放热焊接技术在接地系统施工中的应用分析

林春旺（福建省工业设备安装有限公司）

放热焊接技术在接地系统施工中的应用分析

林春旺（福建省工业设备安装有限公司）

本文分析了传统接地系统材料及连接方式存在的问题，结合石狮佳龙化纤有限公司PTA项目厂内罐区的接地工程实例，对放热焊接新型接地连接方式在接地系统施工中的应用进行讨论和总结。

放热焊接；接地电阻；接触电阻

1 引言

随着科学技术的发展，人们对自身安全、设备保护、雷电及静电释放、噪声控制等要求的提高，逐渐认识到接地系统的重要性，对接地系统的施工要求也越来越高。长期、可靠、稳定的接地系统，是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障。工程上，要求接地网金属导体达到可靠、牢固的连接，才能保证接地网的安全运行。要保证接地系统长期安全可靠运行，关键在于使用品质好的接地材料和先进可靠的焊接工艺。为了达到接地系统可靠连接要求，石狮佳龙化纤有限公司PTA项目厂内罐区的接地系统设计上要求采用铜绞线连接，并用放热焊接工艺施工。

2 传统接地系统存在的问题

国内传统的接地系统，通常采用扁钢和角钢等钢材焊接而成，这种接地系统存在使用寿命短、维护费用高和接地电阻不稳定的缺点。经过3～5年的使用，接地材料就会受到比较严重的腐蚀，特别是加灌了降阻剂的地区，其接地材料就更容易被腐蚀，通过测量工频接地电阻往往不易发现，需要频繁的检查和维护，部分腐蚀严重的部位，使用8～10年，就需要重新改造。由于使用寿命短、维护费用高，导致了严重的资源浪费。

在许多采用TN-S的检测系统中，均需进行零序电流的检测，以此作为接地故障保护时的重要判断依据。然而在实际操作过程中，由于传统材料——钢材在接地时的导电率 （0.7× 107）要远低于铜材接地时的导电率（1.56×107），当系统长期运行工作后，性能会可能会出现大幅度降低，从而导致接地故障保护的实际效果与安全性、可靠性都受到较大的影响。近年来，随着科技的发展，在接地检测系统中，正逐步推广以铜材作为接地材料的新型接地方式，且该接地方式多是采用的以压接为主，可有效提升系统的使用寿命。然而，这种新型系统存在的主要问题是，压接点的接触电阻容易过高，导致接地可靠性大幅度下降。

3 放热焊接技术的介绍

放热焊接技术也称“铝热焊接”，是我国近几年引入的一项新的电气连接技术，可用于接地系统、防雷系统、阴极保护系统和输电线路、电缆的连接。放热焊接具有焊接方法简单、操作方便、焊接接头质量好等优点。热熔焊接工艺的主要原理是用较活泼的金属来还原铜，将被连接导体放入特制模具（其模具结构如图1所示），用同种材料的高温溶液将其完全熔化并重新塑造在一起。它的化学反应速度非常快，仅几秒就可以完成焊接，产生热量极高可以有效的传导至熔接部位，使其熔为一体，形成分子结合。它无须其他任何热能，用于接地线路金属导体的连接是最好的方法。放热熔焊的主要材料，包括了可焊接纯铜、黄铜、青铜、紫铜、不锈钢、锻铁、镀锌钢铁、铸铁、铜包钢、纯铁等等。

图1 放热焊接模具结构图

3.1 放热焊接和其他连接方式的比较（以70mm2铜芯电缆连接为例）

表1

通过比较不同连接方式及其所能承载的电流之间的关系，可以看出，放热焊连接是最好的。

3.2 放热焊接技术的应用领域

放热焊接适用于石化、电力、铁路和通信等工程的以下导体的连接：

（1）电缆和电缆焊接；

（2）电缆和扁带；

（3）电缆和钢板；

（4）电缆和钢筋；

（5）扁钢和轨道；

（6）电缆和接地棒；

（7）扁带和扁带；

（8）电缆和接地棒；

（9）螺栓和钢板。

3.3 放热焊接操作步骤

（1）根据焊点形式选择合适的模具和焊剂。

（2）焊接前用热源（喷灯）烘烤模具和导体，确保干燥若有杂质须清除。

（3）将导体放入模具内并夹紧，必要的时候用C形夹辅助。

（4）将托盘放入模腔，堵住模孔托住焊粉。

（5）将焊粉倒入模具中。

（6）从焊粉表面到模沿撒上点火粉。

（7）合上模盖，用点火枪点火。

（8）从焊粉表面到模沿撒上点火粉。

（9）约20s后，可开模，焊接成功。

（10）清洁模具内的焊渣，以备下次使用。

3.4 采用放热焊接工艺具有以下的优点

（1）焊接点的载流能力，即熔点与导线的载流能力相等，接触电阻值小；

（2）由于焊接点是经过焊接而制成的，因此是产品为永久性的，且不易老化；

（3）焊接属于一种永久性的分子结合方式，不易出现松脱；

（4）焊接点具有与铜类似的性质，不容易受到腐蚀性产物的影响；

（5）焊接点能经受反复多次的大浪涌（故障）电流而不易退化；

（6）焊接的方法简单、实用，且培训容易；

（7）供焊接用的材料非常轻便，使得携带方便；

（8）在进行焊接时，无需再额外进行电源或热源的外接；

（9）从外观上，即可检查得出焊接的质量；

（10）可用于铜、铜合金、镀铜钢、各种合金钢、不锈钢材料的焊接。

4 工程实际应用效果

石狮佳龙化纤有限公司PTA项目厂内罐区环境特性为：爆炸性气体危险环境2区；醋酸和液碱腐蚀性场所F2区。因此选用抗腐蚀能力强，接地电阻稳定的材料。为了保证该防雷接地装置达到良好的接地效果，设计要求接地干线之间、接地干线与接地支线之间的连接采用放热焊接技术联结，要求接地阻值要小于4.0Ω。采用放热焊接这种新型的接地连接方式的基本操作程序非常简便，现场的各类施工人员只需很短的时间就能够熟练得的掌握这种焊接技术。施工中，我们发现放热焊接过程中也存在一些对熔接效果直接影响的因素：一方面，焊接时必须采取有效的措施以防止焊接点内水气的产生，一个良好的焊点应当具备表面饱满光亮、无气孔的特点，且切开后观察其剖面在一整体也是应当无气孔与瑕疵存在的，由于模具、焊粉及被焊接物内均可能吸附水分，因此影响其焊接效果的最主要因素是湿气或水气；另一方面，影响焊接效果最主要因素是模具及被焊接物的清洁程度，如果被焊接物表面有尘土、油脂、氧化物（锈）或其它附着物等，必须完全清除，并使其洁净光亮后才能进行焊接作业，否则焊点的导电性能与机械性能将会受到一定的影响。如果模具内遗留的残渣不完全清除，将造成焊点表面不平滑、不光亮。因此，防止水气产生、清洁被焊接物、清洁模具是影响熔接效果的关键因素。

在放热焊接实践中，我们还对操作做了一些改进：在施工工地上，由于受到环境的影响，特别是在沿海地区海风较大，火药及焊剂常被风吹走，致使药剂量达不到要求，焊接效果不理想。另外，引火枪枪头大而短，且点火时需把枪头伸进模具火药罐内进行引燃，这将增加操作人员的危险性。为此我们进行了多次改进，但效果均不理想。后来从放鞭炮中得到启发，在模具内安放引火线，点燃引火线从而引燃模具内的火药及药剂。经过试验，解决了以上问题，且焊接的效果良好。

目前厂内罐区的各装置区内接地网已基本施工完毕，经过实测接地电阻值为2.8Ω以下，小于4.0Ω的设计要求。

5 结论

目前，工程上随着以铜包钢接地极、裸铜绞线的接地系统已经大量推广采用，放热焊接技术也越来越多应用到施工中来，解决了传统施工方法造成的接地连接点接触电阻值高，降阻困难，现场施工难度大，接地系统使用寿命短的难题。从经济上看，裸铜绞线和铜包钢接地极的接地系统相对于传统的镀锌钢材接地系统一次性投资有所增加，但是后期的维护和重复投入则大大减少，从长远来看，其总体投资额和传统接地方式相当。通过上述的应用实例说明，新型的接地方式和放热焊接技术完全可以代替传统接地方式，具有推广和应用价值。

[1]陈宝军，放热焊接技术在地铁接地网施工中的应用[J].铁道建筑技术，2011（05）.

[2]郁 坚.接地线采用放热焊接的质量分析及建议[J].电力与能源，2011（10）.

[3]潘智敏.放热焊接法在变电站接地网中的工艺特点及应用[J].四川建材，2007（12）.

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2095-2066（2016）32-0057-02

2016-11-1