河南省防雷协会理事单位，是从事防防雷工程设计施工的乙级资质公司，防雷工程涵盖银行证券、文物古建筑、城市建筑物、煤矿、工业企业等行业的直击雷防护和信息系统防雷系统。避雷针、接地工程面向全国诚招合作伙伴！

使用镀铜接地棒和镀铜钢绞线制作接地网及放热焊接技术

          郑州凯威防雷科技有限公司    刘珂  

    本文简单的介绍一下使用新型接地材料镀铜接地棒和水平接地体（镀铜钢绞线）制作人工接地网的相关知识，不当之处，请批评指正。

凯威防雷公司自成立以来，一直致力于新型防雷技术、新型防雷器材等的研发使用，通过近几年的工程案例证实了高科技材料的实用型和科学性。

                （图1）                          （图2）

一、水平接地体（镀铜钢绞线）

制作人工接地网采用的水平接地体一般为镀铜钢绞线或镀铜圆钢，代替传统的镀锌扁钢（铁），用于连接各垂直接地体。常用规格为70平方-120平方，型号为30CCS70/30CCS120。变电站的接地可能选择更大尺寸的镀铜钢绞线。

二、垂直接地体（镀铜接地棒）

接地棒现在常规采用的镀铜接地棒，直径为14.2mm-17.2mm，这个尺寸是最容易打入土壤中的。土壤电阻率比较高的地方，为了最大限度的降低接地电阻，可以增加非金属接地模块PTD-3和降阻剂GEM25A与镀铜接地棒配合使用。

三、放热焊接（火泥熔接、铝热焊接）

制作地网所选用的材料为镀铜材料，具有很好的导电性、抗腐蚀性，各接地体之间的连接采用分子式的连接-放热焊接，保证焊接处的导电性能。

1放热焊接简介

在接地系统在存在着大量的连接点，连接点的导电性能、热稳定性能和防腐蚀性能直接决定了整个接地网的性能、经济性和使用寿命。对于铜制或者镀铜制而言，常用的连接方式有放热焊接、压接、螺栓连接和钎焊。相对于其他的连接方式，放热焊接具有以下的优点：

ü 接头导电率和接头电阻与原导体保持一致

ü 接头被铜完全包裹，具有和铜一致的防腐蚀能力

ü 施工简单、操作方便，不需要额外的电源和热源

ü 焊接是一种永久性的分子结合，不会松脱

ü 可焊接多种金属和不同金属之间的焊接

基于以上的特点，世界众多的接地标准如IEEE、IEC、UL、ASME、NEC等都推荐使用放热焊接作为地网的主要连接方式。

放热焊接工艺最早是由美国艾力高公司(ERICO)的查尔斯·卡特威尔博士1938年开发的，该工艺最早用于铁路信号线焊接。艾力高公司为表彰卡特威尔博士(Dr. Charles Cadwell)的贡献，将该工艺的商标命名为CADWELD。目前数以千万计的CADWELD焊接在使用了五十多年后，性能依然良好。

放热焊接利用活性较强的铝把氧化铜还原，整个过程需时仅数秒，反应所放出的热量足以使被焊接的导线端部融化形成永久性的分子合成。铜基放热反应的一般公式是：

3Cu2O+2Al→Al2O3+3Cu+热量(2537˚C)

2 铜的简介

纯铜是一种坚韧、柔软、富有延展性的紫红色而有光泽的金属，1克的铜可以拉成3000米长的细丝，或压成10多平方米几乎透明的铜箔。铜的颜色很像金，但发红，铜离子的颜色为蓝色。铜的最普遍用途在于制造电线，通常现时所用的电线都是由纯铜制成，这是因为它的导电性和导热性都仅次于银，但却比银便宜得多。

含铜的矿物比较多见，大多具有鲜艳而引人注目的颜色，例如：金黄色的黄铜矿CuFeS2，鲜绿色的孔雀石CuCO3Cu(OH)2，深蓝色的石青2CuCO3Cu(OH)2，赤铜矿Cu2O，辉铜矿Cu2S等，把这些矿石在空气中焙烧后形成氧化铜CuO，再用碳还原，就得到金属铜。

铜在干燥空气中相对稳定，与氧气发生氧化反应的速度较慢，可在一段时间内保持金属光泽，但随着时间的推移，表面的铜层不断地氧化，铜的表面会形成黑色的氧化铜。反应方程式如下：2Cu+O2→2CuO潮湿空气中，表面会生成一层铜绿(碱式碳酸铜，分子式：Cu2(OH)2CO3)，保护内层的铜不再被氧化。反应方程式：

在铜的表面所形成的氧化铜或者铜绿都是致密的分子结构，可以将铜材完全的包裹住，防止内部的铜材与氧气接触，阻止氧化反应的继续发生。

4 铜材在高温中的氧化

铜材在遇到高温时，分子活性明显增强，氧化反应速度加快。在高温时的氧化产物有Cu2O(红色)，CuO(黑色)，Cu(OH)2(蓝色)，反应方程式如下：

4Cu+O2→2Cu2O(在高温时才发生)

2Cu+O2→2CuO

2Cu+O2+2H2O→2Cu(OH)2(在高温时才发生)

当持续加热时，Cu2O、Cu(OH)2、将继续发生化学反应

2Cu2O+O2→4CuO

Cu(OH)2→CuO+H2O (当加热时)

所以铜在高温的情况下的最终的产物与放至在空气中氧化反应的最终产物是一致的，都是氧化铜。

5 结论：

所以当放热焊接时，模具外的导线遇到高温，与空气中的水、氧气发生反应，生成黑色的氧化铜，红色的氧化亚铜、蓝色的氢氧化铜。氧化亚铜和氢氧化铜在导线余温的作用下持续发生反应，三种产物都转化成了黑色的氧化铜。与铜放置于常温空气中的氧化产物是一样的。只是在高温的作用下，加快了这一进程。表面的氧化铜可以有效地防止氧化的继续发生，具有很好的防腐蚀的作用，保护内部的铜线不受氧气的影响。所以，放热焊接不会改变铜线原有的导电率和防腐蚀性能。