接地網(wǎng)材料的腐蝕及防護(hù)措施研究

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(dǎo)致地網(wǎng)接地電阻值不斷升高,引發(fā)各類(lèi)電流故障問(wèn)題。當(dāng)前大多數(shù)接地導(dǎo)體都是選用質(zhì)量較優(yōu)、導(dǎo)電性能較好的金屬材料制作。由于土壤組成結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,含有較多腐蝕性成分,會(huì)導(dǎo)致接地導(dǎo)體產(chǎn)生腐蝕問(wèn)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(qiáng)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(xué)腐蝕反應(yīng)中,電解質(zhì)溶液是發(fā)生反應(yīng)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(lèi)接地網(wǎng)金屬材料越容易發(fā)生腐蝕問(wèn)題。其次土壤中的含氣量對(duì)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(huì)逐步降低,由于氧氣是諸多化學(xué)反應(yīng)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(huì)對(duì)材料基本腐蝕速率產(chǎn)生較大影響。當(dāng)土壤中酸性不斷擴(kuò)大,一定程度上會(huì)加速各類(lèi)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(dāng)前諸多腐蝕反應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)原因是受到電化學(xué)反應(yīng)影響,因此當(dāng)前各類(lèi)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(huì)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(guò)電阻率進(jìn)行評(píng)價(jià)。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(huì)減緩?fù)寥离娮杪?保證腐蝕電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程能穩(wěn)定進(jìn)行,會(huì)加速土壤腐蝕速度。在土壤腐蝕過(guò)程中,有諸多特殊性較強(qiáng)的陰離子參與其中,導(dǎo)致材料腐蝕問(wèn)題逐步加重。比如C1-直接參與到金屬表面的膜溶解反應(yīng)中,導(dǎo)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(wèn)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(xiàng)實(shí)踐研究表明,多數(shù)金屬都會(huì)受到微生物腐蝕,主要腐蝕機(jī)制常見(jiàn)的有陰極去極化機(jī)制,常見(jiàn)的微生物對(duì)陰極反應(yīng)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(lèi)縫隙,各類(lèi)常見(jiàn)的酸性微生物代謝物會(huì)導(dǎo)致腐蝕加劇。在有氧環(huán)境以及缺氧狀態(tài)中都會(huì)發(fā)生微生物腐蝕問(wèn)題,比如厭氧菌產(chǎn)生的代謝物腐蝕性較強(qiáng),會(huì)產(chǎn)生較多無(wú)機(jī)酸:還有部分真菌代謝物會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)酸,對(duì)有機(jī)涂層進(jìn)行全面降解。

2接地網(wǎng)材料腐蝕防護(hù)措施

2.1應(yīng)用黑色金屬

近年來(lái)我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程逐步加快,各項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)性不斷提升,其中鋼材售價(jià)較低,獲取來(lái)源較廣,強(qiáng)度較高,是當(dāng)前接地網(wǎng)的重要應(yīng)用材料,但在實(shí)際應(yīng)用中受諸多因素影響,會(huì)產(chǎn)生不同程度的腐蝕問(wèn)題,其中Fe的氫氧化物以及鐵鹽不具有保護(hù)作用,會(huì)加速腐蝕速率。其次,土壤基本組成、電流組成等都會(huì)影響局部腐蝕問(wèn)題,在低氧狀態(tài)下,各類(lèi)微生物作用會(huì)加速鋼材基本腐蝕速率。因此,當(dāng)前用于接地的鋼材通過(guò)涂層進(jìn)行有效防護(hù),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(yīng)用范圍較大,比如應(yīng)用于各類(lèi)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(yáng)極的防護(hù)措施。

2.2應(yīng)用有色金屬

Cu電阻率較低,其耐腐蝕性較強(qiáng),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(huì)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(huì)導(dǎo)致Cu腐蝕傾向逐步加深。當(dāng)土壤環(huán)境是腐蝕性較強(qiáng)的酸性土壤,要有針對(duì)性地選取對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施,比如常用的涂層保護(hù)、陰極保護(hù)等。Zn大多是以鍍鋅鋼的形式應(yīng)用于土壤環(huán)境中,能有效適應(yīng)環(huán)境,耐腐蝕性較強(qiáng)。但是當(dāng)土壤環(huán)境中堿性含量較高,會(huì)導(dǎo)致腐蝕問(wèn)題加劇,所以當(dāng)前技術(shù)人員在陰極保護(hù)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(jī)涂層是常用的防護(hù)措施。和常用的不銹鋼材料類(lèi)似,鋁合金是能自鈍化的應(yīng)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(huì)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(yù)判,所以不能在土壤環(huán)境中應(yīng)用。

2.3適當(dāng)擴(kuò)大鋼接地體截面積,強(qiáng)化陰極保護(hù)

在接地體應(yīng)用過(guò)程中,要對(duì)其應(yīng)用時(shí)間產(chǎn)生的腐蝕量進(jìn)行分析,基于設(shè)計(jì)不斷擴(kuò)大接地體截面積,補(bǔ)充材料的抗腐蝕性。但是隨意擴(kuò)大截面積會(huì)消耗較大的材料應(yīng)用成本,還會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸、施工、加工消耗成本增加。其次,當(dāng)各類(lèi)接地體表面產(chǎn)生的各類(lèi)腐蝕性產(chǎn)物導(dǎo)電作用較差時(shí),會(huì)導(dǎo)致接地電阻值不斷增大,對(duì)接地網(wǎng)散流能力產(chǎn)生較大影響。在電化學(xué)防護(hù)措施應(yīng)用過(guò)程中,陰極保護(hù)應(yīng)用范圍較廣,常用的方法主要有犧牲陽(yáng)極法與外加電流法。其中外加電流法就是通過(guò)金屬進(jìn)行保護(hù),電流可調(diào)性保護(hù)范圍較大。

2.4導(dǎo)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(duì)涂層電阻率值進(jìn)行調(diào)控,以適應(yīng)接地網(wǎng)基本運(yùn)行性能要求。通過(guò)補(bǔ)充導(dǎo)電粒子對(duì)電阻率進(jìn)行控制,常見(jiàn)的導(dǎo)電粒子主要有各類(lèi)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(bǔ)充導(dǎo)電粒子填料含量,能提升涂層基本導(dǎo)電性能,但是涂層基本致密性以及成膜能力不足,會(huì)降低防腐蝕作用。當(dāng)前要在保障材料基本導(dǎo)電性基礎(chǔ)上對(duì)粒子尺寸進(jìn)行控制,全面提升粒子分散性能,對(duì)填料含量進(jìn)行調(diào)控。所以在接地網(wǎng)防腐蝕過(guò)程中,要對(duì)各類(lèi)材料表面進(jìn)行合理處理,并嚴(yán)格控制涂裝時(shí)的各項(xiàng)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(duì)接地網(wǎng)材料進(jìn)行防護(hù)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(dǎo)電性能得到全面提升。

3結(jié)語(yǔ)

在通信應(yīng)用設(shè)備、電氣設(shè)備、微電子設(shè)備運(yùn)行中,接地是重要的技術(shù)手段,近年來(lái)隨著電力、通信、微電子以及自動(dòng)化系統(tǒng)的全面發(fā)展,對(duì)接地系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性提出了更高的要求。接地網(wǎng)材料在長(zhǎng)期應(yīng)用過(guò)程中在土壤環(huán)境下會(huì)發(fā)生腐蝕問(wèn)題,導(dǎo)致電氣設(shè)備運(yùn)行發(fā)生故障。因此,在今后各類(lèi)接地電網(wǎng)材料的應(yīng)用研究中,應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)材料導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、耐蝕性的研究力度。