一种新型多层合金石墨烯复合接地系统的研制及应用

国网浙江省电力有限公司温州市洞头区供电公司 吴隆东 秦 波 郑舒克

洞头地处海岛，传统接地装置绝大多数采用铜包钢结构，这种结构的接地装置的导电性能、机械强度和抗腐蚀性能较差[1]，并且还存在施工安装时不够便捷、效率较低、使用寿命较低等问题。为了解决现有技术中的不足，笔者将开展一种新型多层合金石墨烯复合接地系统的研制，旨在解决石墨烯复合接地装置安装不够便捷和易腐蚀的问题。而且新型石墨烯复合接地系统采用垂直深接地技术，无需大面积破土，施工便捷高效，具有免开挖特点，确保石墨烯接地极接触到土壤电阻率更低的深层土壤，可以有效降低接地电阻[2]。

1 技术方案

通过新型多层合金石墨烯复合接地系统的研制及应用，以解决上述背景技术中，提出的现有石墨烯复合接地系统中的石墨烯防护结构，基本上固定安装在芯棒上，即当芯棒或石墨烯防护结构损坏时，则需要对其进行整体换新，从而使得经济成本较高，另一方面现有的石墨烯复合接地系统大多为地埋式且不具备驱动结构，即其需要借助外部驱动设备将芯棒砸入地面，从而使得安装拆卸过程较为麻烦，且拆卸效率较低的问题。

为实现上述目的，本课题组主要提出如下技术方案：一种新型多层合金石墨烯复合接地系统及其应用，包括防护外壳和延伸板，所述防护外壳的两侧对称设置有底座，且底座内安装有电动伸缩杆，同时电动伸缩杆的分别与第一锁定块和第二锁定块连接，所述第一锁定块和第二锁定块通过传动架分别与第一刷板和第二刷板连接，且第一刷板和第二刷板设置在防护外壳的内部，所述防护外壳的内部设置有合金钻头，且合金钻头连接在第一芯棒的底部，且第一芯棒的顶部通过插接件与第二芯棒连接，同时第二芯棒和第一芯棒的外侧均设置有合金组件。

所述延伸板通过连接件与第一芯棒外侧的合金组件连接，且延伸板的外壁上设置有齿条，同时齿条与齿轮啮合连接，所述齿轮安装在转杆上，且转杆与电机的输出端连接，同时电机安装在滑动座的内部，所述电机设置在防护外壳的外部，且电机和滑动座均设置在绝缘罩的内侧，同时滑动座的底部等间距设置有球体。

所述底座的底部对称设置有安装架，且安装架通过螺钉与地面连接。所述第一锁定块和第二锁定块卡合在防护外壳的外壁上，且第一锁定块和第二锁定块均滑动连接在底座的内部。所述第一刷板和第二刷板合围呈圆环状，且第一刷板和第二刷板上的刷毛与第一芯棒外侧的合金组件的外壁接触，同时第一刷板和第二刷板均滑动连接在防护外壳的内部。新型多层合金石墨烯复合接地系统的应用方式包括以下步骤。

图1 主视剖面结构示意图

一是利用螺钉将安装架与地面进行连接，接着控制电机通过转杆驱动齿轮旋转，齿轮旋转的过程中，将推动齿条通过合金组件带动第一芯棒及其底部的合金钻头，下移插入地面直至下移至合适高度。

二是接着工作人员可根据实际情况，利用插接件将第二芯棒插接在第一芯棒的顶部，将装置延长至合适高度，同时工作人员可控制两侧的电动伸缩杆拉动第一锁定块和第二锁定块内移至底座的内部与防护外壳的外壁分离。

三是第一锁定块和第二锁定块内移的过程中将通过传动架拉动第一刷板、第二刷板以及滑动座移动，从而即可使滑动座顶部的电机内移收纳至绝缘罩的内部进行防护，电机内移时将拉动齿轮与齿条分离，从而即可使电机与接地系统的主体分离。

四是当装置需要拆除时，工作人员可控制电动伸缩杆推动第一刷板、第二刷板以及电机展出复位，电机将驱动齿轮配合齿条将插入地底的第一芯棒以及合金钻头向上拔出，第一刷板和第二刷板可在第一芯棒上移的过程中将黏附在其表面的污染物刮下来。

2 主要研究课题

一是新型多层合金石墨烯复合接地系统设计方案研究。为了在土壤电阻率高、地形复杂、雷雨季较长的区域保障电力设备有效安全地运行，提出多层复合材料石墨烯接地系统设计方案，有效地牵引雷击电流，降低电力设备被雷击损坏频率，降低雷击伤害事故。

二是利用动态四探针方法消除接触电阻，研究测定氧化还原石墨烯粉体的电导率。将石墨烯粉体填装至样品槽中，通过对加压板逐步施加压强，使样品槽内石墨烯粉体与含四探针探头的上电极接触并逐渐被压紧，在探针间施加电流后产生电位差。通过四探针法，动态测试不同压强下的方块电阻，然后计算石墨烯粉末的电阻率和电导率，测量过程中样品不松散，可以通过动态四探针方法消除接触电阻，研究石墨烯粉体电导率的测定。

三是采用垂直深接地技术，实现新型石墨烯复合快速接地装置研制。采用石墨烯复合接地棒，根据降阻需要烯六角合金夹头，石墨烯复合接地极和石墨烯合金连接导线之间采用石墨烯合金十字连接器连接或放热焊接方式连接。

3 装置具体实施方式

首先利用螺钉将安装架与地面进行连接，接着控制电机通过转杆驱动齿轮旋转，齿轮旋转的过程中将推动齿条通过合金组件带动第一芯棒及其底部的合金钻头下移插入地面直至下移至合适高度，接着可根据实际情况利用插接件将第二芯棒插接在第一芯棒的顶部，从而即可对装置的高度进行灵活调节。

其次，还可控制两侧的电动伸缩杆拉动第一锁定块和第二锁定块收纳至底座的内部与防护外壳的外壁分离，第一锁定块和第二锁定块内移的过程中将通过传动架拉动第一刷板、第二刷板以及滑动座移动，从而即可使滑动座顶部的电机内移收纳至绝缘罩的内部进行防护，电机内移时将拉动齿轮与齿条分离，并以此避免电机被电击损坏。

当装置需要拆除时，还可控制电动伸缩杆推动第一刷板、第二刷板以及电机展出复位，电机将驱动齿轮配合齿条将插入地底的第一芯棒以及合金钻头向上拔出，第一刷板和第二刷板可在第一芯棒上移的过程中将黏附在其表面的污染物刮下来，即达到自动清洁设备的目的。

图2 主视结构示意图

图3 第一刷板、第二刷板、合金组件与第一芯棒的位置关系俯视剖面结构示意图

图4 主视剖面结构示意图中A 处放大结构示意图

图5 主视剖面结构示意图中B 处放大结构示意图

图6 竖槽和横槽在合金组件上的位置分布主视剖面立体结构示意图

4 技术创新点

一是多层复合石墨烯接地装置不含腐蚀性离子，主要依靠石墨烯表层导电机理，导电性能优越，能很好的适用于高土壤电阻率山区。

二是多层复合石墨烯接地装置是由石墨烯、银、铜、镍、铝等多种金属材料制成，材料性能稳定，自身电阻率低，耐高、低温，耐酸、碱腐蚀，耐大冲击电流，材料性质不会发生变化，在高土壤电阻率接地工程中能够很好的达到设计要求。

三是多层复合石墨烯接地装置的降低接地电阻效果优于其他传统接地极，大大节约开挖土方量，减少施工强度，缩减施工时间。

四是特别在交通不便的山区和海岛，新型多层合金石墨烯复合接地装置不需要再搬运焊接机等笨重设备，安装流程简化，搭接即可，有效缩短安装施工时间，性价比非常高。

五是新型接地装置通过合金组件、合金钻头、第一芯棒、插接件和第二芯棒的配合使用可有效解决现有的石墨烯复合接地系统不可拆卸结构问题。

六是新型接地装置通过电动伸缩杆、第一锁定块、第二锁定块、第一刷板和第二刷板的配合使用，可有效解决现有的石墨烯复合接地系统驱动设备易被污染的问题。

七是新型接地装置通过电机、齿条、转杆和齿轮的配合使用可有效解决现有的石墨烯复合接地系统大多为地埋式且不具备驱动结构问题。

5 结语

综上所述，通过本课题成果的应用，因新材料的导电性能优良，将会解决某供电公司所辖配变台区接地电阻偏高问题，迫使线路故障现象明显减少，继而因雷击等造成的用户大面积的停电事故频率将会明显降低，进而大幅度提高了某供电公司所辖配变台区线路供电的可靠性，减少对用户的影响。