防雷接地装置在腐蚀土壤环境下防腐探讨

防雷接地装置在腐蚀土壤环境下防腐探讨

范方福

广西恭城瑶族县气象局542500

摘要：本文通过讨论腐蚀环境下防雷接地装置遭受腐蚀后的危害；分析导致防雷接地装置腐蚀的各种可能因素；提出预防或减缓防雷接地装置遭受腐蚀的措施。

关键词：防雷接地装置腐蚀因素措施

引言：防雷接地装置是由埋入土壤中的金属接地体和连接用的接地线构成。只有良好有效的接地装置才能将强大的雷电流泄放入地[1]。而随着大气、土壤等环境遭受工业、农业及生活等污染的原因，土壤环境的酸、碱、电解质、含氧量、含盐等都可能发生变化，土壤腐蚀性可能变强，对防雷接地装置将产生腐蚀。因此研究防雷接地装置在腐蚀土壤环境下被腐蚀的原因以及如何在工程实际中预防和减少腐蚀非常重要。

1防雷接地装置腐蚀后的危害

考虑到防雷的经济、适用、有效，目前在防雷接地装置的施工普遍使用角钢、扁钢和圆钢等型材的碳素钢。防雷接地装置受到腐蚀后，轻则影响接地装置使用寿命，重则造成接地网局部断裂，甚至留下严重接地隐患[2]。钢材作为防雷接地装置容易因腐蚀导致接地体截面减小，甚至断裂，其表层腐蚀产物会造成接地性能的不良，其在遭受雷击时因腐蚀后不均衡的物理形态将产生严重的后果。一是不能满足发生雷击时接地装置的热稳定和机械稳定性；二是不能在瞬间将雷电流泄入大地，地电位不能有效控制在允许的限制范围内极易造成地电位反击，造成人身安全事故；防雷接地装置严重锈蚀至断裂将导致防雷设施失效，雷击时后果更加严重。

此外，由于防雷接地装置大多与设备、电源接地共用，接地装置上过大的压降，以过电压形式侵入电源系统，对设备造成反击，引起事故[3]。

2防雷接地装置腐蚀的因素分析

2.1土壤的物理化学性质因素

土壤是由气、液、固三种状态的物质组成的复杂体系，同时其组成随温度、气候和季节等因素的影响发生变化，土壤的腐蚀性非常复杂，由其本身的物理化学性质决定，包括土壤电阻率、含水量、含氧量、含盐量、酸碱度等均会对防雷接地装置的腐蚀发生作用。

土壤含水率：极易随季节、气候等因素发生变化。含水量直接影响土壤中的电解质、可溶盐和透气性。一般情况下，土壤腐蚀速率随土壤含水量增加而增大，当含水率超过临界值后，土壤腐蚀速率随土壤含水量增加而减小。土壤含水率与土壤腐蚀速率的关系见表1

表2土壤电阻率与土壤腐蚀性的关系

土壤酸碱性：酸碱度用其PH值大小测定，当PH＜4.5为强腐蚀性；当4.5≤PH≤6.5为中腐蚀性；当当6.5＜PH≤8.5为不腐蚀。

2.1其他造成腐蚀因素

杂散电流：土壤中的杂散电流强度与腐蚀强度正比。一般来说杂散电流造成的腐蚀损失相当严重，计算表明：1A直流电流经过一年就可以造成9kg的铁发生电化学溶解而被腐蚀掉；分散电流比较严重的区域，8～9mm厚的钢管只要2～3个月就会腐蚀穿孔[4]。

防雷接地装置材料：为劣质钢材，所含杂质较多，容易造成电偶腐蚀。

接地体敷设方式：垂直敷设比水平敷设腐蚀速率慢。

施工原因：接地装置埋深不够，导致因土壤更易腐蚀；焊接存在虚焊、假焊，焊接位置未作防腐处理等因素。

3预防或减少腐蚀措施

针对可能导致防雷接地装置腐蚀的各种因素分析，在实际的防雷工程施工设计过程中，可根据情况需要采取以下一种或者几种综合的预防和减少接地体腐蚀的措施。

3.1加大接地体截面

对于未采取如何防腐措施的防雷接地体，当在土壤中年腐蚀率≤0.1mm/年时，接地体有如下要求：角钢厚度应≥5mm，扁钢厚度≥5mm，圆钢直径≥12mm；若腐蚀速率≥0.1mm/年的土壤环境，应该增加相应接地体的厚度和直径。通过加大接地体截面可以增加防雷接地体的腐蚀时限，但对接地体防腐意义不大，且采用这种方法会增加能源消耗。

3.2采用铜及其他耐腐蚀的有色金属材料做为接地体

虽然耐腐蚀的有色金属材料能够达到碳素钢本身不能实现的防腐效果，同时也免去了其他防腐措施施工的麻烦，但采用这些材料价格昂贵，成本高，同时其刚性不够，施工比钢材更加困难，而且铜接地网还容易造成电偶腐蚀，影响其他同时使用的钢结构的安全。

3.3采用复合材料

以铜或钢作为基体，在其表面复合一定厚度的锌、铅、铜等有色金属，这样可以减缓接地装置的腐蚀速度。在碳钢上镀锌的方法，目前在防雷接地装置中被广泛应用，但实践表明其耐腐效果不佳，目前热镀锌厚度通常在0.05～0.06mm，而锌在一般土壤腐蚀环境中平均腐蚀深度大约在0.065mm，所以镀锌层一般只能起到1～2年保护作用。实际工程中，也有使用镀镁的碳素钢且效果更佳。

3.4采用强效防腐降阻剂

防腐降阻剂为弱碱性，它与防雷接地装置表面发生化学反应，生成一层坚固的氧化膜，使铁表面钝化处理，起到保护作用。铁的氧化物属于弱碱性，与水作用后生成难溶于水的弱碱，仅能与酸反应。因此，铁埋在具有弱碱性的防腐降阻剂中，受到保护作用。

3.5采用阴极保护法与导电防腐涂料联合保护

阴极保护法是将还原性较强的金属作为保护极，与被保护的防雷接地装置相连接构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化作用而消耗，被保护的防雷接地装置（钢材）作为正极就可以避免被腐蚀。而导电防腐涂料的结合使用使在腐蚀环境中防雷接地装置得到更加有效的防腐效果。

3.6其他措施

可以通过改善土壤电阻率、酸碱性、含盐量等改变腐蚀土壤物理化学性质的措施实现减少接地体腐蚀。同时在防雷施工过程中严格施工管理，抓好施工质量，做到不使用劣质钢材，不出现虚焊、假焊等，通过规范管理避免防雷接地装置先天防腐能力不够。

结论：在实际工程中，预防和减少防雷接地装置的腐蚀，使之发挥长效作用，应该充分掌握接地体土壤环境中的各种物化性质，熟悉土壤腐蚀速度与土壤电阻率、酸碱性、含水率、含盐量等因子的关系。因地制宜地运用采用复合材料、或阴极保护法、或采用铜以及其他耐腐蚀金属做接地材料和加强施工规范管理等实现减缓或减少防雷接地装置被腐蚀的危险。

参考文献

[1].李景禄《实用电力接地技术》中国电力出版社

[2].龚家军《对防雷接地装置应采取必要的防腐措施》暴雨灾害2006

[3].《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)中国计划出版社

[4].林玉珍《腐蚀和腐蚀控制原理》中国石化出版社

作者简介：范方福（1980-），男，广西灌阳人，广西恭城瑶族县气象局，工程师，大学本科学历，现从事防雷管理与气象服务工作