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    关于与钢的等电位联结的难点
    发布时间:2014-7-15

    李承耀 译

    摘 要 你知道在接地系统中关于与钢进行等电位联结的特殊要求吗?
    1 概 述
    当你考虑接地设计技术时,你可能想象到埋设在土壤中的所有接地网导体、接地极、以及它们之间的互连导体。所有这些接地导体和接地极必须将许多路接地电流从地坪上面的结构件传送和耗散到地面下的接地系统中。将接地导体能有等电位的联结到建筑物钢结构上的工作很少是有妥善规划和实施的。这就降低了接地系统的整体效能。
    与钢的等电位联结是一种做得坚固可靠的接地连接。一般包括下列两种应用情况:
    (1)将室内外钢结构、混凝土结构中的钢筋、围栏和门柱、钢外壳等进行接地; 
    (2)将电力--信号线和电力线进行等电位联结到铁道钢轨和起重机钢轨上。
    你可以采用不同的连接件;如图1的机械接线片,图2的压扁接线片,或图3的放热式熔焊接线片。要做到连接良好,必须遵守如下规定:
    ①要用双孔的接线片,不要用单孔的接线片。如果发生振动,会使单孔接线片发生扭曲或者使与钢件的连接发生松动。
    ②一直要使用镀锡的接线片,不要使用镀锡的铜片。镀锡的铜片会带来的一个教训是在铜接线片与钢件之间在接触时引起的局部腐蚀。
    ③使用合适的小五金件--有良好的连接。不会有第2次猜测进行连接器设计。
    ④妥善的扭紧螺栓要达到足够的紧固,但无歪曲变形。
    ⑤接线片和钢结构连接处的表面应清洁干燥,否则在连接处表面上产生的腐蚀会增加电阻。
    ⑥在设备、接地系统或装置的全部使用寿命期间,要定期检查所有机械的等电位联结处,还要进行测试和维护,以保证接地系统有持续良好的接地性能。
    2 机械连接
    机械接线片有两个双金属接触界面。一个接触界面是在接线片与导体之间。另一个接触界面是在接线片与钢结构表面之间。
    金属表面不可能是完全光滑的。当两个金属表面接触时,只有在凹凸不平处的凸起部分是接触的。因此,电流流通的实际接触表面积要比看到的接触面积要小得多。这就增加了机械连接处相配合表面之间的接触电阻值。
    由于接地导体通常用铜线,而接地夹钳通常是铜合金或钢制的,当使用一个接地夹钳时,就形成了双金属(铜和钢)电偶。在潮湿的情况,产生电化学局部腐蚀,钢的腐蚀对铜起着保护作用。不论你把连接处的螺栓拧得多么紧,双金属接触界面总是存在的,因而也就存在着腐蚀作用,就会增加连接处的电阻。
    机械连接有两种类型:
    ①这个连接器件将接地导体固定在连接器内,并将连接器的表面紧靠在钢结构上。
    ②这个连接器件将接地导体固定紧靠在钢结构上。
    上述两种类型机械连接有许多形式。如何用一个U形螺栓夹紧到一个园形表面上,例如,夹紧在一个围栏柱了上(见图6)。
    3 放热式熔焊连接
    这种连接方式消除了导体与钢件之间形成的双金属接触界面。熔焊连接在两种不同类型金属之间的电流通道中没有机械接触界面。因此,该电流通道中不会产生双金属腐蚀。
    图7示出了一种典型的放热式熔焊连接到一个垂直面上的情况。对于围栏柱,你也可以同一类型的连接器。图8示出了在进行熔焊连接之前,用一种放热式熔焊连接的方法将导体连接到一个钢表面上的横剖面示图情况。
    图9示出了一个完工连接的剖面图,即熔入钢构件中的熔焊体和绞线。该电流通道通过已熔焊的绞线终端进入焊接熔核,然后进入在溶核与钢构件之间溶焊接触界面处的钢构件中。 
    当钢筋上有局部变形时,钢筋上的一些连接点出现一种特殊的情况。除非你事先把局部变形磨掉,否则一个机械连接器只能与钢筋上的一些凸点相接触。这就导致有高电阻连接。放热式熔焊连接法就不需要磨掉该局部变形。
    4 对连接表面的预处理
    不论用哪一种连接方式,你必须除去钢构件上所有绝缘物质(涂料、润滑脂等)和任何铁锈或磨落的铁屑以保证连接良好。放热式熔焊连接要求镀锌表面特别清洁。必须除去所有厚的镀层。对于电镀表面,只需要擦光到亮表面光洁度即可。 
    5 螺栓连接与放热式熔焊连接的比较
    螺栓连接或者放热式熔焊连接都比其他的连接方法都要优越。各有其适用的场合。
    例如。如需要便于邓下或更换等电位联结线或钢构件时,或者你需要将钢制设备笼进行接地,使设备笼上不会产生电荷,而接地电阻要求不严格时,不宜用螺栓连接。
    对于许多装置,螺栓连接的性能是好的。对其他一些装置,其性能就不一定好了。螺栓连接的一个****优点是初始费用较低。其使用期限内总耗费用是否比放热式熔焊式连接法低,则取决于维护费用,连接点的数量,以及你的接地系统在每个连接中或者所有接地连接中能允许有多大的接地电阻值等。
    在其他应用场合,如大型接地系统性能的要求是苛刻的,即空中交通控制塔的防雷保护系统,变电站接地系统等,就需要用放热式熔焊连接。
    在使用放热式熔焊连接时,就需要有一个熔焊模具,就有固定的费用。
    在进行上述任一种连接时,必须保持电线清洁、连接器清洁,连接费用表面上清洁等。
    还要保证布线的路由以支撑导体的最小机械应力等。
    6 附 录
    放热式熔是一处不需要外部热量在化学还原过程产生高温熔融金属使得期望连接的金属件熔焊在一起。
    (1)1940年左右,美国开发一种铜基的发热物料,包括氧化铜粉和铝粉,含有少量的氧化锡粉。铝粉使氧化铜和氧化锡还原产生大量热,并含有少量锡的熔融的铜锡合金,少量的锡起到了提高强度的作用,并残留氧化铝渣。
    (2)优缺点
    优点是
    a、这种熔焊方法或为接地连接中的通用方法,能够耐腐蚀,即使埋入地下或在混凝土中也是可靠的。
    b、用于腐蚀性大气中不会影响焊接点的电阻变化。
    缺点是:由于化学反应所产生的热量会使导体有退火作用。因此这种熔焊不能用于架空线或者导体的拉抻强度有重要影响的场合。
    (3)推荐的使用方法
    a、在熔焊处要用一个可以重复使用石墨模盒。模盒和所有连接点都应保持清洁和干燥,以便使焊接质量良好。潮气将会使得熔融金属生成有害的溅点。见图10.
    b、将石墨模盒在焊接位置处紧固好,异体周围的所有开孔都有一种类似粘土的材料来密封好。以免将溶融的金属漏泄出。在孔顶上盖上一个钢片,使得用于焊接的物料(氧化铜、氧化锡和铝粉)放入模盒坩锅部分。
    c、再把点火物料倒在焊接物料的表面上即模盒的口部,然后盖上盖子。
    d、用一个打火机点火(某些用户更喜欢用丁烷焊炬点火),点火温度为450℃(850°F),将焊接物料加热到900℃(1650°F)时产生化学还原的放热反应,温度达到2200℃(4000°F)以上。氧化铜和氧化锡还原或熔融的铜锡合金将钢片熔化,该熔火铜锡合金经过导流孔后进入焊穴处,将电缆线与接地棒熔焊在一起。 
    e、整个溶焊过程大约用30秒的时间。