石墨复合接地体的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种石墨复合接地体，包括由内向外设置的内芯、中间层和编织层；其中，所述内芯为单根或多根耐热纤维组成的耐热纤维束；所述中间层包覆所述内芯，且包括依次交替的石墨层和均流层；所述石墨层由复合石墨线沿所述内芯的周线方向紧密排列而成；所述均流层包括两层金属片，以及位于两层金属片之间的金属丝层，所述金属丝层由金属丝沿所述内芯周线方向紧密排列而成；所述编织层由所述复合石墨线绕所述中间层的外侧编织得到。该石墨复合接地体，通过在接地体工作时通流密度最小、利用效率最低的中心设置了单根或多根耐热纤维组成的内芯，在石墨、金属用量不便，降低成本的前提下，可有效提升导体利用率及接地体的接地降阻效果。
【专利说明】
石墨复合接地体
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力接地技术领域，特别是涉及一种石墨复合接地体。
【背景技术】
[0002]电力接地系统是保证电力设备安全可靠运行、保障电力运行人员人身安全的重要电力设施。现行电力系统接地网多采用碳钢、不锈钢、镀锌钢、铜、铜包钢等金属接地材料，形状多为圆柱型金属棒或者扁平状金属带。
[0003]当电力系统发生雷击故障时，雷电流幅值多集中在10?200kA，根据实际采集到的雷电流波形可知，大部分的雷电流幅值都超过20kA。当电力系统发生短路故障时，由于电流幅值高达数千安且持续时间可达毫秒级，短时能量极大，接地体自身的温升急剧增大，过高的温升将对接地体的工作状态带来影响甚至破坏接地体或者相关连接件，给电力系统的稳定运行造成威胁。
[0004]因此，接地体要求具有较高的导电效率，以促进电流的流通。而由于雷电流及故障电流皆为高频传导电流，通过电力系统接地体进行散流时由于集肤效应(或称趋肤效应)的存在，使得高频率、高幅值的冲击电流集中于接地线的表面，导体中心电流密度小，使得接地线或接地体的利用率低，导电性能优异的接地材料难以充分发挥其导电功效。
【实用新型内容】
[0005]基于此，有必要提供一种导体利用率高，且导电效率高的石墨复合接地体。
[0006]—种石墨复合接地体，包括由内向外设置的内芯、中间层和编织层;其中，
[0007]所述内芯为单根或多根耐热纤维组成的耐热纤维束；
[0008]所述中间层包覆所述内芯，且包括依次交替的石墨层和均流层;所述石墨层由复合石墨线沿所述内芯的周线方向紧密排列而成，所述复合石墨线的轴线平行于所述内芯的轴线;所述均流层包括两层金属片，以及位于两层所述金属片之间的金属丝层，所述金属丝层由金属丝沿所述内芯周线方向紧密排列而成；
[0009]所述编织层由所述复合石墨线绕所述中间层的外侧编织得到。
[0010]本实用新型在接地体工作时通流密度最小、利用效率最低的中心设置了单根或多根耐热纤维组成的内芯，在保证接地体整体结构稳定、耐高温的同时将参与导电散流的石墨层、均流层结构均匀分散到接地体外层中，提高了石墨层、均流层的导体利用率，从而提高接地体整体的导电效率。
[0011]同时，内芯的设置也增大了整个接地体的半径及与土壤之间的接触面积，由此可以降低接触电阻，增大接地体的接地降阻效果。
[0012]此外，由于均流层中金属片的存在，将平行排布的金属丝全部有效连接，防止了由于接触不当而造成的局部金属丝电流过大、温升不均匀甚至熔断现象的发生；均流层又处于两层复合石墨线层间，金属丝或金属片通流时产生的热量经过金属片的传递，有效均匀分散于整个复合石墨线层，从而有效防止了热量分布不均对个别复合石墨线造成的破坏。
[0013]在其中一个实施例中，所述耐热纤维为碳纤维、莫来石纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或多种。
[0014]在其中一个实施例中，所述内芯的截面积为该石墨复合接地体的截面积的20?80%。优选为30 %。
[0015]在其中一个实施例中，所述复合石墨线由复合石墨带捻合得到，所述复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和铺设于两层所述蠕虫石墨层之间的骨架纤维。
[0016]在其中一个实施例中，所述婦虫石墨层的厚度为0.1?1_。
[0017]在其中一个实施例中，所述骨架纤维为玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、合成纤维中的一种或多种。
[0018]在其中一个实施例中，所述金属片的厚度为0.05?0.5mm。
[0019]在其中一个实施例中，所述金属片为铜片、铝片或铂片。
[0020]在其中一个实施例中，所述金属丝为铜丝、铝丝或铂丝。
[0021 ]在其中一个实施例中，所述均流层的层数为I?5层。
[0022]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0023]本实用新型的石墨复合接地体，通过在接地体工作时通流密度最小、利用效率最低的中心设置了单根或多根耐热纤维组成的内芯，在石墨、金属用量不便，降低成本的前提下，可有效提升导体利用率及接地体的接地降阻效果，并降低短时雷电流或短路电流导致的接地体温升，工程实际应用效果显著。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型一实施例所述石墨复合接地体的结构示意图；
[0025]图2为本实用新型另一实施例所述石墨复合接地体的结构示意图；
[0026]图3为上述石墨复合接地体中内芯的截面示意图；
[0027]图4为上述石墨复合接地体中复合石墨线的截面示意图；
[0028]图5为上述石墨复合接地体中石墨层的结构示意图；
[0029]图6为上述石墨复合接地体中金属丝的截面示意图；
[0030]图7为上述石墨复合接地体中金属片的结构示意图；
[0031]图8为上述石墨复合接地体中均流层的结构示意图；其中，
[0032]11-内芯；12-中间层；13-编织层；121-石墨层；122-均流层；123-金属片；124-金属丝层。
【具体实施方式】
[0033]以下结合具体实施例对本实用新型的复合石墨接地体作进一步详细的说明。
[0034]为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
[0035]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0036]如图1所示，本实施例一种石墨复合接地体，包括由内向外设置的内芯11、中间层12和编织层13;其中，
[0037]内芯11为单根或多根耐热纤维组成的耐热纤维束；
[0038]中间层12包覆内芯11，且包括依次交替的石墨层121和均流层122;石墨层121由复合石墨线沿内芯11的周线方向紧密排列而成，且该复合石墨线的轴线平行于内芯11的轴线；均流层122由两层金属片123，以及位于两层金属片123之间的金属丝层124，金属丝层124由金属丝沿所述内芯周线方向紧密排列而成；
[0039]编织层13由复合石墨线绕中间层12的外侧编织得到，其作用之一在于固定住复合接地体整体的外形和尺寸。
[0040]内芯11的截面积为该石墨复合接地体的截面积的30%。可理解的是，在其他实施例中，内芯11也可采用其它的截面积设置。
[0041 ]上述耐热纤维可为碳纤维、莫来石纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或多种。可理解的是，在其他实施例中，也可为其它分解温度高的耐热纤维。
[0042]上述复合石墨线由宽度10?25mm的复合石墨带采用捻线机捻合得到，该复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和铺设于两层蠕虫石墨层之间的骨架纤维，相邻骨架纤维之间的间隔为0.5?1.2_，为便于铺设，可具体采用粘合剂进行粘合。可理解的是，在其他实施例中，也可采用其它宽度的复合石墨带或骨架纤维的排布间隔。
[0043]婦虫石墨层由婦虫石墨棍压制成，厚度为0.1?1mm，婦虫石墨层厚度过大，捻合时复合石墨带易发生断裂。可理解的是，在其他实施例中，也可采用其它厚度的蠕虫石墨层。
[0044]该骨架纤维为玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、合成纤维中的一种或多种。
[0045]金属片123的厚度为0.05?0.5mm，具体可为铜片、铝片或铂片；金属丝的直径约
1.5mm，具体可为铜丝、铝丝或铂丝。可理解的是，在其他实施例中，金属片或金属丝也可为其它尺寸的低电阻率的金属材料。
[0046]均流层122的层数优选为I?5层，在本实施例中为I层。可理解的是，在其他实施例中，也可采用更多层数的均流层122。
[0047]如图2所示，在另一实施例石墨复合接地体中，均流层122的层数为2层。
[0048]由此可见，本实用新型的石墨复合接地体，通过在接地体工作时通流密度最小、利用效率最低的中心设置了单根或多根耐热纤维组成的内芯，在石墨、金属用量不便，降低成本的前提下，可有效提升导体利用率及接地体的接地降阻效果。
[0049]上述石墨复合接地体具体可采用如下制作方法进行制作:
[0050](I)采用单根或多根耐热纤维束平行排列构成内芯11，图3即内芯截面示意图；
[0051 ] (2)制备复合石墨线:
[0052]复合石墨线的主要制备原料包括蠕虫石墨、粘合剂和骨架纤维，在其中一个具体实施例中，蠕虫石墨为碳含量高于85%的高纯蠕虫石墨，粘合剂可以采用丙烯酸乙酯水溶性粘合剂或树脂类水溶性粘合剂；
[0053]对蠕虫石墨进行辊压制成表面光滑平整、厚度均匀的蠕虫石墨纸；
[0054]采用粘合剂将骨架纤维表层浸润，并敷设于上下两层蠕虫石墨纸间；然后于80?120°C温度保持60?10s进行热固处理;再经两次以上辊压得到复合石墨纸；
[0055]沿与骨架纤维轴线平行的方向裁切复合石墨纸得到复合石墨带，所得复合石墨带表面应光滑平整，无骨架纤维裸露出石墨带表层；
[0056]采用捻线机对复合石墨带进行捻合得到复合石墨线，截面示意图见图4;
[0057](3)在内芯11外制作石墨层121
[0058]沿内芯11的周线方向将复合石墨线紧密排布在内芯11外层，构成石墨层121，见图5；
[0059](4)在石墨层121外制作均流层122
[0060]采用金属片123紧密包覆石墨层121，在金属片123外侧沿内芯11的周线方向紧密排列金属丝形成金属丝层124，再采用另一厚度相同的金属片123紧密包覆金属丝层124，两层金属片123及其中金属丝层124构成均流层122，见图6?8;
[0061](5)在均流层122的外层上，根据需要重复或不重复步骤(3)-(4)即可获得具有相应均流层数的中间层12;
[0062](6)采用复合石墨线在中间层12外侧进行交叉编织获得编织层13，即可。
[0063]具体地，本实用新型一石墨复合接地体的制备方法如下:
[0064]采用单根直径1mm的碳纤维束构成内芯；
[0065]第一石墨层采用12根直径2.2mm的复合石墨线沿内芯的周长方向紧密平行排列构成，第一均流层采用18根直径约1.5mm的铜丝和两片厚度0.1mm的铜箔制作；
[0066]第二石墨层采用20根直径2.2mm的复合石墨线沿内芯的周长方向紧密排列构成，第二均流层采用24根直径1.5mm的铜丝和两片厚度0.1mm的铜箔制作；
[0067]第二均流层外侧采用24根直径2.2mm的复合石墨线交叉编织，即获得石墨复合接地体。
[0068]该复合接地体经四级法电阻测量得每米电阻约为0.5mΩ。
[0069]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0070]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种石墨复合接地体，其特征在于，包括由内向外设置的内芯、中间层和编织层；其中， 所述内芯为单根或多根耐热纤维组成的耐热纤维束； 所述中间层包覆所述内芯，且包括依次交替的石墨层和均流层；所述石墨层由复合石墨线沿所述内芯的周线方向紧密排列而成，所述复合石墨线的轴线平行于所述内芯的轴线;所述均流层包括两层金属片，以及位于两层所述金属片之间的金属丝层，所述金属丝层由金属丝沿所述内芯周线方向紧密排列而成； 所述编织层由所述复合石墨线绕所述中间层的外侧编织得到。2.根据权利要求1所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述内芯的截面积为该石墨复合接地体的截面积的20?80%。3.根据权利要求1或2所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述复合石墨线由复合石墨带捻合得到，所述复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和铺设于两层所述蠕虫石墨层之间的骨架纤维。4.根据权利要求3所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述蠕虫石墨层的厚度为0.1?Imm05.根据权利要求1或2所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述金属片的厚度为0.05?0.5mmο6.根据权利要求1或2所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述金属片为铜片、铝片或铂片。7.根据权利要求1或2所述的石墨复合接地体，其特征在于，所述金属丝为铜丝、铝丝或铂丝。8.根据权利要求1或2的石墨复合接地体，其特征在于，所述均流层的层数为I?5层。
【文档编号】H01R4/66GK205692970SQ201620499533
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月26日 公开号201620499533.3, CN 201620499533, CN 205692970 U, CN 205692970U, CN-U-205692970, CN201620499533, CN201620499533.3, CN205692970 U, CN205692970U
【发明人】张思寒, 阮江军, 黄道春, 詹清华, 罗容波
【申请人】广东电网有限责任公司佛山供电局