一种复合接地模块及其制备方法

摘要

本发明涉及接地装置技术领域，具体涉及一种复合接地模块及其制备方法，包括接地模块载体和部分包裹在所述接地模块载体内的金属电极，按质量百分含量计算，所述接地模块载体由石油焦50％、煤沥青焦35％、石墨15％组成。依次经配料、磨粉、混捏、成型、焙烧、煅烧、石墨化处理和保养制成。具有强度高、耐腐蚀、降阻效果好、使用寿命长的优点。

权利要求

1.一种复合接地模块，包括接地模块载体和部分包裹在所述接地模块载体内的金属电极，其特征在于：按质量百分含量计算，所述接地模块载体由石油焦50%、煤沥青焦35%、石墨

15%组成；

所述复合接地模块的制备方法，包括以下步骤：

1）配料：按照上述组成对所述接地模块载体进行配料；

2）磨粉：将原料经过破碎并研磨，使其粒度达到0.075‑0.7mm；

3）混捏：将磨粉后的原料放入混捏罐中，加入一定量的水，先搅拌30分钟，再混捏20分钟，使其充分混捏均匀；

4）成型：将混捏后的原料填充到模具中，与金属电极锻压成型；

5）焙烧：将成型产品进行焙烧，焙烧温度500‑600℃，保温时间为10‑12h；

6）煅烧：将焙烧后的产品进行煅烧，煅烧温度1110‑1200℃，保温时间为2‑3h；

7）石墨化处理：将煅烧后的产品置于1300‑1400℃，保温2‑3h进行石墨化处理；

8）保养：将经过石墨化处理的产品放置在环境温度30℃±5℃、湿度大于80％的保养室中至少3天，然后脱模；

所述接地模块载体为长方体形状，所述金属电极设置在所述接地模块载体的长度方向一端，所述接地模块载体的长度方向另一端设有深入所述接地模块载体内部的集中式离子仓，所述集中式离子仓内填充有降阻剂。

2.根据权利要求1所述的一种复合接地模块，其特征在于：所述集中式离子仓的数量为两个。

3.根据权利要求1所述的一种复合接地模块，其特征在于：所述集中式离子仓的数量为三个。

4.根据权利要求1所述的一种复合接地模块，其特征在于：所述制备方法的步骤4）中，成型时的压力为100‑500t，保压时间为15‑20min。

5.根据权利要求 1 所述的复合接地模块，其特征在于：所述制备方法的步骤7）中，石墨化处理的温度为1350℃。

说明书

一种复合接地模块及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及接地装置技术领域，具体涉及一种复合接地模块及其制备方法。

背景技术

[0002] 雷击危害存在于发电厂、变电站、开关站、高压输电线路、电信、移动通信站、电气化铁路、微波中继站、地面卫星接收站、雷达站、贵重精密仪器、计算机机房设备、邮电程控设备、广播电视设备、电子医疗设备、国防、矿山、化工、石油输送管道及油气罐、高大建筑物、名胜古建筑、各类工厂、易燃易爆物质仓库等各行各业各个领域，同时各种系统及设施的工作接地、保护接地、抗干扰接地、防雷接地和防静电接地等均需要一个低电阻可靠的接地系统。特别是从防止雷害的角度，如何将所遭受的雷击电流迅速引入大地至关重要，最大限度地保障设备和人员的安全，使危害降低到最小的程度。这些都需要一个接地电阻小、接地效果长期稳定的接地系统。而自然环境中，各处的土壤电阻率不尽相同，差异较大，降低接地电阻是必不可少的实用技术。

[0003] 石墨接地模块是现有的接地模块技术中应用较广的一种。石墨是一种良好的导电体，石墨接地模块与土壤紧密接触，扩大散流表面积，石墨向周围土壤孔隙中渗透，降低与土壤间的接触电阻，四周形成一个电阻率变化平缓的低电阻区域，使整个地网接地电阻显著降低。

[0004] 但是一般的石墨接地模块，因其产品强度较低，存在运输搬运容易损坏、存放容易吸潮而使性能降低、埋设后降阻效果较快损失殆尽、使用寿命短等问题。因此不适于长距离、路况不好的运输，搬运需要注意磕碰，防止产品损坏甚至发生断裂现象；保管时需要特别注意干燥防潮，不要散放在地上，最好密封不要与空气接触，避免挥发等一系列问题；如果存放不好，一旦该产品接触到了潮湿的成分或者是水分等不利因素，就会出现与其发生反应，除了挥发之外，还会出现其他的不利情况，从而导致产品功能的丧失。这种现象在建设施工单位因为许多外在因素需要延迟工期，造成存放时间过长的问题。这些问题都是造成一般的石墨接地模块易损坏、使用寿命相对较短的主要因素。另外一般石墨接地模块的埋设地点要求远离热源和尽量避开有强腐蚀性物质的地方，以防接地模块被腐蚀，从而降低使用寿命。

发明内容

[0005] 本发明为了解决现有的接地模块易损坏、使用寿命短的问题，设计了一种复合接地模块及其制备方法。

[0006] 为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：

[0007] 一种复合接地模块，包括接地模块载体和部分包裹在所述接地模块载体内的金属电极，按质量百分含量计算，所述接地模块载体由石油焦50%、煤沥青焦35%、石墨15%组成。

[0008] 进一步的，所述接地模块载体为长方体形状，所述金属电极设置在所述接地模块载体的长度方向一端，所述接地模块载体的长度方向另一端设有深入所述接地模块载体内部的集中式离子仓，所述集中式离子仓内填充有降阻剂。

[0009] 进一步的，所述集中式离子仓的数量为两个。

[0010] 进一步的，所述集中式离子仓的数量为三个。

[0011] 一种复合接地模块的制备方法，包括以下步骤：

[0012] 1）配料：按照上述组成对所述接地模块载体进行配料；

[0013] 2）磨粉：将原料经过破碎并研磨，使其粒度达到0.075‑0.7mm；

[0014] 3）混捏：将磨粉后的原料放入混捏罐中，加入一定量的水，先搅拌30分钟，再混捏20分钟，使其充分混捏均匀；

[0015] 4）成型：将混捏后的原料填充到模具中，与金属电极锻压成型；

[0016] 5）焙烧：将成型产品进行焙烧，焙烧温度500‑600℃，保温时间为10‑12h；

[0017] 6）煅烧：将焙烧后的产品进行煅烧，煅烧温度1110‑1200℃，保温时间为2‑3h；

[0018] 7）石墨化处理：将煅烧后的产品置于1300‑1400℃，保温2‑3h进行石墨化处理；

[0019] 8）保养：将经过石墨化处理的产品放置在环境温度30℃±5℃、湿度大于80％的保养室中至少3天，然后脱模。

[0020] 进一步的，在步骤4）中，成型时的压力为100‑500t，保压时间为15‑20min。

[0021] 进一步的，在步骤7）中，石墨化处理的温度为1350℃。

[0022] 本发明的有益效果是：

[0023] 1、石油焦和煤沥青焦在1350℃烧制后真密度高，石墨化，电阻率较低、热膨胀系数较小，体积密度高，形成接地模块的“骨架”，具有较高的机械强度。而这些骨架犹如特殊的“海绵”式微小“离子仓”结构，仓内充满的石墨粒子结合其吸收的水分后，在外界条件作用下缓慢释放，形成导电的自由离子流，因此具有长效稳定的降阻效果。

[0024] 2、将降阻剂填充在集中式离子仓内，石墨及降阻剂受接地模块载体的保护，缓慢均匀释放导电离子，且不易流失，并可通过接地模块载体和外部的保湿剂形成的无数离子通道向土壤均匀释放导电离子，接地模块周围形成一个变化平缓的低电阻区域。因此降阻梯度均匀，降阻效果好，达到有效降低了土壤电阻率，从而实现寿命更长的目的。集中式离子仓的设计应用，有效的解决了常规将降阻剂布置在接地模块外部，不稳定、易流失、寿命短等问题。

[0025] 3、具有较高的机械强度，强度高。依据国家标准GB/T 21698‑2008《复合接地体技术条件》对该接地模块进行机械强度试验，该接地模块满足自由跌落试验和表面压力耐受试验要求。试验后，又将该接地模块抬至1m高进行自由跌落破坏试验，试块仍完好无损。因此该接地模块对运输及搬运无特殊要求，适应长距离运输。常规碳素接地模块无法比拟。

[0026] 4、具有较强的耐腐蚀能力。依据国家标准GB/T 21698‑2008《复合接地体技术条件》进行腐蚀性试验，要求“接地体埋入地中后，其腐蚀率应不大于0.03mm/年”。以试样为6面体为例，按重量折算为年总腐蚀率应不大于0.5 %。经“电力工业电气设备检验测试中心”试验，该接地模块腐蚀率近为0.13 %，符合标准要求。结合其具有的高强度和低腐蚀率特点，该接地模块在使用中无远离热源和尽量避开腐蚀性物质的特殊要求，具有埋在土壤不腐蚀的特点，它能够满足各种环境使用要求，而且寿命长。

[0027] 5、具有较长的使用寿命。由于该接地模块机械强度高、耐腐蚀以及接地模块载体特殊的“海绵”式微小“离子仓”结构，结合附加的集中式离子仓内降阻剂的使用，降阻剂不宜流失；接地模块在土壤中吸收水分，使得仓内离子剂在水分的作用下产生自由离子，稳定的向模块外释放。降阻效果缓释、稳定、长效。因此该接地模块寿命相比普通石墨接地模块寿命长，仓内降阻剂与普通石墨接地模块外布置的降阻剂模式相比，降阻剂不易流失，降阻剂寿命更长，所以本接地模块具有较长的使用寿命。克服了常规的降阻剂布置在模块外部做法存在的不稳定、易流失、寿命短的不足。

[0028] 6、具有较小的接触电阻。国家标准GB/T 21698‑2008《复合接地体技术条件》要求接地体芯棒与外表层间接触电阻不大于1Ω，性能试验数据显示接触电阻不大于0.1Ω，确保了接地模块与外部保湿剂充分“偶联”，降阻梯度小且更加均匀，降阻效果得到保证。

[0029] 7、具有100kA大电流冲击耐受能力。由于该模块芯棒与外表层间接触电阻较小，而且具有较高的机械强度，所以能承受数千安培雷电流及短路电流的冲击；性能试验数据显示该接地模块承受4/10µs、100kA大电流冲击耐受3次，并能承受8/20µs、5kA冲击电流20次冲击老化试验，该模块完好无损，各项性能符合GB/T 21698‑2008《复合接地体技术条件》的要求。

[0030] 8、具有良好的热稳定性。性能试验数据显示，该接地模块耐受了10A工频电流5次，每次持续时间10秒，每两次间隔30min，完好无损，各项性能符合GB/T 21698‑2008《复合接地体技术条件》的要求，材质均衡，具有良好的热稳定性。

[0031] 9、具有较强的吸水性。接地模块载体的石油焦、煤沥青焦及石墨材料高压高温煅烧后，石油焦构成骨架，形成均匀分布的微小“离子仓”，“仓”内充满石墨颗粒，及其结构形同“海绵”，具有良好的吸水性、保水性能。工作时，既可吸收和贮存土壤中水分，又可以向土壤泄放水分，在水分的作用下，接地模块载体离子仓中的导电离子在土壤中形成无数导电通道，提高了接地体的流散性，降低接地电阻，可有效的将雷电流泄放大地中去，保证接地安全。

附图说明

[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0033] 图1是本发明实施例1的复合接地模块示意图；

[0034] 图2是本发明实施例1的接地模块载体表面微观结构图；

[0035] 图3是本发明实施例1的复合接地模块使用状态示意图；

[0036] 图4是本发明实施例2的复合接地模块示意图；

[0037] 图5是本发明实施例2的复合接地模块使用状态示意图；

[0038] 图6是本发明实施例3的复合接地模块示意图；

[0039] 图7是本发明实施例3的复合接地模块使用状态示意图。

[0040] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0041] 1‑接地模块载体，2‑金属电极，3‑集中式离子仓，4‑L型连接板，5‑接地线，6‑保湿剂，7‑大地土壤。

具体实施方式

[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0043] 实施例1

[0044] 一种复合接地模块，包括接地模块载体1和部分包裹在接地模块载体1内的金属电极2，按质量百分含量计算，接地模块载体1由石油焦50%、煤沥青焦35%、石墨15%组成。如图1所示，其中接地模块载体1为长方体形状，其长宽高分别为550mm、110mm和50mm，金属电极2设置在接地模块载体1的长度方向一端。

[0045] 一种复合接地模块的制备方法，包括以下步骤：

[0046] 1）配料：按照上述组成对接地模块载体1进行配料；

[0047] 2）磨粉：将原料经过破碎并研磨，使其粒度达到0.075‑0.7mm；

[0048] 3）混捏：将磨粉后的原料放入混捏罐中，加入一定量的水，先搅拌30分钟，再混捏20分钟，使其充分混捏均匀；

[0049] 4）成型：将混捏后的原料填充到模具中，与金属电极锻压成型，成型时的压力为100‑500T，保压时间为15‑20min；

[0050] 5）焙烧：将成型产品进行焙烧，焙烧温度500‑600℃，保温时间为10‑12h；

[0051] 6）煅烧：将焙烧后的产品进行煅烧，煅烧温度1110‑1200℃，保温时间为2‑3h；

[0052] 7）石墨化处理：将煅烧后的产品置于1300‑1400℃，保温2‑3h进行石墨化处理；

[0053] 8）保养：将经过石墨化处理的产品放置在环境温度30℃±5K、湿度大于80％的保养室中至少3天，然后脱模。

[0054] 石油焦和煤沥青焦在1350℃烧制后真密度高，石墨化，电阻率较低、热膨胀系数较小，体积密度高，形成接地模块的“骨架”，具有较高的机械强度。而这些骨架犹如特殊的“海绵”式微小“离子仓”结构，仓内充满的石墨粒子结合其吸收的水分后，在外界条件作用下缓慢释放，形成导电的自由离子流，因此具有长效稳定的降阻效果。

[0055] 如图3所示，该接地模块使用时可配合保湿剂，以进一步提高降阻效果，使该接地模块体积扩大数倍。该保湿剂由离子剂、与该接地模块载体材料相同的粉料和就地取材的土壤组成，其中离子剂的成分为：按质量百分含量计算，聚乙烯醇40%，氯化钠15%，轻质碳酸钙25%，白炭黑15%，着色剂（铁黑，铁绿，群青）5%；将这些原料混在一起，加水搅拌成糊状，电阻值200‑300Ω；离子剂、接地模块载体粉料及土壤的混合比例各1/3，也可根据降阻效果适当调整，确保满足降阻指标要求。接地模块载体粉料的颗粒粒径与环境土壤接近即可；降阻剂与接地模块载体粉料及土壤构成的保湿剂比较细腻，容易吸水、保水，在接地模块和土壤之间起到了“桥梁”的作用，即增大了与土壤的接触面积的同时，又极易与土壤融合偶联，形成并增大无数泄漏电流的离子通道，使接地模块周围的离子极易扩散，有效降低了土壤电阻率，防止二次雷击，从而实现降低接地体电阻的目的。

[0056] 仓内石墨粒子在水分的作用下产生的自由离子，与外部保湿剂结合，共同作用形成了良好的渗透性能，降低了接地模块与土壤间的接触电阻，接地模块体积进一步增大；而保湿剂与土壤之间的偶联作用，使土壤与接地模块结合更加紧密，离子沿着树根网状的通道渗透到到泥土及岩缝中，增大了泄流面积，改善了土壤中的电场分布，降低了接地电阻。

[0057] 实施例2

[0058] 一种复合接地模块，包括接地模块载体1和部分包裹在接地模块载体1内的金属电极2，按质量百分含量计算，接地模块载体1由石油焦50%、煤沥青焦35%、石墨15%组成。

[0059] 如图4所示，其中接地模块载体1为长方体形状，其长宽高分别为550mm、130mm和50mm，金属电极2设置在接地模块载体1的长度方向一端，接地模块载体1的长度方向另一端设有深入接地模块载体1内部的集中式离子仓3，其中集中式离子仓3可采用机加工或模具开膛制作，其中集中式离子仓3的数量为两个，集中式离子仓3内填充有降阻剂。

[0060] 该接地模块是在实施例1的接地模块上附加2个集中式离子仓3，集中式离子仓3内部填充降阻剂，是一种具有强化降阻特性的非金属碳素接地模块，主要用于土壤电阻高、岩石多、地质条件差地区的配电系统等。集中式离子仓3内的降阻剂在水分的作用下产生导电离子，并穿过接地模块，向周围土壤中快速扩散。除前面叙述的优点外，降阻剂在集中式离子仓3内受接地模块的保护，不易流失，并可通过接地模块和外部的保湿剂的无数离子通道向土壤缓释均匀释放导电离子，降阻梯度，降阻效果好，达到有效降低了土壤电阻率，而且确保寿命更长的目的。集中式离子仓3的设计应用，有效的解决了常规将降阻剂布置在模块外部，不稳定、易流失、寿命短的不足。

[0061] 实施例3

[0062] 一种复合接地模块，包括接地模块载体1和部分包裹在接地模块载体1内的金属电极2，按质量百分含量计算，接地模块载体1由石油焦50%、煤沥青焦35%、石墨15%组成。

[0063] 如图6所示，其中接地模块载体1为长方体形状，其长宽高分别为550mm、200mm和50mm，金属电极2设置在接地模块载体1的长度方向一端，接地模块载体1的长度方向另一端设有深入接地模块载体1内部的集中式离子仓3，其中集中式离子仓3可采用机加工或模具开膛制作，其中集中式离子仓3的数量为三个，集中式离子仓3内填充有降阻剂。

[0064] 该接地模块是在实施例2的接地模块基础上，增加集中式离子仓3的数量，从而进一步增加降阻剂的使用量而达到增强的降阻效果，以适用于地质条件极差地区的110kV及以上电力系统等降阻效果要求更高的地区，确保减阻效果满足各领域的要求。

[0065] 在上述技术应用基础上，可以根据不同的应用领域、更高的降阻要求及各种复杂的地质条件，设计和制作出数量更多集中式离子仓的接地模块，实现各种降低接地电阻的目的，满足更高的使用要求。

[0066] 对该接地模块经过电力工业电气设备质量检验测试中心测试后的实验数据如下：

[0067]

[0068]

[0069] 数据摘自：电力工业电气设备质量检验测试中心性能试验报告；

[0070] 报告编号：CEPRI‑EETC‑2019‑0063

[0071] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

[0072] 当然，上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不限于上述举例,本技术领域的普通技术人员,在本发明的实质范围内,作出的变化、改变、添加或替换,都应属于本发明的保护范围。