技术领域
[0001] 本
发明涉及电
力系统接地与防腐领域，特别是一种直流接地极用高硅铬铁电极。
背景技术
[0002] 为了使
高压直流输电系统直流接地极在设计年限内正常而有效的运行，对接地极材料的选择是必须注重的很关键的问题。通常的要求用作接地极馈电体的材料必须具有良好的电气性能(如电导率)及理化性质(如对机械损害和
腐蚀的耐受能力)。据
申请人所知，这方面的基本要求包括：①
导电性能好；②通流量大；③耐腐蚀，消耗量小，寿命长；④具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击震动；⑤材料易得、性价比高。
[0003] 电极材料可分为可溶性材料(如铁，
铜，
铝等金属材料)，难溶性材料(如
石墨，高硅铁类
合金)和不溶性材料(如铂，
镀铂
钛)三大类。其中不溶性金属材料具有很高的耐蚀性，但由于价格昂贵已很少在直流输电系统中采用。目前国内外通常用作接地极馈电材料的有铁、
磁性氧化铁、石墨棒、铜和其他合金等。
[0004] 铁具有导电性强、
机械加工方便和经济等优点，但铁作为
阳极材料使用，除受
电解腐蚀较严重外，
土壤中氧气是
加速其腐蚀的主要原因；磁性氧化铁电极抗腐蚀能力强，极化电位较小，可承受
电流密度大，但受生产工艺的限制，造价高昂；铜具有优良导电性，
稳定性高，但在强电流通过时较易电解，且造价高昂。因此，寻找一种兼具优良电气性能和抗腐蚀性能，同时价格相对低廉的材料成为当下业内科技人员研究的重点。
[0005] 中国
专利文献200820067181.X公开的《防腐接地极》，其由金属导体和包覆在该金属导体外部的导电高分子材料防腐层组成，其中，导电高分子材料防腐层的截面形状呈“梅花形”。该防腐接地极由于导电高分子材料防腐层采用了“梅花形”的外形设计，在相同的截面的情况下，它比圆形具有更大的周长，因此，这种外形增大了土壤与接地极的
接触面积，有利于降低接地
电阻；同时，增加了防腐层的强度，使得防腐层具有更好得机械性能；另外，可将金属导体与周围的环境隔绝，使金属导体基本不腐蚀，从而减少了地网中金属的使用量和延长地网的使用寿命，也不需要外加
阴极保护保护地网；还有，接入普通
碳钢地网时，对地网的电偶电流比铜接地极小1～2个数量级。该防腐接地极由金属导体和包覆在该金属导体外部的导电高分子材料防腐层组成，从结构上讲具有一定的防腐蚀效果，但是此接地极仍采用的是国内常规的
电缆头在电极首端部
焊接的连接方式，其结果必然会使电极表面电流分布不均匀，造成局部发热和腐蚀严重。
[0006] 据申请人所知，高硅铬铁电极具有较高的
耐腐蚀性，所用材料极化电位较小，可承受电流密度大，阳极消耗率低，耐蚀性和稳定性好，具有较强的机械性能，使用寿命长。但是目前使用的传统高硅铬铁电极还存在电流分布不均匀，散流不顺畅，导致局部温升过高和端部腐蚀等缺点，若能将传统高硅铬铁电极的结构型式进行优化设计，使电极表面电流分布均匀，散流顺畅，同时能尽可能缓解局部温升过高和端部腐蚀的问题。
发明内容
[0007] 本发明的目的是，针对
现有技术存在的不足，进行改进，提出一种直流接地极用高硅铬铁电极。
[0008] 本发明的技术方案是，采用电缆、壳体，其特征在于，壳体采用高硅铬铁壳体；由电缆、高硅铬铁壳体、环氧
树脂管、内镀铜层、实心可膨胀塑料棒、PVC套头组合在一起构成电极体；其中，内镀铜层附着在高硅铬铁壳体内壁上，
环氧树脂管、实心可膨胀塑料棒安装在高硅铬铁壳体内，PVC套头安装在高硅铬铁壳体上，PVC套头内填充有环氧树脂，电缆的一端在PVC套头外，电缆的另一端穿过用环氧树脂填充的PVC套头，均匀缠绕在环氧树脂管的外壁上，环氧树脂管内填充实心可膨胀塑料棒，缠绕在环氧树脂管外壁的电缆与内镀铜层紧密连接固定，形成导流通道。
[0009] 其特征在于，环氧树脂管的外壁纵向平均剖分为多瓣。
[0010] 其特征在于，壳体的形状为中空有底圆柱体。
[0011] 其特征在于，电极体的外径50mm-100mm，壁厚5～20mm，内镀铜层为0.01～0.05mm。
[0012] 其特征在于，电极体的主要成分包括Si含量占14.5％～15.25％，Mn含量占0.1％～0.5％，C含量占0.1％～1.4％，P含量占0.01％～0.25％，S含量占0.01％～
0.1％，Cr含量占4％～5％，Fe余量。
[0013] 前述的“环氧树脂管的外壁纵向平均剖分为多瓣。”中所指的“纵向平均剖分”是相对环氧树脂管的
中轴线而言。
[0014] 本发明的优点是，构思新颖、结构合理。克服了传统的高硅铬铁电极存在的不足，其性能优。本发明具有良好的特性：1)采用内部多点均匀注流结构设计，使电极表面电流分布更为均匀，散流更为顺畅，同时也尽可能缓解了传统电极局部温升过高和端部腐蚀的问题。2)与
碳钢，磁性氧化铁，石墨等电极相比，本发明的耐蚀性能好，极化电位较小，可承受电流密度大，阳极消耗率小，使用寿命长，可用于腐蚀较严重的地区。3)与铅
银合金及镀铂钛电极相比，本发明具有好的性价比，这是因为高硅铬铁的不仅价格便宜而且容易获得。
附图说明
[0015] 图1、本发明的基本结构示意图；
[0016] 图2、传统电极表面电流分布示意图；
[0017] 图3、本发明的表面电流分布示意图。
具体实施方式
[0018] 下面，结合附图对本发明的
实施例进一步详细的说明。
[0019] 如图1所示，本发明采用电缆1、壳体4，壳体4采用高硅铬铁壳体。电缆1、高硅铬铁壳体、环氧树脂管3、内镀铜层2、实心可膨胀塑料棒6、PVC套头5组合在一起构成电极体；其中，内镀铜层2通过
电镀的方式附着在高硅铬铁壳体内壁上，环氧树脂管3、实心可膨胀塑料棒6安装在高硅铬铁壳体内，PVC套头5安装在高硅铬铁壳体上，PVC套头5内填充有环氧树脂，电缆1的一端在PVC套头5外，电缆1的另一端穿过用环氧树脂填充的PVC套头5，均匀缠绕在环氧树脂管3的外壁上，环氧树脂管3内填充实心可膨胀塑料棒6，使缠绕在环氧树脂管3外壁的电缆1与内镀铜层2紧密连接固定，形成导流通道。环氧树脂管3的外壁纵向平均剖分为多瓣。壳体4的形状为中空有底圆柱体。电极体的外径50mm-100mm，壁厚5～20mm，内镀铜层为0.01～0.05mm。
[0020] 电极体的主要成分包括Si含量占14.5％～15.25％，Mn含量占0.1％～0.5％，C含量占0.1％～1.4％，P含量占0.01％～0.25％，S含量占0.01％～0.1％，Cr含量占4％～5％，Fe余量。
[0021] 或者，电极体的主要成分采用包括Si含量占14.5％～15.25％，Mn含量≤0.5％，C含量＜1.4％，P含量＜0.25％，S含量＜0.1％，Cr含量占4～5％，Fe余量。
[0022] 从材料上说，高硅
铸铁的
铸造性差、强度低、冲击韧性低、脆性大、热导率小等缺点限制了实际应用。若加入Cr
合金元素，则可以改善高硅铸铁的力学、物理性能以及耐蚀性。据研究结果表明，硅的含量越高，材料抗腐蚀能力越强，同时随着硅含量的增加，其脆性也增加。如果硅含量低于14.5％，则其耐腐蚀能力急剧下降，如果含硅高于14.5％，则抗腐蚀能力提高不多，但是如果硅含量高于18％，合金及其脆，且不能使用，因此往往把硅含量控制在15％左右。增加高硅铬铁中的含碳量，可以提高合金的机械和加工性能，仅提高合金的含碳量，会出现石墨的漂浮现象，从而形成“石墨巢”，从而使合金的抗腐蚀能力降低，因此往往把碳含量控制在1.4％以下。
[0023] 具体来说，为增加导电性能，采用内部多点均匀注流结构设计，使电极表面电流密度分布更为均匀，高硅铬铁
外壳体整个内表面镀一层铜，纵向平均剖分为多瓣的环氧树脂管3内腔采用实心可膨胀塑料棒6填充，使电缆1与内镀铜层2紧密连接。PVC套头5内采用环氧树脂填充，则是为了保证其端部的绝缘。
[0024] 值得说明的是，内镀铜层2主要是为了减小电缆1与壳体4之间的接触电阻；环氧树脂管3纵向平均剖分为多瓣，使其结构变的松散，当打入其内部的实心可膨胀塑料棒6膨胀以后，松散的环氧树脂管3——PVC管就会随之膨胀，从而使缠绕在其外部的电缆1与内镀铜层2的接触更加紧密；电缆1均匀缠绕在环氧树脂管3外部，使本发明达到多点均匀注流结构设计的目的。
[0025] 图2是传统电极表面电流分布示意图，从结构上说，目前中国国内
接地电极使用的分段式电极，均采用将电缆头在电极首端部焊接并用环氧树脂包封。电流流过时将主要集中在电极的首端散流，电极表面电位分布不均匀，如图2所示，传统电极表面电流分布状态易造成局部发热和腐蚀严重，对整个接地极电位分布均匀性和运行稳定性造成影响。
[0026] 本发明具体应用方式如下：
[0027] 1)根据现场所测接地电阻计算电极的用量，形状，尺寸，并进行开挖；
[0028] 2)电极电缆处接线先用环氧树脂浇封，后用PVC套头套封；
[0029] 3)电极可以进行垂直埋置或
水平埋置，埋置深度不宜小于1.2米。尽可能埋设于
地下水位和冻土以下或装设注水设置，陆地接地极应放置在土壤
电阻率低的空地上，离其它金属结构尽量远；
[0030] 4)设计使用寿命在规定的运行方式下至少不少于30年；
[0031] 5)在电极周围应敷设炭床，用
焦炭包裹
覆盖，可有效减缓接地极材料的腐蚀率，提高电极导电性能，然后用土壤回填，夯实。
[0032] 本发明优化了传统电极结构型式，采用内部多点均匀注流结构设计，馈电电缆伸入电极内部均匀缠绕在纵向平均剖分为多瓣的环氧树脂管3外壁与内壁的内镀铜层2连接，电流通过电缆1和内镀铜层2均匀向周围散流，使电极表面电流分布更为均匀，如图3所示，散流更为顺畅，同时也尽可能地缓解了局部温升过高和端部腐蚀的现象。
[0033] 本发明通过对传统电极在材料和结构型式上的优化更新，具有更优良的电气性能和耐腐蚀性能。本发明主要用作高压直流输电系统接地极馈电材料，当系统以大地回路工况运行时，直流工作电流可通过
导线回路注入由若干该电极组成的接地极，并散流入周围土壤中，保证输电系统正常工作，同时亦可用于大型金属物阴极保护系统中的辅助阳极。
[0034] 以上所说的PVC套头5均指聚氯乙烯套头。
