一、概述
随着电力系统的发展，由于雷击而引起的事故也日益增多。电网线路遭雷击跳闸占整个电网跳闸总数的70%-80%以上，特别是随着供电网络的不断发展，以及国民经济不断发展，供电设备越来越向小型化智能化发展，输电线路的接地网引起的接地腐蚀、电阻超标等问题逐渐增多，从而导致雷击跳闸事故占供电事故的比例越来越高。线路遭雷击跳闸呈现出逐年上升的趋势。维持良好的接地系统是降低跳闸率的不可缺少的环节。近年来的运维情况表明，接地网的问题主要是以下三个方面：
1、接地网的腐蚀问题严重，实际运行中普通地网一般在5-10年就开始出现腐蚀，个别盐碱地区甚至出现断裂现象。每年开展的接地电阻测试检测中，均存在接地电阻值较高或无穷大的情况，通过进一步的开挖检查治理，表明多为线路接地圆钢材料出现腐蚀或断裂导致，这远少于设计寿命。
2、接地网接地电阻难以达到要求。由于杆塔受所在地形环境等影响，开挖受到限制，接地电阻难以达到要求。从而直接导致接地隐患不断增多，影响运行可靠性。
3、接地网的连接非常薄弱，腐蚀非常严重。由于传统接地连接采用电焊焊接，电焊高温会严重破坏镀锌层，从而加速了接头处的腐蚀。再加上部分施工单位把关不严，导致地网中接头部分的腐蚀更加严重，从而严重影响地网的整体寿命。
良好的接地系统应具备以下两个主要条件：
1、接地电阻应尽可能低，接地电阻越低，雷电流，浪涌和故障电流就可越安全地消散到大地。无论DL/T621-1997还是GB50169-2006，对接地电阻均有相应的要求。
2、接地导体应具有良好的防腐能力并能重复通过大的故障电流，系统的寿命应不小于地面主要设备的寿命。一般至少要求30年以上寿命。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，接地系统长期安全可靠运行的关键在于正确选择合适的接地材料和可靠的连接。
二、技术路线及关键技术研究
镀铜接地产品和传统接地产品的技术比较：
1、性能比较
1）导电性能：以铜的导电率为100%，镀铜钢接地棒的导电率为20%，而镀锌钢的导电率只有8.6%。镀铜钢接地棒是镀锌钢导电率的2.6倍。加上铜的磁导率是钢的1/636，在雷电高频电流情况下，镀铜钢接地棒的冲击接地电阻要比镀锌钢要好得多。
2）热稳定性：铜的熔点为1083˚C，短路时最高允许温度为450˚C;镀铜钢材熔点为1510˚C，短时允许温度为450˚C;而钢的熔点为1510˚C，短路时最高允许温度为400˚C。因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。同等热稳定性能时，镀锌钢接地体所需的截面积为铜材的三倍，是镀铜钢接地棒的2倍。
3）耐腐蚀性：接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，在多数情况下，这两种腐蚀同时存在。铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10～1/50，而且电气性能稳定。铜的表面会产生附着性极强的氧化物（铜绿），能够对内部的铜起很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。当铜与其它金属（钢结构、水管、气管、电缆护套等）共存地下时，铜作为阴极不会受腐蚀，腐蚀的是后者。钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性。
2、施工方式比较
1）传统水平网导体材料为扁钢，出厂长度一般为6m，现场需要电焊连接到设计需求，接点增多，电气性能受影响，且不利于防腐。
新型水平网导体材料采用镀铜圆钢或呈卷装的镀铜扁钢，引下线采用镀锡铜圆钢或镀锡铜扁钢。镀铜圆钢具有一定的柔度，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易，使用焊粉量较小;镀铜圆钢具有高机械强度，使其能够成卷供货，长度一般为30m/卷，重30kg左右，为一个成年人可以搬动的重量，也可以根据设计需要任意长度裁剪，接点少，电气性能优异，同时有利于防腐。
2）传统垂直接地导体为角钢，长度一般为2.5m，无法连接加长，现场需要二次加工（一端削尖，一端加工护板），而且难于顺利打入地下，影响施工进度。且焊点易腐蚀。
新型垂直接地体采用镀铜钢接地棒，垂直接地体长度可以通过连接器无限加长，依据国家电力标准DL-T 621/1997，单点垂直接地极电阻计算公式：R1=ρ（Ln（8L/D）-1） /2πL，由此可知，通过加大垂直接地深度使降低接地电阻成为一种可能。
角钢安装时，有时需预先开挖直径约1m，深1m的深坑，安装时只能靠人力敲击，阻力大，耗时长，开挖土建费用成本高。
新型镀铜钢接地棒前端配有尖头，可以击碎风化岩层，因其截面大大小于角钢，故垂直冲击压强极大，无需开挖地表，属于微创式安装，由于其可通过增加垂直接地长度就可达到降阻目的，又可以借助电镐安装，施工非常快捷，工程量大大减少，省时省财。
3、电气连接方式比较
接地系统中金属导体存在着大量的连接，只有可靠的、牢固的连接才能保证接地网的运行可靠性。
传统的电焊工艺为表面搭接，接头中间有空隙，接头电阻高，不仅影响电气性能，而且容易腐蚀，其焊接工序繁琐，操作者需要具备规定的专业资质，人力成本昂贵;同比之下，放热焊接工艺属于真正的分子结合，焊点内部无空隙，接头电阻与导体电阻一致，焊点为铜质，耐腐蚀，其焊接工艺简化，焊接过程快速简单，操作者无需任何专业资质，属于不仅节省人工费用，更重要的是保证了接地装置的连接质量。
传统电焊工艺需要外部电源，易受天气、地理环境局限，焊接不受天气影响，无需外部电源，尤其适合于野外使用。
4、热熔焊接原理与步骤
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，为放热反应，置换出的铜在高温下融化，并顺着导流道流入下面预设的模槽中，高温的铜液迅速包裹被连接的导体，并使导体部分或全部融化，在接点内部，导体和铜液融为一体，接点外部，为纯度为85%以上的铜材包裹，其具有镀铜层相似的电位，所以整体耐腐蚀能力较强。
综上所述，铜接地体与热镀锌钢接地体相比，铜接地体在导电性能、热稳定性能、耐腐蚀性、接点焊接质量和施工便利方面有显著的优越性。
三、技术分析
1、性能比较
1）导电性能：以铜的导电率为100%，镀铜钢接地棒的导电率为20%，而镀锌钢的导电率只有8.6%。镀铜钢接地棒是镀锌钢导电率的2.6倍。加上铜的磁导率是钢的1/636，在雷电高频电流情况下，镀铜钢接地棒的冲击接地电阻要比镀锌钢要好得多。
2）热稳定性：铜的熔点为1083˚C，短路时最高允许温度为450˚C;镀铜钢材熔点为1510˚C，短时允许温度为450˚C;而钢的熔点为1510˚C，短路时最高允许温度为400˚C。因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。同等热稳定性能时，镀锌钢接地体所需的截面积为铜材的三倍，是镀铜钢接地棒的2倍。
3）耐腐蚀性：接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，在多数情况下，这两种腐蚀同时存在。铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的1/10～1/50，而且电气性能稳定。铜的表面会产生附着性极强的氧化物（铜绿），能够对内部的铜起很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。当铜与其它金属（钢结构、水管、气管、电缆护套等）共存地下时，铜作为阴极不会受腐蚀，腐蚀的是后者。钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性。
2、安装工艺比较
1）传统水平网导体材料为扁钢，出厂长度一般为6m，现场需要电焊连接到设计需求，接点增多，电气性能受影响，且不利于防腐。
新型水平网导体材料采用镀铜圆钢或呈卷装的镀铜扁钢，引下线采用镀锡铜圆钢或镀锡铜扁钢。镀铜圆钢具有一定的柔度，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易，使用焊粉量较小;镀铜圆钢具有高机械强度，使其能够成卷供货，长度一般为30m/卷，重30kg左右，为一个成年人可以搬动的重量，也可以根据设计需要任意长度裁剪，接点少，电气性能优异，同时有利于防腐。
表1
比较项目 GALMAR镀铜接地棒 传统热镀锌钢接地极
（角钢）
工作寿命
（年） 一般土壤 30-40年 5-10年
弱酸弱碱
性土壤
30年以上
2-5年
抗腐蚀性能 很强 弱
导电率#4
20%
8.6%
成本
（元/30）年·米） 材料成本
110
100
安装成本
10
75
总成本
110
175
抗拉程度
>600N/mm2
<600N/mm2
硬度 强 一般
铜层厚度（mm）
> 0.250
----
铜层粘合性 分子结合
----
热稳定性系数
119
70
符合标准 GB/T21698-2008
IEC61364
UL467
BS7430
IEEE837 GB/T21698-2008
IEC61364
UL467
BS7430
IEEE837
客户接受程度 欧美100% 国际20-40%
2）传统垂直接地导体为角钢，长度一般为2.5m，无法连接加长，现场需要二次加工（一端削尖，一端加工护板），而且难于顺利打入地下，影响施工进度。且焊点容易腐蚀。
新型垂直接地体采用镀铜钢接地棒，垂直接地体长度可以通过连接器无限加长，依据国家电力标准DL-T 621/1997，单点垂直接地极电阻计算公式：R1=ρ（Ln（8L/D）-1）/2πL，由此可知，通过加大垂直接地深度使降低接地电阻成为一种可能，再者河北省地区多为沿海城市地下水较浅，土壤电阻率较低，增加接地体长度更容易触及含水层，降阻效果明显。
角钢安装时，有时需预先开挖直径约1m，深1m的深坑，安装时只能靠人力敲击，阻力大，耗时长，开挖土建费用成本高。
新型镀铜钢接地棒前端配有尖头，可以击碎风化岩层，因其截面大大小于角钢，故垂直冲击压强极大，无需开挖地表，属于微创式安装，由于其可通过增加垂直接地长度就可达到降阻目的，又可以借助电镐安装，施工非常快捷，工程量大大减少，省时省财。
3、电气连接方式比较
接地系统中金属导体存在着大量的连接，只有可靠的、牢固的连接才能保证接地网的运行可靠性。
传统的电焊工艺为表面搭接，接头中间有空隙，接头电阻高，不仅影响电气性能，而且容易腐蚀，其焊接工序繁琐，操作者需要具备规定的专业资质，人力成本昂贵;同比之下，放热焊接工艺属于真正的分子结合，焊点内部无空隙，接头电阻与导体电阻一致，焊点为铜质，耐腐蚀，其焊接工艺简化，焊接过程快速简单，操作者无需任何专业资质，属于不仅节省人工费用，更重要的是保证了接地装置的连接质量。
传统电焊工艺需要外部电源，易受天气、地理环境局限，焊接不受天气影响，无需外部电源，尤其适合于野外使用。
4、技术参数比较（见表1）
四、主要技术创新点
1、耐腐蚀：接地棒体由钢芯和覆盖于钢芯外侧的电解铜镀层组成，接地装置放热焊接工艺属于真正的分子结合，接头电阻与导体电阻一致，焊点为铜质，耐腐蚀，寿命可以到达30年。
2、垂直接地体采用镀铜钢接地棒，垂直接地体长度可通过连接器无限加长，垂直接地体长度可通过连接器无限加长，相邻两个接地棒体的对接处套置有密封加固环。降阻效果明显。
3、施工方便：减少工程开挖量，减小了施工难度，提高了施工进度。
4、维护费用少。
五、结论
通过实际应用对比，传统的接地系统施工方法不仅工作量大，对农民的农业生产影响特别大，青赔费用高，特别是在果园里，按照常规施工根本就难以完成。利用新材料接地系统，可以减轻工人施工的劳动强度，降低高压输电线路的运行维护成本。采用新材料可以减少工程开挖量，减小了施工难度，提高了施工进度。既可以减少施工费用，又可以减少对百姓的农作物损失赔偿。采用新材料后，使用寿命可以到达30年，大大提高了接地系统的寿命，避免出现每8年更换一次接地的循环施工，降低了施工和维护费用。
随着输电可靠性指标的要求越来越高，镀铜接地系统必将成为一种快速、高效、大有发展前途的接地系统改造方式。