引言

接地裝置基本性能不穩(wěn)定,其接地材料容易受到腐蝕作用的影響,導致地網(wǎng)接地電阻值不斷升高,引發(fā)各類電流故障問題。當前大多數(shù)接地導體都是選用質(zhì)量較優(yōu)、導電性能較好的金屬材料制作。由于土壤組成結(jié)構(gòu)較復雜,含有較多腐蝕性成分,會導致接地導體產(chǎn)生腐蝕問題。因此,要想保證接地系統(tǒng)保持穩(wěn)定的接地電阻及較強的耐腐蝕力,就要做好接地網(wǎng)材料的防腐蝕工作。

1接地網(wǎng)材料發(fā)生腐蝕的主要影響因素

在電化學腐蝕反應中,電解質(zhì)溶液是發(fā)生反應的重要條件,土壤含水率是基本參數(shù)。土壤中含水率越高,各類接地網(wǎng)金屬材料越容易發(fā)生腐蝕問題。其次土壤中的含氣量對接地網(wǎng)材料的腐蝕影響也較大,隨著土壤深度增加,氧氣含量會逐步降低,由于氧氣是諸多化學反應的去極化劑,所以腐蝕基本速度受到氧氣變化的影響。大多數(shù)土壤pH值都在5～8,土壤酸堿度保持在正常范圍內(nèi),不會對材料基本腐蝕速率產(chǎn)生較大影響。當土壤中酸性不斷擴大,一定程度上會加速各類結(jié)構(gòu)材料的腐蝕速率,比如鋼材、鑄鐵材料等。此外,在堿性土壤中含有諸多Ca、Na、K等元素,這些元素容易在材料表面產(chǎn)生深厚的石灰質(zhì)沉積物,能有效減緩材料的腐蝕速率。

當前諸多腐蝕反應發(fā)生的本質(zhì)原因是受到電化學反應影響,因此當前各類材料基本腐蝕速率和土壤中的各離子電流之間聯(lián)系密切,電阻率較高會有效降低基本腐蝕速率。但是土壤基本腐蝕特征并不能單方面通過電阻率進行評價。在正常情況下,可溶性鹽是重要的電解質(zhì),在一定程度上會減緩土壤電阻率,保證腐蝕電化學反應過程能穩(wěn)定進行,會加速土壤腐蝕速度。在土壤腐蝕過程中,有諸多特殊性較強的陰離子參與其中,導致材料腐蝕問題逐步加重。比如C1-直接參與到金屬表面的膜溶解反應中,導致大量金屬材料暴露在被腐蝕的介質(zhì)中,造成材料發(fā)生不同程度的腐蝕問題。

微生物也是造成接地網(wǎng)材料被腐蝕的重要影響因素。多項實踐研究表明,多數(shù)金屬都會受到微生物腐蝕,主要腐蝕機制常見的有陰極去極化機制,常見的微生物對陰極反應具有加速作用。微生物在材料表面分布均勻性較差,容易產(chǎn)生各類縫隙,各類常見的酸性微生物代謝物會導致腐蝕加劇。在有氧環(huán)境以及缺氧狀態(tài)中都會發(fā)生微生物腐蝕問題,比如厭氧菌產(chǎn)生的代謝物腐蝕性較強,會產(chǎn)生較多無機酸:還有部分真菌代謝物會產(chǎn)生大量有機酸,對有機涂層進行全面降解。

2接地網(wǎng)材料腐蝕防護措施

2.1應用黑色金屬

近年來我國工業(yè)化進程逐步加快,各項技術(shù)的先進性不斷提升,其中鋼材售價較低,獲取來源較廣,強度較高,是當前接地網(wǎng)的重要應用材料,但在實際應用中受諸多因素影響,會產(chǎn)生不同程度的腐蝕問題,其中Fe的氫氧化物以及鐵鹽不具有保護作用,會加速腐蝕速率。其次,土壤基本組成、電流組成等都會影響局部腐蝕問題,在低氧狀態(tài)下,各類微生物作用會加速鋼材基本腐蝕速率。因此,當前用于接地的鋼材通過涂層進行有效防護,使材料與土壤環(huán)境保持隔離狀態(tài)。目前在接地網(wǎng)材料中,鑄鐵合金應用范圍較大,比如應用于各類管道材料,目前地下土壤中鑄鐵結(jié)構(gòu)大多采用涂層輔以犧牲陽極的防護措施。

2.2應用有色金屬

Cu電阻率較低,其耐腐蝕性較強,在接地網(wǎng)中是常用的接地材料。在酸性土壤中Cu容易發(fā)生溶解。在氧氣含量及含水率較高的環(huán)境中,Cu表面會逐步產(chǎn)生電阻率較高的堿式碳酸銅,受到硫化物等物質(zhì)影響會導致Cu腐蝕傾向逐步加深。當土壤環(huán)境是腐蝕性較強的酸性土壤,要有針對性地選取對應的防護措施,比如常用的涂層保護、陰極保護等。Zn大多是以鍍鋅鋼的形式應用于土壤環(huán)境中,能有效適應環(huán)境,耐腐蝕性較強。但是當土壤環(huán)境中堿性含量較高,會導致腐蝕問題加劇,所以當前技術(shù)人員在陰極保護措施中,要在材料表面建立高堿性環(huán)境。在正常情況下,在鍍鋅鋼表層涂抹有機涂層是常用的防護措施。和常用的不銹鋼材料類似,鋁合金是能自鈍化的應用材料,容易受到局部腐蝕作用影響。在微生物影響作用中,鋁合金基本腐蝕速率會不斷加快,但是目前在土壤環(huán)境中,鋁合金與鋁材質(zhì)腐蝕作用未能得到精確化預判,所以不能在土壤環(huán)境中應用。

2.3適當擴大鋼接地體截面積,強化陰極保護

在接地體應用過程中,要對其應用時間產(chǎn)生的腐蝕量進行分析,基于設(shè)計不斷擴大接地體截面積,補充材料的抗腐蝕性。但是隨意擴大截面積會消耗較大的材料應用成本,還會導致運輸、施工、加工消耗成本增加。其次,當各類接地體表面產(chǎn)生的各類腐蝕性產(chǎn)物導電作用較差時,會導致接地電阻值不斷增大,對接地網(wǎng)散流能力產(chǎn)生較大影響。在電化學防護措施應用過程中,陰極保護應用范圍較廣,常用的方法主要有犧牲陽極法與外加電流法。其中外加電流法就是通過金屬進行保護,電流可調(diào)性保護范圍較大。

2.4導電耐蝕涂層

全面改性傳統(tǒng)的防腐涂層,在保障原有耐腐蝕性基礎(chǔ)上,對涂層電阻率值進行調(diào)控,以適應接地網(wǎng)基本運行性能要求。通過補充導電粒子對電阻率進行控制,常見的導電粒子主要有各類金屬顆粒,比如銅粉等:也有非金屬顆粒,比如非金屬纖維、碳纖維等。其中不斷補充導電粒子填料含量,能提升涂層基本導電性能,但是涂層基本致密性以及成膜能力不足,會降低防腐蝕作用。當前要在保障材料基本導電性基礎(chǔ)上對粒子尺寸進行控制,全面提升粒子分散性能,對填料含量進行調(diào)控。所以在接地網(wǎng)防腐蝕過程中,要對各類材料表面進行合理處理,并嚴格控制涂裝時的各項技術(shù)參數(shù),以便材料獲得優(yōu)良的防腐效果。另外,有技術(shù)人員提出了Ni-TiN金屬性陶瓷涂層對接地網(wǎng)材料進行防護的建議,正確合理地使用此種金屬涂層,可以使材料耐腐蝕性及金屬導電性能得到全面提升。

3結(jié)語

在通信應用設(shè)備、電氣設(shè)備、微電子設(shè)備運行中,接地是重要的技術(shù)手段,近年來隨著電力、通信、微電子以及自動化系統(tǒng)的全面發(fā)展,對接地系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性提出了更高的要求。接地網(wǎng)材料在長期應用過程中在土壤環(huán)境下會發(fā)生腐蝕問題,導致電氣設(shè)備運行發(fā)生故障。因此,在今后各類接地電網(wǎng)材料的應用研究中,應該加強對材料導電性、穩(wěn)定性、耐蝕性的研究力度。