1、产品介绍
1.1 生产工艺
四川健坤科技有限公司生产的石墨烯合金接地体是采用多层复合材料制成，以碳钢为基底，圆钢表面为石墨烯、银、铜、镍、铝等金属渗镀层。
石墨烯稳定的sp2杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行；其次，石墨烯具有很好的热稳定性和化学稳定性，不论是在高温条件下（可高达1500°C）,还是在具有腐蚀或氧化性的气体、液体环境中均能保持稳定。另外，石墨烯良好的导电、导热性能对金属服役的环境提供了有利条件。
石墨烯还是目前为止最薄的材料，其对基底金属的影响可以忽略不计。同时还兼具高的强度和良好的摩擦学性能，不仅能提高导电性及耐盐雾性能，还能进一步降低涂层厚度，增加对基材的附着力，提升涂料的耐磨性。
在常用的环氧防腐涂料的基础上通过添加石墨烯制备的新型涂料不仅具有环氧富锌涂料的阴极保护效应、玻璃鳞片涂料的屏蔽效应，更具有韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点。镀镍层，镍抗腐蚀能力强，耐热性、可塑性与韧性好。镀镍层不仅可用作防腐蚀保护，而且可用作耐磨损保护。
1.2关键技术
四川健坤科技有限公司生产的石墨烯合金接地体主要依靠石墨烯层导电机理，导电性能优越。石墨烯层导电因其特殊的导电机理使它不易受外部环境影响，能够保证良好的长效性。同时石墨烯接地极自身电阻低，安装简便，因此，石墨烯接地极适应于交通不便、无电施工、土壤电阻率高的山区。多层复合材料石墨烯接地极由于其形态固定，主要由多种导电非金属材料和金属物质组合制成，具有抗氧化、耐腐蚀和使用寿命长的特点，因其物理、化学性能稳定，在主壤中不降解；石墨烯接地极的测试试验平均电阻率为10-7Ω・m，自身耐高低温，耐酸碱腐蚀, 耐大冲击电流。通过在不同地质条件进行的多次试验表明，石墨烯接地极的使用完全符合接地工程的各项技术要求。
1.3主要技术指标
1、固态电阻率：1×10-7Ω.m
2、接地电阻：≤0.5 Ω
3、冲击电流耐受：△R% ≤0
4、工频电流耐受：△R%≤0
5、高温性能：1000°C
6、低温性能：-60°C
7、抗压强度：≥ 1200Mpa
8、抗拉强度：≥ 800Mpa
9、石墨烯层的表面摩斯硬度：1-2
10、埋地表面年平均腐蚀率：0
1.4主要技术标准
石墨烯合金接地体由石墨烯•银•铜•镍•铝等金属材料制成，材料性质稳定，各项性能指标优良，符合《复合接地体技术条件》(GB/ T21698-2008)的相关技术要求。其抗拉强度高，无毒无污染，属于环保型材料，电阻率测试平均电阻率为1×10-7Ω • m，特别适合接地要求高、土壤电阻率高的场合。石墨烯多层复合材料接地系统已通过国家绝缘子避雷器质量监督检验中心的检测，完全满足电力系统接地网的相关技术要求。
1.5石墨烯合金接地体产品分类
产品名称
产品型号
单位
多层合金石墨烯接地极
FSW-1612
根
多层合金石墨烯接地导线
FSW-X-13
米
多层合金石墨烯连接器
FSW-S-1613（十字）
支
多层合金石墨烯连接器
FSW-H-1313（水平）
支
多层合金石墨烯连接套管
FSW-T-1611
支
多层合金石墨烯引出装置
FSW-Y-1013
支
六角冲击头
FSW-L-1006
支
接地极打击头
FSW-D-1618
支
自燃式油镐
-
台
2、石墨烯合金接地体的特性参数与技术要求
2.1基本参数
♦石墨烯合金快速接地极Φ16mm×1200mm，采购优质碳素钢，平均抗拉强度≥ 600MPa，外表面为石墨烯、铜、镍、铝、银等金属渗镀层，镀层厚度≥ 0.25毫米，标准长度1200mm。
♦引出装置，采用优质碳素钢，外表面为石墨烯、铜、镍、铝、银等金属渗镀层。
♦水平导线Φ13mm,以优质合金材质为芯，外表面为石墨烯、铜、镍、铝、银等金属渗镀层。
♦水平十字导线连接装置，采用优质合金材质，外表面为石墨烯、铜、镍、铝、银等金属渗镀层，采用搭接法连接无需焊接。
2.2设计和结构要求
♦对原材料的要求
◊接地材料导电性能好，使用可靠，结构简单，便于安装。
◊接地材料要达到较高的机械强度和良好的抗腐蚀性能。
◊接地材料加工后，表面光滑、硬度好，金属层的结合度要好，耐腐蚀性能和使用寿命更高。
♦多层复合接地材料要求
多层材料复合水平接地线导电性良好，耐雷电流冲击，连接处不用做任何防腐处理，其防腐机械寿命可以达到40年之久。
♦跨接线材料要求
圆钢的机械性能满足GB/T 3428-2008之要求。
♦标志内容
本产品有完整的识别标志：产地标志、功能标志、长度标志和日期标志。
2.3石墨烯镀层厚度测量
♦在试品不同的位置上取5点进行测量，镀层厚度均应符合技术要求:
试验项目
1
2
3
4
5
技术要求
镀层厚度(mm)
0.278
0.283
0.296
0.288
0.287
≥ 0.254
♦在试品任意周长区域，选取平均布局的10点进行测量，均匀性允差应符合技术要求:
试验项目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
技术要求
镀层厚度
（mm）
0.285
0.289
0.291
0.288
0.285
0.290
0.287
0.289
0.289
00.287
≥ 0.254
均匀性允差
（mm）
0.06
≤ 0.10
2.4电阻率和导电率试验
测量长度L（m）
直径D(mm)
直流电阻
r(uΩ)
电阻率ρ (uΩ .cm)
对导电率(%)
计算结果
技术要求
计算结果
技术要求
1.0
16.0
509.9
10.25
≤11.5
16.8
≥15
2.5短时耐受电流试验
♦试验
Hl、H2--隔离开关
G―高压可调电抗器
K1—断路器
FL—磁位计
B—大电流试验变压器
S—试品
K2--低压选相合闸开关
♦试验记录
短时耐受电流
电流有效值（kA）
通电时间（S）
波形图号
技术要求
17
1
-
试验值
17.11
1.01
2015062601
♦试验后试品电阻变化
试验项目
试验前电阻
（μΩ）
试验后电阻（μΩ）
试验后电阻变化率
评定
试验结果
技术要求
试验结果
509.9
524.5
2.7%
≤10%
合格
♦试验结果：
经过短时耐受电流试验后，试品表面无裂纹、裂缝、熔化、脱落、鼓泡等缺陷，试品电阻变化小于10%,符合要求。
3、石墨烯合金接地体的先进性
传统防护层受限于自身材料性质及工艺，对金属基体的腐蚀防护作用往往不理想，个别性能突出的成本又很高，降低了防护层的性价比, 而且相当一部分防护层因含铅锌或铬酸盐等重金属或有毒物质，存在一定的环境污染风险，也消耗了大量的不可再生资源，不利于社会经济的可持续发展。因此，开发各类新型长效环保的重防腐蚀材料成为新热点。
四川健坤科技有限公司生产的石墨烯合金接地体产品采用多层复合材料制成，表面为石墨烯、银、铜、镍、铝等金属渗镀层。石墨烯稳定的sp2杂化结构能使其在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止渗透扩散的进行。其次，石墨烯具有良好的热稳定性，不论是在高温条件下（1500℃），还是在有腐蚀或氧化性气体、液体的环境中均能保持稳定。另外，石墨烯良好的导电、导热性能使其与普通接地材料相比，放电速度快3-5倍，同时因其耐腐蚀性，产品使用寿命可达40年以上。
3.1石墨烯接地极材料性能稳定，施工简单，安装便利，对地面的破坏程度小。
石墨烯合金快速接地极是一种新型导电材料，经过高温膨化加入石墨烯、铜、银等金属渗透到接地极里，使之比其它普通接地材料放电速度快3-5倍。本新型接地极不仅设计新颖、结构简单，并且由于直接通过过盈配合的方式将芯棒进行连接，避免了一切外在结构紧固等设计需求，极大地简化了生产工艺，提高了生产效率，尤其在安装接地极时，不需要复杂的大型工具，只需要专用油镐便可施工安装，四个人一天可以安装1座基塔的接地工作，产品安装十分方便，只用在垂直接地处开挖一个300*300安装坑就可以施工，纵深最深可达到60米深度，同等距离下，与水平接地相比，放电能力强5-10倍，降阻能力十分明显。
3.2产品使用寿命长。
由于本实用新型自接式接地极直接在芯棒的本体上设置插接杆和插接槽.并使之形成过盈配合，相对于现有技术中焊接和钻孔螺丝等连接方式的承载力和抗冲力都更强，使得接地极在油镐不断的驱动下体现出更加稳定可靠的特性，产品使用寿命为40年以上，工程施工简单，适应各种环境，产品轻便，能满足客户不同需求，工程附加费用小，技术可靠。
3.3石墨烯合金接地体极由多种复合材料组成。
石墨烯本身具备极强的导电性及耐腐蚀性，将石墨烯浸镀至钢芯上，大大强化了其性能，确保最高导电性能，经过多种试验对比，发现石墨烯导电放电能力优于市场上普通的热镀锌、石墨基柔性接地体、铜包钢之类的接地极。
4、石墨烯合金快速接地极与其它产品性能特点对比
石墨烯合金快速接地极与其它产品（以铜包钢为例）相比较，两类产品刚开始都能够达到降阻效果。但是，随着时间的推移，铜包钢产品会逐渐发生锈蚀，锈蚀出现后，由于铜钢电偶腐蚀的作用会加剧腐蚀，导致接地电阻升高而易发生事故。
4.1石墨烯复合快速接地系统优点
◎制造过程节能绿色环保。
◎导电优越，电阻稳定，机械寿命长，免维护。
◎不受强酸强碱和有机溶液及电偶腐蚀。
◎应用范围广泛，使用不受环境气候条件的限制。
◎节约土地资源、减少青苗补偿费。
◎现场施工简单、方便，安装后无需作任何防腐处理。
◎施工无需发电机和电焊机，熔焊连接，省工、省时。
◎该产品热烧结一体，无重复利用价值，即解决防盗问题。
4.2钢镀铜接地材料
◎制造能耗高，污染环境，温室气体排放量大。
◎使用后不耐腐蚀，易生锈，导致接地电阻不稳定。
◎使用后出现锈蚀后，有电偶腐蚀，腐蚀速度加快。
◎使用寿命短（3-5年）锈蚀后污染环境及地下水。
◎维护困难，更新改造工程频繁，费用大，浪费人力物力及财力。
4.3石墨烯合金接地体、石墨基柔性接地体、铜包钢接地极三种接地材料性能特点对比表
石墨烯合金接地体
石墨基柔性接地体
普通铜包钢接地体
材料特点
多层复合材料制成，硬度高，材料稳定性高，耐高、低温，耐酸、碱腐蚀
柔性石墨材料，硬度差
通过冷轧包覆法，使铜与钢结合，但结合力较差，结合点易出现间隙，焊接时易出现裂纹
导电性能
放电能力是普通接地体导电性的3-5倍
导电性较普通金属接地体较强，较石墨烯合金接地体差
导电性能一般
使用寿命
40年以上
10年左右
5-6年
安装方式
使用套管进行插接，通过机械连接配合，无需焊接，无焊点，无需降阻剂
搭接，易脱溶
需电气焊接，焊点易腐蚀
放电方式
垂直放电，速度快，所需面积小
水平放电，速度慢，所需面积大
垂直放电，但因材料、设计、施工条件受限，导致深度不够
环境适应性
依靠石墨烯镀层导电机理，导电性能优越，能很好适用于高土壤电阻率山区
石墨时间一长容易脱落，导致导电性变差
需配合使用降阻剂，降阻效果会随时间降低
安装过程
使用油镐垂直安装，十分便利快捷
水平铺设，易暴露，易损坏
使用铁锤等原始工具敲打入地，过程中易磨损表面金属铜层，加速内部的锈蚀
维护成本
免维护、更新，节约材料、经费、土地
免维护
免维护
回收价值
无回收利用价值，从根本上解决被盗问题
二次利用价值低
具有二次回收价值，容易被盗窃，从而使得整个接地网遭到破坏
综合物料成本及施工成本，预计石墨烯合金接地体总成本比其他接地装置低20%-30%。
4.4施工工艺分析
4.4.1石墨烯合金接地体施工工艺
♦挖设接地体沟：
1、根据所需接地设计目标及实际环境选择挖沟位置。
2、接地沟深度60cm，宽度30cm。
♦垂直接地：
1、根据方案与实际情况选择垂直接地点，如：110kV铁塔需8个垂直接地点。
2、使用油镐施工安装，将石墨烯合金快速接地体垂直接地。
3、根据方案与实际情况选择接地体的数量，接地体通过套管连接可加长，可增加深处放电能力。
♦连接：
1、连接时采用搭接法，使用石墨烯连接器将石墨烯接地导线与石墨烯接地体连接。
2、上紧螺丝，将橡胶封帽套在露出的接地体上端及石墨烯导线剪断处。
3、使用石墨烯连接器与石墨烯引出装置将接地网与设备连接。
♦埋设：
1、使用细湿土分层填实，压紧。
4.4.2普通接地棒施工工艺
♦挖设接地体沟：
1、根据所需接地设计目标及实际环境选择挖沟位置，接地沟深度大于80cm，宽度50cm。
缺点：因其导电性能不足，故所需挖沟范围较石墨烯相比大3-5倍，更加浪费人力。
♦垂直接地：
1、采用冲击钻，如果是多根组合型接地棒，需加大深度，遇岩石层需采用钻孔后放入接地棒。
缺点：因施工方式及材料限制，垂直接地深度不足，放电能力变差，需加大水平接地范围。
♦连接：
1、大型接地网一般采用热焊接的方法，接地棒与接地网线釆用化学焊剂焊接。
缺点：材料、工具运输不便，费时费力，电气焊接时的焊点会对接地棒表面产生破坏，焊点极易腐蚀，部分化学焊剂会对环境产生污染。
♦埋设：
1、使用细湿土分层填实，压紧。
4.4.3石墨烯合金接地体施工安装说明
♦1.拆除原有接地网，使用接地摇表测量接地网接地电阻(如新建接地网则忽略此步骤)；
♦2.在塔基2m-2.5m位置选择土质合适接地点，挖直径0.6m宽，0.6m深的施工安装坑洞；
♦3.按油镐说明书使用油镐配接专用转换头，调配并加入混合油；
♦4.根据通用设计方案使用油镐在接地点打入接地棒，接地棒之间使用套管连接，最后预留10-15cm露出土壤；
♦5.每打入一根接地棒，便使用接地摇表测量一次接地电阻数值，数值记录在《现场数据记录表》；
♦6.根据设计方案在前一个接地点深度等距的位置选择第二个接地点，同上步骤安装，与前接地点之间挖0.3m宽0.6m深预埋接地导线沟渠;
♦7.使用石墨烯连接器、接地导线将两个接地点露出部分相连，不剪断接地导线，测量接地电阻数值并记录；
♦8.按照环形路线，重复6、7两个步骤，直至测量结果低于设计要求标准，数据记录在《石墨烯接地装置反馈报告》、《现场数据记录表》；
♦9.使用石墨烯连接器、接地导线、引出装置将接地网连接至设备；
♦10.使用橡胶套筒将所有石墨烯接地棒、接地导线切口套紧，注入硅胶，回填沙土并压实。
5、技术创新点
♦石墨烯合金接地体不含腐蚀性离子，主要依靠石墨烯层导电机理，导电性能优越，能很好的适用于高土壤电阻率山区。
♦石墨烯合金接地体是由石墨烯、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，材料性质不发生变化，在高土壤电阻率接地工程中能很好的达到设计要求。
♦石墨烯合金接地体降低接地电阻的效果优于其它传统接地极，大大节约开挖土方量，减少施工强度、青赔费用，缩减施工时间。
特别在交通不便的山区，不需要再搬运焊机等笨重设备，安装流程简化，搭接连接即可，大大缩短安装施工时间，总体性价比高。
6、多层复合石墨烯接地导线
石墨烯接地导线Φ13mm，以优质合金为芯，表面为石墨烯、铜、镍、铝、银等金属渗镀层。因石墨烯优异的导电性，使得导线的导电率达到47.5%。因与接地棒的金属配方不同，导线相较于普通钢筋柔性更强，可人工弯曲，对环境要求更低，使得安装时更加方便。
7、多层复合石墨烯连接器
传统接地网连接方式为焊接，这不仅对施工设施、环境有一定的影响，而且焊接点极易腐蚀，对整个接地网的质量产生影响。
本公司石墨烯接地装置连接方式为搭接式，安装时更加方便快捷。且无需焊接，无焊点，不会因高温对金属表面镀层产生的影响而降低产品的耐腐蚀性。
水平与十字导线连接装置，采用优质合金材质，外表面为石墨烯、铜、镍、铝、银等金属渗镀层，因此搭接时导线与接地棒导电性不受连接装置材料影响。
8、施工材料及工具
9、主要引用标准
GB/T 228.1金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法
GB/T 239金属线材料扭转试验方法
GB/T 467阴极铜
GB/T699优质碳素结构钢
GB/T700碳素结构钢
GB/T 21698-2008《复合接地体技术条件》
GB/T 3048.2电线电缆电性能试验方法第二部分：金属导体材料电阻率试验 GB/T 3048.4电线电缆电性能试验方法第四部分:导体直流电阻试验
GB/T 4956磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测定磁性方法
GB/T 5246电解铜粉
GB/T 6462金属和氧化物覆盖层横断面厚度显微镜测量方法
GB/T 8888重有色金属加工产品的包装，标志，运输和贮存
GB/T10125人造气氛腐蚀试验盐雾试验
HG/T 3592电镀用硫酸铜
GB/T 50169-2006《电气装置安装工程接地装置施工及试验收规范》
DL/T 380-2010《接地降阻材料技术条件》
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