10.4.2 连铸铜覆钢(铸铜钢、铜铸钢)
连铸铜覆钢质量较冷拉铜覆钢质量有一定优势,主要是因为其铜层与内部钢芯之间可以形成原子连接,不留间隙,只要能保持好相应结构,那么就能在地下环境中防止原电池腐蚀。不过现实中却很难做到,图10-2所示是山东青岛某110kV变电站采用的连铸铜覆钢产品的照片,仅40天便严重锈蚀。
图10-1 冷拉铜覆钢铜层严重受损
图10-2 山东青岛某110kV变电站采用的连铸铜覆钢产品40天严重锈蚀照片
当时很多专家看了以后都不敢相信,这样的锈蚀速度竟远远超过了普通镀锌钢、碳钢,似乎太不合逻辑了。
事实上这是完全合理的,而且也是大量采用连铸铜覆钢后必然会出现的后果。至今为止,世界上尚没有任何连铸铜覆钢产品通过了美国UL认证。这就是说,任何一家公司批量生产的连铸铜覆钢产品都必然性存在着如下一项或者多项缺陷:
1)覆盖铜层存在着低于0.25mm的薄弱区域。
2)延展性差,弯曲时易出问题。在距某固定点直径40倍的地方施加外力,使之弯曲超过30°,就会出现表面厚薄不均、开裂,甚至铜层翘皮和剥落的现象。
3)附着力差,受外力切削时,会出现铜层剥落或者脱落的现象。
如果仅是一家公司存在缺陷,或许是该公司生产技术太差所致;如果全世界所有相应公司都存在缺陷,那就是连铸铜覆钢工艺本身存在致命缺陷问题。该缺陷由铜和钢的固有属性决定,无法通过改进生产技术克服,事实上正是如此:
•铜与钢结合力差,作为一个基本常识,从未有厂商能生产铜钢合金的,只有镍铜合金、镍钢合金。目前通过美国UL标准的镀铜钢便是由镍层将铜、钢连接起来的,即在钢芯上镀一层镍再镀铜,如此方能形成原子连接,保证连接质量。而连铸铜覆钢则是直接在钢芯上覆铜的,必然导致低延展性和低附着力,一旦受到外力作用,很容易导致铜层开裂、翘皮和脱落现象。
•钢芯快速通过加热融化的电解铜溶液时,极难确保钢芯表面铜液结晶所成的铜层的均匀性,这在批量生产过程中是不可控的。故而,目前市面上所售连铸铜覆钢普遍存在着严重厚薄不均的现象。
鉴于上述原因,通过图10-2所示的连铸铜覆钢40天便严重锈蚀的照片便可以理解到:在施工过程中,铜层薄弱处发生了拧曲,导致铜层开裂、翘皮和脱落,外漏的钢芯正好与周围的铜层组成原电池,从而导致钢芯以难以想象的惊人速度快速锈蚀(正常情况下,接地钢无论埋置何处,周围不可能正好有那么多密集分布的铜或者类似的高电化序物质,也就不可能出现如此密集的高电势差原电池,所以寿命一般都可以持续多年,因此连铸铜覆钢40天便锈蚀的事情一下子惊住了很多人)。
目前有厂商将铜层平均厚度增加至0.8mm甚至1mm,以试图解决上述严重的锈蚀问题。不过,这仍解决不了外力所致的铜层翘皮、脱落问题,这是由铜、钢结合力差的固有属性决定的,只要相应问题还在,电化学腐蚀问题就必然性存在。
另外,目前只有厚度为0.25mm的铜覆钢的导电性、热稳定性等特征参数得到了国内广泛认可,譬如IEEE Std 80-2000《Guide for Safety in AC Substation Grounding(交流变电站接地安全导则)》、GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》等。目前国内外没有任何有关0.8mm以及其他厚度的铜覆钢导电性、热稳定性等特征参数,既没有权威认证的试验数据,也没有计算公式。换而言之,目前谁也搞不清这样产品的可靠截面积,包括生产厂商,这是任何国家输变电工程设计中所不允许的。
因此,尽管连铸铜覆钢质量高过冷拉铜覆钢,但在使用过程中仍旧存在着很多不可预知因素,尤其是受到外力扭曲(这在接地施工过程中又是难免的)时,很容易致使铜层翘皮、脱落,导致灾难性的腐蚀。