接地装置的腐蚀与防腐措施

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≤4Ω；设备所在通信站联合接地≤1Ω。

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（O2），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容易发生腐蚀的部位

一般情况下，容易发生腐蚀的部位是：①设备接地引下线及其连接螺丝；②焊接头；③电缆沟内的均压带；④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：①接地体埋深不够，上层土壤含氧率较高，吸氧腐蚀快；②用砂子、碎石和建筑垃圾作回填土；③焊接头存在虚焊、假焊现象，对焊接头没有做防腐处理；

④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：①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；②根据电化学腐蚀的原理，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”；③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%，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