一種新型多層合金石墨烯復合接地系統的研制及應用

國網浙江省電力有限公司溫州市洞頭區供電公司 吳隆東 秦 波 鄭舒克

洞頭地處海島，傳統接地裝置絕大多數采用銅包鋼結構，這種結構的接地裝置的導電性能、機械強度和抗腐蝕性能較差[1]，并且還存在施工安裝時不夠便捷、效率較低、使用壽命較低等問題。為了解決現有技術中的不足，筆者將開展一種新型多層合金石墨烯復合接地系統的研制，旨在解決石墨烯復合接地裝置安裝不夠便捷和易腐蝕的問題。而且新型石墨烯復合接地系統采用垂直深接地技術，無需大面積破土，施工便捷高效，具有免開挖特點，確保石墨烯接地極接觸到土壤電阻率更低的深層土壤，可以有效降低接地電阻[2]。

1 技術方案

通過新型多層合金石墨烯復合接地系統的研制及應用，以解決上述背景技術中，提出的現有石墨烯復合接地系統中的石墨烯防護結構，基本上固定安裝在芯棒上，即當芯棒或石墨烯防護結構損壞時，則需要對其進行整體換新，從而使得經濟成本較高，另一方面現有的石墨烯復合接地系統大多為地埋式且不具備驅動結構，即其需要借助外部驅動設備將芯棒砸入地面，從而使得安裝拆卸過程較為麻煩，且拆卸效率較低的問題。

為實現上述目的，本課題組主要提出如下技術方案：一種新型多層合金石墨烯復合接地系統及其應用，包括防護外殼和延伸板，所述防護外殼的兩側對稱設置有底座，且底座內安裝有電動伸縮桿，同時電動伸縮桿的分別與第一鎖定塊和第二鎖定塊連接，所述第一鎖定塊和第二鎖定塊通過傳動架分別與第一刷板和第二刷板連接，且第一刷板和第二刷板設置在防護外殼的內部，所述防護外殼的內部設置有合金鉆頭，且合金鉆頭連接在第一芯棒的底部，且第一芯棒的頂部通過插接件與第二芯棒連接，同時第二芯棒和第一芯棒的外側均設置有合金組件。

所述延伸板通過連接件與第一芯棒外側的合金組件連接，且延伸板的外壁上設置有齒條，同時齒條與齒輪嚙合連接，所述齒輪安裝在轉桿上，且轉桿與電機的輸出端連接，同時電機安裝在滑動座的內部，所述電機設置在防護外殼的外部，且電機和滑動座均設置在絕緣罩的內側，同時滑動座的底部等間距設置有球體。

所述底座的底部對稱設置有安裝架，且安裝架通過螺釘與地面連接。所述第一鎖定塊和第二鎖定塊卡合在防護外殼的外壁上，且第一鎖定塊和第二鎖定塊均滑動連接在底座的內部。所述第一刷板和第二刷板合圍呈圓環狀，且第一刷板和第二刷板上的刷毛與第一芯棒外側的合金組件的外壁接觸，同時第一刷板和第二刷板均滑動連接在防護外殼的內部。新型多層合金石墨烯復合接地系統的應用方式包括以下步驟。

圖1 主視剖面結構示意圖

一是利用螺釘將安裝架與地面進行連接，接著控制電機通過轉桿驅動齒輪旋轉，齒輪旋轉的過程中，將推動齒條通過合金組件帶動第一芯棒及其底部的合金鉆頭，下移插入地面直至下移至合適高度。

二是接著工作人員可根據實際情況，利用插接件將第二芯棒插接在第一芯棒的頂部，將裝置延長至合適高度，同時工作人員可控制兩側的電動伸縮桿拉動第一鎖定塊和第二鎖定塊內移至底座的內部與防護外殼的外壁分離。

三是第一鎖定塊和第二鎖定塊內移的過程中將通過傳動架拉動第一刷板、第二刷板以及滑動座移動，從而即可使滑動座頂部的電機內移收納至絕緣罩的內部進行防護，電機內移時將拉動齒輪與齒條分離，從而即可使電機與接地系統的主體分離。

四是當裝置需要拆除時，工作人員可控制電動伸縮桿推動第一刷板、第二刷板以及電機展出復位，電機將驅動齒輪配合齒條將插入地底的第一芯棒以及合金鉆頭向上拔出，第一刷板和第二刷板可在第一芯棒上移的過程中將黏附在其表面的污染物刮下來。

2 主要研究課題

一是新型多層合金石墨烯復合接地系統設計方案研究。為了在土壤電阻率高、地形復雜、雷雨季較長的區域保障電力設備有效安全地運行，提出多層復合材料石墨烯接地系統設計方案，有效地牽引雷擊電流，降低電力設備被雷擊損壞頻率，降低雷擊傷害事故。

二是利用動態四探針方法消除接觸電阻，研究測定氧化還原石墨烯粉體的電導率。將石墨烯粉體填裝至樣品槽中，通過對加壓板逐步施加壓強，使樣品槽內石墨烯粉體與含四探針探頭的上電極接觸并逐漸被壓緊，在探針間施加電流后產生電位差。通過四探針法，動態測試不同壓強下的方塊電阻，然后計算石墨烯粉末的電阻率和電導率，測量過程中樣品不松散，可以通過動態四探針方法消除接觸電阻，研究石墨烯粉體電導率的測定。

三是采用垂直深接地技術，實現新型石墨烯復合快速接地裝置研制。采用石墨烯復合接地棒，根據降阻需要烯六角合金夾頭，石墨烯復合接地極和石墨烯合金連接導線之間采用石墨烯合金十字連接器連接或放熱焊接方式連接。

3 裝置具體實施方式

首先利用螺釘將安裝架與地面進行連接，接著控制電機通過轉桿驅動齒輪旋轉，齒輪旋轉的過程中將推動齒條通過合金組件帶動第一芯棒及其底部的合金鉆頭下移插入地面直至下移至合適高度，接著可根據實際情況利用插接件將第二芯棒插接在第一芯棒的頂部，從而即可對裝置的高度進行靈活調節。

其次，還可控制兩側的電動伸縮桿拉動第一鎖定塊和第二鎖定塊收納至底座的內部與防護外殼的外壁分離，第一鎖定塊和第二鎖定塊內移的過程中將通過傳動架拉動第一刷板、第二刷板以及滑動座移動，從而即可使滑動座頂部的電機內移收納至絕緣罩的內部進行防護，電機內移時將拉動齒輪與齒條分離，并以此避免電機被電擊損壞。

當裝置需要拆除時，還可控制電動伸縮桿推動第一刷板、第二刷板以及電機展出復位，電機將驅動齒輪配合齒條將插入地底的第一芯棒以及合金鉆頭向上拔出，第一刷板和第二刷板可在第一芯棒上移的過程中將黏附在其表面的污染物刮下來，即達到自動清潔設備的目的。

圖2 主視結構示意圖

圖3 第一刷板、第二刷板、合金組件與第一芯棒的位置關系俯視剖面結構示意圖

圖4 主視剖面結構示意圖中A 處放大結構示意圖

圖5 主視剖面結構示意圖中B 處放大結構示意圖

圖6 豎槽和橫槽在合金組件上的位置分布主視剖面立體結構示意圖

4 技術創新點

一是多層復合石墨烯接地裝置不含腐蝕性離子，主要依靠石墨烯表層導電機理，導電性能優越，能很好的適用于高土壤電阻率山區。

二是多層復合石墨烯接地裝置是由石墨烯、銀、銅、鎳、鋁等多種金屬材料制成，材料性能穩定，自身電阻率低，耐高、低溫，耐酸、堿腐蝕，耐大沖擊電流，材料性質不會發生變化，在高土壤電阻率接地工程中能夠很好的達到設計要求。

三是多層復合石墨烯接地裝置的降低接地電阻效果優于其他傳統接地極，大大節約開挖土方量，減少施工強度，縮減施工時間。

四是特別在交通不便的山區和海島，新型多層合金石墨烯復合接地裝置不需要再搬運焊接機等笨重設備，安裝流程簡化，搭接即可，有效縮短安裝施工時間，性價比非常高。

五是新型接地裝置通過合金組件、合金鉆頭、第一芯棒、插接件和第二芯棒的配合使用可有效解決現有的石墨烯復合接地系統不可拆卸結構問題。

六是新型接地裝置通過電動伸縮桿、第一鎖定塊、第二鎖定塊、第一刷板和第二刷板的配合使用，可有效解決現有的石墨烯復合接地系統驅動設備易被污染的問題。

七是新型接地裝置通過電機、齒條、轉桿和齒輪的配合使用可有效解決現有的石墨烯復合接地系統大多為地埋式且不具備驅動結構問題。

5 結語

綜上所述，通過本課題成果的應用，因新材料的導電性能優良，將會解決某供電公司所轄配變臺區接地電阻偏高問題，迫使線路故障現象明顯減少，繼而因雷擊等造成的用戶大面積的停電事故頻率將會明顯降低，進而大幅度提高了某供電公司所轄配變臺區線路供電的可靠性，減少對用戶的影響。