林春旺（福建省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司）

放熱焊接技術(shù)在接地系統(tǒng)施工中的應(yīng)用分析

林春旺（福建省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司）

本文分析了傳統(tǒng)接地系統(tǒng)材料及連接方式存在的問(wèn)題，結(jié)合石獅佳龍化纖有限公司PTA項(xiàng)目廠內(nèi)罐區(qū)的接地工程實(shí)例，對(duì)放熱焊接新型接地連接方式在接地系統(tǒng)施工中的應(yīng)用進(jìn)行討論和總結(jié)。

放熱焊接；接地電阻；接觸電阻

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)自身安全、設(shè)備保護(hù)、雷電及靜電釋放、噪聲控制等要求的提高，逐漸認(rèn)識(shí)到接地系統(tǒng)的重要性，對(duì)接地系統(tǒng)的施工要求也越來(lái)越高。長(zhǎng)期、可靠、穩(wěn)定的接地系統(tǒng)，是維持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、保證設(shè)備和人員安全的根本保障。工程上，要求接地網(wǎng)金屬導(dǎo)體達(dá)到可靠、牢固的連接，才能保證接地網(wǎng)的安全運(yùn)行。要保證接地系統(tǒng)長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行，關(guān)鍵在于使用品質(zhì)好的接地材料和先進(jìn)可靠的焊接工藝。為了達(dá)到接地系統(tǒng)可靠連接要求，石獅佳龍化纖有限公司PTA項(xiàng)目廠內(nèi)罐區(qū)的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要求采用銅絞線連接，并用放熱焊接工藝施工。

2 傳統(tǒng)接地系統(tǒng)存在的問(wèn)題

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的接地系統(tǒng)，通常采用扁鋼和角鋼等鋼材焊接而成，這種接地系統(tǒng)存在使用壽命短、維護(hù)費(fèi)用高和接地電阻不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)3～5年的使用，接地材料就會(huì)受到比較嚴(yán)重的腐蝕，特別是加灌了降阻劑的地區(qū)，其接地材料就更容易被腐蝕，通過(guò)測(cè)量工頻接地電阻往往不易發(fā)現(xiàn)，需要頻繁的檢查和維護(hù)，部分腐蝕嚴(yán)重的部位，使用8～10年，就需要重新改造。由于使用壽命短、維護(hù)費(fèi)用高，導(dǎo)致了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。

在許多采用TN-S的檢測(cè)系統(tǒng)中，均需進(jìn)行零序電流的檢測(cè)，以此作為接地故障保護(hù)時(shí)的重要判斷依據(jù)。然而在實(shí)際操作過(guò)程中，由于傳統(tǒng)材料——鋼材在接地時(shí)的導(dǎo)電率 （0.7× 107）要遠(yuǎn)低于銅材接地時(shí)的導(dǎo)電率（1.56×107），當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行工作后，性能會(huì)可能會(huì)出現(xiàn)大幅度降低，從而導(dǎo)致接地故障保護(hù)的實(shí)際效果與安全性、可靠性都受到較大的影響。近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，在接地檢測(cè)系統(tǒng)中，正逐步推廣以銅材作為接地材料的新型接地方式，且該接地方式多是采用的以壓接為主，可有效提升系統(tǒng)的使用壽命。然而，這種新型系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題是，壓接點(diǎn)的接觸電阻容易過(guò)高，導(dǎo)致接地可靠性大幅度下降。

3 放熱焊接技術(shù)的介紹

放熱焊接技術(shù)也稱“鋁熱焊接”，是我國(guó)近幾年引入的一項(xiàng)新的電氣連接技術(shù)，可用于接地系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、陰極保護(hù)系統(tǒng)和輸電線路、電纜的連接。放熱焊接具有焊接方法簡(jiǎn)單、操作方便、焊接接頭質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。熱熔焊接工藝的主要原理是用較活潑的金屬來(lái)還原銅，將被連接導(dǎo)體放入特制模具（其模具結(jié)構(gòu)如圖1所示），用同種材料的高溫溶液將其完全熔化并重新塑造在一起。它的化學(xué)反應(yīng)速度非?？?，僅幾秒就可以完成焊接，產(chǎn)生熱量極高可以有效的傳導(dǎo)至熔接部位，使其熔為一體，形成分子結(jié)合。它無(wú)須其他任何熱能，用于接地線路金屬導(dǎo)體的連接是最好的方法。放熱熔焊的主要材料，包括了可焊接純銅、黃銅、青銅、紫銅、不銹鋼、鍛鐵、鍍鋅鋼鐵、鑄鐵、銅包鋼、純鐵等等。

圖1 放熱焊接模具結(jié)構(gòu)圖

3.1 放熱焊接和其他連接方式的比較（以70mm2銅芯電纜連接為例）

表1

通過(guò)比較不同連接方式及其所能承載的電流之間的關(guān)系，可以看出，放熱焊連接是最好的。

3.2 放熱焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

放熱焊接適用于石化、電力、鐵路和通信等工程的以下導(dǎo)體的連接：

（1）電纜和電纜焊接；

（2）電纜和扁帶；

（3）電纜和鋼板；

（4）電纜和鋼筋；

（5）扁鋼和軌道；

（6）電纜和接地棒；

（7）扁帶和扁帶；

（8）電纜和接地棒；

（9）螺栓和鋼板。

3.3 放熱焊接操作步驟

（1）根據(jù)焊點(diǎn)形式選擇合適的模具和焊劑。

（2）焊接前用熱源（噴燈）烘烤模具和導(dǎo)體，確保干燥若有雜質(zhì)須清除。

（3）將導(dǎo)體放入模具內(nèi)并夾緊，必要的時(shí)候用C形夾輔助。

（4）將托盤(pán)放入模腔，堵住?？淄凶『阜?。

（5）將焊粉倒入模具中。

（6）從焊粉表面到模沿撒上點(diǎn)火粉。

（7）合上模蓋，用點(diǎn)火槍點(diǎn)火。

（8）從焊粉表面到模沿撒上點(diǎn)火粉。

（9）約20s后，可開(kāi)模，焊接成功。

（10）清潔模具內(nèi)的焊渣，以備下次使用。

3.4 采用放熱焊接工藝具有以下的優(yōu)點(diǎn)

（1）焊接點(diǎn)的載流能力，即熔點(diǎn)與導(dǎo)線的載流能力相等，接觸電阻值??；

（2）由于焊接點(diǎn)是經(jīng)過(guò)焊接而制成的，因此是產(chǎn)品為永久性的，且不易老化；

（3）焊接屬于一種永久性的分子結(jié)合方式，不易出現(xiàn)松脫；

（4）焊接點(diǎn)具有與銅類似的性質(zhì)，不容易受到腐蝕性產(chǎn)物的影響；

（5）焊接點(diǎn)能經(jīng)受反復(fù)多次的大浪涌（故障）電流而不易退化；

（6）焊接的方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，且培訓(xùn)容易；

（7）供焊接用的材料非常輕便，使得攜帶方便；

（8）在進(jìn)行焊接時(shí)，無(wú)需再額外進(jìn)行電源或熱源的外接；

（9）從外觀上，即可檢查得出焊接的質(zhì)量；

（10）可用于銅、銅合金、鍍銅鋼、各種合金鋼、不銹鋼材料的焊接。

4 工程實(shí)際應(yīng)用效果

石獅佳龍化纖有限公司PTA項(xiàng)目廠內(nèi)罐區(qū)環(huán)境特性為：爆炸性氣體危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)；醋酸和液堿腐蝕性場(chǎng)所F2區(qū)。因此選用抗腐蝕能力強(qiáng)，接地電阻穩(wěn)定的材料。為了保證該防雷接地裝置達(dá)到良好的接地效果，設(shè)計(jì)要求接地干線之間、接地干線與接地支線之間的連接采用放熱焊接技術(shù)聯(lián)結(jié)，要求接地阻值要小于4.0Ω。采用放熱焊接這種新型的接地連接方式的基本操作程序非常簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)的各類施工人員只需很短的時(shí)間就能夠熟練得的掌握這種焊接技術(shù)。施工中，我們發(fā)現(xiàn)放熱焊接過(guò)程中也存在一些對(duì)熔接效果直接影響的因素：一方面，焊接時(shí)必須采取有效的措施以防止焊接點(diǎn)內(nèi)水氣的產(chǎn)生，一個(gè)良好的焊點(diǎn)應(yīng)當(dāng)具備表面飽滿光亮、無(wú)氣孔的特點(diǎn)，且切開(kāi)后觀察其剖面在一整體也是應(yīng)當(dāng)無(wú)氣孔與瑕疵存在的，由于模具、焊粉及被焊接物內(nèi)均可能吸附水分，因此影響其焊接效果的最主要因素是濕氣或水氣；另一方面，影響焊接效果最主要因素是模具及被焊接物的清潔程度，如果被焊接物表面有塵土、油脂、氧化物（銹）或其它附著物等，必須完全清除，并使其潔凈光亮后才能進(jìn)行焊接作業(yè)，否則焊點(diǎn)的導(dǎo)電性能與機(jī)械性能將會(huì)受到一定的影響。如果模具內(nèi)遺留的殘?jiān)煌耆宄?，將造成焊點(diǎn)表面不平滑、不光亮。因此，防止水氣產(chǎn)生、清潔被焊接物、清潔模具是影響熔接效果的關(guān)鍵因素。

在放熱焊接實(shí)踐中，我們還對(duì)操作做了一些改進(jìn)：在施工工地上，由于受到環(huán)境的影響，特別是在沿海地區(qū)海風(fēng)較大，火藥及焊劑常被風(fēng)吹走，致使藥劑量達(dá)不到要求，焊接效果不理想。另外，引火槍槍頭大而短，且點(diǎn)火時(shí)需把槍頭伸進(jìn)模具火藥罐內(nèi)進(jìn)行引燃，這將增加操作人員的危險(xiǎn)性。為此我們進(jìn)行了多次改進(jìn)，但效果均不理想。后來(lái)從放鞭炮中得到啟發(fā)，在模具內(nèi)安放引火線，點(diǎn)燃引火線從而引燃模具內(nèi)的火藥及藥劑。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，解決了以上問(wèn)題，且焊接的效果良好。

目前廠內(nèi)罐區(qū)的各裝置區(qū)內(nèi)接地網(wǎng)已基本施工完畢，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)接地電阻值為2.8Ω以下，小于4.0Ω的設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

目前，工程上隨著以銅包鋼接地極、裸銅絞線的接地系統(tǒng)已經(jīng)大量推廣采用，放熱焊接技術(shù)也越來(lái)越多應(yīng)用到施工中來(lái)，解決了傳統(tǒng)施工方法造成的接地連接點(diǎn)接觸電阻值高，降阻困難，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大，接地系統(tǒng)使用壽命短的難題。從經(jīng)濟(jì)上看，裸銅絞線和銅包鋼接地極的接地系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的鍍鋅鋼材接地系統(tǒng)一次性投資有所增加，但是后期的維護(hù)和重復(fù)投入則大大減少，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，其總體投資額和傳統(tǒng)接地方式相當(dāng)。通過(guò)上述的應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明，新型的接地方式和放熱焊接技術(shù)完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)接地方式，具有推廣和應(yīng)用價(jià)值。

[1]陳寶軍，放熱焊接技術(shù)在地鐵接地網(wǎng)施工中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2011（05）.

[2]郁 堅(jiān).接地線采用放熱焊接的質(zhì)量分析及建議[J].電力與能源，2011（10）.

[3]潘智敏.放熱焊接法在變電站接地網(wǎng)中的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用[J].四川建材，2007（12）.

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2016-11-1