放热熔接技术在变电站接地网施工中的应用                 

    放热熔接技术具有焊接速度快,焊接质量高,连接好,操作规范,省时省力等特点,正在各行各业得到广泛应用。地下变电站的接地网要求焊接质量高、耐腐蚀、施工速度快,所以设计时规定采用放热熔接技术焊接此接地网,经实际应用,达到了预期的效果。
1.变电站接地网的要求
1.1技术要求
    110kV变电站,其故障短路电流会达到几千安,所以要求接地电阻要尽可能小,以使故障电流泻流迅速,接地电位升高不超过规程规定值,保证设备及人身安全。由于故障时要减小跨步电压,所以根据现场情况,此地网做成8 m×8 m的网格;由于每条铜带只有,既要连接,又要交叉焊接,焊接点多,所以要求焊接质量好,耐腐蚀,焊接速度快,焊点能承受较大拉力。因此,要求焊接必须牢固。
2.接地网的施工
2.1放热熔接技术
    放热熔接是利用熔接剂化学反应(燃烧)时产生的高温熔融金属导体从而达到焊接的目的。此方法因为化学反应速度非常快(仅数秒),产生热量极高,且可以有效地传导至熔接部位,无需其他任何外加热源,故若应用于金属导体的连接,是最佳的方法。
    放热熔接必须使用特制的铸模(mould)来完成。此铸模是采用耐高温,半永久性的石墨加工制造而成。这种模具能够承受金属熔化时的超高温。
    模具由几部分组成,包括模腔、模穴、注入孔等。此模具有不同形状的连接,如直通型、丁字型、十字型等等。模穴的形状、尺寸及熔化金属的流向等,均经过严密的设计制造,完成的连接头外形美观、一致,其品质是其他连接头无可比拟的。
    放热熔接完成的连接头,具有以下特性:
        1.连接点为分子结合(molecular bond),没有接触面,更没有机械性压力,因此,不会松弛或腐蚀(不会劣化);
        2.具有较大的散热面积,因此,通电流能力与导体相同。(温升低于导体本身);
        3.熔点与导体相同,故能承受重覆性大电流(故障时)冲击,不至熔断;
        4.抗张力强于导线。(软铜线为准)。
2.2熔模的选择
    设计要求如图1,水平长88 m,竖直宽48 m。选择所需熔模如表1,可估计出各种熔模的需要数量。

图1 接地网平面图 ○——D26 mm圆钢,向地下砸2 m ↑——50 mm×5 mm的铜带引上线
表1 焊接部位外形

序号

尺寸

连接方式

图形

2.2.1

50 mm×5 mm

铜带对接

2.2.2

50 mm×5 mm

铜带“+”字接

2.2.3

50 mm×5 mm

铜带“T”字接

2.2.4

50 mm×5 mm

铜带“L”字接

2.2.5

50 mm×5 mm
D26
钢棒

铜带与钢棒侧接

2.2.6

铜带50 mm×5 mm
D26
钢棒

铜带与钢棒平接

2.3地网的施工
按图挖宽300mm、深400mm的沟,将铜带放入沟中,放热熔接步骤如下:
(1) 将所需熔接的接头用砂纸、钢锉把表面处理干净,面积要大于熔接的面积,熔模用刷子、清模板等清理干净,并用喷灯分别加热熔接头和熔模,直至将其水分烘干,把熔接头安置在模穴中。
(2) 夹紧模夹,将隔离铁片置于熔模模腔内,将所规定的熔接剂倒入熔模模腔内,然后散布起火粉于熔接剂表层,并留一点于模口。
(3)用点火枪向模口起火粉发射火花点火。
(4) 点火经15~20s后铜浆凝固,开模取出熔成的导体,清除模穴内的残渣以备再次连接作业。
3.测量结果
    地网施工完后,用5 D法测量,D=88×88+48×48=100.24 m,5 D=5×100.24=501.2 m。为达到此距离,按规程规定要求的方法测出的接地电阻为0.2 Ω。而一般规定发电厂、变电站接地网的接地电阻值为0.5~5 Ω,如果接地网再接上距地面15 m、7 m处向外伸出20 m的钢带,此接地网的接地电阻还会降低,因此完全满足设计要求。
4.与传统焊接方法比较
4.1根据传统铜焊接方法的要求,焊接点处的面积要大于两导体的接触面积。如“+”字焊接,两铜相交为50 mm×50 mm=2 500(mm2)。而焊接时只能将上隙焊接,远低于2 500 mm2。要在四边加带如图2所示。需要4根400 mm铜带,一个边400 mm,一个“+”字点即为400 mm×4=1 600 mm,“+”字焊接点约50个,需另加铜带50×1 600 mm=80 000 mm。只“+”字焊接就要多用 80 m铜带,如加上其它形式的焊接点,就要多用铜带约200 m,材料和工作量增加很多,时间也要多用好几倍。
图2 传统十字焊接的示意图
4.2焊接质量比较
    传统方法焊接是气焊加铜焊条,由于作业现场的局限性,焊枪只能焊一面,而且是边与面的焊接,使焊接接触面积小。在拉力的作用下易断裂,对焊接人员技术要求高。
    放热熔接方法是:将所要焊接的部位放于模穴中,熔接剂反应后的高温液体通过模孔流入模穴,充满模穴,让高温液体使所要焊接部位熔化后凝固,完成焊接或称熔接工作。模穴的断面面积约为焊接部位断面面积的两倍,熔接后的部位比原导体要粗。因此无论是导电能力,还是承受拉力的能力,都要强于原导体。熔接操作按操作程序进行,受外界的影响小,焊接速度快。
5.总结
    虽然熔接方法投资大,但从焊接质量、材料的投资、所用时间等等方面进行综合比较,都是传统焊接方法无法比拟的。

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