输变电工程接地材料的选择

3.1
铜元素电极电位为+O.3402 ~ O.522V ，电
位偏正，是比较不活泼金属，耐腐性强，另
表面氧化的铜的 会产生附着力强的氧化物，
流时的土壤腐蚀，又有在电流作用下的电解 腐蚀 。埋 入土壤中的接地网，其表面的不同 部位因接触介质的理化性质不同而形成了
它对内部的铜起到极好的保护作用，阻断并 延缓了进 一步 腐蚀的形成 。 铜只有在酸性土
Fe-Zn 原电池时，辞镀层属于阳极性镀层，
(2)
铜覆钢 的 蚀特性
铜覆钢导电性 和 热稳定性较强，且兼具 铜耐腐蚀和钢 的 高强度的特点，铜覆钢接 地 材料腐蚀性理想状态由其表面覆铜决定 ， 腐
蚀与铜相似 。 值得注意的是 ， 一 旦铜覆钢发 生镀铜层破坏，作为接地主体的钢成为阳
辞牺牲溶解，保护了钢铁 。 因此钢铁上的镀 辞层不是单纯的机械保护作用，而是通过电 化学作用保护基体免遭腐蚀，即使辞层不完
还很少根据土壤腐蚀环珑的分析结果未决定才是地材料的选择。本文讨论了不同材料在土农中的局 蚀特性和适用条件，对输变工程接地导体材料的选择方法提出了建议。
关键字 :接地材 料 ;镀作纲接地体;全铜接地体;丰l司在钢接地材料;金属 腐蚀
作者简介 :王晓京 (1957斗，男，教授级高级工程师，长期从事大型变电站电气设计工作。
中 步IJ 另IH时示 V
4虽
(3)
电化学法通过测 量 埋地金属腐蚀
碱↑t 士壤
< 10 <8 <6
10- 20
8 ~ 15 6~ 1 0
>20 > 15 > 10
电流密度来判定土壤的腐蚀性 。 腐蚀电流密 度与土壤腐蚀性的关系见表 8 。
中↑生士填
酸什卡壤
表 8 了七壤腐蚀性
碳制平均腐蚀注:字，与士壤腐蚀件的关系 中
作组 NG
X iao -j ing , DENG Ming , ZHANG Jing-feng
(E ast China E lectric Power Design Institu te ,Shan gh ai 200063 ,C I1in a)
Abstract: Th is art icle discusses di ffe rent groundin g materi a l" s co rrosion characteri sti c und er diffe rent soil s in power tran smi ssion and di stribution proj ec t. The arti cle
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(2)
氧 化还原电位 : 土壤 氧化还原电位
表 2
十 填氧化还 l鼠也位与才-:t实腐蚀竹 1~1
是一 个 综 合反映 士填介 质 氧 化 还原 强 弱 的
指标。 I~ 壤 的 氧化~、原 l包作 越 I~言，才培对余
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输变电工程接地材料 的 选择
王晓京，邓日月，张景锋
(华字也 }J ì 量 ì-I I~，[，
I
il才
20()()6 :1 j
摘
要 z 我国交流输变电工程主妥采用级作 J向钢作为接地材料， 随着国民经，开实力的增强，钢材
和作为替代品的铜 j'fi.钢也已日益增多地出现在国内工程应用中。目前实际工程对接地材料的选择
Ill at巳rial ; co pp巳r- c l a d Ill a teri a l 、 a ll- copp er
steel groundin g material
l
概述
我国输变电工程建设规模庞大，每年需
壤腐蚀环境的分析结果来选择接地材料。 国内外针对不同土壤环境对金属腐蚀 均有长期、大量的研究，由于金属材料腐蚀
同电位及电位 差 异是引起接地网土壤腐蚀 的根本原因，其腐蚀机理在本质上是电化 学 腐蚀 。接 地网的电化学腐蚀形式包括点腐
蚀、局部腐蚀、宏观腐蚀、电解腐蚀及微弱 的交流腐蚀 。
选材 。
3
不同接地金属材料在土壤中 的腐蚀特性
不同金属材料在土壤中的腐蚀机理
埋入地中的接地材料，既存在无外加电
(1)
铜腐的蚀特性
值 。 当土壤干、湿交替变化时 ， 土壤腐蚀性
最强 。
极和电网不平衡电流的 1世流作用 ， 接地网就
不仅要受到土壤 的 自然腐蚀，还要受到上述
(7)
温度 : 土壤温度越高 ， 阴极的扩散
杂散电流的电解腐蚀 。
直流干扰程度判定采用地电位正向偏
过程 和 离子化过程越强，从而加速土填腐蚀 的电 化 学反应 。 土壤温度对土壤的电阻率 、
邓 明( 1973 斗，男，高级工程师，从事大型交电站电气设计工作 。 ?长景锋 ( 1 976-) ，男，高级工程师，从事大型变电站电气设计工作。
The Selection of Grounding Material in Transmission and Distribution P r oj e ct
m V1m
作的方法 。
交流电对埋地钢材的腐蚀程度，可采用
(2)
埋片失重法是经典方法，需要对埋
表 7 所列的指标进行判定。
地材料腐蚀进行长期的观察记录，当有相 当
表 7 交流电别埋地制材的腐蚀程度判定指标[3]
严重程度 (级别)
十二壤类 别
弱
实验样本数据积累，并结合对比土壤实测的
一些理化指标，给出工程类比标准，是 一种 简便可信的判别方法 。
士壤腐蚀性
最大 才二 填含水量%
O
士壤不 含 水
10 ~ 12
12 ~ 25
Байду номын сангаас
>40
-七 壤 有连 续
十壤含水 量 接近 士壤含水特征
|陷界倩
十填含水量
十i装 有不连 续
保持临界值
水层
水层
(4)
含盐量 : 含盐量越大，土壤的电导
氧气含 量 、水含量 和 微生物活动均能产生影 响 。 土 壤 温度虽能改变土壤的理化性质， 影
土壤对金属材料腐蚀的测量方法有理
的地电位梯度大于 O.5 mV/m 时，可确认受 到直流干扰 。一 般采用土壤表面电位梯度
来评价干扰程度，具体指标且表 6 。
表 6 杂散电流 干 扰程度
-卡 壤表 白l
化参数测评法、埋片失重法和电化学法 。
(1)
理化参数测评法根据土壤实测的
商:流干扰程度判定指标 [3]
率越大，其腐蚀性也越强，其中， C l\
S042.
的影响特别大，含盐 量 还影响土壤中金属的
电极电位 。
响土壤腐蚀性，但土壤温度不作为 一 个 评 价 土 壤腐蚀性的独立指标 。
(5)
位。
酸碱度 : 有机酸和1 无机酸直接 参与
(8)
微生物 : 在 缺氧、潮湿环 境 下，硫
电化学过程，井影响 土 壤中金属的电极电
表 5 十，填细商腐蚀评价 指 标 l 飞]
(6)
含氧量 : 上壤含氧量影 响 上壤中钢
的电极电位，并改变电化 学 阳极反应速度， 直接影响土壤腐蚀过程 。 土壤中的含水 量 增 加，则含氧 量 减少，反之亦然 。当 两者达到 某 一 合适的 比例时 ，土壤腐蚀性达到最大
。)
杂散电流 : 当 接地网承受直流接地
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壤或硫化物含量较高的土壤才会产生点蚀，
辞易榕于酸，也能溶于碱，故称它为两 性金属 。 铸的标准电极电位为 -0.7628 比钢铁
在 一 般的中性或碱性土壤中，铜的使用寿命
可以相当长 。
负 。 若基体是钢铁，镀层破损或遭腐蚀生成
表 l 十壤电阳系与士壤腐蚀性 [3)
悴扁钢作为接地材料，随着技术水平的提高
和经济实力的增强，铜材作为接地材料己出 现在工程应用中，由于铜材价格昂贵，作为
替代品 的 铜覆钢也己日益多 地出 现在国 内 工程应用中。目前输变电工程忽视对 的 土壤 腐蚀环境判别要求，实际工程还很少依据土
土壤腐蚀性
土壤电 I归来 n .m
极弱
弱
3~6 3~5
腐蚀电流密度 IlA/cm2
平均腐蚀速率 g/( dm 2 • a)
<0.1 <1
6~9
5~7
用测 量 腐蚀电流密度来评价土壤腐蚀
不同的电极电位 。 这种接地网 金属 构件的不
性的方法快速、实用，对土壤腐蚀测 量 可以
做到基本无开挖，但此法只能对己有接地网 的腐蚀性进行测 量 ，不适用新建工程的设计
算腐 蚀速度 : 在的酸性 (pH 值 4 .8 1 )土壤中，
纯铜腐蚀速度约为 0 .022~ 0 . 023 mm/a ，以腐
蚀 1mm 厚度计算，约可使用 43 年 ，如 镀铜
图 l 制覆你j 表层损坏后的电化学腐蚀示意图
厚度 0 . 25mm[4 1 ，使用寿命仅约 11 年 。 热镀
悴钢在酸性土壤中腐蚀速度约为
酸盐还原菌的活动可促进腐蚀的阴极去极 化，并 产 生硫酸、有机酸和 F eS( 黑色非磁性，
表4
个模腐蚀柏:
才- 壤 pH 1在
十. 填 pH 值 与 土壤 腐 蚀 1"t l 3 1
酸 化时 发出硫 化 氢昧) ; 在 富 氧条件下还会 产
生硫细菌、铁细菌 等。 微生物腐蚀也反映 在
氧 化 还原电位上 。
(3)
镀辞型钢 的 蚀特性
0.0791llinla ，以镀辞层厚 0.07mm 算，使用不
到 一 年镀辞层将全部腐蚀掉 。 铜在北京碱性
由于钢的主要元素铁的电极电势 甲 (Fe2+/Fe)=-0 .409V ，容易失去电子取代氢
移 指 标或 地 电位梯度指标 。当 任意点地电位
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较向然电位正向偏移大于 20mV 或附近土壤
3
土壤腐蚀环境的判别方法
要消耗大量接地材料，合理:ì2t择经济耐用的
接地导体材料，对降低工程造价，保证电网 安全可靠运行有着重要意义。 合理选择接地材料的目的，是在满足运
行年限的基础上采用相对经济的接地材料，
影响因素复杂，部分研究结论受利益方影响
而互相矛盾，客观合理地分析输变电工程不
同接地材料的腐蚀特性 ， 进而科学地指导输
一些理 化指标(虹l 电阻率、氧化还原电位、含 水 量 、含盐 量 、酸碱度、材料对地电位 等 )
中
大
对土壤进行腐蚀性分级。由于土壤腐蚀影响 各因素间的交互作用，使得这种方法判断结
电位梯度
<0.5
0.5 ~ 5.0
>5.0
果与实际情况难免存在误差，但对输变电工
程接地材料的前期预选仍不失为 一种 可操
变电工程接地材料的选择，不但具有明显的 工程效 益，也有着相当的社会效益 。
而接地材料所处环境的腐蚀性是影响材料 选择的决定因素。我国交流输变电工程基于
经济原因及技术因素，一般工程主要采用镀
2
金属材料在土壤中的腐蚀影
(1)
电阻率:电阻率是表征土壤导电性
响因素
的指标，土壤电阻率越低，腐蚀性越强 。土 壤电阻率与士壤腐蚀性的关系如表 l 所示 。
ana l yz巳d
suitable groundi ng materials grounding
for different cO lTosion conditions, and also made reco l1l lllend ati ons of th elll Key words : corrosion of gro undin g materi al; galvani zed steel gro undi ng
整也会起到这个作用 。 另因特层的耐蚀性很 大程度上决定于镀层上钝化 膜的耐蚀性，钝 化 了的辞镀层其耐蚀性 一 般大约可提高 8 ~
20 倍 。
极，其与表面铜的有着 0 . 749 ~ 0 . 931V 的腐
蚀电位，腐蚀速度会加速，成为故障隐患 。
3.2
不同金属材料在土壤中的腐蚀速率
国内某单位采用电化加速腐蚀试验估
tt提 f何 '1'9'，↑牢
'lcl fι j:[ffil 也 1-'7
111 飞
属的氧化性越强:反 之 哼腐蚀刊: 越弱
I
}在
的透气 性 直接影响土 j寰的氧化 jf 原屯忙，卅 土 壤透 气 性较好时 土 壤 氧含量 较 高 ， 土 j襄
(3)
含 水 量 :地网的腐 蚀速 采 随 着土墙
氧 化腐蚀性较强 。土壤 的 氧化还原电 位与土 墙腐蚀性的关系如 表 2 所 示 。
的湿 度增 加 而变大，当土壤 的 温度 超过临 界
湿 度 后 ，地网的腐蚀速 率 反而 变 小 。土壤含
水 量与士壤 腐 蚀性 的 关系 如 表 3 所示 。
表 3
1-，填含水量 ~U衷腐蚀 tt
-卡 填 腐蚀 件
士壤腐蚀性
才气 填无腐蚀
士横无腐蚀 j挡增
士 填 腐 蚀件
j茬减
25 ~ 4 0
较 低↑旦 定 的