接地装置阴极保护

浅析接地装置的阴极保护

摘要：接地装置的腐蚀是普遍存在的现象，特别是在土壤潮湿并且含有可溶性的电解质的土壤中。若无有效的防腐蚀措施，将会导致接地性能的下降，接地电阻的升高，造成接地安全事故。分析了接地装置的腐蚀机理，指出接地装置的腐蚀的主要为电化学腐蚀，介绍了牺牲阳极的阴极保护法及其应用。

关键词：腐蚀阴极保护原电池

引言：接地体的材料主要为碳钢，接地装置埋设在地下，发生腐蚀后，接地体截面积减小，碳钢材料变脆、起层、松散甚至断裂，造成接地性能不良，接地电阻明显增大，对接地的电子电气设备的正常运行、人身安全将产生巨大的威胁。一般地区的接地装置使用寿命在20年左右，而菏泽某变电站的地网只运行了7 年，接地电阻就明显增大，接地体严重腐蚀，探其原因是该变电站临近一处污水池塘，土壤显强酸性，腐蚀更为严重。由于接地装置埋设在地下，对其翻修改造造价很大，因此延长接地装置的使用寿命，具有较大的意义。

1.接地装置的腐蚀机理

1.1化学腐蚀：单纯由化学作用而引起的腐蚀。如金属和一些有害气体（o2、h2s、so2、cl2等）接触时，在金属表面上生成相应的化合物（如氧化物、硫化物、氯化物等）。温度对化学腐蚀的影响很大，钢材在低温下的腐蚀并不严重，但在高温下就容易氧化，生成一层氧化物，同时还会发生脱碳现象。

1.2电化学腐蚀：组成原电池有三个不可缺少的条件，这三个条件是：（1）电极，由两块电子活泼性能不同的金属作为原电池的两个电极。活泼的金属是电池的负极，不活泼金属（或非金属导体）是电池的正极。（2）电解质溶液，根据电解材料，可以选择酸、碱、盐溶液作为组成的电解质溶液。（3）导线，用以连接两极，才能使浸入电解质溶液的两极形成闭合回路，组成原电池。

电化学腐蚀是指接地装置金属表面与电解质发生电化学反应而引起的腐蚀，腐蚀时有电流产生，它的原理是由于形成了原电池。在腐蚀过程中，负极上进行氧化反应，显阳性，常叫阳极；正极进行还原反应，显阴性，常叫阴极。在酸性介质环境中，溶液的h＋浓度较大，另外土壤中有溶解的o2。钢铁一般都含有杂质，形成的原电池为阳极（负极），杂质为阴极（正极），由于铁和杂质紧密地接触，电化学腐蚀作用得以不断地进行。电化学腐蚀过程主要包括两种形式：吸氧腐蚀和析氢腐蚀，化学方程式分别为：吸氧腐蚀阳极反应，2fe－4e- =2fe2+，阴极反应，o2+2h2o+4e-=4oh-，析氢腐蚀阳极反应fe－2e- =fe2+，阴极反应2e- + 2h+ =h2↑。析氢腐蚀与溶液h+浓度有关，吸氧腐蚀和溶液中o2的浓度有关，h+浓度越大，含o2量越高，金属的腐蚀就越快。

2.阴极保护原理

两种不同的金属埋于地下，如果把它们做良好的电气连接，就形成一个“原电池”，其中较活泼的金属为负电极，由于它的原子失去电子而成为带正点的阳离子而离开电极，使该金属电极受到腐

蚀；相反，不甚活泼的金属电极由于带正点缘故不容易失去电子，所以它会比结成“原电池”前难于受腐蚀，从而得到保护。

表1列出了一些材料在温度为25℃及与标准氢电极比较离子活性为1时的电极电位值。铜的电极电位是＋0.377 v，锌的电极电位是-0.763 v。故锌与铜混合组成的电极之间可以测的1 v的电位差。并且铜为正极，锌为负极。如果把两电极用铜线连接在一起，将有直流电流从铜经过连接导线流向锌，而在土壤中电流由锌流向铜，电流的大小与两极间的电位差成正比，与两极间的电阻成反比。这个电阻等于或小于这两个地级各自接地电阻之和。由锌电极流向土壤的电流，使每个锌原子失去了两个电子而成为正离子，zn-2e= zn2＋。

表1常用金属材料的电极电位

根据法拉第电化定律可以算出，锌电极的损失量约是

3.11g/(a·h)。如果两电极间的电阻是10ω，电流为0.1a，以10年计算，锌电极的损失量27kg。阴极保护法有两种，上面所涉及的这种消耗阴极的方法叫无源法；另一种方法叫有源法，又叫强制电流法，它是把直流电源的负极接到需要保护的接地体上，再将直流电源的正极接到一个辅助地极上。由于需要保护的地级总是接上人工负电位而不容易产生正离子，不容易被腐蚀，所以接地体便得到保护。

3.阴极保护装置的应用

无源法一般采用镁（锌）合金作为埋地的阳极，优点在于安装

施工简便，对临近金属结构的影响极小，运行成本低，可实现零费用维护，一次投资，长期受益。强制电流法在实施大范围野外阴极保护时比较经济。但对附近金属结构的影响较大，需要有专人管理维护，需要有稳定可靠的不间断电源。根据实施阴极保护工程的现场条件，了解接地体的金属类别、敷设情况、土壤电阻率等，再根据阴极保护需要的电量大小，决定采用哪种方式。有时亦可考虑对同一结构同时采用两种阴极保护法。