《電子技術(shù)應(yīng)用》
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HTJ-03物理降阻劑的原理特性
青島方雷降阻材料有限公司
摘要: 介紹HTJ-03型物理降阻劑的構(gòu)成、降阻和防腐原理,并與國內(nèi)同類產(chǎn)品進(jìn)行了比較,給出了應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞: 新能源 物理降阻劑
Abstract:
Key words :

 一、HTJ-03型物理降阻劑的構(gòu)成原理
HTJ-03型物理降阻劑是由強(qiáng)導(dǎo)電材料、防腐材料、固化材料及填充材料等組成。強(qiáng)導(dǎo)電材料用來降低接地電阻;防腐材料抗腐蝕,用于延長接地體使用壽命;固化材料起凝聚作用,一方面使降電阻劑不會(huì)被雨水沖掉或流失,另一方面,能使降阻劑與接地體緊密結(jié)合,形成一體,并起到吸水及保水作用。
 
二、HTJ-03型物理降阻劑的降阻原理
為了說明問題,首先要給接地電阻下一個(gè)定義,所謂接地體電阻,就是當(dāng)接地電流通過接地體向大地?cái)U(kuò)散時(shí),對(duì)無限遠(yuǎn)大的土地產(chǎn)生的電位升高與接地電流的比值,稱為接地電阻,用數(shù)學(xué)形式表示為:
R= U/I    …………(1)
式中:U——接地電流通過接地體向大地?cái)U(kuò)散時(shí),對(duì)大地所產(chǎn)生的電位升高(伏);
I——流入接地體的接地電流(安);
R——接地電阻(歐);
接地電阻主要有下面三個(gè)方面構(gòu)成:
(1)    接地線和接地極本身的電阻;
(2)    接地極表面與土壤的接觸電阻;
(3)    從電極開始向遠(yuǎn)處擴(kuò)散的電流所經(jīng)過的路徑的電阻。
因?yàn)榻拥貥O及其引線多為金屬材料,其阻值較小,所以(1)項(xiàng)可不考慮其對(duì)接地電阻的影響??梢哉f(2)和(3)項(xiàng)幾乎占有全部的接地電阻值,因此改善此二項(xiàng)的阻值,使之整體接地電阻值降低是很重要的方面。
1、降電阻劑降低接觸電阻的機(jī)理
將降電阻劑用于金屬接地體周圍后,其首先緊緊地包裹在接地體的周圍,并與土壤層緊密連接,形成一個(gè)較大直徑的導(dǎo)電體,而且此導(dǎo)電體會(huì)在大地中出現(xiàn)樹枝狀的延伸體,產(chǎn)生樹枝效應(yīng)(降電阻劑通過土壤縫隙向周圍土壤里滲透),這樣降阻劑成為一個(gè)最好的媒體,其內(nèi)層與金屬接地體緊密相連,而其外層又與土壤緊密相連,從而大大地降低了接地體與土壤的接觸電阻。
2、降阻劑增大了金屬接地體的尺寸,從而降低了接地電阻
降阻劑本身的電阻率很小,HTJ-03型物理降阻劑的電阻率僅為0.51Ω.m,把降阻劑包在接地體周圍,同土壤的電阻率相比,降阻劑的電阻率一般要小兩個(gè)數(shù)量級(jí),因此可忽略降阻劑的電阻,把降阻劑視為金屬,這就相當(dāng)于接地體的尺寸增大了,從而達(dá)到降低接地電阻的目的。
3、改善土壤環(huán)境,降低土壤的電阻率。
在接地體周圍使用降阻劑敷設(shè)時(shí),糊狀降阻劑漿液會(huì)在土壤一定范圍內(nèi)發(fā)生滲透,并向外擴(kuò)散,使?jié)B透區(qū)間的土壤電阻率大大降低。這也正是我們?cè)谑┕み^程中經(jīng)常遇到的,越是土壤電阻率高,越是土質(zhì)惡劣的風(fēng)化巖等,用了降阻劑后降阻效果越顯著的一個(gè)重要原因。
 
三、HTJ—03型物理降阻劑的防腐原理
“降阻劑暫行技術(shù)條件”中規(guī)定,在金屬腐蝕試驗(yàn)中,表面平均腐蝕率不大于0.05mm/年,而HTJ-03型的腐蝕率為0.0003mm/年。
金屬接地體無論是在土壤中,還是在降阻劑中,經(jīng)過長期變化,腐蝕是不可避免的。通常腐蝕強(qiáng)弱和金屬接地體周圍環(huán)境的物理和化學(xué)性質(zhì)有很大的關(guān)系,影響土壤腐蝕性的因素有:酸性、氧、含水量、電阻率、含鹽量、雜散電流、細(xì)菌等。降阻劑之所以能夠大大降低腐蝕速度,除了防腐材料的作用外,還得益于它控制了腐蝕的環(huán)境,對(duì)上述諸多因素均有不同程度的改善作用,現(xiàn)重點(diǎn)講述前兩項(xiàng):
氫離子(即酸性)的影響。
一般氫離子濃度越高,金屬在電解質(zhì)溶液中所形成的原電池的電動(dòng)勢愈大,如下式:
 
OH-1
 
E=RI.Ln             …………  (2)
   
從式(2)中可以看出酸性愈強(qiáng),電動(dòng)勢愈大,腐蝕電流亦增大,腐蝕速度隨之加快。反之,堿性增大,電動(dòng)勢減小,對(duì)腐蝕有抑制作用。HTJ-03型降阻劑的PH值為9.6,呈弱堿性,故能降低腐蝕速度。
2、氧對(duì)金屬接地體的腐蝕
氧對(duì)鋼鐵的腐蝕也是非常重要的因素:由式(2)同樣可以看出氧的影響,有人做過實(shí)驗(yàn),在沒有氧氣的場合,飽和食鹽水在80-150oC的范圍內(nèi),對(duì)鋼基本上沒有腐蝕。
但是,一般的土壤都比較松散,透氣性好,金屬接地體與土壤的接觸面有很多空隙,氧氣充足,這樣必然加大腐蝕速率,而降阻劑密度很大,對(duì)金屬接地體包裹的很緊密,這樣便隔離了金屬表面的氧氣,同時(shí)又能隔離土壤中腐蝕液體的侵入,因而給對(duì)金屬接地體營造了一個(gè)密閉安全的環(huán)境。
 
四、物理降阻劑的穩(wěn)定性及長效性
在降阻劑的使用過程中,降阻劑使用后在24小時(shí)內(nèi)能完全固化。不會(huì)被雨水沖走或流失;HTJ-03型降阻劑的保水量40%以上,這就為降阻劑的長期穩(wěn)定地降低接地電阻創(chuàng)造了條件。同時(shí),降阻劑的吸水性良好,其吸水性能可比沙質(zhì)土壤高6倍,使其能隨時(shí)補(bǔ)充干旱失掉的水分,這一特性在我們北方多旱少雨的氣候條件下最能體現(xiàn)出來。HTJ-03型物理降阻劑的理論有效期為30-50年。
我公司從92年試生產(chǎn)降阻劑至今已有十多年,在新老用戶每年的春檢中,反饋給我們的信息中可以看出:降阻劑在接地中起到了至關(guān)重要的作用,表現(xiàn)出阻值穩(wěn)定,不反彈的良好狀況?,F(xiàn)舉一例說明:大連有線電視臺(tái)在有線網(wǎng)絡(luò)地網(wǎng)改造工程中,實(shí)施降阻劑招標(biāo),就大連本地一家液體降阻劑和我們生產(chǎn)的HTJ-03型固體粉末降阻劑進(jìn)行比較。將大連電視臺(tái)八年前用過的液體降阻劑和固體降阻劑挖開進(jìn)行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)液體降阻劑出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕,并出現(xiàn)阻值大幅度反彈。而固體降阻劑處理的接地卻完好無損,且阻值穩(wěn)定,最后決定今后三年的地網(wǎng)改造工程中,全部采用我公司生產(chǎn)的降阻劑。
 
五、HTJ-03型物理降阻劑與國內(nèi)同類產(chǎn)品的比較
1、HTJ-03型物理降阻劑經(jīng)能源部武漢高壓研究所測試表明,主要性能指標(biāo)均優(yōu)于同類產(chǎn)品。
(1)降阻劑的測量試驗(yàn)值為0.51Ω.m,此項(xiàng)最重要的性能指標(biāo),該數(shù)值說明我們的產(chǎn)品是處于國內(nèi)領(lǐng)先地位的。
(2)工頻電流耐受試驗(yàn)值為-27%,遙遙領(lǐng)先于其它廠家產(chǎn)品。
(3)理化性能試驗(yàn)
a.       失水試驗(yàn)值為0.75Ω.m,優(yōu)于其它所有廠家產(chǎn)品;
b.      冷熱循環(huán)試驗(yàn)值0.48Ω.m,優(yōu)于其它廠家產(chǎn)品;
c.       水浸泡試驗(yàn)值為0.41,也優(yōu)于其它廠家產(chǎn)品。
(4)在腐蝕方面,腐蝕率低于其它廠家產(chǎn)品。
 綜上所述我公司開發(fā)的HTJ-03型降阻劑,產(chǎn)品主要性能測試結(jié)果在同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先水平。
2、HTJ-03型降阻劑施工使用起來比同類產(chǎn)品方便的多
(1)本產(chǎn)品可參照說明書自行施工,其他廠家有幾種不同顏色產(chǎn)品配比起來,施工技術(shù)要求比較強(qiáng),使用不方便。
(2)產(chǎn)品包裝可根據(jù)地理位置分為25kg和50kg不等,搬運(yùn)特別方便。
(3)施工過程中,遇到缺水的情況下,可直接投放干粉。
 
六、物理降阻劑在工程建設(shè)中的應(yīng)用
隨著防雷、防靜電工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,解決工程的接地問題成了一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),如何準(zhǔn)確的控制降阻劑的用量,做到即能達(dá)到工程的設(shè)計(jì)要求,又能不造成材料的浪費(fèi),這是我們大家共同關(guān)心的一個(gè)問題。
不同的地理環(huán)境,不同地質(zhì)條件,根據(jù)土壤電阻率高、低,我們可用下列方法來計(jì)算出接地電阻以及降阻劑的用量:
 
1、使用HTJ-03型物理降阻劑接地電阻之計(jì)算
實(shí)際接地電阻的計(jì)算比較復(fù)雜,涉及因素較多,諸如土壤情況、氣候條件等。以下計(jì)算公式是按照理論及實(shí)際工程運(yùn)用中加以總結(jié)出的,僅供設(shè)計(jì)施工參考。
1.1    直接地體接地電阻值計(jì)算:
   R=ρ/2πL·1n· 4L/dk(Ω)
式中:ρ——原土壤電阻率(Ω∙m)
L——接地體長度(一般為2-3m)
d——接地體等效直徑
當(dāng)每米降阻劑用量10-15公斤時(shí),系數(shù)K的取值如下:
ρ≤100Ω∙m時(shí),K=10; 100Ω∙m<ρ≤300Ω∙m時(shí),K=20;
  300Ω∙m<500Ω∙m時(shí),K=25;500Ω∙m<ρ≤800Ω∙m時(shí),K=30;
  800Ω∙m<ρ≤1000Ω∙m時(shí),K=35 。
1.2    平接地體電阻之計(jì)算:
     R=ρ/2πL·1n·L2/dk(Ω)
式中:ρ——原土壤電阻率(Ω∙m)
L——水平接地體長度(m)(L≥20m)
d——接地體等效直徑(m)
構(gòu)成上述接地體時(shí),埋入降阻劑中的金屬接地件,如使用圓鋼,直徑d應(yīng)大于10mm;使用扁鋼時(shí),應(yīng)大于或等于40×4mm。
當(dāng)每米降阻劑用量為9-12公斤時(shí)在上述ρ值為100、150、200、250、300 。
1.3    閉合均勻水平接地網(wǎng)(設(shè)施居于網(wǎng)內(nèi)),當(dāng)網(wǎng)面積S>100m2時(shí),則:
R#=0.5ρ/(√s ·K )
   式中:R#——地網(wǎng)接地電阻(Ω);
ρ——校正后的土壤電阻率(Ω∙m);
S——地網(wǎng)面積(m2);
K——降阻系數(shù)取1.5 。
 
2、 HTJ-03型物理降阻劑用量之計(jì)算
2.1  垂直接地體:
G=1/4L∙g∙π(D2-d2)
 式中:G——降阻劑用量(kg)
L——接地體等效直徑(m)
g——降阻劑密度(g=1250kg/m3)
d——接地體等效直徑(m)
D——接地體直徑(m)
   
在土壤電阻率ρ≤500Ω∙m時(shí),取D=0.14m;500Ω∙m<ρ≤1000Ω∙m時(shí),取D=0.16m;1000Ω∙m<ρ≤2000Ω∙m時(shí),取D=0.19m;ρ>2000Ω∙m時(shí),取D=0.22m
 。
2.2  水平接地體:
  G=(A2-S).  L  .  g
式中:G——降阻劑用量(kg)
      S——接地體的橫截面積(m2)
      L——接地體的長度(m)
g——降阻劑密度(g=1250kg/m3)
A——投放降阻劑長方坑的邊長(m)
在土壤電阻率ρ≤500Ω∙m時(shí),取A=0.1m;500Ω∙m<ρ≤1000Ω∙m時(shí),取A=0.13m;1000Ω∙m<ρ≤2000Ω∙m時(shí),取A=0.15m;
在ρ>2000Ω∙m時(shí),取A=0.18m 。
 

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