输电线路接地材料的选择探析

输电线路接地材料的选择探析
摘要接地装置是电力系统中不可缺少的重要组成部分，只有采用良好的接地材料，才能满足输电线路防雷保护及降阻要求，保证输电线路安全稳定运行。

本文通过对不同接地材料性能进行分析比较，希望对同仁在选择接地材料时有所参考。

关键词输电线路；接地材料；腐蚀环境；阴极保护
1 接地装置发展现状
1.1 接地装置发展历程
第一代地网：
以扁钢、角钢、圆钢为主要接地体，以普通电焊为主要连接方式。

由于腐蚀快，地网寿命短；一般随着时间的推移，接地电阻值会明显上升；长期使用需进行防腐蚀措施。

第二代地网：
以铜条、铜带、铜包钢为主要接地体；以放热焊接为主要连接方式。

通过扩大地网面积和深度，结合物理、化学方法达到设计电阻值，地网寿命较长，耐腐蚀较好。

一般随着时间的推移，接地电阻值上升较缓。

第三代地网：
以空腹式接地极（离子接地极）为代表的综合接地技术，结合物理、化学、工程技术的综合方法达到设计电阻值，经处理后特别耐腐蚀。

一般随着时间的推移，接地电阻值稳定，随季节气候变化较小。

由此可以得出：接地装置材料发展主要遵从两个方面，第一是降阻高效、稳定；第二是提高使用寿命。

1.2 接地材料分类
（1）有色金属接地材料
①铜
抗腐蚀性优良，在特殊环境下腐蚀严重（如强碱）。

对钢质金属产生电偶腐蚀，pH≤4.5酸性环境下不宜用于接地。

②铅
在H2SO4、H2SO3、Cr2O3、H3PO4和冷HF环境中抗腐蚀性显得特别稳定，在碱性环境下受到限制。

由于环保问题，现基本不采用。

③铝
在中性土壤中抗腐蚀性好，但由于氧化膜因素，不适宜做接地材料适用于流动海水环境。

④锌
在PH=6-12锌的腐蚀速度很小，对钢质构筑物没有腐蚀破坏。

但机械强度，焊接性能存在问题。

⑤不锈钢
抗腐蚀性通常优良。

在有氯离子中存在SCC腐蚀的风险。

存在连接问题，选择不当容易出现电偶腐蚀影响。

（2）复合接地材料
是由碳钢与一种或一种以上的金属通过特殊工艺制成的接地材料。

具有每种金属的物理、化学、电化学性能，相互补充，达到接地性能稳定、使用寿命长、经济性合理的根本要求。

这种复合材料能适应不同酸、碱、盐等特殊介质条件下接地的需要。

如铜包钢、铅包钢、不锈钢包钢、锌包钢等。

它们应用的领域各有侧重，但同时要考虑经济效益和社会效益。

（3）纳米导电防腐接地材料
目前市场上的纳米导电防腐涂料是在高分子涂料中加入纳米碳（实际就是炭黑粉）和纳米金属粉末（较细的金属粉末镍、铜、银），属于添加型导电涂料（还有结构型）。

其导电性能与添加物质种类和占有量有关，防腐性能与基料树脂类型和占的比例有关。

重点需要解决的是涂料防老化、腐蝕监测和热稳定性等本身性能问题，以及施工、环保、防护等影响。

属于试用阶段，目前还未有相关标准规范支持[1]。

1.3 常用接地材料工艺介绍
（1）铜包钢
是利用钢的高强度、优异的弹性、较大的热阻，和有铜的良好导电性能和优良的抗腐蚀性能的复合接地材料，对铜层厚度有明确要求。

制作工艺有：水平连铸工艺、套管工艺、电铸工艺。

（2）锌接地极
实际上是锌与钢采用特殊热压工艺形成的复合接地材料（又称锌包钢）。

其目的是增强自身抗腐蚀性能和对钢质构筑物有保护作用或无腐蚀干扰。

特别是有大量埋地金属和实施阴极保护的区域。

并有GB50650-2011GB/T21448-2008、GB/50393-2008、GB/50156-2002、SY/T0088-1995等国家标准支持。

（3）物理接地模块是以导电石墨为主要原料采用压制或烧结工艺成型的非金属固体接地体。

主要依靠增大与土壤接触面降低接触电阻来实现降阻目的，依靠导电石墨耐腐蚀提高使用寿命。

性能集中体现在降低自身的电阻率和施工运输的方便性。

（4）物理降阻剂是以导电石墨为主要材料混合制成，常用的是现场加水调和后对金属接地体施工。

其基本原理也是改变接地体的几何尺寸，达到降阻目的。

目前需要对物理降阻剂的腐蚀性要有重新认识，尤其是我们常用的金属接地体钢质和铜质材料。

（5）离子接地体采用了物理的、化学的、冶金金属的综合降阻、防腐措施，属于第三代接地装置，也是目前接地电阻最稳定，降阻、泄流、防腐效果最好的接地装置。

美国UL标准，我国的GB50169-2006均有相关叙述。

（6）放热焊接（热熔焊接）工艺原理：利用化学反应释放的热量，熔化金属，使之融为一体，处于分子连接状态。

工作原理：3Cu2O+2Al=6Cu+Al2O3+Q 反应温度高达2500℃，局部反应温度高达3700℃。

2 土壤的腐蚀
土壤是土粒、水和空气的混合物。

由于水中溶有各种盐类，故土壤是一种腐蚀性电解质，金属在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。

影响土壤腐蚀性的因素很多，包括物理、化学、生物几方面。

主要因素有：含水量、含盐量、含氧量、pH、电阻率、氧化还原电位等。

土壤腐蚀是最复杂的腐蚀形态之一，也是最难控制的，同一区域不同的地点腐蚀程度都会存在较大差异。

通常我们以土壤电阻率来体现土壤的腐蚀性[2]。

3 接地材料保护
保护就是减缓接地材料腐蚀，减缓金属腐蚀通常有两条途径：一是因地制宜选择合适的在本区域抗腐蚀的接地材料；另一是利用电化学保护成熟技术即阴极保护，来提高其接地网的耐蚀性。

3.1 阴极保护原理
阴极保护就是利用腐蚀电池的原理，将需要被保护的金属结构作为阴极，通过阳极向阴极不间断地提供电子，首先使结构极化，进而在金属结构表面富集电子，使其不易产生金属离子，因而大大地减缓了结构的腐蚀速度。

3.2 阴极保护分类
根据外部提供阴极电流的方式不同，常见的阴极保护法可分为牺牲阳极法、外加电流法。

4 结束语
接地工程是隐蔽工程、是安全工程，接地材料的选取要依据两大接地主线：一是降阻稳定；二是相匹配的使用寿命。

每种接地材料都有其应用环境，所以接地材料的选择要依据详细的地勘资料，因地制宜地选择适合本区域的接地材料。

参考文献
[1] 黄昌威，安韵竹.变电站接地网不同接地材料接地特性研究[J].陕西电力，2014，42（11）：9-12.
[2] 范璇，王建国，周蜜，等.接地材料腐蚀速度弱极化曲线评价[J].中国电机工程学报，2012，32（28）：192-198.。