接地裝置不同材質腐蝕分析及材料選用

杜廣志 董瓊丹 龔紀峰

（昆山市防雷中心，江蘇 昆山 215300）

接地裝置不同材質腐蝕分析及材料選用

杜廣志 董瓊丹 龔紀峰

（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長久安全運行的重要屏障，隨著電力系統容量的擴大、升改，對接地裝置的安全穩定性要求較高，接地網腐蝕是嚴重影響接地裝置正常運行的重要問題。因此，為確保地網免受腐蝕，維護電網的安全穩定運行，文章從接地裝置在土壤中的電化學腐蝕機理進行分析，利用接地陰極保護設計進行防腐，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：隨著現代化建設的高速發展，各種大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、飛機場及大型通信樞紐建筑物等拔地而起。接地技術已經從建筑物的一種防雷保護措施發展成為保障電氣設備、建筑設施安全可靠運行及保護人身安全的重要技術措施之一。它涵蓋了能源、軍事、建筑、交通、石油化工等多個部門和行業，正愈來愈受到廣大工程人員的重視。在雷電防護措施中，接地更是重要的一環。接地裝置的優良是確保各電力設備安全運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備和人類造成危害，然而現代化接地技術與飛速發展的電力設備科學技術不相適應，其中在接地裝置中，接地網腐蝕是較嚴重且常見的問題，嚴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，在對接地裝置設計施工時，對地網材料的選擇、截面積大小等直接影響到接地裝置的成本、性能情況。總之，接地網腐蝕成為制約接地裝置良好性能發揮的重要因素，如何防護接地裝置不被腐蝕也成為建設工程中的重要環節。

1 接地裝置在土壤中的電化學腐蝕機理

接地裝置系統的組成大部分材料為金屬構件，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、空氣等多種有機物和無機物成分，其中土粒間的空隙中包括含有溶解的鹽和其他物質的電解質溶液。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構成回路引起的，故將發生原電流作用而被腐蝕。電位較負的部位成為陽極，進行金屬溶解化學反應，并放出電子；電位較正的部位為陰極，進行陰極反應。根據我國現階段用于接地主要材料是碳鋼材料，現以鐵Fe為例：

陰極 2H++ 2e→ H2（氫氣 強酸性土壤中）

在陽極區有氧氣的存在時，還將進行反應:

4Fe(OH)2+ O2+ 2H2O → 4Fe(OH)3

從而產生更穩定的產物

當土壤中含有硫酸鹽，在缺氧的情況下，有種厭氣細菌——硫酸鹽還原細菌，就會繁殖起來，對附近金屬物進行腐蝕。幾硫酸根還原成硫化物。如下化學式：

2 接地防腐中的陰極保護設計

接地裝置長期在地下環境中運行，土壤中的多種微成分與裝置的金屬構件發生化學腐蝕反應，避免此種問題發生的有效處理方式可選擇陰極保護法。通過對受保護金屬設備進行陰極極化，使其變成一個大陰極，起到防止金屬腐蝕的作用。實施陰極保護法時應根據保護電流、土壤電阻率、土壤的氧化還原及現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土壤腐蝕的一個重要指標。接地網的陰極保護法操作簡單且效果明顯，尤其在地下鋼鐵實施陰極保護法技術較為成熟，因此，陰極保護法的投入應用對接地網腐蝕及確保接地裝置安全長久運行有重要意義。

3 接地裝置日常防腐的幾種方式

3.1 正確選用導體材料

地網導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，因此在選用導體材料的時候，應綜合考慮技術先進，經濟合理等因素。目前國際普遍采用銅和鋼兩種材料。經測試顯示，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，且鋼的熱穩定性比銅優越，因此，要根據工程情況與地下土壤特性合理選擇平衡經濟及抗腐蝕性強的材料，我國一般大都采用鍍鋅鋼為地網導體材料。

3.2 合理設計

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

3.3 采用電化學保護方法

電化學保護的實質在于對要保護的接地裝置導體或金屬管道通以直流使之進行極化反應。主要分陽極保護和陰極保護。由于陽極保護受到限制較大，應用不廣。因此主要采用陰極保護法。陰極保護主要有兩種，一種是消耗陽極法（即無源法） ；另一種是饋電法（即有源法）.消耗陽極保護法是將一個比被保護物有更大負電性的輔助電極（鎂）埋入土壤中，并與銅導體連在一起，就會產生電流。這樣輔助電極被腐蝕，保護了鋅和銅導體。饋電法是將電源負極接在被保護的鋅和銅導體上，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，可以使導體的腐蝕速度大大降低。其實質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兩類。

3.5 降阻劑敷設

降阻劑的敷設也可以起到降低接地裝置腐蝕速率的作用，但其具有較強的吸水性，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，應均勻包裹接地體。

4 結論

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電性，銅、鐵等金屬接地材料具備良好的導電性和經濟性，但因金屬材料存在嚴重的腐蝕問題，易造成接地電阻不穩。而采用保護層、加入緩蝕劑都不能做到長期保護，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；鋁合金陽極性能不夠穩定。所以在地下利用鎂合金犧牲陽極的陰極保護法不僅適合新建接地裝置的保護，而且技術經濟性好，可以實現接地裝置長久有效的使用。

[1]孫荊茶 唐巧玲 李國晉 接地裝置電化學腐蝕原理及陰極保護法的應用 學術論壇

[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，本科學歷，助理工程師，從事防雷檢測工作。