接地装置的防腐措施探讨

1 接地装置的防腐措施探讨 为了保证电气设备的正常运行及人身安全 一般都将电气设备的中性点及外壳经过接 地装置 或称接地休 接地网 给予可靠的接地 这样对接地装置的接地电阻就要有一个 限制 在有关标准中对接地电阻的大小有明确的规定 如在有效接地系统中设备的保护接 地电阻一般不得大于 5 在不接地或经消弧线圈接地系统中设备的保护接地电阻一般不宜 超过 10 对独立避雷针的接地电阻不应大于 10 运行数年后的接地装置 由于土质的原因 往往会对其造成部分或严重的腐蚀 美国 腐蚀工程协会 在 1958 年提供的 金属腐蚀调查报告 中指出 金属材料在土壤中发生点 腐蚀与土壤电阻率有一定的关系 在电阻率为 100 2000 m 土壤中 低碳钢的点腐蚀速 率为 2 5mm a 而在电阻率为 2000 10000 m 的土壤中 则点腐蚀速率为 0 2mm a 由 此可见 低碳钢在电阻率很低的土壤中 其腐蚀速率是较快的 长期以来 人们习惯于对接地装置的接地电阻进行定期测量 发现其超标时 开挖检 查才发现其腐蚀严重 从而不得不给予彻底 手术 其更换的工程量是可想而知的 能否 使接地装置在其使用年限之内耐受住腐蚀并保持合格的接地电阻 使得接地装置的施工真 正做到 一劳永逸 也就成为工程技术人员梦寐以求的事情 在此笔者在查阅了有关资料 后 提出几种防腐措施以供参考 一 接地装置的几种防腐措施 一 接地装置的几种防腐措施 1 1 采用复合材料作接地装置 采用复合材料作接地装置 一般的接地装置采用碳钢作为基体 这主要是碳钢的成本较低 施工方便 但碳钢在 一般土壤中的年平均腐蚀在 0 2mm 左右 如果碳钢处在常温的 NaCl CO2环境中 则年平均 腐蚀将在 0 5mm 1 5mm 之间 而如果在酸性环境中 则要超过 1 5mm 在严重污染环境中 甚至可达到 3mm 为了减缓碳钢的腐蚀速度 通常采用加大截面的方法 如线路的接地装置 由初期的 6mm 逐渐增大到 10mm 或 12mm 其钢材用量增加 4 倍 变电所的接地装置 则由早期的 12 4mm 逐渐增大至 60 6mm 甚至 80 8mm 其钢材用量增加 10 倍 这种单 纯加大截面积的方法 虽然本意是想延长使用寿命 可适得其反的是截面积的增大 其腐 蚀面及腐蚀量也随之增大 往往难以达到预期效果 采用热镀锌来减缓腐蚀速度是一种常 用的做法 虽然锌的抗腐能力较高 在一般土壤中年平均腐蚀仅有 0 065mm 但我国的热镀 锌厚度却一般只有 0 05 0 06mm 不难看出镀锌对防腐也只能起到一年的保护作用 对土 质状况较好的地区也不会超出 3 5 年 与碳钢相比 有色金属具有较强的抗腐蚀能力 但有色金属由于价格昂贵 钢性不足 因此很少考虑用其来作为接地装置 有关资料报道 采用有色金属虽然能使接地装置的寿 命比碳钢延长 2 3 倍 但其投资成本却要增加 5 6 倍 这也不得不令设计人员 爱莫能 助 采用复合材料作接地装置是近几年来问世的一种新技术 所谓复合材料就是以碳钢为 2 基体 利用高温 高压等特殊的先进工艺 在其表面复合上一层有一定厚度的有色金属 从而形成较好的自我保护层 这种复合材料之所以能引起人们的关注 首先因为复合层的 选择是由设计单位根据土壤和腐蚀介质的具体情况及具体工程对接地规范的要求决定的 而生产部门根据设计规范 有针对性地使用不同的有色金属材料及确定复合层厚度 故这 样的接地装置能在较长的年限内具有自我保护功能和接地的有效性 其次因为仍用碳钢作 为基体 故接地装置仍有足够的钢性 保证了施工的进行 从一次性的投入来看 虽然成 本略有提高 但如考虑和碳钢接地装置的二次或三次开挖更换相比 采用复合材料接地装 置的综合经济效益还是较可观的 因此利用这种综合了碳钢和有色金属二者之长处的复合 材料做接地装置可较好地实现接地装置的时效性和经济性的统一 应该说是目前接地设计 中防腐措施的首选方案 2 2 接地装置外涂导电防腐涂料 接地装置外涂导电防腐涂料 导电防腐涂料是国内外最近几年来用于接地装置防腐的另一种新技术 其特点是涂料 既具备很低的电阻率 又具备对酸 盐的抗腐蚀 同时施工简单 价格适中 由于用量很 少 其总体成本提高不多 因此可以说是目前接地装置防腐的较为经济的一种措施 据相关资料 导电防腐涂料的主要技术指标有 电阻率为 0 001879 cm 表面接触电阻为 0 0078 cm2 耐冲击电流密度为 147A cm2 工频电流密度 1 5s 为 10 A cm2 涂与未涂接地装置的电阻值对比无差别 在 10 盐水 10 硫酸 10 盐酸 10 烧碱溶液中浸泡 500h 涂层无异常 按照上述提供的技术指标 在实际使用中 如果接地装置的接地面积按 10000cm2计算 则总体的接触电阻 按并联计算 将 10 7 由此可见 导电涂层对总体接触电阻的影响 是微不足道的 可以忽略不计 同样可通过计算得知导电涂层可耐受 10kA 以上的多次雷电 冲击电流而毫无损伤 导电防腐涂料的现场施工采用刷涂 一般用量为接地装置钢材总量的 1 2 每千克涂 料可涂刷 10m2钢材 每吨钢材需涂料的费用约为 4000 元 目前这种涂料在国内部分省内已 广泛地得到应用 收到了良好的效果 因此在接地装置中采用导电防腐涂料将有可能成为 今后接地装置防腐的一种较为经济的措施 3 3 利用物理降阻剂兼作接地装置的外围防腐层 利用物理降阻剂兼作接地装置的外围防腐层 目前使用的降阻剂中 大多属于化学降阻剂的模式 不论什么型态的化学降阻剂 其 导电机理都是模拟土壤离子的导电性 下表中列出了几种较为典型的化学降阻剂的主要成 分 从表中不难看出 化学降阻剂的共同特点是以 Cl SO42 NO3 与碱金属构成的电解质 盐类为导电物 所以化学降阻剂的导电机理与土壤的导电机理相同 即只有在有水时电解 质才能电离出带电的离子成为导电主体 电解质浓度越高或电离度越大 电阻率越低 降 阻性也越好 3 表 1 几种典型的化学降阻剂 名称产地电解质组分 组分总含量 胶凝物 尿醛型国内 KCl NaCl MgCl2 N aHSO4 H2O 36 尿醛树对脂 聚乙 烯醇 丙烯酰胺型国内NaCl NH4 S2O8 64 7 丙烯酰胺 亚甲基 双丙烯酰胺 耐久性接地电 阻降低剂 日本 JP56014467 K Na Ca Mg NH3 等与 Cl SO42 NO3 所成的盐共 12 种 Ca3SiO3 Ca2SiO4 Al2 SO4 3 固体无机化学 接地降阻剂 国内 CN1030666A Na2SO4 NH4Cl MgSO4 MnSO4 4H20 K2SO4 和 Zn Cl Mn 等金 属及其氧化物粉末 共 32 5 其中 电解质占 25 8 铝硅酸盐 水泥 通常化学降阻剂内的电解质含量约为 25 64 比一般土壤中可溶盐含量 2 5 高出 10 倍 在水的作用下 电解液电离出来的离子成为导电主体 但也成为金属表面腐蚀的主 要根源 尤其雨水中的氧渗入阴极 O2 2H2O 4OH 去极化腐蚀过程 Fe 2OH Fe OH 2 将变得更加急剧 电解液中的阴离子对金属表面的腐蚀强度根据研究依次为 Cl SO42 NO3 这些离子同存于同一个系统中 物质间的化学反应也是金属表面受到腐蚀的一个因素 如强酸弱碱盐的反应 2Al 3SO42 Al2 SO4 3 而 Al2 SO4 4NaCl 8H2O Al2O3 SO3 6H2O 2Na2SO4 4HCl 上述反应在化学降阻剂失水而结晶的过程中更 为显著 这里 HCl 的产生会使 pH 值严重下降 对铁而言是一个强腐蚀剂 另外还应看到由 于地下生物细菌的作用 使得 SO42 NO3 对金属表面的腐蚀也是一个不可忽视的因素 如 4Fe SO2 4H2O FeS 3Fe OH 2 2OH 这种反应一旦开始 其腐蚀速度将逐步加速 所以 使用化学降阻剂虽能起到一定的降阻作用 在有水分的前提下 但对接地装置的腐蚀是不 可轻视的 新型的物理降阻剂是由非电解质的碳素固体粉末为导电主体 并加有一定量的防腐剂 混合成黑色粉末的型态 以强碱弱酸盐为胶凝物 附属于金属表面上 形成稳定的物理降 阻层 其导电性不受酸碱盐 高低温 干湿度影响 在使用过程中不发生任何化学反应 故排除了对金属表面的任何腐蚀性 经过多次试验表明 将化学降阻剂和物理降阻剂分别 包以金属板 与未包降阻剂的金属板同时埋于 pH 值为 6 的酸性土壤中 60 天后挖出检查 发理包以物理降阻剂的金属板无腐蚀斑点 包以化学降阻剂的金属板明显有局部腐蚀斑点 而没包降阻剂的金属板则锈蚀严重 由此可见物理降阻剂明显优于化学降阻剂 故近年来 在接地装置的降阻中有逐渐取代化学降阻剂的趋势 在这里我们充分利用了物理降阻剂的 无腐蚀性这一显著的重要特点 在降阻的同时 使接地装置的外围再次形成一层厚厚的防 腐层 使得接地装置在满足接地电阻的同时 来延长钢体本身的腐蚀年限 4 二 接地装置防腐综合措施的应用 二 接地装置防腐综合措施的应用 对于大中型发电厂及 220kV 以上的变电所 输电线路及特殊重要设施 可以考虑将上 述三种技术共同施于同一个接地装置上 即采用复合材料作接地装置 外涂导电防腐涂料 加上浇注物理降阻剂 形成对接地装置的三重防腐层 据估算这种 三合一 的方案 成 本约提高 30 与采用通常镀锌的接地装置相比 其寿命则可达到 30 50 年 实为一种 一劳永逸 高枕无忱 的方案 对于一般的发电厂及 110kV 35kV 变电