接地网材料的腐蚀及防护措施研究

引言

接地装置基本性能不稳定,其接地材料容易受到腐蚀作用的影响,导致地网接地电阻值不断升高,引发各类电流故障问题。当前大多数接地导体都是选用质量较优、导电性能较好的金属材料制作。由于土壤组成结构较复杂,含有较多腐蚀性成分,会导致接地导体产生腐蚀问题。因此,要想保证接地系统保持稳定的接地电阻及较强的耐腐蚀力,就要做好接地网材料的防腐蚀工作。

1接地网材料发生腐蚀的主要影响因素

在电化学腐蚀反应中,电解质溶液是发生反应的重要条件,土壤含水率是基本参数。土壤中含水率越高,各类接地网金属材料越容易发生腐蚀问题。其次土壤中的含气量对接地网材料的腐蚀影响也较大,随着土壤深度增加,氧气含量会逐步降低,由于氧气是诸多化学反应的去极化剂,所以腐蚀基本速度受到氧气变化的影响。大多数土壤pH值都在5～8,土壤酸碱度保持在正常范围内,不会对材料基本腐蚀速率产生较大影响。当土壤中酸性不断扩大,一定程度上会加速各类结构材料的腐蚀速率,比如钢材、铸铁材料等。此外,在碱性土壤中含有诸多Ca、Na、K等元素,这些元素容易在材料表面产生深厚的石灰质沉积物,能有效减缓材料的腐蚀速率。

当前诸多腐蚀反应发生的本质原因是受到电化学反应影响,因此当前各类材料基本腐蚀速率和土壤中的各离子电流之间联系密切,电阻率较高会有效降低基本腐蚀速率。但是土壤基本腐蚀特征并不能单方面通过电阻率进行评价。在正常情况下,可溶性盐是重要的电解质,在一定程度上会减缓土壤电阻率,保证腐蚀电化学反应过程能稳定进行,会加速土壤腐蚀速度。在土壤腐蚀过程中,有诸多特殊性较强的阴离子参与其中,导致材料腐蚀问题逐步加重。比如C1-直接参与到金属表面的膜溶解反应中,导致大量金属材料暴露在被腐蚀的介质中,造成材料发生不同程度的腐蚀问题。

微生物也是造成接地网材料被腐蚀的重要影响因素。多项实践研究表明,多数金属都会受到微生物腐蚀,主要腐蚀机制常见的有阴极去极化机制,常见的微生物对阴极反应具有加速作用。微生物在材料表面分布均匀性较差,容易产生各类缝隙,各类常见的酸性微生物代谢物会导致腐蚀加剧。在有氧环境以及缺氧状态中都会发生微生物腐蚀问题,比如厌氧菌产生的代谢物腐蚀性较强,会产生较多无机酸:还有部分真菌代谢物会产生大量有机酸,对有机涂层进行全面降解。

2接地网材料腐蚀防护措施

2.1应用黑色金属

近年来我国工业化进程逐步加快,各项技术的先进性不断提升,其中钢材售价较低,获取来源较广,强度较高,是当前接地网的重要应用材料,但在实际应用中受诸多因素影响,会产生不同程度的腐蚀问题,其中Fe的氢氧化物以及铁盐不具有保护作用,会加速腐蚀速率。其次,土壤基本组成、电流组成等都会影响局部腐蚀问题,在低氧状态下,各类微生物作用会加速钢材基本腐蚀速率。因此,当前用于接地的钢材通过涂层进行有效防护,使材料与土壤环境保持隔离状态。目前在接地网材料中,铸铁合金应用范围较大,比如应用于各类管道材料,目前地下土壤中铸铁结构大多采用涂层辅以牺牲阳极的防护措施。

2.2应用有色金属

Cu电阻率较低,其耐腐蚀性较强,在接地网中是常用的接地材料。在酸性土壤中Cu容易发生溶解。在氧气含量及含水率较高的环境中,Cu表面会逐步产生电阻率较高的碱式碳酸铜,受到硫化物等物质影响会导致Cu腐蚀倾向逐步加深。当土壤环境是腐蚀性较强的酸性土壤,要有针对性地选取对应的防护措施,比如常用的涂层保护、阴极保护等。Zn大多是以镀锌钢的形式应用于土壤环境中,能有效适应环境,耐腐蚀性较强。但是当土壤环境中碱性含量较高,会导致腐蚀问题加剧,所以当前技术人员在阴极保护措施中,要在材料表面建立高碱性环境。在正常情况下,在镀锌钢表层涂抹有机涂层是常用的防护措施。和常用的不锈钢材料类似,铝合金是能自钝化的应用材料,容易受到局部腐蚀作用影响。在微生物影响作用中,铝合金基本腐蚀速率会不断加快,但是目前在土壤环境中,铝合金与铝材质腐蚀作用未能得到精确化预判,所以不能在土壤环境中应用。

2.3适当扩大钢接地体截面积,强化阴极保护

在接地体应用过程中,要对其应用时间产生的腐蚀量进行分析,基于设计不断扩大接地体截面积,补充材料的抗腐蚀性。但是随意扩大截面积会消耗较大的材料应用成本,还会导致运输、施工、加工消耗成本增加。其次,当各类接地体表面产生的各类腐蚀性产物导电作用较差时,会导致接地电阻值不断增大,对接地网散流能力产生较大影响。在电化学防护措施应用过程中,阴极保护应用范围较广,常用的方法主要有牺牲阳极法与外加电流法。其中外加电流法就是通过金属进行保护,电流可调性保护范围较大。

2.4导电耐蚀涂层

全面改性传统的防腐涂层,在保障原有耐腐蚀性基础上,对涂层电阻率值进行调控,以适应接地网基本运行性能要求。通过补充导电粒子对电阻率进行控制,常见的导电粒子主要有各类金属颗粒,比如铜粉等:也有非金属颗粒,比如非金属纤维、碳纤维等。其中不断补充导电粒子填料含量,能提升涂层基本导电性能,但是涂层基本致密性以及成膜能力不足,会降低防腐蚀作用。当前要在保障材料基本导电性基础上对粒子尺寸进行控制,全面提升粒子分散性能,对填料含量进行调控。所以在接地网防腐蚀过程中,要对各类材料表面进行合理处理,并严格控制涂装时的各项技术参数,以便材料获得优良的防腐效果。另外,有技术人员提出了Ni-TiN金属性陶瓷涂层对接地网材料进行防护的建议,正确合理地使用此种金属涂层,可以使材料耐腐蚀性及金属导电性能得到全面提升。

3结语

在通信应用设备、电气设备、微电子设备运行中,接地是重要的技术手段,近年来随着电力、通信、微电子以及自动化系统的全面发展,对接地系统的运行稳定性提出了更高的要求。接地网材料在长期应用过程中在土壤环境下会发生腐蚀问题,导致电气设备运行发生故障。因此,在今后各类接地电网材料的应用研究中,应该加强对材料导电性、稳定性、耐蚀性的研究力度。