遂溪沿海地区防雷接地体防腐蚀应用技术研究

遂溪沿海地区防雷接地体防腐蚀应用技术研究

周炳辉李德坤刘桂兴胡杰珍邓培昌

(1.遂溪县气象局广东湛江524300；2.广东海洋大学海洋与气象学院广东湛江524088；3.广东海洋大学工程学院广东湛江524088)

摘要：遂溪县处于低纬度地区，东西两面临海，属于高盐高湿高温地区，对埋入地下的防雷接地体的腐蚀性较强。接地体极其重要，关乎防雷的整体效果和安全生产。本项目通过对遂溪县沿海地区土壤的PH值测试、土壤电阻率测试、研究接地体在土壤腐蚀行为，结合防雷接地体的使用性质，提出了接地体的防腐蚀应用技术。

关键词：防雷接地体；防腐蚀；应用技术研究

在遂溪濒海地区，由于受含盐潮湿大气、降水、海水入侵等的影响，形成土壤含水、含盐较高的强腐蚀环境；同时，由于遂溪县工业的快速发展，土壤也受到一定程度的污染，已破坏了原有的天然属性，局部地区土壤的pH值达到4，呈较强酸性，这些都加速了埋地金属材料的腐蚀。由于接地极埋在地下，既看不见，又无法监视其状况，发生腐蚀后，接地极材料变脆、松散甚至断裂，表层的腐蚀物造成接地的不良。当雷电冲击电流流经接地极时，可能因电动力作用造成接触点断裂。因此，既会影响到雷电流的散流，又会造成接地体的损坏，从而破坏了建筑物或电气、电子设备整个防雷系统，导致防雷安全隐患的存在。

1防雷接地体腐蚀实况分析

埋入地下的防雷接地体的腐蚀是较为复杂的过程，主要分宏电池腐引起的蚀、微观电池引起的腐蚀、杂散电流引起的腐蚀。其中杂散电流对接地网的腐蚀主要集中在局部位置，局部腐蚀的速度非常快，对防雷系统的安全运行产生极为不利的影响[1]。

通过对对遂溪县沿海地区的防雷装置进行实地调查其受腐蚀情况，发现人工接地装置腐蚀较为严重的现象主要有以下三个方面：

（1）、通过研究发现，防雷接地引下线与接地装置间的连线较接地装置和引下线的腐蚀较为严重。

（2）、接地装置的焊接口处腐蚀较为严重。

（3）、水平接地体比垂直接地体的腐蚀严重。

2防雷接地体腐蚀原因分析

2.1防雷接地体由垂直接地极、水平敷设接地体组成，一般采用角钢、钢管、圆钢或扁钢焊接而成。埋在土壤中的接地体的腐蚀腐蚀速率与腐蚀机理受土壤环境的影响[1]。据美国腐蚀工程师协会金属腐蚀调查资料表明，碳钢在土壤中腐蚀速率与土壤电阻率有关：土壤电阻率低于100Ω•cm时，碳钢腐蚀速率大于1mm/a;土壤电阻率达到1000Ω•cm，碳钢腐蚀速率大约在0.2mm/a左右。接地体的使用环境往往促进了其腐蚀。

2.2土壤腐蚀性评价

土壤是由固相（矿物质、有机质）、液相（土壤水分）、气相（土壤空气）三相物质组成的复杂综合体系。影响接地装置腐蚀的主要因子有土壤电阻率、土壤的含氧量、土壤的含水量、土壤的ph值酸度等，其中最重要的是土壤电阻率和土壤PH值：

土壤电阻率：当腐蚀电池形成后，土壤是它的回土介质，土壤电阻率越小，腐蚀电流越大，腐蚀就越严重，特别是阴、阳极相距较远时，土壤电阻率起主导作用；

土壤的ph值和酸度：根据ph值大小分级为：ph值小于4.5为强腐蚀，4.5-6.5为中腐蚀，6.5-8.5为不腐蚀；

本课题组采用德国DIN50929评价办法，采用土壤电阻率和土壤酸性进行测定。本次测试选择对遂溪县沿海地区六个镇的土壤进行了土壤电阻率测试和酸性检测，结果见表1。

土壤PH值的测定办法：

将现场收集的土样制成水土比为2:1的，浸出液体，然后利用PHSJ.3F型PH计进行测量土壤的PH值。在每个镇的沿海选择四个点，土壤的采样从表层至下分10—20cm深、20—40cm深、40—60cm深、60—80cm，共四层，采样时去除树叶等杂物，在实验室进行测试。

土壤电阻率的测试办法：

主要采用四极法进行测试，对土壤采集进行PH值测定的地块进行4个方向测试。

电阻率原理如图1所示。A、B、C、D分别表示四个电极；a1，a2分别电极A与电极C、D间的距离；a3，a4电极B与电极C、D间的距离；

通过测试可见：沿海地区的土壤电阻率相对较低，为179.85Ω.m；土壤PH值为2.72±67，呈强酸性，属于强腐蚀土壤。

1.3防雷接地体材料腐蚀行为研究

采用埋地法进行研究：在不同深度土壤中，埋置失重样品、腐蚀形貌样品、电化学测试样品，按照一定周期取样，分析其腐蚀速率、观察腐蚀形貌、测试其线性极化、电化学阻抗、强极化等数据，获得接地体的腐蚀行为与规律。在不同深度土壤中，埋置1×1cm2的电极、利用导线把电极连接起来，间隔一定周期，测定每一个电极与其它剩余电极之间的电流，分析数据，获得强腐蚀区域。

样品经过埋置三个月后，于2015年9月28日开挖测试，采用电化学噪声法在现场对阵列电极进行了电偶电流测试。测试结果如下图：可以发现在埋深为40cm的电极具有31.8nA的正电流，埋深为140cm的电极具有2.96nA的正电流，其它电极的电流为负电流。

实验显示：埋深为40cm的电极为其它深度电极提供电流，本身被腐蚀，其它区域的电极腐蚀较弱，因此接地体在土壤中属于非均匀腐蚀，而腐蚀最严重的区位为埋深为40cm处。

3、防雷接地体防腐蚀技术：

通过实地调查分析和实验测试可见，一般水平接地体埋设土壤中的深入为0.5—0.8m，长度较长，接触的不同部位的土壤较多，由于土壤中的电解质浓度不均匀，如水平接地体不同部位所在的土壤水饱和度不同，致使土壤中水平接地体表面的不同部位之间产生电位差，因而造成腐蚀较为严重；同时由于引下线与接地装置之间的连线较为有部分露出地面，在空气与土壤接触部分发生电化学反应较大，腐蚀较为严重；在防雷接地装置中，水平接地体之间、水平接地体与垂直接地体之间、引下线与接地装置之间的需要形成电焊连接，一个完整的人工接地装置，焊接口较多，焊接口处未形成严密的保护，造成氧或水的轻易渗透，发生严重腐蚀。

因此，针对研究的现状，可采取以下措施进行加强：

1、防腐涂层进行防护

对于容易发生腐蚀的引下线与接地装置间的连线和接地装置的焊接口处，采用防腐涂层保护。可采用浸渍-热分解法，喷涂金属层进行保护，以TiO2-IrOx为中间层的Ti/TiO2-IrOx/IrO2-SnO2涂层电极，厚度75~125um，可有效进行保护。在焊接口处，需做接口处理，将焊口处的焊渣去除，焊接面平滑无间隙后在进行涂层处理。

2、采用水泥混凝土保护（隔离法）

由于在地下的普通混凝土电阻率类似于导电均匀的土壤电阻率，电阻率可达到10-100.m。敷设人工接地体时，可采用混凝土进行保护，将金属防雷装置与土壤进行隔绝。由于混凝土的电阻率相对土壤较为均匀，发生微观电化学反应相对较少，从效果上来看，对接地装置起到了保护作用。

3、改进接地装置的结构和布置

根据实验结果和检查情况，接地装置应尽量避免网格状布置，而考虑深埋式的垂直地极敷设。深层土壤含氧量较小，使得腐蚀减轻。在埋设接地体时，应排除碎石等建筑垃圾，采取细土进行回填并夯实，增大与土壤接触面积而降低接地电阻值，减少氧的渗入从而减轻腐蚀。

4、改善施工工艺：

主要改善接地极之间的实现电气贯通的施工工艺。目前的连接主要是金属焊接方式，焊接首选放热焊，避免虚焊、假焊现象。敷设接地极时，应尽量平直，防止机械力损伤和局部应力集中造成的断裂等，避免产生局部腐蚀和机械应力腐蚀。

采取加强措施后的防雷接地装置，在土壤中不易发生电化学腐蚀，不易受到土壤中化学污染及受杂散电流的影响而加速其腐蚀，因此大大延长其使用寿命，大幅度提高其接地的可靠性，从而提高防雷系统的安全性。

参考文献

[1]闫风洁,李辛庚.电力接地网腐蚀与防护技术的进展[J].山东电力技术,2007,153:9-13.

[2]莫溢,楚冬青.输变电工程金属接地装置材料选择及腐蚀防护分析[J].红水河,2013,32(5):102-106.