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基于电化学在接地网接地改造中应用

文档作者：方梦鸽扈海泽袁雪琼赵军付超宋雅楠敬亮兵黄加锐文档来源： 1．长沙理工大学电气与信息工程学院 2．湖南省电力公司娄底供电局 3．湖南省长沙信长电力科技有限公司		点击数：	更新时间： 2022年02月10日
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第37卷第1期
2016年2月 电力与能源 129
基于电化学在接地网接地改造中应用
方梦鸽 ，扈海泽 ，袁雪琼 ，赵 军 ，付 超 ，宋雅楠 ，敬亮兵。，黄加锐。
(1．长沙理工大学电气与信息工程学院，长沙410000；2．湖南省电力公司娄底供电局，湖南娄底417000；
3．湖南省长沙信长电力科技有限公司，长沙410000)
摘 要：通过某变电站接地网腐蚀严重这一现状分析其腐蚀原因，从电化学的角度分期其腐蚀原理，并针对电
化学腐蚀原理提出利用电化学原理采用阳极保护法的原则，并提出在各种土壤环境下选取不同的阳极材质
进行保护，并提出一般采用较组成变电站接地网扁钢更为活泼的金属与接地网连接，形成无源电路模型，利用
牺牲阳极的方法来保护阴极的接地网，最后从电化学的角度得到非常实用的变电站接地网防腐蚀方案。
关键词：接地网；腐蚀；电化学；阳极保护法；无源电路
作者简介：方梦鸽(1995)，女，从事高电压防雷技术研究。
中图分类号：TM86 文献标志码：A 文章编号：2095一l256(2016)O1—0129—04
Based on Electrochemical Applied in Ground Net．Through Grounding M odification
FANG Meng—ge ，HU Hai—ze ，YUAN Xue—qiong ，ZHAO J un ，FU Chao ，
SONG Ya—nan ，JING Liang—bing ，HUANG Jia—rui。
(1．School of Electrical and Information Engineering，Changsha University of Science&amp;amp; Technology，
Changsha 410000，China；
2． Electric power com pany in hunan province loudi power supply bureau，Loudi 417000，China；
3． Hunan changsha Xinchang electricity technology，Changsha 410000，China)
Abstract：The article the author through the substation ground network this serious corrosion by analyzing the
corrosion reasons，from the Angle of the electrochemical staging its corrosion principle，using the eleetrochem —
ical principle are put forward based on electrochemical corrosion principle based on the principle of anode pro—
tection law，and puts forward the selection of different anode material under various soil environment protec—
tion，and put forward the general use of a substation grounding network flat more active metal and grounding
network connection，form the passive circuit model，the m ethod of using sacrificial anode to protect cathode
grounding network，and finally from the point of view of electrochemical very practical substation ground net—
work anticorrosion scheme．
Key words：grounding network；corrosion；electrochemistry；anodic protection；the passive circuit
一般接地网都在变电站建设之前开挖铺设，
变电站开始投运后要一直运行，时间可能长达几
十年。随着经济发展越来越迅速，导致环境污染
加重，进而导致雨水PH值越来越小。对于变电
站接地网来说，雨水也会慢慢对接地网的接地体
进行腐蚀，一旦接地网的接地体发生腐蚀，接地网
的接地电阻将增大_1 ]。随着运行时间的增长，接
地网接地电阻越来越大，对于变电站来说一旦发
生雷击变电站或者变电站进线发生雷电绕击事
故，高雷电流很难迅速地通过接地网泄人大地，将
发生各种反击和触电事故，严重威胁变电站设备
绝缘和变电站工作人员的人生安全，所以对于接
地网的接地体腐蚀防护至关重要。
1 变电站概述及接地网腐蚀现状
某变电站地处沿海地区，处于一座小山坡上，
土壤含盐(主要是NaC1)量非高，常年受海风吹
洗，海水会随着海风进入变电站土壤中，而且平均
降雨量比较多，土壤的导电能力比较强。在调研
中还发生部分杆塔的接地体露出地表，接地体已
经腐蚀严重，说明此地变电站土壤的对于钢铁的
腐蚀程度很大。
通过对接地网进行开挖，发现部分接地体扁
钢腐蚀严重，有些甚至发生腐蚀断裂情况，基本上
13O 方梦鸽，等：基于电化学在接地网接地改造中应用
都不能满足接地网的要求。很多接地体需要重颓
铺设，还有很多接地体腐蚀稍微轻些，都需要进行
防腐蚀的保护，不然很容易发生更严重的腐蚀。
2 接地网腐蚀的原因分析
根据电力规范及一般经验，变电站接地网建
设时一般采用扁钢或者镀铜扁钢，但是在使用过
程中有可能会损坏，以至于镀层保护不再起作用。
接地网深埋的环境错综复杂，一般含有各种无机
物、有机物、酸、碱、盐、水等物质，同时这些物质中
存在空隙，进而存在空气。这些错综复杂的环境
形成一个电解环境，是一个天然的大地电解池 ]。
在形成电解池的电路中有两种类别，一种是有源
电解，一种是无源电解[5 。所谓的有源电解是外
加电源给阴极和阳极组成的电路供电，强加电源
就相当于强制电解质的阴阳极。而无源电解电路
就相反，是电解质通过自然连接，并且阴阳极是根
据电化学理论自然形成。腐蚀性因素分析如表l
所示。
表1 腐蚀性因素分析
由于接地体一般为钢材质，主要成分为铁
(Fe)和碳(C)，根据电化学理论，在形成电解电路
时活泼金属为阳极，不活泼的为负极。中间南于
土壤中存在盐和水等物质，可以形成天然的连接，
基本形成的电解电路如图1所示。
1 尤辣电解电路
由于组成电解电路，中问有盐和水等物质构
成电离的离子通道，则在阴极和阳极都会发生电
离反应，至于具体反应分为以下几种情况。
当接地体所处的环境为酸性土壤时：
Fe— Fe +2e (阳极)
2H 一2P—H 2十 (阴极)
当接地体所处的环境为中性或者为碱性土壤
时：
Fe— Fe +2e (阳极)
O +2H O+4P— 4OH一 (阴极)
阳极产生的Fe。 与阴极产生的OH一离子结
合形成Fe(OH) ，如果在阳极接地体铺设的地方
有一定的氧气() 和H o存在，那么Fe(OH)。
会被氧气氧化，生成Fe(OH)。。由于接地体环境
错综复杂，导致Fe(OH)。不稳定，将会变成
Fe ()。[6]。要是地处的环境污染比较严重，空气
中含有S元素的污染物随着雨水下降到土壤中，
在电解质的环境中发生发应，SO；一+6H O+8
—H。S+10H。。，生成的H 将加速反应的进行，
导致电解反应进一步加强，腐蚀强度越来越大，形
成一种恶性循环。
3 腐蚀产生的影响
接地体腐蚀导致直接的危害就是接地体的接
地电阻变大，接地电阻的变大主要影响到雷电流
入地时的泄流速度和接地网上的地电位。
假设人的脚用一半径为r的圆表示，设圆的
半径为0．08 m，并设两脚之间的距离为L，土壤
电阻率为J0，那么两脚之间的接触电阻R 为：
Rc，一a4g_ 一 一 ( )
经过计算得到：
R(1≈ 3p≈ 卫4r (2)
当人员走在地面上时，从电路的角度来讲，人
的两脚和土壤间的接触电阻以及人身体的电阻
R 是串联的l7]。跨步电压电路图如图2所示。
图2 跨步电压电路图
此时人体两脚间受到是这些电阻 ed,共的电压
降，这个电压降即为跨步电压U ：
u 一 E 一 cs
当人员站立在地面上，同时人的手接触到金
方梦鸽，等：基于电化学在接地网接地改造中应用 131
属设备的外壳时人的电阻和土壤电阻时并联形
式。接触电压电路图如图3所示。
图3 接触电压电路图
因此两脚之间的电压为两电阻并联后的电
压，这个电压既是接触电压U ：
u 一 E 一 (4)
一般根据电力设计经验，取值土壤电阻率为
100 1"2·m，人体电阻R 一1 500 Q，则把数据代人
上两个式子，得出：Uk一0．714Ek，U 一0．909E 。
计算结果可知，跨步电压的大小达到了地电位的
71．4 ，由于接地电阻的过大，导致地电位较高，
进而使得跨步电压很大。跨步电压很大不仅容易
造成地电位对于变电站设备的反击 ]，而且当发
生雷电流入侵变电站的事故时，对于工作于变电
站的工作人员来说，会形成很大的跨步电压和接
触电压，导致触电事故。
4 防腐蚀的改造措施
在一般的接地腐蚀改造措施中，大家采用对
接地网的接地扁钢铺设防腐剂，防腐剂的成分包
含各种各样的化学成分。虽然现在市场上对于防
腐剂的加工更加环保，但是由于其主要原理还是
利用化学知识的相互反应而保护接地体，反应形
成的生成物又是化学剂融合在土壤中，会对环境
造成很大的污染。而且防腐剂有时候不适合一些
土壤环境，并且防腐剂有效期短，对于重新铺设不
方便，达不到长久有效期。
因为接地网的腐蚀主要是由于形成了电解电
路，发生了电化学反应。因此，在改造措施的设计
时优先以电化学的知识来设计保护，根据电化学
的腐蚀机理，一般都是阳极腐蚀，所以只要把接地
网的扁钢换成阴极，就会对接地网起到很好的保
护作用。由于～ 般是活泼金属作为阳极，所以在
接地网形成的电解电路中加入比Fe活泼的金属
作为电解电路的阳极，如Zn、Mg、A1等相对于Fe
的活泼金属，人为地控制电解电路的阴阳极，在这
里采用无源法电解电路，因为可以自然形成电解
电路，不需要外界提供电源，不仅能达到效果而且
能达到节能的要求。
在设计阳极的材料选型时，必须首先利用四
季法对接地网的土壤电阻率进行测量根据土壤电
阻率的大小选择材料。
土壤电阻率的大小与采用阳极的材质选取关
系如表2所示。
表2 土壤电阻率与材质选择
由表2可知，当变电站接地网的土壤电阻率
在2O Q·m及以内，则可以采用Zn及Zn的合金
作为电解电路的阳极接地体(见图4)；当电阻率
为2O～100 Q·m 以内，则采用Mg及Mg的合金
作为电解电路的阳极接地体(见图5)；当电阻率
在100 n·m及以上的则采用Mg合金，如果特殊
环境的则应该采用有源电路(见图6)，外接电源，
认为的定性接地体的扁钢为阴极，起到保护阴极
扁钢接地体的目的E z 4]。
图4 Zn作为阳极电路
图5 Mg作为阳极电路
选择电解电路阳极材质后，需要把电解阳极
与接地网相连接，形成一个电解电路的回路通道，
才能发生电解池反应。在设计阳极铺设职位选择
时，考虑到如果电解电路的阳极腐蚀已经很严重
的情况下，一般是几年或者十几年，需要及时更换
电解阳极，进而对阴极的接地网进行完好的保护。
所以，在铺设位置选择时必须选择在接地网不远
132 方梦鸽，等：基于电化学在接地网接地改造中应用
图6 有源电路
处的空地，方便及时开挖进行更换。一般根据经
验选择接地网的四个角进行铺设，并且用导线把
四个阳极相互联系起来作为一个阳极，具体分布
如图7所示。
5 结语
图7 无源阳极铺设
通过分析变电站接地网腐蚀这一现象以及通
过对相关知识的理解及应用，得到以下结论。
(1)由于土壤环境原因，变电站接地网很容易
发生电化学腐蚀。
(2)电化学腐蚀主要是因为接地网的扁钢作
为电解电路的阳极而发生氧化反应
(3)外加活泼金属能够强制接地网为阴极，活
泼金属为阳极，以活泼金属的腐蚀为代价而保护
接地网的扁钢。
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收稿日期：2015一u—O9
(本文编辑：赵艳粉)

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