接地裝置不同材質(zhì)腐蝕分析及材料選用

杜廣志 董瓊丹 龔紀(jì)峰

（昆山市防雷中心，江蘇 昆山 215300）

接地裝置不同材質(zhì)腐蝕分析及材料選用

杜廣志 董瓊丹 龔紀(jì)峰

（昆山市防雷中心，江蘇 昆山 215300）

良好的接地裝置是確保電力系統(tǒng)長久安全運(yùn)行的重要屏障，隨著電力系統(tǒng)容量的擴(kuò)大、升改，對接地裝置的安全穩(wěn)定性要求較高，接地網(wǎng)腐蝕是嚴(yán)重影響接地裝置正常運(yùn)行的重要問題。因此，為確保地網(wǎng)免受腐蝕，維護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，文章從接地裝置在土壤中的電化學(xué)腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析，利用接地陰極保護(hù)設(shè)計進(jìn)行防腐，并簡述了接地裝置日常防腐的幾種方式，僅供同行參閱。

接地裝置 腐蝕 選材

引言：隨著現(xiàn)代化建設(shè)的高速發(fā)展，各種大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、飛機(jī)場及大型通信樞紐建筑物等拔地而起。接地技術(shù)已經(jīng)從建筑物的一種防雷保護(hù)措施發(fā)展成為保障電氣設(shè)備、建筑設(shè)施安全可靠運(yùn)行及保護(hù)人身安全的重要技術(shù)措施之一。它涵蓋了能源、軍事、建筑、交通、石油化工等多個部門和行業(yè)，正愈來愈受到廣大工程人員的重視。在雷電防護(hù)措施中，接地更是重要的一環(huán)。接地裝置的優(yōu)良是確保各電力設(shè)備安全運(yùn)行以及人身安危的重要部分，因此，只有良好的接地裝置才能防止雷電流對設(shè)備和人類造成危害，然而現(xiàn)代化接地技術(shù)與飛速發(fā)展的電力設(shè)備科學(xué)技術(shù)不相適應(yīng)，其中在接地裝置中，接地網(wǎng)腐蝕是較嚴(yán)重且常見的問題，嚴(yán)重影響接地裝置的良好工作性能。因此，腐蝕速度直接決定著接地裝置的使用壽命，在對接地裝置設(shè)計施工時，對地網(wǎng)材料的選擇、截面積大小等直接影響到接地裝置的成本、性能情況。總之，接地網(wǎng)腐蝕成為制約接地裝置良好性能發(fā)揮的重要因素，如何防護(hù)接地裝置不被腐蝕也成為建設(shè)工程中的重要環(huán)節(jié)。

1 接地裝置在土壤中的電化學(xué)腐蝕機(jī)理

接地裝置系統(tǒng)的組成大部分材料為金屬構(gòu)件，金屬在土壤中的腐蝕原理和原電池作用一樣。土壤中含有水、空氣等多種有機(jī)物和無機(jī)物成分，其中土粒間的空隙中包括含有溶解的鹽和其他物質(zhì)的電解質(zhì)溶液。金屬長時間的埋入土壤中，在接地裝置金屬器件表面上的不同部位因解除介質(zhì)的溫度、水含量、鹽濃度等物理特性的不同，形成了不同的電極電位，接地裝置開始腐蝕的原因就是由電位差通過土壤中的介質(zhì)構(gòu)成回路引起的，故將發(fā)生原電流作用而被腐蝕。電位較負(fù)的部位成為陽極，進(jìn)行金屬溶解化學(xué)反應(yīng)，并放出電子；電位較正的部位為陰極，進(jìn)行陰極反應(yīng)。根據(jù)我國現(xiàn)階段用于接地主要材料是碳鋼材料，現(xiàn)以鐵Fe為例：

陰極 2H++ 2e→ H2（氫氣 強(qiáng)酸性土壤中）

在陽極區(qū)有氧氣的存在時，還將進(jìn)行反應(yīng):

4Fe(OH)2+ O2+ 2H2O → 4Fe(OH)3

從而產(chǎn)生更穩(wěn)定的產(chǎn)物

當(dāng)土壤中含有硫酸鹽，在缺氧的情況下，有種厭氣細(xì)菌——硫酸鹽還原細(xì)菌，就會繁殖起來，對附近金屬物進(jìn)行腐蝕。幾硫酸根還原成硫化物。如下化學(xué)式：

2 接地防腐中的陰極保護(hù)設(shè)計

接地裝置長期在地下環(huán)境中運(yùn)行，土壤中的多種微成分與裝置的金屬構(gòu)件發(fā)生化學(xué)腐蝕反應(yīng)，避免此種問題發(fā)生的有效處理方式可選擇陰極保護(hù)法。通過對受保護(hù)金屬設(shè)備進(jìn)行陰極極化，使其變成一個大陰極，起到防止金屬腐蝕的作用。實(shí)施陰極保護(hù)法時應(yīng)根據(jù)保護(hù)電流、土壤電阻率、土壤的氧化還原及現(xiàn)場的其他情況決定選用犧牲陽極法還是外加電流法。其中對土壤電阻率測量通過交流四極法測得，氧化還原電位也是反應(yīng)土壤腐蝕的一個重要指標(biāo)。接地網(wǎng)的陰極保護(hù)法操作簡單且效果明顯，尤其在地下鋼鐵實(shí)施陰極保護(hù)法技術(shù)較為成熟，因此，陰極保護(hù)法的投入應(yīng)用對接地網(wǎng)腐蝕及確保接地裝置安全長久運(yùn)行有重要意義。

3 接地裝置日常防腐的幾種方式

3.1 正確選用導(dǎo)體材料

地網(wǎng)導(dǎo)體材料主要有鍍鋅扁鋼、鍍鋅圓鋼、銅帶、銅包鋼等材料，材料不同其特性也存在著差異，因此在選用導(dǎo)體材料的時候，應(yīng)綜合考慮技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理等因素。目前國際普遍采用銅和鋼兩種材料。經(jīng)測試顯示，未鍍鋅的鋼鐵在土壤中的腐蝕速度是銅的4—-5倍，鍍鋅鋼為銅的1—-2倍，但鍍鋅的鋼材抗腐蝕性不及銅包鋼類，而銅或銅合金的造價較高，價格為鋼的幾倍到幾十倍，且鋼的熱穩(wěn)定性比銅優(yōu)越，因此，要根據(jù)工程情況與地下土壤特性合理選擇平衡經(jīng)濟(jì)及抗腐蝕性強(qiáng)的材料，我國一般大都采用鍍鋅鋼為地網(wǎng)導(dǎo)體材料。

3.2 合理設(shè)計

在地網(wǎng)設(shè)計中，測量土壤電阻率的同時，應(yīng)該測量該土壤對銅、鋼和鍍鋅鋼的腐蝕速度，并按預(yù)期的地網(wǎng)使用年限，考慮一定的裕度系數(shù)計算按腐蝕要求應(yīng)選擇的導(dǎo)體截面積。然后與按熱穩(wěn)定要求所選擇的導(dǎo)體截面積相比較，取大值為設(shè)計值。應(yīng)盡量選用圓鋼，少用扁鋼，避免使用多股導(dǎo)線作為接地導(dǎo)體。布置地網(wǎng)時，盡量避免將電極電位差較大的金屬導(dǎo)體相連接或靠近，較小腐蝕速度。

3.3 采用電化學(xué)保護(hù)方法

電化學(xué)保護(hù)的實(shí)質(zhì)在于對要保護(hù)的接地裝置導(dǎo)體或金屬管道通以直流使之進(jìn)行極化反應(yīng)。主要分陽極保護(hù)和陰極保護(hù)。由于陽極保護(hù)受到限制較大，應(yīng)用不廣。因此主要采用陰極保護(hù)法。陰極保護(hù)主要有兩種，一種是消耗陽極法（即無源法） ；另一種是饋電法（即有源法）.消耗陽極保護(hù)法是將一個比被保護(hù)物有更大負(fù)電性的輔助電極（鎂）埋入土壤中，并與銅導(dǎo)體連在一起，就會產(chǎn)生電流。這樣輔助電極被腐蝕，保護(hù)了鋅和銅導(dǎo)體。饋電法是將電源負(fù)極接在被保護(hù)的鋅和銅導(dǎo)體上，正極接在一個輔助電極（鋼或石墨），這樣電流從正極流向銅鋅導(dǎo)體，輔助電極被腐蝕。

3.4 使用緩蝕劑

在土壤中加入少量緩蝕劑，可以使導(dǎo)體的腐蝕速度大大降低。其實(shí)質(zhì)在于使陰極或陽極過程減慢。腐蝕劑種類很多，可以分成無極和有機(jī)兩類。

3.5 降阻劑敷設(shè)

降阻劑的敷設(shè)也可以起到降低接地裝置腐蝕速率的作用，但其具有較強(qiáng)的吸水性，容易使接地裝置中有降阻劑和沒有降阻劑兩部位的金屬導(dǎo)體接觸到不同濕度的土壤，形成宏電池腐蝕，因此在使用此種方式減緩腐蝕速率，應(yīng)均勻包裹接地體。

4 結(jié)論

接地裝置是由接地線和接地極(接地體)組成。為了快速安全地泄散雷電流、漏電流等危險電流，接地裝置需要滿足一定的接地電阻要求。所以，接地極要求具有良好的導(dǎo)電性，銅、鐵等金屬接地材料具備良好的導(dǎo)電性和經(jīng)濟(jì)性，但因金屬材料存在嚴(yán)重的腐蝕問題，易造成接地電阻不穩(wěn)。而采用保護(hù)層、加入緩蝕劑都不能做到長期保護(hù)，如果選用銅合金，造價的成本過高；而鋅合金陽極只適用于土壤電阻率15—20歐姆米的地區(qū)；鋁合金陽極性能不夠穩(wěn)定。所以在地下利用鎂合金犧牲陽極的陰極保護(hù)法不僅適合新建接地裝置的保護(hù)，而且技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好，可以實(shí)現(xiàn)接地裝置長久有效的使用。

[1]孫荊茶 唐巧玲 李國晉 接地裝置電化學(xué)腐蝕原理及陰極保護(hù)法的應(yīng)用 學(xué)術(shù)論壇

[2]莫溢 楚冬青 輸變電工程金屬接地裝置材料選擇及腐蝕防護(hù)分析 2013-10

TU75

B

1007–6344（2015）01–0158–01

杜廣志（1985年-），男，漢族，江蘇人，本科學(xué)歷，助理工程師，從事防雷檢測工作。