牺牲阳极阴极保护接地电阻改善方案.docx

牺牲阳极法阴极保护的设计计算实施阴极保护的金属集购物上的点位和电流分布函数是复杂的，它不仅与被保护金属结构物材料、牺牲阳极材料、环境介质条件直接相关，而且还与结构物的几何构型密切有关。从原理上考虑，牺牲样激发和外加电流阴极保护的点位、电流分布的计算式基本相同的，它们都是保护电流在复杂电阻体系上产生的电压降结果。绵延分布的管线是几何构型最简单的一种结构物，它是一维延伸的，在数学上容易处理。许多复杂几何构型物往往可以看作为若干一维节段的组合和叠加。所以，阴极保护的设计计算常以埋地管线作为计算对象。牺牲阳极法阴极保护的设计计算一般包括以下几个步骤。确定最小保护电流密度i对被保护结构物的最小保护电流密度确定，首选亏电实验值。可在现场安装一临时店员和接地极进行馈电试验，再根据达到保护电位时所对应的极化电流强度，推算出最小保护电流密度的取值范围。若无馈电实验值，一般可根据文献资料和经验选取。也可采用下式进行理论计算：I=EO/RU式中i保护电流密度，mA/m2E最小保护电位对结构物自腐蚀电位的负偏移值（极化电位，mV），EO通常取300mV，它是最小保护电位-850mV（SCE）与钢铁在普通土壤中自腐蚀电位【一般为-550 mV（SCE）】的差值；R结构物表面防腐层的楼电阻率，m2。保护电流密度是阴极保护实践和设计十分重要的参数。但它受到被保护结构物/环境介质体系许多因素的影响，如结构物材料种类，防腐层质量，介质的性质、组成、分布和变化，甚至温度、气候或微生物存在与活动等。它的数值往往变化很大，即使在阴极保护运行过程中也是变化的。因此，要求准确的计算几乎是不可能的，但它仍是一个重要的参数值。对此，馈电试验或经验选取则是很有效的。计算所需总保护电流强度I根据被保护结构物的几何尺寸计算出需被被保护的总面积S（m），就可由保护电流密度i按下式计算所需总保护电流强度It（A）：It=Si对于埋地管道则为：It=DLi式中D被保护管道外径，m； L管道长度，m。 计算牺牲阳极接界电阻Ra 牺牲阳极的接界电阻是决定牺牲阳极输出电流的关键影响因素之一。它可通过实验测量或计算获得。经过一系列推导可获得接界电阻的计算公式，文献资料报道的阳极接界电阻的计算公式很多，现推荐以下一些计算公式：在土壤环境中的牺牲阳极接界电阻,即接地电阻的计算公式a.单支立式圆柱形牺牲阳极无填料（即填包料，下同）时，阳极接地电阻的计算公式为： RV1=p/2L（In2L/d+1/2ln4t+L/4t-L）b.单支立式圆柱形牺牲阳极有填料时，阳极接地电阻的计算公式为： RV2= p/2La（In2La/D+1/2ln4t+L/4t-L+pa/pInD/d）c.但是水平式圆柱形牺牲阳极有填料时，阳极接地电阻的计算公式为： Rh= p/2La（In2La/D+InLa/2t+pa/pInD/d）以上三式中，Lad,tLa/4。式中R和R分别为立式和水平式的阳极接地电阻(R无填料，Rv2有填料)，；p和pa分别为土壤和阳极填料的电阻率，m；L和L分别为阳极和阳极填料柱的长度，m；d和D分别为阳极和填料的直径，m；t阳极中心至地表面的距离，m。对土壤中金属结构物进行牺牲阳极保护时，为提供足够的保护电流及施工安装方面的考虑，常采用多支阳极并联安装方式。对一个阳极组的总接地电阻R（）可按下式计算： Rt=R/n式中n并联阳极支书； 并联阳极修正系数。多支阳极并联的总结地电阻一般比里理论计算值大，这时阳极直接按屏蔽作用的结果。可按照实际情况根据阳极之间的距离、并联支数及阳极长度在图4-23中火表4-29中选取修正系数。在水环境中的牺牲阳极接界电阻，即接水电阻的计算公式 长条形阳极的接水电阻R（）计算公式为： Ra= p/2l(In4L/r-1)式中L阳极的长度，cm；P水介质的电阻率，cm；R阳极的等效半径，cm，S=（长+宽）/2，长2宽。b. 板状阳极的接水电阻RA()计算公式为： RA=p/2Sc 镯式阳极的接水电阻RA()计算公式为： RA=0.315p/A为阳极横截面积，cm2。式中，S为阳极两边的平均长度，cm；且式中，A为阳极表面积，cm。计算单支阳极的输出电流I 对牺牲阳极-土壤-被保护结构物（阴极）构成的点回路，根据欧姆定律可按下式计算单支阳极的输出电流Ia： Ia=(EC-EC)-(Ea+Ea)/Ra+Rc+RwE/Ra式中 Ia单支阳极输出电流，A； Ec和Ea分别为阴极和阳极的开路电位，V；Ec和Ea分别为阴极和阳极的极化电位值，v； Rc和Ra分贝为阴极和阳极的接界电阻（接地或接水电阻），； Rw导线电阻，；E阴极和阳极工作时的有效电位差，在这里就是所谓驱动电压，V。当R合R可忽略不计时，可获得相应的近似式，见式（4-19）。显然，单支阳极的输出电流主要取决于阳极的接界电阻R。 也可根据经验公式来计算单支阳极输出电流，由此可省却一系列复杂的计算，下面列出美国HARCO防腐蚀公司对埋地镁阳极和锌阳极总结地经验公式： Img=150000Fy/p Izn=150000Fy/p式中Img和Izn 分别为单支镁阳极和单支锌阳极的输出电流，mA； P土壤电阻率，cm； f质量系数，可查表4-30获得； Y被保护技能书对地（水）电位修正系数，可查表4-31获得。 当被保护金属结构物表面敷有良好的防腐层时，阳极输出电流将显著小于裸金属条件下的输出电流。此时，是（4-20）和（4-21）的系数可考虑分别减小20%。 计算阳极组的总输出电流I 为了降低阳极的接地电阻，对管道提供足够保护电流以及施工安装方面的考虑，往往采用多支阳极并联安装的方式。多支阳极并联安装的阳极组总输出电流I可按下式计算： In=nIa/式中In阳极组的总输出电流,AIn单支阳极输出电流，A n阳极组中的阳极支数； 并联阳极修正系数，主要是考虑各阳极间的屏蔽效应，可有阿图4-23或表（4-19）、（4-20）或式（4-21）可 计算得单支阳极的输出电流I，由此可从下式计算确定对该结构物实施牺牲阳极保护所需阳极的总数量N： N=It/Ia式中 I所需总保护电流，A；I单支阳极输出电流，A；备用系数，一般取23倍。 计算阳极工作寿命T 可根据法拉电解定律计算牺牲阳极的有效工作寿命，即使用寿命T： T=um/eIa式中 T阳极工作寿命，a； m阳极净质量，kg； u阳极利用系数，对长条形阳极取0.9，对其它形状阳极取0.85； e阳极消耗率，kg/(Aa); I阳极的平均输出电流，A。计算两组牺牲阳极间的保护范围 每组（站）牺牲阳极对被保护结构物实施的有效保护范围，是很重要的设计和评价参数。为了简化计算，首先考虑埋地管线上的牺牲阳极保护。对于一维的有限长被保护管道上的电位分布和电流分布，采用牺牲阳极保护和采用外加电流法阴极保护的计算过程和结果是相同的。每组阳极的保护范围可通过两组（站）牺牲阳极间的长度来评价。可按下式计算两组（站）牺牲阳极间的有效保护长度2L： 2L2=2/aarcchEA/Emin式中2L两组（站）牺牲那个阳极间的有效保护长度，M；E和E分别是牺牲阳极接入点（通电点）和两组阳极之间的中间点所允许达到的管道电位的最大负偏移值和最小负偏值，v ; 衰减系数牺牲阳极阴极保护接地电阻改善方案(2011-01-10 22:32:50) 标签： 杂谈本文与大家共同学习！输电线路铁塔接地系统改造牺牲阳极（阴极保护）设计及施工摘要降低杆塔接地装置的接地电阻是提高输变电线路耐雷水平的一项十分重要的措施对于多石少土的辽西山区线路杆塔用传统施工方法接地电阻很难达到要求，根据多年运行经验，降低山区输电线路杆塔接地电阻是防雷的一种有效方法。前言雷电危害与接地电阻在架空输电线路设计中，防雷设计是必须考虑的一个重要因素，随着电力系统的发展，雷击输电线路而引起的事故也日益增多，据资料介绍：在我国高压输电线路的总跳闸次数中，由雷击引起的约占4070，尤其在雷电活动强烈、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事故率更高，造成巨大的经济损失。当雷电击中接闪器。电流沿引下线向大地泄放时对地电位升高。有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”。雷电直击在输电线路上的避雷线，如果接地电阻过大，就会对线路造成损伤，断路或击穿瓷瓶造成短路跳闸。从而造成停电事故。高山杆塔不仅路途遥远，攀爬也很困难，更换一次设备非常困难，这给维护增加了许多难度，而跳闸率恰恰又是电力系统考核的一个重要指标。由此可见接地系统在电力输变线路防雷中的重要性。1、接地电阻在超高压输电线路中，多以不大于10 n作为接地电阻的要求。我局的超高压输电线路比较长，途经地区的地理条件比较复杂，经常会遇到山上都是石头，或者多石少土的情况。通常的施工方法很难达到要求，经常是花费了很大的人力、物力，接地电阻还是达不到要求。有的接地电阻甚至高达几百n，导致在雷雨季节。线路遭遇雷击。而山区大部分杆塔都建在高山上，又增加了遭受雷击的概率。2 特殊土质接地电阻分析根据现场实测总结主要有以下几种情况：a土加石头覆盖层表面植被较好但下层基本属于岩石层，接地电阻率很高。 b由于风化和人为措施造成的基本以碎石子为主体，泥土较少，表面看来植被较好，但由于泥土少石子间空隙较大。接地电阻率非常高。c表面看来大部分是泥土。但由于土质坚硬沙土的颗粒较大，基本属于风化岩颗粒，造成本身接地电阻率极高，加水后可适度减低但是该种土壤保水性极差渗透快。d铁塔建在岩石上，几乎没有土壤和其它粉末状介质，即使埋设了钢筋，由于与周围无法形成统一地网，不能建立起有效的沟通造成接地电阻极大。难于满足雷电释放的要求，从而引起跳闸。上述四种情况带来以下几方面的问题：a土壤的接地电阻率高，介质保水性不好，钢筋不能及时将雷电流有效泄放。 b土壤和接地体之间没有建立起有效的沟通，有效接触面积不足。c水土流失严重，接地体腐蚀损坏严重。很难长期保持稳定的接地电阻。3.辽西超高压线路接地的实测多年来，我们通过对辽西地区杆塔所处地质环境，掌握了杆塔处在高山大岭占42%，一般山地占49%，平地占9%；我们对该段的接地进行了改善，重新埋设了接地引下线，对于接地土壤不好的采取了换土措施，较严重的采取了埋设连续伸长接地体的措施，工程实施后输电杆塔的接地电阻虽然有了明显的降低，但出于山地，石块较多的地区还是会被雨水冲刷后造成土壤流失，维持时间较短，因此我们针对这种情况采取了牺牲阳极的阴极保护接地改造，下面是针对线路进行的实测数据表1山区塔接地电阻值高的情况线路名称及杆塔号地形地质设计值改造前值改造后值XXX线029山顶岩石309922XXX线033山腰风化岩309620XXX线056山顶岩石3013828XXX线077山腰岩石306620XXX线089山顶岩石305919XXX线092山腰岩石307422XXX线096山顶岩石304918XXX线125山腰风化岩306222XXX线147山顶风化岩3087264、牺牲阳极接地改造设计4.1线路铁塔接地系统埋地方式 水平接地网采用40*4的镀锌扁钢，四散外延每根按60米计：垂直接地极采用50*5的角钢，沿水平接地网方向每10米一个，共24个，36米长。4.2接地系统的接地面积水平接地面积S1=4*60*0.088=21.12（平方米）垂直接地面积S2=0.1*2*36=7.2（平方米）总接地面积S=S1+S2=28.32（平方米）4.3保护电流保护电流密度取15毫安/（平方米）接地网得到保护须电流I保=15*28032=424.8毫安4.4单支阳极接地电阻计算R=p/2Lln(2L/D)+l/2ln(L/2t)+ p/p(D/d)=100(2*0527) ln(2*0.527/0.5)+l/2(0.527/2*0.6)+1.5/100(0.5/0.021)=3.9()1.5阳极输出电流I出=E/R=0.65/3.9=167(mA)1.6所需要阳极数量n=f*I保/I出=2.5*424.8/167=7支按每组2支组合式阳极埋设，其需要8支8公斤重镁阳极。详见牺牲阳极埋设方式图1.7使用寿命T=nw/Iw=（0.85*2*8*2210）/(0.167*8760)=20年牺牲阳极保护埋设方式图铁塔 图例： 水平接地线40*4镀锌扁钢 垂直接地极50*5角钢 镁阳极5导线VV*2932米4/条4填包料75600公斤每袋3镁阳极864公斤每支2镀锌扁钢40*4240米60/条1角钢50*536米1.5/根序号材料名称规格数量单位备注 2、施工方案总所周知，一些电力设备，建筑物等如发生接地短路或遇雷害时，巨大的瞬间电流如不能及时导入大地，后果不堪设想，因此要求电力设备或者建筑接地系统完好，无锈蚀，且电阻越小越好，设备因处在空旷地带，且远远高于周围地上设施，因此会首先遭遇雷电侵袭，随着运行年限的增加，埋设的接地扁钢逐渐发生锈蚀，长此以往腐蚀会加大，导致地网截面减小，造成热稳定性不足，而且会导致有效接地面积减小，增大了泄流难度，遭遇雷电时易造成设备损坏和人员伤亡事故的发生2.1工程流程设计 材料采购 阳极脱脂除锈 阳极电缆绝缘密封 填包料配制阳极装入袋内运输挖沟槽及阳极坑床铺设接地网、砸垂直接地极放入样机并焊接焊接头密封回填、夯实测试2.2施工图设计根据设计，使镁阳极布点按图纸所示，以使接地网达到完全保护状态。2.3材料采购材料选用8公斤镁阳极2.4阳极脱脂除锈镁阳极在使用前，应用清洗剂清除表面油污，灰尘，使表面处在活化状态，并用60号砂纸打磨掉其表面的氧化层2.5阳极与电缆绝缘密封阳极保护施工中的所有接头均需要可靠地连接和优质的防水绝缘密封，以免有漏电的可能，使导线发生腐蚀，将阴极钢芯上的锈层打磨掉，将VV29导线上防护层剥去，把导线上的铜芯焊在阳极的钢芯上，采用铜焊，焊完后涂上绝缘防水胶合热熔胶后再套上热缩管。2.6填包料的配制镁填包料的组成：石膏粉50%，硫酸镁15%，膨润土35%填包料的作用：降低土壤电阻率，提高电流效率，避免由于土壤的不均匀造成阴极的局部腐蚀，加大阳极尺寸，降低了阳极接地电阻，提高了阳极的寿命，制作：将三种料按比例搅拌均匀2.7阳极装入袋内将制好的阳极装入袋内，袋必须是棉布袋或者麻制品，不允许用化纤制品袋，之后装入填包料，每袋60公斤填包料，填包料厚度不应小于50mm，应保证阳极四周的填包料厚度一致，密实，填包料应均匀，不得混入石块，泥土和杂草等，填装后，袋口用绳索绑扎牢固。2.8运输阳极袋制作完成后，在搬运途中，严禁拖，拉电缆，必须搬运袋子，电缆详见vv29/1*16钢带铠装电缆示意图2.9挖阳极坑床根据施工设计图，沿原接地线挖开沟槽，宽0.5米，深度不小于0.6米，沿水平接地线方向每间隔10米砸一个垂直接地极，垂直接地极长1.5米，挖长2米宽1米的深坑，坑距阳极与接地网的距离不小于4米。2.10将袋装阳极放入阳极坑床后，浇水湿透，电缆线与接地网铜焊焊接，垂直接地极与水平接地气焊焊接，焊接后，焊点处涂环氧富锌底漆二遍。水平接地线与塔体用螺栓把合，不允许采用任何方法焊接，2.11回填与夯实在做完以上工作后，首先回填细土，其中应无石块，杂草等物，回填完成后夯实，回复原貌2.12测保护电位48小时，阴极极化完全后，测得保护是位应负于850mv综上所述高压输电线杆塔接地改造，采用新型材料的接地模块替代传统接地极，采用长效复合降阻剂灌注法解决山地石头之间缝隙的连贯性问题，进而连接零散的小片土地。并通过液态降阻剂的流动产生的树根效应来扩大地网的接触面积，达到降低地网接地电阻值。效果非常显著经过改造的地网阻值稳定持久。牺牲阳极接地电阻以及发电量计算发电量, 阳极, 接地电阻, 牺牲-一、阳极接地电阻2 c3 K, Z+ u$ o& p- * A- I- RRa=ln(L/r)/2L6 w: ?4 . u( - b dRa=阳极接地电阻(ohms)( B1 o) T1 n+ H7 |=土壤电阻率(ohm-m)- _0 4 O5 9 N# L$ Z4 DL=阳极长度(m)4 e8 X; G9 w k1 r=阳极半径（m）- S3 n5 N3 y. # U, 0 p需要指出的是，由于填料电阻率很低，阳极的长度和半径是根据填料袋尺寸来确定。8 n3 w2 l% a0 I3 J& E二、阳极驱动电位7 h5 S; m4 u! 假设被保护结构的极化电位为-1.0V，则驱动电压V=V+1.0。; p/ G/ x+ P8 h/ X$ p( V ( ! V=阳极电位：高电位镁阳极-1.75V，低电位镁阳极-1.55V，锌阳极电位-1.10V。# T, M: Q6 7 K- J ( L三、阳极发电量计算$ V: c4 _ u) D8 W3 ? I; _阳极实际发电量I=V/Ra4 M* t6 t# j1 i/ k; Y四、应用举例：2 y# c+ t- WN$ T# M9 T% k! t某埋地管道，长度为13公里，直径159毫米，环氧粉末防腐层，处于土壤电阻率30欧姆.米环境中，牺牲阳极设计寿命15年。计算阳极的用量。9 Z2 ?$ ?$ M4 g由于土壤电阻率较高，设计采用高电位镁阳极阴极保护系统。, 1 e9 i0 z, i1 1、被保护面积：A=DLf0 q8 q; Z) A1 u( SD=管道直径，159mm% a9 vL! _3 L=管道长度，13x103m& s1 ; K8 8 KAA=3.140.15913000=6490m25 H2 a( G, m1 z5 h2、所需阴极保护电流：I=ACd（1-E）; F* LT3 j WU D; O* X: nI=阴极保护电流& g! O- x7 J* n: sCd=保护电流密度，取10mA/m26 : ( & # u$ sE=涂层效率，98%! G) J1 E8 X5 ?- rI=6490102%=1298mA+ D B8 F! ?# ?3、根据设计寿命以及阳极电容量计算阳极用量- f/ J+ GG/ f8 I6 W6 W=8760It/ZUQ, E! me8 u5 S% KI=阳极电流输出(Amps)* j w. G2 A8 k9 Z* E2 y$ t=设计寿命(years)8 5 j8 C( 1 % uU=电流效率(0.5)% : G& g) M8 b, jZ=理论电容量(2200Ah/kg) R Y+ L: j0 FQ=阳极使用率（85%） sz l t, n r1 ! O6 F$ N1 M) KW=阳极重量(Kg): v: U- y0 M7 r$ M8 H0 W=87601.29815/（22000.50.85）=183Kg T- i# S. P! d选用7.7公斤镁阳极，需要24支。. SB6 C. K# H$ 7 T4、根据阳极实际发电量计算阳极用量 e3 I% P1 d& YRa=ln(L/r)/2L$ f O) N2 G g2 w; e7 PRa=阳极接地电阻(ohms)8 Y1 * P$ v& I7 D2 m( S5 b=土壤电阻率(ohm-m)5 N, U7 & C+ : mL=阳极长度(m)& C0 K1 e. W1 - A. r=阳极半径（m）7 , T( S7 5 7 A- X5 7.7Kg阳极填包后尺寸为：长=762mm，直径=152mm。5 . u4 1 i, 1 tRa=30ln(20.762/0.152)/（23.140.762）=16.9# e3 X! e1 U& y7 假设管道的自然电位为-0.55V，极化电位-1.0V，保护电流1298mA，则管道的接地电阻为=0.35，加上导线电阻，则电路电阻共计17.5。% t! t8 e7 E: B9 W4 F假设管道的极化电位为-1.0V，镁阳极的驱动电位为-1.75V，则镁阳极的驱动电压为0.75V。) |2 q+ y& z% Ks单支阳极的输出电流为：0.75/17.5=43mA，输出1298mA电流需要阳极为1298/43=30.1支，取30支。# E& t5 R9 O9 z由于根据接地电阻计算的阳极用量大于根据电流量计算的阳极用量，所以，取30支阳极。 R4 R+ G8 g: T$ T将30支阳极沿管道每隔433米埋设一支，然后与管道连接。 ) C, Q# D, W, ?7 x& J5牺牲阳极系统实际寿命验算：& % rC8 t- b7 6 Xt=WZUQ/8760I=307.722000.50.85（87601.298）=196 h- W! E5 t/ i, s7 z. H$ E5 Tt=19years- b$ Q4 w , O1 W5 A7 K3 J2 N牺牲阳极系统的实际寿命为19年。牺牲阳极保护法在郸城赵寨110kV变电站接地网中的应用 来源：d | 类别：技术 | 时间：2010-7-30 8:43:06 字体：大 中 小 【摘要】郸城赵寨110kV变电站建设的最终规模为:主变容量240MVA、110kV进出线4条、35kV进出线6条,站内占地面积4095m2。由于变电站处于工业园区附近,地势低洼,土壤对接地体有较强的腐蚀性,因此对接地装置的地下部分采用牺牲阳极保护法,以延长接地网的使用寿命。 【关键词】牺牲阳极保护法 接地网 一、目的和标准 1.主接地网接地装置的工频接地电阻不大于0.5,独立避雷针的冲击接地电阻不大于10。 2.接地装置的使用寿命不少于20年。 二、依据规范、规程 1.DL/T6211997交流电气装置的接地 2.DL/T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 3.GB5016992电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 4.SY/T001997埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范 5.电力工程电气设备设计手册(电气一次接地装置) 6.土壤电阻率f(根据当地土壤实际测量) 三、接地网的整体要求 1.接地网工频接地电阻 R=2000/I; 式中:I-入地短路电流。 2.接地装置跨步电压和设备接触电压允许值 Us=(174+0.7f)/ t Ut=(174+0.17f)/ t 式中:Us地面跨步电压允许值,V; Ut设备接触电压允许值,V; f地面土壤电阻率 t接地短路(故障)电流持续时间,S按1S取。 3.设备保护接地:对站内变压器中性点、充油设备和避雷器、进出线架构,要实行“双接地”,并与水平地网的两个不同点相连接,每根接地引下线均应符合热稳定的要求 4.雷电保护接地:要在独立避雷针下加装35根垂直接地极 5.主接地网的接地布置和连接 (1)电缆沟的接地布置和连接 沿电缆沟内敷设均压带,与主网距离1米左右,并每隔8米与地网主干线可靠的连接一次。 一次设备的接地引下线不得与电缆沟接地带(均压带)连接,也不宜悬空穿越电缆沟。 (2)控制室、通讯室、高压室、主变压器等的接地设计、布置和连接 主控室、通讯室、高压配电室、主变压器等四周采用环形接地网,这些接地网与主地网之间的相互连接不应少于两处。各主要分接地网之间宜多处连接。 高压室穿墙套管的接地宜在室外,且每组套管的接地线都要引至主干线。 进室接地线应在地面以上300mm处穿墙。 (3)避雷针及其接地装置的接地设计、布置和连接 独立避雷针附近应设单独的集中接地,与主接地网地中距离不小于3米,接地电阻不大于10欧。 为加强分流,站内接地装置应与线路的架空地线相连。 配电装置架构避雷针的接地应与主接地网相连。由连接点至变压器接地点沿接地极的长度应不小于15米。 (4)地网采用方孔均压地网,改善地网电位分布,以减少地面的跨步电压和设备的接触电压 (5)接地网外缘应闭合,外缘各角应做成圆弧形,圆弧半径不宜小于均压带距的一半 (6)接地网埋深0.8米四、接地网参数的计算与校核 1.设计接地网的工频接地电阻 Rn=0.5/S 其中:S站内设计水平接地网的总面积,m2 f土壤电阻率,m 计算结果要求小于要求值0.5。 2.地面的跨步电压和设备的接触电压校核 (1) 设计接地网的地表面最大接触电位差校核: 接地装置的电位Ug=IRn 接地网地表面的最大接触电位差Utmax=KtmaxUg 其中:最大接触电位差系数Ktmax=KdKLKnKs Kd=0.841-0.225lgd,Kn=0.076+0.776/n,Ks=0.234+0.414lg(S),KL =1.0 (2)设计接地网的地表面最大跨步电位差校核 变电站地表面的最大跨步电位差Usmax=KsmaxUg 其中:最大跨步电位差系数Ksmax计算公式如下: 要求计算的Utmax、Usmax值均小于对应的Ut 、Us值。 3.设计接地网的热稳定校核: 接地线和接地引下线,尤其是站内的水平接地网,不考虑腐蚀时,接地线的最小截面应符合下式要求: Sg(Ig/C)*te 式中:Sg接地线的最小截面 Ig接地短路电流稳定值 te短路的等效时间,取1S; C接地线材料的热稳定系数,钢接地体取70; 用牺牲阳极保护时,碳钢的腐蚀率最大值为0.01mm/年,对656扁钢,30年后的扁钢截面积 S1= (65-0.0130)(6-0.0130)=64.75.7 =368.8mm2 取埋地碳钢的自然腐蚀速度为0.1mm/年,15年后的腐蚀为:0.115=1.5mm 15年后的扁钢截面积 S2= (64.7-1. 5)(5.7-1. 5)=265mm2 取接地短路电流Ig为14785A, 短路的等效时间te为1秒,根据热稳定的要求, 接地线的最小截面积Sg Sg(Ig/C)*te=14785/70*1 =211mm2 C接地线材料的热稳定系数,钢接地体取70; 265mm2211mm2 水平接地极和接地线可选用656热镀锌扁钢,接地装置设计寿命为45年。 4.牺牲阳极保护地网的取材 (1)垂直接地极 505等边角钢,98根,长=982.5=245m 每根表面积为0.525 m2,总面积为51.5 m2 (2)655扁钢水平接地极 总长为1400米,总表面积为198.8 m2 (3)(水平+垂直)接地极表面积为198.8+51.5=250.5 m2 (4)镁合金牺牲阳极选用MAZ1-2套装组合件 A、根据该变电站的地质和土壤电阻率,取保护电流密度12mA/ m2,电流强度I I=0.012A/ m2250 m2=3A B、需阳极块的重量W0 W0=IT(36524)/(0.55Ah) = 330(36524)/(0.551100)=1303.21Kg Ah=1100Ah/Kg,阳极电流效率为55%。 来源：机电之家机电行业电子商务平台！牺牲阳极技术在钢制煤气管道工程中的应用摘要：介绍了电化学腐蚀及牺牲阳极的原理。牺牲阳极保护技术的使用情况，牺牲阳权保护的设计、计算、施工及投资测算与经济分析。1电化学腐蚀及牺牲阳极的原理地下燃气管道在使用过程中，存在不同性质的腐蚀。其中电化学腐蚀对于埋地煤气钢管威胁最大。因为电化学腐蚀集中一点，而且速度较快，腐蚀一旦发生、其速度不会减慢也会不停止、往往造成局部穿孔。产生电化学腐蚀原因如下：由十土壤各处物理化学性质个问，管道本身各部分的金相组织结构个同，如品格的缺陷及含有杂质、金属受冷热加工而变形产生内部应力、特别是钢管表面粗糙度不同等原因，使一部分金属容易电离，带正电的金属离子离开金属、而转移到土壤里，在这部分管段上电子越来越过剩，电位越来越负；而另一部分金属不容易电离，相对来说电位较正。因此电子沿管道由容易电离的部分向不容易电离的部分流动、在这两部分金属之间的电子有得有失，发生氧化一还原反应。失去电子的金属管段成为阳极区，得到电子的金属管段成为阴极区。腐蚀电流从阴极流向阳极、然后从阳极流离管段，经土壤又回到阴极，形成回路。在作为电解质溶液的土壤中发生了离子迁移、带正电的阳离子(如H+)趋向阴极、带负电的阴离子(如OH-)趋向阳极。在阳极区带正电的金属离子与带负电的阴离子发生电化学作用、使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀，使钢管表面出现凹穴，以致穿孔；而阴极则保持完好、如图1所示。基于以上原理，采用牺牲阳极保护技术可保护埋地钠管不受电化学腐蚀。具体原则如图2所示。采用比钢管电位较负的金属材料和钢管相连，电极电位较负的金属与电极电位较正的。图2牺牲阳极保护技术原理图被保护钢管在土壤中形成原电池、作为保护电源，电位较负的金属成为阳极、输出电流过程中遭受破坏，故达到保护钢管的效果。2牺牲阳极保护技术的使用情况以前常州市城市煤气中压管网主要使用铸铁管，连接方式是柔性机械接口，使用钢管的工程不多。但随着燃气用户的发展、管网压力的提高，考虑到今后天然气的引入及过渡、钢管越来越广泛的被应用。与铸铁管相比，钢管具有耐压强度高；对预先加工成较长的管段，减少现场施工的困难；焊接接U的抗震、抗压性能高的优点，我们在常锡路、城中北路等新敷设的小压管网使用了埋地钢管。但在我市怀德桥改建工程中，有部分敷设以有十年以上的过街钢管被挖掘出来，虽然钢管表面仍有残留的防腐绝缘层。但由于没有实行牺牲阳极保护技术，钢管表面留有凹坑。根据这些情况表明、埋地钢管外壁防腐绝缘层的损坏是造成管道遭受土壤腐蚀的主要原因。而绝缘层的损坏在施工、维修过程中往往是不可避免的，一旦出现绝缘层的损坏，腐蚀就在被损坏的部位剧烈地进行。为了延长使用寿命、取得良好的经济效益，我们决定对中压管网采用牺牲阳极保护和环氧煤沥青防腐绝缘层保护相结合的方法来达到防腐的目的。3牺牲阳极保护的设计以城中北路中压煤气钢管工程为例。经测试该管线地段属中等强度腐蚀性土壤，土壤电阻率取450m，我们选用了11kg级MUG3型镁合金牺牲阳极、阳极尺寸为700x(70+110)*90mm。(1)保护对象和范围：a外环路口至北环路中压煤气埋地钢管：管426。长度为750m。总表面积为1003m2。b外环路干管：管426、长度为115m、总表而积为154m2。(2)保护期限为25年。(3)在有效保护期内、被保护地下钢管的保护电位控制在085V(相对铜饱和硫酸铜参比电极)。(4)计算保护电流的计算被保护管道所需的保护电流可用下式计算：Ii*s(1)式中I被保护管道所需的保护电流，Ai被保护管道的总表面积，m2s管道所需最小保护电流密度、mAm2根据经验数据，我们选取最小保护电流密度为i=o5mAm2，则埋地管线保护电流：a城中北路路段：I1is1051003501(mA)b外环路路段：I2ixs205x15477(mA)2镁阳极发生电流的计算每只镁合金牺牲阳极发生电流按下式计算If(Ep一Ea)R(2)式中If每支阳极发生电流，mAEa阳极工作电位，V本方案取1。50VEp阴极最小保护电位，V本方案取-0。85VR每支牺牲阳极的接地电阻，牺牲阳极的接地电阻R可按下式计算(3)式中p土壤接地电阻率，.m本方案取45D阳极填料包直径、m本方案取031阳极填料包长度。m本方案取1t阳极，f1心至地面距离。m本方案取1得R148o将R值代入(2)式得If44mA。阳极用员计算阳极用员可按卜式计算：NIIf式中N所需阳极支数、支I所需保护电流，mAIf每支阳极发生电流、mA支a城中北路路段N1IlIf5014411(支)b外环路路段N2I2If77442(支)共计使用NN1十N211十213(支)。考虑到和钢管焊缝位置及相连铸铁管要吸收部分保护电流、所以我们进行设计时、镁阳极实际取18支。阳极使用寿命核算阳极有效使用寿命按下式计算：式中Y阳极有效使用寿命、年g每支阳极重量，kg支本方案取11If每支阳极实际发生电流量，mAQ镁阳极实际电容量，Ahkg：本方案取11001K镁阳极有效利用系数，本方案取o75其中If09If09x44mA则Y26年。4牺牲阳极保护技术的施工41阳极与电缆电性连接情况检测阳极到货后，必须用万用表逐支检测阳极与电极之间的电性连接情况，如果发现电性连接不好或断线的阳极，则不能在施工中使用，此外，在施工过程中严禁用力提拉电缆线，防止电缆接头折断。4。2阳极表面处理为加速阳极表面活化，应在组装阳极之前，将阳“极表面的油污、氧化物除净。其方法采用砂纸或手动砂轮将阳极打磨一遍，然后用丙酮或无水乙醇擦拭干净。43阳极填料包组装阳极填料包填料有膨润土、硫酸钙、硫酸镁按照50%、25%、25%比例充填，每条特制的白布袋填充料50kg，装一支经表面处理过的11kg级镁合金牺牲阳极、阳极放在填料包的正中央、阳极必须被填充料紧密包敷、严禁明显偏心，见图3。45阳极床浇水阳极填料包放入阳极坑后，必须对坑内浇水、坑内水位必须完全浸没阳极填料包，且坑内常积水时间必须超过十小时、以便彻底浸没填料包。46阳极性能测试(1)阳极填料包装被水浸透后，必须待检测人员对阳极开路电位进行测试后，方可与管道连接。(2)阳极与管道连接后，必须待检测人员进行阳极工作电位测试后，方可在焊缝处进行防腐。47阳极与管道连接形式阳极与被保护的管线之间均采用电焊连接、即将阳极导电缆端有铜鼻广的方钢片直接焊在被保护的钢管上，焊缝小两条、总长度大丁60mm、焊点处及时补涂与管道相同的防腐涂料、防腐等级与管道防腐等级相同，并按相同的规范要求进行防腐涂层质量验收、参阅图示4.48阳极床回填阳极床回填时严禁向阳极坑内回填砂石、水泥块、塑料等杂物。应回填电阻率低的细土，并应防止后阳续施工中碰断电缆。5牺牲阳极保护的验收阳极填料边被水浸透后、必须对阳极件能进行测试，测试内容及指标如下：(1)阳极开路电位：镁合金牺牲阳极开路电位必须负于15V。该数据足衡量阳极质量好坏的重要标准。(2)阳极与管道连接后、测量阳极工作电位、该数据是评定牺牲阳极保护项目的实施质量的标准。(3)管道自然电位：属管道的自然属性、当管道受到腐后、电位会趋正。6投资测算与经济分忻61投资测算城中北路工程共埋设Dn400螺旋焊缝中压钢管865mm我们共设置了18支型号为MUG一3的镁合金阳极。注：0十376、0十612、0十7064三个桩基号中。由于焊接点的方钢片被污垢附着，使得自然电位偏负。阳极材料费用：025万元支x1845万元阳极安装费用：0036万元支x180648万元小计:5148万元管道总投资费用：166万元公里x086514359万元阳极保护费用占总投资比例：35862经济分析假设城中北路中压钢管上没有设置阳极保护，其使用年限为15年、若不计残值、每年折旧费用约为10万元。若使用了阳极保护，其使用年限可达25年，若不计残值、每年折旧费用约为6万元。两者相LL，每年可节约折旧费4万元、经济效益是极为显著的。电力系统接地分类详解及其特点在电力系统中，接地是用来保护人身及电力、电子设备安全的重要措施。通常我们将接地分为工作接地、系统接地、防雷接地、保护接地，用他们来保护不同的对象，这几种接地形式从目的上来说是没有什么区别的，均是通过接地接地导体将过电压产生的过电流通过接地装置导入大地，从而实现保护的目的。现代工厂在接地上都要求形成一张严密的网，而所有的被保护对象都挂在这个安全的接地网上，但不同的接地都需要从接地装置处的等电位点连接。 对于防雷接地，主要是通过将雷电产生的雷击电流通过接地网这一有效途径引入大地，从而对建筑物起到保护作用。一般有两种避雷方式供选择，其一是避雷针接地，其二是采用法拉第笼方式接地。它们是两种不同的防雷模式，它们在防雷原理上有显著的区别。避雷针的原理是空中拦截闪电、使雷电通过自身放电，从而保护建筑物免受雷击，避雷针的保护范围是从地面算起的以避雷针高度为滚球半径的弧线下的面积，对于法拉第笼，它认为避雷针的范围很小，而且在避雷针保护的空间内仍有电磁感应作用，而且避雷针附近是强的电磁感应区，有很大的电位梯度，在它周围有陡的跨步电压存在，在这一范围内的人们有生命危险，鉴于种种观点，现在的防雷接地系统中法拉第笼占有重要地位。实验证明，一个封闭的金属壳体是全屏蔽的，在雷电流通过时，是沿着壳体的外表面流入大地，而在壳体的内部没有感应电动势及磁通，即雷电流没有对内部的设备产生干扰效应。而法拉第笼下部的环状接地环、等电位均压网也避免了人在此等电位环境中被雷击的危险。 采用保护接地是当前低压电力网中的一种行之有效的安全保护措施。通常有两种做法，即接地保护和接零保护。将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接是电气工作的一个重点，也就是我们通常说的接地。将电气设备和用电装置的金属外壳与系统零线相接叫做接零。由于电力系统中采用保护接地，是我们对用电设备、金属结构及电子等设备采取的接地保护措施，这样就可以避免电器设备漏电、线路破损或绝缘老化漏电等漏电事故造成的伤害。通过接地导体将可能产生的线路漏电、设备漏电及电磁感应、静电感应等产生的过电压通过接地回路导入大地，而避免设备等的损坏及保证人生的安全。有了接地保护，可以将漏电电流迅速导入地下，而实现此目的就是要求所有的用电设备、钢结构及电子、仪表设备都要与接地网可靠连接，简单而言，在电力系统中，接地和接零的目的，一是为了电气设备的正常工作，例如工作性接地；二是为了人身和设备安全，如保护性接地和接零。虽然就接地的性质来说，还有重复接地，防雷接