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1、接地装置的腐蚀与防腐措施1 问题的提出接地装置是接地系统中的重要组成部分，接地装置的好坏，直接影响到接地（防雷接地、工作接地和防静电接地）的效果。在生产实践中，做好测报系统设备接地的重要性已逐渐被认识并得到了足够的重视。接地装置长期处于地下或阴暗、潮湿的环境中，容易发生腐蚀，因而会影响接地装置的使用寿命，造成接地网局部断裂，接地线与接地网脱离。强调接地电阻阻值指标，却忽略接地装置存在的腐蚀与防腐问题，是造成事故的安全隐患。近年发生在测报生产中的水毁事例，表明了接地系统防腐的迫切和重要：对接地装置的腐蚀问题必须认真对待，并采取切实可行的防腐措施进行防护。2 接地及其作用电气设备的某个部分与大地之
2、间作良好的电气联接称为接地。与大地土壤直接接触的金属导体或金属导体组称为接地体；联接电气设备应接地部分与接地体的金属导体称为接地线；接地引入线是指接地汇集线与接地体之间的连接线。接地体和接地线的总和称为接地装置。电气设备接地的目的主要是保护人身和设备的安全。接地按其作用可分为三类：（1）保护接地，指正常情况下将电气设备外壳及不带电金属部分的接地。如发电机、变压器等电气设备外壳的接地。（2）工作接地，指电力、通信等系统中利用大地做导线或为保证其正常运行所进行的接地。如供电系统中的三相四线制中的地线，变压器中性点接地等。（3）防雷接地，指过电压保护装置或设备的金属结构的接地。如避雷器的接地、避雷针
3、构架的接地等，也称过电压保护接地。接地装置是测报系统中确保工作接地、防雷接地、保护接地的必备设施，其接地电阻是接地装置的主要技术参数之一。设备对接地电阻的要求基本标准为：交流工作地、安全保护地、防雷保护地、直流工作地的接地电阻都要4；设备所在通信站联合接地1。由于接地装置长期处于地下恶劣的运行环境中，土壤的化学与电化学腐蚀不可避免，同时还要承受地网散流与杂散电流的腐蚀，接地装置的腐蚀会造成电气设备的“失地”，接地电阻升高，影响电气设备乃至整个测报系统的安全运行。例如，小花遥测系统在设计查勘时，发现武陟、小浪底、黑石关等水文站，或是没有做接地或是原先已有的接地装置，大部分接地体腐蚀严重，接地引入
4、线几乎锈蚀断路，曾发生过雷电击毁电器设备的事故。当接地装置的接地电阻满足设计要求后，如何保证在其运行寿命周期内，始终能起到其应起的作用，是工程设计人员应该认真研究的问题。3 接地装置腐蚀的部位、原因及种类土壤是一个由气、液、固三种状态的物质组成的复杂体系，其三种状态物质的组成随温度、气候、季节等因素的变化，由此导致土壤的电阻率，氧化还原电位，PH 值，含水率，透气性等特性改变；同时土壤中伴有一系列微生物的新陈代谢活动，这些都是引起接地装置腐蚀的因素。因此，土壤的腐蚀性是非常复杂的。另外，土壤中的盐份（Cl -），含氧量（O 2），微生物类型，有机质，杂散电流等也会对土壤的腐蚀产生影响。3.1
5、容易发生腐蚀的部位一般情况下，容易发生腐蚀的部位是：设备接地引下线及其连接螺丝；焊接头；电缆沟内的均压带；水平接地体。3.2 腐蚀的原因土壤腐蚀性强，特别是在偏酸性的土壤、风化石土壤和砂质土壤中，最易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀。接地体采用再生钢材，这样的钢材由于杂质超标，在地下易发生电偶电池腐蚀。使用了腐蚀性较强的降阻剂，特别是一些化学降阻剂，由于含有大量的无机盐类，加速了接地体的电化学腐蚀。属于施工方面的原因：接地体埋深不够，上层土壤含氧率较高，吸氧腐蚀快；用砂子、碎石和建筑垃圾作回填土；焊接头存在虚焊、假焊现象，对焊接头没有做防腐处理；对接地引下线没有采取过渡防腐措施，没有刷防腐漆。3.3 腐
6、蚀的种类接地装置的腐蚀形式一般分化学腐蚀和电腐蚀两类，腐蚀过程主要是电化学溶解过程。腐蚀都是发生在接地装置金属的表面上，形成各种腐蚀电池致使接地装置腐蚀损坏。3.3.1 化学腐蚀属于自然腐蚀的范畴，是接地体和周围环境里接触到的介质，直接进行化学反应而引起的一种自发腐蚀。接地体与空气中的水分，氧气和二氧化碳产生化学反应，使金属接地体被腐蚀而生锈。钢铁生锈的过程，就是铁缓慢转化为碱性碳酸盐的过程。当空气中扩散着氮的化合物气体时，这些介质和接地体相接触，使接地体更快、更厉害地腐蚀。3.3.2 电化腐蚀当接地体和电解质溶液相接触时，由于电池的作用而引起的腐蚀就是电化腐蚀。它的作用过程是:由于接地体组织
7、的不均匀性及其含有杂质，因而在接地体表面的各个部分，具有不同的电位，形成了无数个微型原电池。当接地体表面附上一层水膜后，空气里的 CO2或其他酸性氧化物气体溶解在这层水膜里，形成弱酸性溶液。当这种溶液溶解进某种盐类时变成了电解质溶液。在电解质溶液中，如果接地体中的杂质比铁更不活跃，铁就变成了原电池的阴极，阴极上电子放出与水和氧作用而生成 OH-进入水膜。在有侵入介质作用下，由于溶液中有阴离子存在，则接地体表面容易变为活态，使其腐蚀加快。4 接地装置的防腐措施接地装置的防腐措施大体有：从材质本身着手解决腐蚀或延缓腐蚀速度。如采用加大截面积、更换材质或采用复合材料作接地体等均属于这一种类型；根据电
8、化学腐蚀的原理，采用电化学保护的方法。如比较典型的方法就是“极阴极保护法”；采用物理保护的方法。如目前国外普遍采用的导电防腐涂料就是一种较为实用的防腐新技术。4.1 加大接地体的截面积加大截面是一种最直观的做法。加大截面的做法固然对防腐起到了一些缓蚀的作用，但对那些严重的腐蚀地区也无法从根本上得以解决，还存在不经济的弊端。4.2 采用耐腐蚀的有色金属从理论上讲，多数有色金属如铜、铝、铅、锌都具有较好的抗腐蚀能力，其中铜和铅在接地材料中用得较多。直接用有色金属作接地体，不足之处是，其一价格昂贵，成本提高；其二钢性不够，施工困难。解决刚性不够的唯一方法又得增大截面积。据计算，接地体的直径增加 30
9、%，截面积可增大 70%；直径增加 50%，截面积可增加 125%，也就是要多耗70%125%的有色金属。这无疑又使一次性投入成本成倍地增加。4.3 应用复合材料所谓复合材料，实际上就是在碳钢的表面涂一层较厚的有色金属，以此来抗腐蚀。最常见的就是已经广泛使用的镀锌技术。所有接地装置的材料大多采用圆钢、扁钢、角钢等碳素钢材。这是因为这些材料取材方便、价格便宜、钢性较大、施工方便，但是铁是一种化学性质比较活泼的元素，在常温常湿的条件下就能与许多非金属元素及盐类发生反应而导致锈蚀。与碳钢相比，多数的有色金属具有较好的抗腐蚀能力，如铜在低浓度的 NaOH、CO 2、海水等环境中有较好抗腐蚀能力；铅在
10、H2SO4、SO 2的环境中显得特别稳定；而锌比较适应的是碱性环境。复合材料就是以碳钢为基体，采用高压高温等特殊工艺技术，在其表面复合上一层有一定厚度的有色金属。4.4 阴极保护法大家知道，金属只有在阳极状态下才可能腐蚀。阴极保护原理就是，通过对受保护的金属设施进行阴极极化，使之变成一个大阴极，从而防止金属腐蚀。阴极保护可通过牺牲阳极法和外加电流法实现。阴极保护法是一种电化学保护方法，就是将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金(即阳极)相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。在被保护金属与牺牲阳级所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，
11、在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故称之为“牺牲”阳极，从而达到对阴极(被保护金属体)保护的目的。“牺牲阳极”的材料通常是高纯镁及镁合金、高纯锌及锌合金、铝合金等。牺牲阳极阴极保护法，需要每隔数年开挖检查，对“牺牲”的阳极要进行更换。4.5 应用新技术、新材料高效膨润土降阻防腐剂和导电防腐涂料进行防腐是目前较新的一种技术。从本质上讲，它属于一种物理保护类型，具备三个最基本的技术要求，即：导电性能良好，电阻率尽量低于土壤电阻率并与被保护的金属的电阻率相接近；防腐性能良好，对酸、碱、盐等化学溶剂有较强的耐受能力；现场施工工艺简单易行，机械强度适当，价格适宜。非金属接地材料是目前行业里新生的一种金属接
12、地体的替换产品，由于其特有的抗腐蚀性能和良好的导电性以及较高的性价比被广大用户所接受。目前非金属接地产品主要是以石墨为主要材料，根据制作工艺不同主要有压制和烧制两种。石墨基本结构就是碳，它对环境没有任何污染，所以这种原料的产品属于环保型产品。5 结语在黄河治理开发与管理的现代化进程中，随着黄河水文测报水平升级工作的进一步深入开展，水情自动测报已成为水文生产的重要部分。接地装置的腐蚀是造成接地隐患，产生接地事故的主要原因，对接地装置的防腐问题首先要从选材、设计、施工、运行、维护等方面把关。对接地装置的防腐措施，应具体情况具体对待：对防腐和降阻困难的场所，使用 GPF-94 高效膨润土降阻防腐剂显示了较好的效果，且被大量的工程实践证明；对只需防腐不需降阻的场所，采用阴极保护是有效的。科学技术迅猛发展的今天，在传统的接地装置广泛应用的基础上，新工艺、新技术、新材料的大量涌现，必将使测报系统中的接地装置更加可靠。参考文献：1 李国英.建设“数字黄河”工程J.中国水利，2002,(2).2 杨金夕主编.防雷接地及电气安全技术.M.北京：机械工业出版社，2004.3 杨道武，等.接地网防腐工程中的阴极保护设计J.电瓷避雷器.2004，(1).4 移动通信基站防雷与接地设计规范S.YD5068-98.
