【摘 要】
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在电力系统中,输电杆塔和电力设备防雷的关键在于接地,而接地材料的导电性与稳定性对接地系统的防雷效果起着重要作用。现阶段接地系统中常采用的接地材料依旧是传统金属材料,但是金属接地材料在应用过程中常发生腐蚀,使其使用寿命短且接地性能不稳定。近些年提出的由非金属材料石墨制成的石墨复合接地材料,解决了金属接地材料在土壤环境中的腐蚀问题。然而,石墨复合接地材料在作为引下线的使用过程中,因外力和环境因素的影响
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在电力系统中,输电杆塔和电力设备防雷的关键在于接地,而接地材料的导电性与稳定性对接地系统的防雷效果起着重要作用。现阶段接地系统中常采用的接地材料依旧是传统金属材料,但是金属接地材料在应用过程中常发生腐蚀,使其使用寿命短且接地性能不稳定。近些年提出的由非金属材料石墨制成的石墨复合接地材料,解决了金属接地材料在土壤环境中的腐蚀问题。然而,石墨复合接地材料在作为引下线的使用过程中,因外力和环境因素的影响,出现外层石墨脱落问题,严重影响其接地效果。为了改善石墨复合接地材料的性能,本文研究了用碳纤维和石墨复合制成的新型非金属接地材料——FGCF接地材料,探究碳纤维对接地引下线性能的影响,从而进一步提升接地系统的实际使用寿命。本文通过COMSOL Multiphysics仿真软件建立二维有限元计算模型,研究了钢、铜、石墨复合接地材料和FGCF接地材料的趋肤效应、电感效应和温度特性。其中,FGCF接地材料的电导率和相对磁导率较小,在高频电流通过时受趋肤效应和电感效应的影响较小,具有较强的接地散流能力和材料利用率。而且,在短路电流作用下,FGCF接地材料表现出的动态热稳定性更强。通过COMSOL Multiphysics仿真软件建立三维有限元计算模型,研究钢、铜、石墨复合接地材料和FGCF接地材料在雷电流作用下的耐冲击特性。选用与实际雷电流波形相近的Heidler函数模型作为雷电流模型函数,计算了四种接地材料在雷电流作用下的冲击接地电阻。其中FGCF接地材料的冲击接地电阻最小,耐冲击性能最佳,疏散雷电流的能力最强。最后,制备FGCF接地材料,对其进行理化特性研究,包括力学性能试验、电气性能试验以及腐蚀性试验。试验结果表明:FGCF接地材料满足接地体的技术要求。通过对比FGCF接地材料和石墨复合接地材料,FGCF接地材料的电阻率更低,力学性能更稳定,冲击耐受能力和高低温耐受能力更强。相较于金属接地材料,FGCF接地材料和石墨复合接地材料的耐腐蚀能力更强。但是两者之中,FGCF接地材料在腐蚀前后接地电阻的变化率更小,接地性能更加稳定。
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