击电磁波入侵。根据实验，雷击电磁脉冲在2.4GS范围时，计算机会永久损坏；在0.7GS时，计算机会假性损坏；在0.03GS时，计算机会误动作，对计算机等高精密电子仪器在室内的位置也需计算出其距墙壁的安全距离，才能较好地防避雷击电磁脉冲危害。雷击电磁脉冲的防避在我国的防雷工作中属一个新的概念，必须注重和实施。2000年9月对凯里移动枢纽大楼顶二层的主机房和2001年3月对铜仁移动枢纽大楼顶三层的主机房都采取了上述防雷击电磁脉冲的防护措施。 2. 证券公司发生过信息链丢失、银行还发生过“丢包”等信息丢失的情况，反复检查计算机的软硬件均查不出原因。其实是接地电阻没有达到设计要求所致。如贵阳证券公司的卫星接收机，接地要求为1.5Ω,而实测为4.5Ω，经常将由上海、深圳发来的证券信息丢失，使股市无法正常运行，当我们将其接地极改造为地网后接地电阻值为0.5Ω,就再没有发生过信息链丢失的情况。再如银行的计算机网络“丢包”现象，也都是因为接地电阻高，使传输回路信号受阻造成的故障。 （四）在雷击区低矮楼房接地工程的应用：缀玉山庄防雷接地工程 　　缀玉山庄只有三层楼高，但却连续两年遭受雷击，楼顶的卫星接收放大器、楼内的电话、音响等电子设备遭雷击损坏，第二次被雷击后，由我们进行改造。在楼顶安装一根6m高的避雷针，在楼房外土质地上安装了一个接地网，接地电阻值为2Ω（原接地电阻值为100Ω）。迄今已4年了，地处雷区的该山庄再没有发生过雷击事故。 （五）在大型输变电站防雷接地工程的应用 　　1990年福建龙岩市龙门110KV变电站用稀土防雷降阻剂的干粉直接在变电站内的的地网上施工改造，使该变电站从3.3Ω降到0.42Ω，符合设计要求（<0.5Ω）（见参考文献）。 （六）在超高压输电线路防雷接地工程的应用：国家重点工程“广东核电500KV输电线路”防雷接地工程 1.在《架空输电线路施工技术大全》一书中附录Ⅲ《稀土防雷降阻剂在超高压输电线路建设中的应用》的论文，讲述的是广东输变电公司在500KV线路施工中，用XJZ－2型稀土防雷降阻剂敷设在铁塔圆钢接地极上，以满足对铁塔接地电阻的要求(<15Ω)。使用该降阻剂后，可减少接地钢材的耗费量和节省土石方施工费用。 　　使用效果：对于土壤电阻率为1277～7600Ω·m的9基铁塔，放射状布设接地极圆钢（每基长242～332m）各用降阻剂1.65～2.65t，实测接地电阻值为9.8～11.5Ω。 2.贵阳龙洞堡飞机场输电线路接地改造： 　　贵阳龙洞堡飞机场是将几座大山爆破、削平山头并用岩石填垫建设起来的现代化高原机场。地质均为岩石、碎石，土壤电阻率极高，又地处雷区，每到雷雨季节，输电线路上跳闸事故频发，机场停电事故也时常发生，由此影响飞机场的正常航运，经交由我公司对曾常跳闸的25座杆塔进行设计施工。改造时，飞机场机场处要求对四座每次雷电闪击几乎都跳闸的杆塔先进行改造，如果雷电闪击时，不再跳闸后，才能改造剩余的21座杆塔，否则后面的21座杆塔不准施工，已做的这四座杆塔接地也不付款，合同即自行解除。 　　经过20天的精心设计和施工，1999年3月18日四座杆塔的接地极和接地引下线均改造完毕。3月底，第一声春雷奏响，震耳欲聋，但这四座杆塔没有一次跳闸，改造成功。紧接着对剩余的21座杆塔接地极等也改造完毕，同样获得成功。四年来经过无数雷电闪击的考验，所改造的25座杆塔几乎都没有跳闸现象发生，接地电阻值都仍保持在4Ω以下。 （七）在沙质土地中防雷接地工程的应用：内蒙古呼和浩特电子通讯设备防雷接地工程该地区都是沙质土壤，土质导电性能差，流散电阻大，土壤不存水。施工时挖一条2m深20m长的接地沟，倒入降阻剂干粉，压实后再将沙土（找不到泥土）盖在降阻剂上面，直至夯实填平沟槽为止。用了近5吨降阻剂，接地电阻值由原来的6Ω降到2Ω，达到设计要求。 （八）深井接地施工： 　　1.1998年9月，贵州省遵义市海龙220KV变电站整个地网的接地电阻值为1.5Ω，经引外接地后仍>1Ω，经我公司在地网边缘和引外接地末端共打3个35m的深井与地网连接后，接地电阻值实测为0.68Ω，达到设计要求<0.7Ω的要求。 　　2.1999年元月，湖南省益阳市桃江110KV变电站在地网接地电阻值达不到设计要求的情况下，钻8口深井并灌入稀土防雷降阻剂,并网后接地电阻值达到了<0.5Ω的要求。 　　3.早在1991年11月30日，湖南省电力勘测设计院的胡天廷总工写信给我，他们在长沙市河西（天顶）220KV变电所，使用了我们的稀土防雷降阻剂，也是在3口50m的深井中使用。他通过理论计算，单口深井的接地电阻值应为2.85Ω，但实测值只有2.15Ω，比理论计算值还小0.7Ω。由此证实降阻剂的突出成效，为整个地网达到设计要求提供了可靠的保障。