牺牲阳极阴极保护接地电阻改善方案

牺牲阳极法阴极保护的设计计算

实施阴极保护的金属集购物上的点位和电流分布函数是复杂的，它不仅与被保护金属结构物材料、牺牲阳极材料、环境介质条件直接相关，而且还与结构物的几何构型密切有关。从原理上考虑，牺牲样激发和外加电流阴极保护的点位、电流分布的计算式基本相同的，它们都是保护电流在复杂电阻体系上产生的电压降结果。绵延分布的管线是几何构型最简单的一种结构物，它是一维延伸的，在数学上容易处理。许多复杂几何构型物往往可以看作为若干一维节段的组合和叠加。所以，阴极保护的设计计算常以埋地管线作为计算对象。 牺牲阳极法阴极保护的设计计算一般包括以下几个步骤。 ⑴确定最小保护电流密度i

对被保护结构物的最小保护电流密度确定，首选亏电实验值。可在现场安装一临时店员和接地极进行馈电试验，再根据达到保护电位时所对应的极化电流强度，推算出最小保护电流密度的取值范围。若无馈电实验值，一般可根据文献资料和经验选取。也可采用下式进行理论计算： I=△EO/RU

式中i—保护电流密度，mA/m2

△E—最小保护电位对结构物自腐蚀电位的负偏移值（极化电位，mV），△EO通常取300mV，它是最小保护电位-850mV（SCE）与钢铁在普通土壤中自腐蚀电位【一般为-550 mV（SCE）】的差值； R—结构物表面防腐层的楼电阻率，Ω?m2。

保护电流密度是阴极保护实践和设计十分重要的参数。但它受到被保护结构物/环境介质体系许多因素的影响，如结构物材料种类，防腐层质量，介质的性质、组成、分布和变化，甚至温度、气候或微生物存在与活动等。它的数值往往变化很大，即使在阴极保护运行过程中也是变化的。因此，要求准确的计算几乎是不可能的，但它仍是一个重要的参数值。对此，馈电试验或经验选取则是很有效的。 ⑵计算所需总保护电流强度I

根据被保护结构物的几何尺寸计算出需被被保护的总面积S（m），就可由保护电流密度i按下式计算所需总保护电流强度It（A）： It=S?i

对于埋地管道则为： It=πDL?i

式中D—被保护管道外径，m； L—管道长度，m。 ⑶计算牺牲阳极接界电阻Ra

牺牲阳极的接界电阻是决定牺牲阳极输出电流的关键影响因素之一。它可通过实验测量或计算获得。经过一系列推导可获得接界电阻的计算公式，文献资料报道的阳极接界电阻的计算公式很多，现推荐以下一些计算公式： ① 在土壤环境中的牺牲阳极接界电阻,即接地电阻的计算公式

a. 单支立式圆柱形牺牲阳极无填料（即填包料，下同）时，阳极接地电阻的计算公式为： RV1=p/2πL（In2L/d+1/2ln〔4t+L〕/〔4t-L〕） b. 单支立式圆柱形牺牲阳极有填料时，阳极接地电阻的计算公式为：

RV2= p/2πLa（In2La/D+1/2ln〔4t+L〕/〔4t-L〕+pa/p×In×D/d） c. 但是水平式圆柱形牺牲阳极有填料时，阳极接地电阻的计算公式为： Rh= p/2πLa（In2La/D+In×La/2t+pa/p×In×D/d） 以上三式中，La＞＞d,t＞＞La/4。

式中R和R—分别为立式和水平式的阳极接地电阻(R无填料，Rv2有填料)，Ω； p和pa—分别为土壤和阳极填料的电阻率，Ω?m； L和L—分别为阳极和阳极填料柱的长度，m； d和D—分别为阳极和填料的直径，m； t—阳极中心至地表面的距离，m。

对土壤中金属结构物进行牺牲阳极保护时，为提供足够的保护电流及施工安装方面的考虑，常采用多支阳极并联安装方式。对一个阳极组的总接地电阻R（Ω）可按下式计算： Rt=η×R/n 式中n—并联阳极支书； η—并联阳极修正系数。

多支阳极并联的总结地电阻一般比里理论计算值大，这时阳极直接按屏蔽作用的结果。可按照实际情况根据阳极之间的距离、并联支数及阳极长度在图4-23中火表4-29中选取修正系数η。

② 在水环境中的牺牲阳极接界电阻，即接水电阻的计算公式 长条形阳极的接水电阻R（Ω）计算公式为： Ra= p/2Πl(In×4L/r-1) 式中L—阳极的长度，cm； P—水介质的电阻率，Ω?cm；

R—阳极的等效半径，cm，S=（长+宽）/2，长≥2×宽。 b. 板状阳极的接水电阻RA(Ω)计算公式为：

RA=p/2S

c． 镯式阳极的接水电阻RA(Ω)计算公式为： RA=0.315p/ A为阳极横截面积，cm2。

式中，S为阳极两边的平均长度，cm；且式中，A为阳极表面积，cm。 ⑷计算单支阳极的输出电流I

对牺牲阳极-土壤-被保护结构物（阴极）构成的点回路，根据欧姆定律可按下式计算单支阳极的输出电流Ia： Ia=(EC-ΔEC)-(Ea+ΔEa)/Ra+Rc+Rw≈ΔE/Ra 式中 Ia—单支阳极输出电流，A；

Ec和Ea—分别为阴极和阳极的开路电位，V； △ Ec和△Ea—分别为阴极和阳极的极化电位值，v；

Rc和Ra—分贝为阴极和阳极的接界电阻（接地或接水电阻），Ω； Rw—导线电阻，Ω；

△E—阴极和阳极工作时的有效电位差，在这里就是所谓驱动电压，V。

当R合R可忽略不计时，可获得相应的近似式，见式（4-19）。显然，单支阳极的输出电流主要取决于阳极的接界电阻R。

也可根据经验公式来计算单支阳极输出电流，由此可省却一系列复杂的计算，下面列出美国HARCO防腐蚀公司对埋地镁阳极和锌阳极总结地经验公式： Img=150000Fy/p Izn=150000Fy/p

式中Img和Izn —分别为单支镁阳极和单支锌阳极的输出电流，mA； P—土壤电阻率，Ω?cm； f—质量系数，可查表4-30获得；

Y—被保护技能书对地（水）电位修正系数，可查表4-31获得。

当被保护金属结构物表面敷有良好的防腐层时，阳极输出电流将显著小于裸金属条件下的输出电流。此时，是（4-20）和（4-21）的系数可考虑分别减小20%。

⑸计算阳极组的总输出电流I

为了降低阳极的接地电阻，对管道提供足够保护电流以及施工安装方面的考虑，往往采用多支阳极并联安装的方式。多支阳极并联安装的阳极组总输出电流I可按下式计算： In=nIa/η 式中In—阳极组的总输出电流,A In—单支阳极输出电流，A n—阳极组中的阳极支数；

η—并联阳极修正系数，主要是考虑各阳极间的屏蔽效应，可有阿图4-23或表（4-19）、（4-20）或式（4-21）可⑺ 计算得单支阳极的输出电流I，由此可从下式计算确定对该结构物实施牺牲阳极保护所需阳极的总数量N： N=σIt/Ia 式中 I—所需总保护电流，A； I—单支阳极输出电流，A； σ—备用系数，一般取2~3倍。 ⑺计算阳极工作寿命T

可根据法拉电解定律计算牺牲阳极的有效工作寿命，即使用寿命T： T=u?m/e?Ia 式中 T—阳极工作寿命，a； m—阳极净质量，kg；

u—阳极利用系数，对长条形阳极取0.9，对其它形状阳极取0.85； e—阳极消耗率，kg/(A?a); I—阳极的平均输出电流，A。 ⑻计算两组牺牲阳极间的保护范围

每组（站）牺牲阳极对被保护结构物实施的有效保护范围，是很重要的设计和评价参数。为了简化计算，首先考虑埋地管线上的牺牲阳极保护。对于一维的有限长被保护管道上的电位分布和电流分布，采用牺牲阳极保护和采用外加电流法阴极保护的计算过程和结果是相同的。每组阳极的保护范围可通过两组（站）牺牲阳极间的长度来评价。可按下式计算两组（站）牺牲阳极间的有效保护长度2L： 2L2=2/a?arcch?EA/Emin

式中2L—两组（站）牺牲那个阳极间的有效保护长度，M；

E和E—分别是牺牲阳极接入点（通电点）和两组阳极之间的中间点所允许达到的管道电位的最大负偏移值和最小负偏值，v ;

α—衰减系数

牺牲阳极阴极保护接地电阻改善方案

(2011-01-10 22:32:50)

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输电线路铁塔接地系统改造

牺牲阳极（阴极保护）设计及施工

摘要

降低杆塔接地装置的接地电阻是提高输变电线路耐雷水平的一项十分重要的措施．对于多石少土的辽西山区线路杆塔．用传统施工方法接地电阻很难达到要求，根据多年运行经验，降低山区输电线路杆塔接地电阻是防雷的一种有效方法。

前言

雷电危害与接地电阻

在架空输电线路设计中，防雷设计是必须考虑的一个重要因素，随着电力系统的发展，雷击输电线路而引起的事故也日益增多，据资料介绍：在我国高压输电线路的总跳闸次数中，由雷击引起的约占40％～70％，尤其在雷电活动强烈、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事故率更高，造成巨大的经济损失。

当雷电击中接闪器。电流沿引下线向大地泄放时对地电位升高。有可能向临近的物体跳击，称为雷电“反击”。雷电直击在输电线路上的避雷线，如果接地电阻过大，就会对线路造成损伤，断路或击穿瓷瓶造成短路跳闸。从而造成停电事故。高山杆塔不仅路途遥远，攀爬也很困难，更换一次设备非常困难，这给维护增加了许多难度，而跳闸率恰恰又是电力系统考核的一个重要指标。由此可见接地系统在电力输变线路防雷中的重要性。 1、接地电阻

在超高压输电线路中，多以不大于10 n作为接地电阻的要求。我局的超高压输电线路比较长，途经地区的地理条件比较复杂，经常会遇到山上都是石头，或者多石少土的情况。通常的施工方法很难达到要求，经常是花费了很大的人力、物力，接地电阻还是达不到要求。

有的接地电阻甚至高达几百n，导致在雷雨季节。线路遭遇雷击。而山区大部分杆塔都建在高山上，又增加了遭受雷击的概率。

2． 特殊土质接地电阻分析

根据现场实测总结主要有以下几种情况：

a．土加石头覆盖层表面植被较好．但下层基本属于岩石层，接地电阻率很高。 b．由于风化和人为措施造成的基本以碎石子为主体，泥土较少，表面看来植被较好，但由于泥土少石子间空隙较大。接地电阻率非常高。

c．表面看来大部分是泥土。但由于土质坚硬沙土的颗粒较大，基本属于风化岩颗粒，造成本身接地电阻率极高，加水后可适度减低但是该种土壤保水性极差渗透快。

d．铁塔建在岩石上，几乎没有土壤和其它粉末状介质，即使埋设了钢筋，由于与周围无法形成统一地网，不能建立起有效的沟通．造成接地电阻极大。难于满足雷电释放的要求，从而引起跳闸。上述四种情况带来以下几方面的问题：

a．土壤的接地电阻率高，介质保水性不好，钢筋不能及时将雷电流有效泄放。 b．土壤和接地体之间没有建立起有效的沟通，有效接触面积不足。 c．水土流失严重，接地体腐蚀损坏严重。很难长期保持稳定的接地电阻。

3.辽西超高压线路接地的实测

多年来，我们通过对辽西地区杆塔所处地质环境，掌握了杆塔处在高山大岭占42%，一般山地占49%，平地占9%；我们对该段的接地进行了改善，重新埋设了接地引下线，对于接地土壤不好的采取了换土措施，较严重的采取了埋设连续伸长接地体的措施，工程实施后输电杆塔的接地电阻虽然有了明显的降低，但出于山地，石块较多的地区还是会被雨水冲刷后造成土壤流失，维持时间较短，因此我们针对这种情况采取了牺牲阳极的阴极保护接地改造，下面是针对线路进行的实测数据

表1 山区塔接地电阻值高的情况

线路名称 地形 及杆塔号 XXX线029 XXX线033 XXX线056 XXX线077 XXX线089 XXX线092 XXX线096 XXX线125 XXX线147

4、牺牲阳极接地改造设计 4.1线路铁塔接地系统埋地方式

改造 地质 岩石 风化岩 岩石 岩石 岩石 岩石 岩石 风化岩 风化岩 设计值 30 30 30 30 30 30 30 30 30 前值 99 96 138 66 59 74 49 62 87 改造 后值 22 20 28 20 19 22 18 22 26 山顶 山腰 山顶 山腰 山顶 山腰 山顶 山腰 山顶 水平接地网采用40*4的镀锌扁钢，四散外延每根按60米计：垂直接地极采用50*5的角钢，沿水平接地网方向每10米一个，共24个，36米长。

4.2接地系统的接地面积

水平接地面积S1=4*60*0.088=21.12（平方米）

垂直接地面积S2=0.1*2*36=7.2（平方米）

总接地面积S=S1+S2=28.32（平方米）

4.3保护电流

保护电流密度取15毫安/（平方米）

接地网得到保护须电流I保=15*28032=424.8毫安

4.4单支阳极接地电阻计算

R=p/2πL{ln(2L/D)+l/2ln(L/2t)+ p/p㏑(D/d)}

=100(2π*0527){ ln(2*0.527/0.5)+l/2㏑(0.527/2*0.6)+1.5/100㏑(0.5/0.021)} =3.9(Ω)

1.5阳极输出电流

I出=△E/R=0.65/3.9=167(mA) 1.6所需要阳极数量

n=f*I保/I出=2.5*424.8/167=7支

按每组2支组合式阳极埋设，其需要8支8公斤重镁阳极。

详见牺牲阳极埋设方式图

1.7使用寿命

T=nw/Iw=（0.85*2*8*2210）/(0.167*8760)=20年

牺牲阳极保护埋设方式图

铁塔

图例： 水平接地线40*4镀锌扁钢

垂直接地极50*5角钢

5 导线 VV*29 32 米 4/条 4 填包料 75 600 公斤 每袋 3 镁阳极 8 64 公斤 每支 镀锌 2 40*4 240 米 60/条 扁钢 1 角钢 50*5 36 米 1.5/根 序 材料

规格 数量 单位 备注 号 名称

镁阳极

2、施工方案

总所周知，一些电力设备，建筑物等如发生接地短路或遇雷害时，巨大的瞬间电流如不能及时导入大地，后果不堪设想，因此要求电力设备或者建筑接地系统完好，无锈蚀，且电阻越小越好，设备因处在空旷地带，且远远高于周围地上设施，因此会首先遭遇雷电侵袭，随着运行年限的增加，埋设的接地扁钢逐渐发生锈蚀，长此以往腐蚀会加大，导致地网截面减小，造成热稳定性不足，而且会导致有效接地面积减小，增大了泄流难度，遭遇雷电时易造成设备损坏和人员伤亡事故的发生

2.1工程流程

设计——→ 材料采购 ——→ 阳极脱脂除锈 ——→阳极电缆绝缘密封 ——→填包料

配制——→阳极装入袋内——→运输——→挖沟槽及阳极坑床——→铺设接地网、砸垂直接地极——→放入样机并焊接——→焊接头密封——→回填、夯实测试

2.2施工图设计

根据设计，使镁阳极布点按图纸所示，以使接地网达到完全保护状态。

2.3材料采购

材料选用8公斤镁阳极

2.4阳极脱脂除锈

镁阳极在使用前，应用清洗剂清除表面油污，灰尘，使表面处在活化状态，并用60号砂纸打磨掉其表面的氧化层

2.5阳极与电缆绝缘密封

阳极保护施工中的所有接头均需要可靠地连接和优质的防水绝缘密封，以免有漏电的可能，使导线发生腐蚀，将阴极钢芯上的锈层打磨掉，将VV29导线上防护层剥去，把导线上的铜芯焊在阳极的钢芯上，采用铜焊，焊完后涂上绝缘防水胶合热熔胶后再套上热缩管。

2.6填包料的配制

镁填包料的组成：石膏粉50%，硫酸镁15%，膨润土35%

填包料的作用：降低土壤电阻率，提高电流效率，避免由于土壤的不均匀造成阴极的局部腐蚀，加大阳极尺寸，降低了阳极接地电阻，提高了阳极的寿命，制作：将三种料按比例搅拌均匀

2.7阳极装入袋内

将制好的阳极装入袋内，袋必须是棉布袋或者麻制品，不允许用化纤制品袋，之后装入填包料，每袋60公斤填包料，填包料厚度不应小于50mm，应保证阳极四周的填包料厚度一致，密实，填包料应均匀，不得混入石块，泥土和杂草等，填装后，袋口用绳索绑扎牢固。

2.8运输

阳极袋制作完成后，在搬运途中，严禁拖，拉电缆，必须搬运袋子，电缆详见vv29/1*16

钢带铠装电缆示意图

2.9挖阳极坑床

根据施工设计图，沿原接地线挖开沟槽，宽0.5米，深度不小于0.6米，沿水平接地线方向每间隔10米砸一个垂直接地极，垂直接地极长1.5米，挖长2米宽1米的深坑，坑距阳极与接地网的距离不小于4米。

2.10

将袋装阳极放入阳极坑床后，浇水湿透，电缆线与接地网铜焊焊接，垂直接地极与水平接地气焊焊接，焊接后，焊点处涂环氧富锌底漆二遍。水平接地线与塔体用螺栓把合，不允许采用任何方法焊接，

2.11回填与夯实

在做完以上工作后，首先回填细土，其中应无石块，杂草等物，回填完成后夯实，回复原貌

2.12测保护电位

48小时，阴极极化完全后，测得保护是位应负于—850mv

综上所述．高压输电线杆塔接地改造，采用新型材料的接地模块替代传统接地极，采用长效复合降阻剂灌注法解决山地石头之间缝隙的连贯性问题，进而连接零散的小片土地。并通过液态降阻剂的流动产生的树根效应来扩大地网的接触面积，达到降低地网接地电阻值。效果非常显著．经过改造的地网阻值稳定持久。

牺牲阳极接地电阻以及发电量计算

发电量, 阳极, 接地电阻, 牺牲

一、阳极接地电阻

3 2KZ+ u$o&p*ARRa=ρln(L/r)/2πL

6 w?4u{bdRa=阳极接地电阻(ohms) ρ=土壤电阻率(ohm-m)

_0@4~\O5}9NL$#Z4DL=阳极长度(m)

4 8XG9wk1r=阳极半径（m）

S3 n5N3 y# U^0 p

需要指出的是，由于填料电阻率很低，阳极的长度和半径是根据填料

袋尺寸来确定。 二、阳极驱动电位

h5 7Sm4u

假设被保护结构的极化电位为-1.0V，则驱动电压 ΔV=V+1.0。

pG/ + P8h/ X$ pV^^V=阳极电位：高电位镁阳极-1.75V，低电位镁阳极-1.55V，锌阳极电位-1.10V。

三、阳极发电量计算

V$4 _uD8W3 ?_

阳极实际发电量I=ΔV/Ra

4 M* 6#1kY四、应用举例：

某埋地管道，长度为13公里，直径159毫米，环氧粉末防腐层，处于土壤电阻率30欧姆.米环境中，牺牲阳极设计寿命15年。计算阳极的用量。

Z2 9?$ ?$M4g

由于土壤电阻率较高，设计采用高电位镁阳极阴极保护系统。 1、被保护面积：A=π×D×L D=管道直径，159mm

? vL_3L=管道长度，13x103m A=3.14×0.159×13000=6490m2

2、所需阴极保护电流：I=A×Cd×（1-E） I=阴极保护电流

g&O7 *nCd=保护电流密度，取10mA/m2 E=涂层效率，98% I=6490×10×2%=1298mA

3、根据设计寿命以及阳极电容量计算阳极用量

+GG/ 8 6W6~W=8760It/ZUQ

Eme8u5S%KI=阳极电流输出(Amps)

w*GA2k98Z*E2y$t=设计寿命(years)

8 58C@1@%uU=电流效率(0.5)

%^G&gM8bZ=理论电容量(2200Ah/kg) Q=阳极使用率（85%）

\n1 O6 F$N1 MKW=阳极重量(Kg)

W=8760×1.298×15/（2200×0.5×0.85）=183Kg

T-#SP!d选用7.7公斤镁阳极，需要24支。 4、根据阳极实际发电量计算阳极用量 Ra=ρln(L/r)/2πL

Ra=阳极接地电阻(ohms)

Y81*P$v&7D~2mS5bρ=土壤电阻率(ohm-m) L=阳极长度(m) r=阳极半径（m）

7.7Kg阳极填包后尺寸为：长=762mm，直径=152mm。 Ra=30×ln(2×0.762/0.152)/（2×3.14×0.762）=16.9Ω

假设管道的自然电位为-0.55V，极化电位-1.0V，保护电流1298mA，则管道的接地电阻为=0.35Ω，加上导线电阻，则电路电阻共计17.5Ω。 假设管道的极化电位为-1.0V，镁阳极的驱动电位为-1.75V，则镁阳极的驱动电压为0.75V。

单支阳极的输出电流为：0.75/17.5=43mA，输出1298mA电流需要阳

极为1298/43=30.1支，取30支。

E R9O9

由于根据接地电阻计算的阳极用量大于根据电流量计算的阳极用量，所以，取30支阳极。

将30支阳极沿管道每隔433米埋设一支，然后与管道连接。 5．牺牲阳极系统实际寿命验算：

%&C8 b7@6Xt=WZUQ/8760I=30×7.7×2200×0.5×0.85÷（8760×1.298）=19

6 h-WE57HE5$Tt=19years

b$Qw4^,OW51AK732N牺牲阳极系统的实际寿命为19年。

牺牲阳极保护法在郸城赵寨110kV变电站接地网中的应用

[ 来源：'d' | 类别：技术 | 时间：2010-7-30 8:43:06 ] [字体：大 中 小]

【摘要】郸城赵寨110kV变电站建设的最终规模为:主变容量2×40MVA、110kV进出线4条、35kV进出线6条,站内占地面积4095m2。由于变电站处于工业园区附近,地势低洼,土壤对接地体有较强的腐蚀性,因此对接地装置的地下部分采用牺牲阳极保护法,以延长接地网的使用寿命。

【关键词】牺牲阳极保护法 接地网

一、目的和标准

1.主接地网接地装置的工频接地电阻不大于0.5Ω,独立避雷针的冲击接地电阻不大于10Ω。

2.接地装置的使用寿命不少于20年。

二、依据规范、规程

1.DL/T621—1997《交流电气装置的接地》

2.DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》

3.GB50169—92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

4.SY/T0019—97《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》

5.电力工程电气设备设计手册》(电气一次—接地装置)

6.土壤电阻率ρf(根据当地土壤实际测量)

三、接地网的整体要求

1.接地网工频接地电阻

R=2000/I;

式中:I-入地短路电流。

2.接地装置跨步电压和设备接触电压允许值

Us=(174+0.7ρf)/ √t

Ut=(174+0.17ρf)/ √t

式中:Us—地面跨步电压允许值,V;

Ut—设备接触电压允许值,V;

ρf—地面土壤电阻率

t—接地短路(故障)电流持续时间,S按1S取。

3.设备保护接地:对站内变压器中性点、充油设备和避雷器、进出线架构,要实行“双接地”,并与水平地网的两个不同点相连接,每根接地引下线均应符合热稳定的要求

4.雷电保护接地:要在独立避雷针下加装3—5根垂直接地极

5.主接地网的接地布置和连接

(1)电缆沟的接地布置和连接

①沿电缆沟内敷设均压带,与主网距离1米左右,并每隔8米与地网主干线可靠的连接一次。

②一次设备的接地引下线不得与电缆沟接地带(均压带)连接,也不宜悬空穿越电缆沟。

(2)控制室、通讯室、高压室、主变压器等的接地设计、布置和连接

①主控室、通讯室、高压配电室、主变压器等四周采用环形接地网,这些接地网与主地网之间的相互连接不应少于两处。各主要分接地网之间宜多处连接。

②高压室穿墙套管的接地宜在室外,且每组套管的接地线都要引至主干线。

③进室接地线应在地面以上300mm处穿墙。

(3)避雷针及其接地装置的接地设计、布置和连接

①独立避雷针附近应设单独的集中接地,与主接地网地中距离不小于3米,接地电阻不大于10欧。

②为加强分流,站内接地装置应与线路的架空地线相连。

③配电装置架构避雷针的接地应与主接地网相连。由连接点至变压器接地点沿接地极的长度应不小于15米。

(4)地网采用方孔均压地网,改善地网电位分布,以减少地面的跨步电压和设备的接触电压

(5)接地网外缘应闭合,外缘各角应做成圆弧形,圆弧半径不宜小于均压带距的一半

(6)接地网埋深0.8米

四、接地网参数的计算与校核

1.设计接地网的工频接地电阻

Rn=0.5ρ/√S

其中:S—站内设计水平接地网的总面积,m2

ρf—土壤电阻率,Ω?m

计算结果要求小于要求值0.5Ω。

2.地面的跨步电压和设备的接触电压校核

(1) 设计接地网的地表面最大接触电位差校核:

接地装置的电位Ug=I×Rn

接地网地表面的最大接触电位差Utmax=Ktmax×Ug

其中:最大接触电位差系数Ktmax=Kd×KL×Kn×Ks

Kd=0.841-0.225lgd,Kn=0.076+0.776/n,Ks=0.234+0.414lg(√S),KL =1.0

(2)设计接地网的地表面最大跨步电位差校核

变电站地表面的最大跨步电位差Usmax=Ksmax×Ug

其中:最大跨步电位差系数Ksmax计算公式如下:

要求计算的Utmax、Usmax值均小于对应的Ut 、Us值。

3.设计接地网的热稳定校核:

接地线和接地引下线,尤其是站内的水平接地网,不考虑腐蚀时,接地线的最小截面应符合下式要求:

Sg≥(Ig/C)*√te

式中:Sg—接地线的最小截面

Ig—接地短路电流稳定值

te—短路的等效时间,取1S;

C—接地线材料的热稳定系数,钢接地体取70;

用牺牲阳极保护时,碳钢的腐蚀率最大值为0.01mm/年,对65×6扁钢,30年后的扁钢截面积

S1= (65-0.01×30)×(6-0.01×30)=64.7×5.7 =368.8mm2

取埋地碳钢的自然腐蚀速度为0.1mm/年,15年后的腐蚀为:0.1×15=1.5mm

15年后的扁钢截面积

S2= (64.7-1. 5)×(5.7-1. 5)=265mm2

取接地短路电流Ig为14785A, 短路的等效时间te为1秒,根据热稳定的要求, 接地线的最小截面积Sg

Sg≥(Ig/C)*√te=14785/70*√1 =211mm2

C—接地线材料的热稳定系数,钢接地体取70;

∵265mm2≥211mm2

∴ 水平接地极和接地线可选用65×6热镀锌扁钢,接地装置设计寿命为45年。

4.牺牲阳极保护地网的取材

(1)垂直接地极

∠50×5等边角钢,98根,长=98×2.5=245m

每根表面积为0.525 m2,总面积为51.5 m2

(2)65×5扁钢水平接地极

总长为1400米,总表面积为198.8 m2

(3)(水平+垂直)接地极表面积为198.8+51.5=250.5 m2

(4)镁合金牺牲阳极选用MAZ1-2套装组合件

A、根据该变电站的地质和土壤电阻率,取保护电流密度12mA/ m2,电流强度I

I=0.012A/ m2×250 m2=3A

B、需阳极块的重量W0

W0=IT(365×24)/(0.55×Ah)

= 3×30×(365×24)/(0.55×1100)=1303.21Kg

Ah=1100Ah/Kg,阳极电流效率为55%。

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牺牲阳极技术在钢制煤气管道工程中的应用

摘要：介绍了电化学腐蚀及牺牲阳极的原理。牺牲阳极保护技术的使用情况，牺牲阳权保护的设计、计算、施工及投资测算与经济分析。

1 电化学腐蚀及牺牲阳极的原理

地下燃气管道在使用过程中，存在不同性质的腐蚀。其中电化学腐蚀对于埋地煤气钢管威胁最大。因为电化学腐蚀集中一点，而且速度较快，腐蚀一旦发生、其速度不会减慢也会不停止、往往造成局部穿孔。产生电化学腐蚀原因如下：由十土壤各处物理化学性质个问，管道本身各部分的金相组织结构个同，如品格的缺陷及含有杂质、金属受冷热加工而变形产生内部应力、特别是钢管表面粗糙度不同等原因，使一部分金属容易电离，带正电的金属离子离开金属、而转移到土壤里，在这部分管段上电子越来越过剩，电位越来越负；而另一部分金属不容易电离，相对来说电位较正。因此电子沿管道由容易电离的部分向不容易电离的部分流动、在这两部分金属之间的电子有得有失，发生氧化一还原反应。失去电子的金属管段成为阳极区，得到电子的金属管段成为阴极区。腐蚀电流从阴极流向阳极、然后从阳极流离管段，经土壤又回到阴极，形成回路。在作为电解质溶液的土壤中发生了离子迁移、带正电的阳离子(如H+)趋向阴极、带负电的阴离子(如OH-)趋向阳极。在阳极区带正电的金属离子与带负电的阴离子发生电化学作用、使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀，使钢管表面出现凹穴，以致穿孔；而阴极则保持完好、如图1所示。

基于以上原理，采用牺牲阳极保护技术可保护埋地钠管不受电化学腐蚀。具体原则如图2所示。采用比钢管电位较负的金属材料和钢管相连，电极电位较负的金属与电极电位较正的。

图2 牺牲阳极保护技术原理图

被保护钢管在土壤中形成原电池、作为保护电源，电位较负的金属成为阳极、输出电流过程中遭受破坏，故达到保护钢管的效果。

2牺牲阳极保护技术的使用情况

以前常州市城市煤气中压管网主要使用铸铁管，连接方式是柔性机械接口，使用钢管的工程不多。但随着燃气用户的发展、管网压力的提高，考虑到今后天然气的引入及过渡、钢管越来越广泛的被应用。与铸铁管相比，钢管具有耐压强度高；对预先加工成较长的管段，减少现场施工的困难；焊接接U的抗震、抗压性能高的优点，我们在常锡路、城中北路等新敷设的小压管网使用了埋地钢管。但在我市怀德桥改建工程中，有部分敷设以有十年以上的过街钢管被挖掘出来，虽然钢管表面仍有残留的防腐绝缘层。但由于没有实行牺牲阳极保护技术，钢管表面留有凹坑。根据这些情况表明、埋地钢管外壁防腐绝缘层的损坏是造成管道遭受土壤腐蚀的主要原因。而绝缘层的损坏在施工、维修过程中往往是不可避免的，一旦出现绝缘层的损坏，腐蚀就在被损坏的部位剧烈地进行。为了延长使用寿命、取得良好的经济效益，我们决定对中压管网采用牺牲阳极保护和环氧煤沥青防腐绝缘层保护相结合的方法来达到防腐的目的。

3牺牲阳极保护的设计

以城中北路中压煤气钢管工程为例。经测试该管线地段属中等强度腐蚀性土壤，土壤电阻率取450·m，我们选用了11kg级MUG—3型镁合金牺牲阳极、阳极尺寸为700 x(70+110)* 90mm。

(1)保护对象和范围：a．外环路口至北环路中压煤气埋地钢管：管Φ426。长度为750m。总表面积为1003m2。b．外环路干管：管Φ426、长度为115m、总表而积为154m2。

(2)保护期限为25年。

(3)在有效保护期内、被保护地下钢管的保护电位控制在＜—0．85V(相对铜／饱和硫酸铜参比电极)。 (4)计算

①保护电流的计算

被保护管道所需的保护电流可用下式计算：

I＝i * s (1)

式中 I——被保护管道所需的保护电流，A

i——被保护管道的总表面积，m2

s——管道所需最小保护电流密度、mA／m2

根据经验数据，我们选取最小保护电流密度为i=o．5mA／m2，则埋地管线保护电流：

a．城中北路路段：

I1＝i×s1＝0．5×1003＝501(mA)

b．外环路路段：

I2＝ixs2＝0．5x154＝77(mA)

2镁阳极发生电流的计算

每只镁合金牺牲阳极发生电流按下式计算

If＝(Ep一Ea)／R (2)

式中 If——每支阳极发生电流，mA

Ea———阳极工作电位，V 本方案取—1。50V

Ep——阴极最小保护电位，V本方案取-0。85V

R——每支牺牲阳极的接地电阻，Ω

牺牲阳极的接地电阻R可按下式计算 (3)

式中 p——土壤接地电阻率，Ω.m本方案取45

D——阳极填料包直径、m 本方案取0．3

1——阳极填料包长度。m 本方案取1

t——阳极，f1心至地面距离。m本方案取1 得 R＝14．8o

将R值代入(2)式得 If＝44mA。

③阳极用员计算

阳极用员可按卜式计算：N＝I／If

式中 N——所需阳极支数、支

I——所需保护电流，mA

If——每支阳极发生电流、mA／支

a．城中北路路段

N1＝Il／If＝501／44＝11(支)

b．外环路路段 N2＝I2／If＝77／44＝2(支)

共计使用N＝N1十N2＝11十2＝13(支)。

考虑到和钢管焊缝位置及相连铸铁管要吸收部分 保护电流、所以我们进行设计时、镁阳极实际取18支。

④阳极使用寿命核算

阳极有效使用寿命按下式计算：

式中 Y——阳极有效使用寿命、 年

g——每支阳极重量，kg／支 本方案取11

If——每支阳极实际发生电流量，mA

Q——镁阳极实际电容量，A·h／kg： 本方案取1100

1／K——镁阳极有效利用系数， 本方案取o．75

其中 If＝0．9×If＝0．9x 44mA

则 Y＝26年。

4牺牲阳极保护技术的施工

4．1阳极与电缆电性连接情况检测

阳极到货后，必须用万用表逐支检测阳极与电极之间的电性连接情况，如果发现电性连接不好或断线的阳极，则不能在施工中使用，此外，在施工过程中 严禁用力提拉电缆线，防止电缆接头折断。

4。2阳极表面处理

为加速阳极表面活化，应在组装阳极之前，将阳

“．极表面的油污、氧化物除净。其方法采用砂纸或手动砂轮将阳极打磨一遍，然后用丙酮或无水乙醇擦拭干净。

4．3阳极填料包组装

阳极填料包填料有膨润土、硫酸钙、硫酸镁按照50%、25%、25%比例充填，每条特制的白布袋填充料50kg，装一支经表面处理过的11kg级镁合金牺牲阳极、阳极放在填料包的正中央、阳极必须被填充料紧密包敷、严禁明显偏心，见图3。

4．5阳极床浇水

阳极填料包放入阳极坑后，必须对坑内浇水、坑内水位必须完全浸没阳极填料包，且坑内常积水时间必须超过十小时、以便彻底浸没填料包。

4．6阳极性能测试

(1)阳极填料包装被水浸透后，必须待检测人员对阳极开路电位进行测试后，方可与管道连接。

(2)阳极与管道连接后，必须待检测人员进行阳极工作电位测试后，方可在焊缝处进行防腐。

4．7阳极与管道连接形式

阳极与被保护的管线之间均采用电焊连接、即将阳极导电缆—端有铜鼻广的方钢片直接焊在被保护的钢管上，焊缝小两条、总长度大丁60mm、焊点处及时补涂与管道相同的防腐涂料、防腐等级与管道防腐等级相同 ，并按相同的规范要求进行防腐涂层质量验收、 参阅图示4.

4．8阳极床回填

阳极床回填时严禁向阳极坑内回填砂石、水泥块、塑料等杂物。应回填电阻率低的细土，并应防止后阳续施工中碰断电缆。

5牺牲阳极保护的验收

阳极填料边被水浸透后、必须对阳极件能进行测试，测试内容及指标如下：

(1)阳极开路电位：镁合金牺牲阳极开路电位必须负于—1．5V。该数据足衡量阳极质量好坏的重要标准。

(2)阳极与管道连接后、测量阳极工作电位、该数据是评定牺牲阳极保护项目的实施质量的标准。

(3)管道自然电位：属管道的自然属性、当管道受到腐后、电位会趋正。

6投资测算与经济分忻

6．1投资测算

城中北路工程共埋设Dn400螺旋焊缝中压钢管865mm我们共设置了18支型号为MUG一3的镁合金阳极。

注：0十376、0十612、0十706．4三个桩基号中。由于焊接点的方钢片被污垢附着，使得自然电位偏负。

阳极材料费用：0．25万元／支x18＝4．5万元

阳极安装费用：0．036万元／支x18＝0．648万元

小计 : 5．148万元

管道总投资费用：166万元／公里x 0．865＝143．59万元

阳极保护费用占总投资比例： 3．58％．

6．2经济分析

假设城中北路中压钢管上没有设置阳极保护，其使用年限为15年、若不计残值、每年折旧费用约为10万元。

若使用了阳极保护，其使用年限可达25年，若不计残值、每年折旧费用约为6万元。两者相LL，每年可节约折旧费4万元、经济效益是极为显著的。

电力系统接地分类详解及其特点

在电力系统中，接地是用来保护人身及电力、电子设备安全的重要措施。通常我们将接地分为工作接地、系统接地、防雷接地、保护接地，用他们来保护不同的对象，这几种接地形式从目的上来说是没有什么区别的，均是通过接地接地导体将过电压产生的过电流通过接地装置导入大地，从而实现保护的目的。现代工厂在接地上都要求形成一张严密的网，而所有的被保护对象都挂在这个安全的接地网上，但不同的接地都需要从接地装置处的等电位点连接。

对于防雷接地，主要是通过将雷电产生的雷击电流通过接地网这一有效途径引入大地，从而对建筑物起到保护作用。一般有两种避雷方式供选择，其一是避雷针接地，其二是采用法拉第笼方式接地。它们是两种不同的防雷模式，它们在防雷原理上有显著的区别。避雷针的原理是空中拦截闪电、使雷电通过自身放电，从而保护建筑物免受雷击，避雷针的保护范围是从地面算起的以避雷针高度为滚球半径的弧线下的面积，对于法拉第笼，它认为避雷针的范围很小，而且在避雷针保护的空间内仍有电磁感应作用，而且避雷针附近是强的电磁感应区，有很大的电位梯度，在它周围有陡的跨步电压存在，在这一范围内的人们有生命危险，鉴于种种观点，现在的防雷接地系统中法拉第笼占有重要地位。实

验证明，一个封闭的金属壳体是全屏蔽的，在雷电流通过时，是沿着壳体的外表面流入大地，而在壳体的内部没有感应电动势及磁通，即雷电流没有对内部的设备产生干扰效应。而法拉第笼下部的环状接地环、等电位均压网也避免了人在此等电位环境中被雷击的危险。

采用保护接地是当前低压电力网中的一种行之有效的安全保护措施。通常有两种做法，即接地保护和接零保护。将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接是电气工作的一个重点，也就是我们通常说的接地。将电气设备和用电装置的金属外壳与系统零线相接叫做接零。由于电力系统中采用保护接地，是我们对用电设备、金属结构及电子等设备采取的接地保护措施，这样就可以避免电器设备漏电、线路破损或绝缘老化漏电等漏电事故造成的伤害。通过接地导体将可能产生的线路漏电、设备漏电及电磁感应、静电感应等产生的过电压通过接地回路导入大地，而避免设备等的损坏及保证人生的安全。有了接地保护，可以将漏电电流迅速导入地下，而实现此目的就是要求所有的用电设备、钢结构及电子、仪表设备都要与接地网可靠连接，简单而言，在电力系统中，接地和接零的目的，一是为了电气设备的正常工作，例如工作性接地；二是为了人身和设备安全，如保护性接地和接零。虽然就接地的性质来说，还有重复接地，防雷接地和静电屏蔽接地等，但其作用都不外是上述两种。而针对不同的供电系统，这些接地也有不同的选择。两种不同的保护方式使用的客观环境又不同， 如果选择不当，不仅会影响对设备及人身的保护性能，还会影响电网的供电可靠性。 对于不同供电方式所要求的接地系统也有区别，采取的保护措施也不同。

保护接地中的接零保护与接地保护有几个方面的不同。一是保护原理不同。接地保护的基本原理是限制漏电设备对地的泄露电流，使其不超过某一安全范围，一旦超过某一整定值保护器就能自动切断电源；接零保护的原理是借助接零线路，使设备在绝缘损坏后碰壳形成单相金属性短路时，利用短路电流促使线路上的保护装置迅速动作。二是适用范围不同。根据负荷分布、负荷密度和负荷性质等相关因素。来选择TT系统或TN系统（TN系统又可分为TN-C、TN-C-S、TN-S三种）不同的接地系统。我国现行的低压公用配电网络，通常采用的是TT或TN-C系统，实行单相、三相混合供电方式。即三相四线制380/220V配电，同时向照明负载和动力负载供电。三是线路结构不同。接地保护系统只有相线和地线，三相动力负荷可以不需要中性线，只要确保设备良好接地就行了，系统中的中性线除电源中性点接地外，不得再有接地连接；接零保护系统要求无论什么情况，都必须确保保护中性线的存在，必要时还可以将保护中性线与接零保护线分开架设，同时系统中的保护中性线必须具有多处重复接地。

在中性点不接地的供电系统中发生单相对地，非故障相对地电压可能升高为1.732倍相电压（即线电压），由于电容的倍压效益，接地点的间歇性电弧可能在电网中引起更高的过电压，使非故障相的绝缘薄弱点被击穿，造成两相短路，尤其电缆线路会因电弧发热得不到及时散发而爆炸。而对于一些中性点不接地系统，在发生单相漏电时，因为没有泄露回路或回路电阻过大，而设备仍可以正常运行的原因，而因接地电流很小，问题不容易暴露，而当漏电电流一旦与接地良好的金属连接，就有火花放电等现象发生，系统就出现工作不正常现象。因此对于这些小电流接地系统发生单相漏电时，不允许长时间运行，应尽快查出漏电部位并采取保护。

而对于中性点接地的供电系统，当发生单相接地故障时，接地点与供电设备接地点之间就会形成回路，接地电流很大，这种系统被称做大电流接地系统，而两个接地点的阻值越小，接地电流就越大。所以对于中性点接地系统，中性点直接接地运行方式下应做到以下三点：①所有用电设备在正常情况下不带电的金属部分，都必须采用保护接零或保护接地；②在三相四线制的同一低压配电系统中，保护接零和保护接地不能混用，即一部分采用保护接零，而另一部分采用保护接地，但若在同一台设备上同时采用保护接零和保护接地则是允许的，因为其安全效果更好；③要求中性线必须重复接地，因为在中性线断开的情况下，接零设备外壳上都带有220V的对地电压，这是绝不允许的。

而我个人认为，有了这些很好的接地理论及体系，在设计及施工过程中，要实现彻底的接地保护，有两个工作重点也是不容忽视的，第一部分接地装置的安装，它们必须确保接地阻值在设计范围之内，具备安全、可靠的优点，而且需要通过定期的测量确定接地可靠性；

第二部分就是引下线及接闪器，设备、金属结构及用电装置壳体等与接地网的可靠、正确连接。因为有可能一点疏忽就可能对设备及人生的接地保护上失败。例如，我们通常所有的接地连接在一起，构成一张严密的网，而各种设备与他们连接的点不同也是有很大区别的。如果你认为，所有的接地都连接在一起，而选择仪表接地时想就近，选择了一根防雷引下线作为仪表系统接地的引入点，在发生雷击过电流时，就有可能因大的雷击过电流及强的电磁感应对仪表设备及PLC等一些接地要求很严格的精密设备赞成损坏。所以接地连接需要我们一定按设计及规范施工。通常情况下，对于单个建筑物，从接地极、接地网（底下暗敷部分）到等电位接地板，需要将接地网引上点都接到此点，再由此往各个设备及及需要接地保护的部位连接，这样避免电器漏电或雷击过电流给人造成伤害，也避免给其他设备造成损坏。漏电流直接由接地线通过等电位接地板对地放电，从而达到接地的目的。

阴极保护的基本知识

阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。

阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。美国腐蚀工程师协会（NACE）对阴极保护的定义是：通过施加外加的电动势把电极的腐蚀电位移向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低。牺牲阳极阴极保护就是在金属构筑物上连接或焊接电位较负的金属,如铝、锌或镁。阳极材料不断消耗,释放出的电流供给被保护金属构筑物而阴极极化，从而实现保护。外加电流阴极保护是通过外加直流电源向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。

保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止（或可忽略）时所需的电位。实践中，钢铁的保护电位常取-0.85V（CSE），也就是说，当金属处于比-0.85V（CSE）更负的电位时，该金属就受到了保护，腐蚀可以忽略。

阴极保护是一种控制钢质储罐和管道腐蚀的有效方法，它有效弥补了涂层缺陷而引起的腐蚀，能大大延长储罐和管道的使用寿命。根据美国一家阴极保护工程公司提供的资料，从经济上考虑，阴极保护是钢质储罐防腐蚀的最经济的手段之一。

网状阳极阴极保护方法

网状阳极阴极保护方法是目前国际上流行且成熟的针对新建储罐罐底外壁的一种有效的阴极保护新方法，在国际和国内都得到了广泛应用。网状阳极是混合金属氧化物带状阳极与钛金属连接片交叉焊接组成的外加电流阴极保护辅助阳极。阳极网预铺设在储罐基础中，为储罐底板提供保护电流。

网状阳极保护系统较其它阴极保护方法具有如下优点：

1) 电流分布均匀，输出可调，保证储罐充分保护。

2) 基本不产生杂散电流，不会对其它结构造成腐蚀干扰。

3) 不需回填料，安装简单，质量容易保证。

4) 储罐与管道之间不需要绝缘，不需对电气以及防雷接地系统作任何改造。

5) 不易受今后工程施工的损坏，使用寿命长。

6) 埋设深度浅，尤其适宜回填层比较薄的建在岩石上的储罐。

7) 性价比高，造价仅为目前镁带牺牲阳极的1倍；虽然长期由恒电位仪提供电流，但其可靠性，寿命和综合经济效益远高于牺牲阳极；

深井阳极阴极保护

深井阳极阴极保护是近年来兴起的一种阴极保护方法，采用的阳极与浅埋基本相同，但施工较浅埋阳极复杂得多，且一次性投资比较高，调试比较麻烦。现场是否适合采用深井保护还需考虑当地的地质情况、地层结构以及周围金属构筑物的分布情况。但从其保护效果及投资来说，推荐在需要对整个大型罐区和埋地管网进行保护时采用。深井阳极也可用于保护长输管道，但由于现场施工复杂等原因，一般很少采用。

柔性阳极产品

柔性阳极亦称缆形阳极，是一种新型阳极，早期主要是为解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题而研制开发，目前已广泛应用于新建和已建管道及储罐的保护。

该阳极的基本结构为铜芯外面包裹导电聚合物及耐酸碱编织层，然后经过特殊的工艺处理，使之具有耐热、抗老化的性能，在允许在工作电流范围内，其工作寿命预期可达40年以上。这种结构，铜芯确保了纵向低电阻，可以把电流传到很远；而且导电聚合物确保了横向有一较高电阻接地，使铜芯中的电流只能慢慢地“滴入”地中。柔性阳极产品和常规辅助阳极相比，柔性阳极在下列领域具有优越性：

①覆盖层老化的旧管道；

②错综复杂的管网；

③储罐罐底外壁；

④长距离、小间距平行的管道；

⑤高电阻率环境。

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埋地钢结构防腐蚀技术

埋地金属构筑物的种类繁多，包括输送各种流体的金属管道、管网，也包括各种各样的金属储罐，以及各种避雷接地装置（网）等等。这些金属构筑物直接或通过防腐层间接与土壤接触。土壤是由固态、液态、气态三相物质所组成的复杂的混合体系，它的结构、成分以及其它环境因素的相互作用，使得土壤腐蚀性比其他介质更为复杂。土壤酸碱性、细菌类型及含量、无机盐离子类型及含量、杂散电流大小及方向等是影响其腐蚀性能的重要因素，有时土壤的这种腐蚀是很严重的。总体上讲，土壤腐蚀会不同程度降低金属构筑物的使用寿命。而且，由于不同条件下金属构筑物会发生不均匀腐蚀，对管道而言会造成局部穿孔，更是大大影响了整条管道的使用寿命。因此对埋地金属构筑物进行有效的保护是十分必要的，现有解决方案一般采用外涂层与阴极保护联合使用的方法。阴极保护分为牺牲阳极保护和强制电流保护两种方法，以下对两种方法分别进行介绍。

1．牺牲阳极法

将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属和合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低速率的方法。

在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极。通常用作牺牲阳极的材料有镁和镁合金、锌合金、铝合金等。镁阳极适用于淡水和土壤电阻率较高的土壤中，锌阳极大多用于土壤电阻率较低的土壤和海水中，铝阳极主要应用在海水、海泥以及原油储罐污水介质中。

牺牲阳极保护法的主要特点是：

(1) 适用范围广，尤其是中短距离和复杂的管网

(2) 阳极输出电流小，发生阴极剥离的可能性小

(3) 随管道安装一起施工时，工程量较小

(4) 运行期间，维护工作简单。

(5) 阳极输出电流不能调节，可控性较小。

2. 强制电流保护法

将被保护金属与外加电流负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地电池中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子的氧化反应，使腐蚀受到抑制。强制电流保护法的主要设备有，恒电位仪、辅助阳极、参比电极。

强制电流保护法的主要特点是：

(1) 适用于长输管线和区域性管网的保护

(2) 输出电流大，一次性投资相对较小

(3) 安装工程量较小，可对旧管道补加阴极保护

(4) 运行期间需要专业人员维护

(5) 容易实现远程自动化监控

3.强制电流阴极保护系统组成

* 阳极地床

阳极地床一般分为浅埋阳极地床和深井阳极地床两种。

* 阴极保护控制系统

阴极保护的控制系统由恒电位仪、控制箱、阳极地床、阴极通电点组成 * 阳极地床通过汇流电缆与恒电位仪阳极接点相连。阴极通电点设置两根阴极电缆和两支电位控制用长寿命固体硫酸铜参比电极。

* 阴极保护检测系统

阴极保护检测系统由恒电位仪和管线测试桩组成，恒电位仪可以自动测量通电点的电位、恒电位仪的工作电位和输出电流；管线测试桩可检测管道的保护电位和牺牲阳极的工作电位、输出电流、开路电位。

* 阴极保护排流系统

杂散电流干扰强烈的地区的管道应采取排流保护。在长输管道与高压输电线路平行段或者与电气化铁路交叉平行段必须根据杂散电流影响的大小设置排流阳极组。

* 临时保护系统

按照阴极保护设计规范的要求，如果管道的施工期超过6个月，此管道应该设置临时阴极保护系统，来避免外加电流阴极保护系统投用前管道受到土壤的腐蚀。

* 阴极保护绝缘与电连接系统

为保障阴极保护电流不泄漏到非保护的金属部分，在长输管道两端设置绝缘接头。

* 套管中管道的阴极保护

当管道穿越公路、铁路时，需要加钢质套管。为了保证套管中管道在设计寿命年限之内不受腐蚀，必须采用镯式锌阳或锌带极进行阴极保护。

牺牲阳极

在腐蚀介质中，当牺牲阳极与保护体形成电性连接后，靠阳极自身的溶解提供阴极保护电流，作为牺牲阳极的材料一般具备以下几个条件：

1． 具有足够负的电位，且很稳定。

2． 工作中阳极极化率小，溶解均匀，产物可自动脱落。

3． 有较高的电流效率。

4． 电化学当量高。

5． 腐蚀产物无毒，不污染环境。

6． 价格便宜，来源方便。

目前较常用的牺牲阳极材料有锌基、铝基和镁基合金阳极，其材料成分和电化学性能不同，应用环境也有所不同。

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外加电流阴极保护产品

外加电流阴极保护法，是通过外加电源来提供所需的保护电流。将被保护的金属作阴极，选用特定材料作为辅助阳极，从而使被保护金属受到保护的方法。

外加电流阴极保护系统由如下几部分组成： ① 直流电源， ② 辅助阳极， ③ 参比电极。此外，为使阳极输出的保护电流更均匀，避免阳极附近结构物产生过保护，有时在阳极周围还须涂刷阳极屏蔽层。为使船舶的轴及推进器等转动结构获得良好的保护，应加装轴接地装置。

直流电源

在外加电流阴极保护系统中，需要有一个稳定的直流电源，以提供保护电流。目前，广泛使用的有整流器和恒电位仪两种。一般，当被保护的结构物所处的工况条件（如浸水面积、水质等）基本不变或变化很小时，可以采用手动控制的整流器；但当结构物所处的工况条件经常变化时，则应采用自动控制的恒电位仪，以使结构物电位总处在最佳保护范围内。

在工程中广泛使用的恒电位仪主要有三类：可控硅恒电位仪、磁饱和恒电位仪和晶体管恒电位仪。可控硅恒电位仪功率较大、体积较小，但过载能力不强。磁饱和恒电位仪紧固耐用，过载能力强，但体积比较大，加工工艺也比较复杂。晶体管恒电位仪输出平稳、无噪声、控制精度较高，但线路较复杂。

辅助阳极

辅助阳极的作用是将直流电源输出的直流电流由介质传递到被保护的金属结构上。可作辅助阳极的材料有很多，如废钢铁、石墨、铅银合金、高硅铸铁、镀铂钛、包铂铌以及混合金属氧化物电极等。这些材料各有其特点，适用于不同的场合。

我所在辅助阳极材料研究与开发方面做了很多工作，开发的铂铌阳极等具有体积小、排流量大、使用寿命长、工作稳定可靠等优点。已广泛应用于船舶、钢桩码头、循环水泵、冷凝器及海水管道的保护中。

参比电极

参比电极的作用有两个：一方面用于测量被保护结构物的电位，监测保护效果；另一方面，为自动控制的恒电位仪提供控制信号，以调节输出电流，使结构物总处于良好的保护状态。在工程中，常用的参比电极有铜/饱和硫酸铜、银/卤化银及锌参比电极等，这些参比电极各具特点，适用于不同的场合。我所研制的埋地管线阴极保护用长寿命铜/硫酸铜参比电极，因具有性能稳定可靠、使用寿命长等优点，而被广泛使用。为保证外加电流系统的控制和检测，我所研制了海水Ag/AgCl和高纯锌复合参比

电极。

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3# 只看作者 回复于：2008-11-4 10:25:32 回复本贴

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城市埋地煤气管道的阴极保护方法

埋在土壤中的金属管道由于各种原因管道表面将出现阳极区和阴极区，并在阳极区发生局部腐蚀。阴极保护就是利用外加手段迫使电解质中被保护金属表面都成为阴极，以达到抑制腐蚀的目的。使用阴极保护时，被保护的金属管道应有良好的防腐绝缘层，以降低阴极保护的费用。阴极保护技术根据保护电流的供给方式，可分为牺牲阳极法和强制电流法两种保护方法。采用牺牲阳极法的主要优点有：无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、无需征地或占用其他建构筑物、保护电流利用率高等，因此特别适合于城市范围内的埋地钢管腐蚀。而我公司输配管网绝大部分均埋设在市区范围，因此我公司予以推荐。另方面，强制电流法则有：保护范围大、适合范围广、激励电势及输出电流高、综合费用低等优点，故适合用于长输管线或市郊管线的防腐。如应用于市区范围内时，则由于其会产生干扰电流而影响其他管线及建筑物，且还需要征地或占用建筑物，因此在实施时会带来较大的困难。因此，城市埋地煤气管道防腐的阴极保护宜用牺牲阳极法。当条件许可时，也可采用强制流保护法。目前，在我公司城市燃气输配管网中，已全面采用牺牲阳极法来进行管道防腐。

广州埋地燃气管道阴极保护的设计与施工

3.1 牺牲阳极选用及布点的技术要求

（1）电防护法在选用时应符合以下要求

a）锌阳极不得使用在土壤电阻率＞20O?m的场合；

b）镁阳极不宜使用在土壤电阻车＞100Ω?m的场合；

c）外加电流阴极保护法在选用时不受土壤电阻率的限制。

（2）采用牺牲阳极法时，选用阳极的保护效果应符合以下要求：

a）对地电位应达到-0.85V或更负；

b）通电时，阴极电位较自然电位向负方向变化值应大于300mV；

c）当土壤或水中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根含量大于0.5％时，通电后，对地电位应达到-0.95V或更负。

（3）在牺牲阳极法中的镁阳极选用时，必需按照表1来进行选取。

（4）牺牲阳极在埋设时，与保护的燃气管道的距离不宜小于0.3m，也不宜大于7m，埋设深度不宜小于1m，且直埋设在潮湿的土壤中。埋设形式可采用立式或卧式。在阳极与保护管道之间，严禁设置其他金属构筑物。

（5）牺牲阳极检测桩、检测头在设置时应符合下列要求：

a）检测桩、检测头宜设置在燃气主干管沿线；

b）宜每5组牺牲阳极或至少1Km设置1个检测桩；

c）检测桩应设置在牺牲阳极附近，且宜安装在管道沿线中土壤腐蚀性强、湿度大、地下水位高或管道绝缘防腐层薄弱的地点；

d）宜每在每个检测桩附近设置1个检测头。

（6）设置检查桩和检测头的目的：检测桩是为了监测牺牲阳极装置的保护电位。检测头是为了检测、掌握阴极保护系统运行后管道被保护状态而设置。

3.2牺牲阳极的施工要求

a）阳极的埋设：按比例配制、调匀好填料，装入φ300×1000的棉或麻布袋中，将经过用铁砂纸打光及表面清洁处理的阳极及时插人填料中心位置，并压实；包外用铁线缠绕绑实平卧或竖直埋设在管道侧边的2-3M处，埋深应与管道埋深相同，并要在冰冻线以下，用细原土掺盐分层浇水湿润后回填混凝土。

b）所有的电缆与阳极、铜鼻子、管道、加强板的连接采用锡焊（分线盒内的连接除外），焊接前都要剥去防腐绝缘层，清洁、打光焊接处；在焊接处及电缆的外裸部位必须做好绝缘防腐处理；电缆加PVC保护套管松缓自然埋设，埋深与管道埋深相同。

c）在防护罩内的电缆要有个0.8M的冗余长度（电缆冗余部分不加PVC保护套管），以便将分线盒提出地面检测参数；分线盒的两个出人线孔用浸过沥青的麻丝填实，再用沥青填平做防水处理。

d）连接管道的电缆颜色应与其它电缆颜色区分开，以便辩认检测。

e）分线盒在施工安装、检测完毕后，分线盒盖子须拧紧防水。

f）阳极的埋设点必须做永久性标志，并填入\投产保护参数测量表\中，永久性标志可以包括周围建筑物。

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深井阳极的埋藏

深井阳极是深度在 15 米以下的竖直阳极。主要用作地表空间狭小或地表土壤电阻率高的场合下的阴极保护系统阳极。采用深井阳极的优点之一是阳极距离被保护结构有一定距离，使保护电流的分布更加均匀，另外，也会减小对其他埋地金属结构的腐蚀干扰。为了便于阳极的安装，保证工程质量，近年发展的贵金属氧化物阳极串得到了广泛应用。本文将对阳极串深井阳极的设计、选材、安装进行介绍。

1. 阳极串及电缆：

阳极串是将几支贵金属氧化物筒状阳极固定在一根阳极电缆上，贵金属氧化物阳极具有不消耗、电流输出大、体积小、重量轻的优点。与之相对应的阳极电缆应耐侵蚀。阳极工作时，阳极反应会产生氯气并使阳极电缆处于酸性介质中。因此，阳极电缆的绝缘层要能够抵抗氯气的侵蚀。经常采用的阳极电缆绝缘层为 PVDF/HMWPE。截面积一般是8 – 10 mm2。

2. 土壤电阻率

土壤电阻率在深井阳极设计中有很大的影响，它决定阳极的用量、阳极井的直径以及深度、电源设备的功率等。一般将阳极位置选在土壤电阻率低、土质均匀的地点。电阻率有两种方式获得，一是现场测试，二是利用现有的阴极保护系统进行估算。阳极的接地电阻一般占系统电阻的85%。 如果附近的阴极保护设施输出电压 40V， 电流20A，则该系统的电阻为 2 欧姆。阳极的接地电阻为 2x 0.85 = 1.7 ohm。 据此，可根据相应阳极地床的电阻公式计算出土壤的电阻率。阳极接地电阻将直接影响系统的运营成本，一般来讲，接地电阻不大于 0.5 欧姆。

3. 阳极井的尺寸

影响阳极接地电阻的主要因素是阳极井深度。考虑阳极井的直径时，应充分考虑到排气管（25mm）、阳极以及电缆将占据相当的空间。因此，阳极井的直径一般不小于200mm。直径小于200mm时，应对阳极的安装进行严格控制，输出电流大时，应增大阳极井直径。

4. 回填料的电流密度

阳极井的尺寸不是随意确定的，它将受到一系列因素的影响。其中之一是填料与土壤接触面上的电流密度。经验表明，对于回填料的电流密度要进行限制，其原因如下：

1. 阳极与土壤之间必须保持一定的湿度，由于电渗透效应，阴极保护电流试图将水分蒸干，其程度取决于土壤类型以及电流密度。

2. 阳极反应消耗水分并产生气体，气体的积聚或阳极表面的干燥都会增大阳极的接地电阻。气体的产生量直接与电流密度有关。

3. 在特殊情况下，阳极与土壤接触面的温度会升高，这也会加快水分的蒸发速度，而温度又和电流密度、土壤导热性以及阳极尺寸有关。

4. 建议回填料电流密度按下表选取：

土壤类型 回填料电流密度 (mA/m2)

非常干燥 1.08

干燥 1.61

半干 （ 在水位线以上） 2.15

潮湿 （ 处于地下水位以下） 3.22

开放式阳极井 4.95

填料电流密度确定后，就可以确定阳极长度了。阳极长度只能大于计算值。

1. 回填料的选择

使用填料的目的是减小阳极接地电阻、由于阳极反应转移到填料上，减小阳极的消耗、减少气阻、保持阳极井的形状。因此，填料应具有低电阻率、小粒径以及高密度是很重要的。回填料分为两类，即，石油焦碳以及冶金焦碳。建议采用石油焦碳，它是高温烧制成的，具有良好的导电性和均匀性。建议将焦碳回填料用泵从阳极井底部打入井中。

回填料的指标：

电阻率 10 ohm.cm max

粒径 通过 200 – 20 号筛

含碳量 90% min

密度 1120kg/m3

采用低电阻率填料将减少阳极用量，在同一地质条件以及阳极井尺寸情况下，填料电阻率低，阳极间距增大，填料电阻率高，阳极间距减小。尽管厂家声称的填料电阻率会很低，但考虑到实际安装阳极时，阳极的密实程度、水含量等不确定因素，设计时，填料电阻率最小取2.0 ohm.cm。填料颗粒最好是球形，这种形状易于回填和压实。另外，为了补充阳极工作时对填料的消耗，填料长度一般要低于最下面的阳极 3 米， 高于最上面的阳极 3 米。

2. 排气管

采用排气管的目的除了排除气体，减小气阻外，它还可以用来散发热量、回注水。安装阳极时，可以利用排气管辅助阳极安装。排气管上的小孔或狭缝要小于填料粒径以防止被填料或淤泥堵塞。推荐排气管直径为25mm，填料柱以上的排气管没有钻孔或狭缝。

3. 定位器

使用定位器的目的是保证阳极处于填料的中心部位。填料密实以及阳极工作后，定位器将很快腐蚀掉。一般一根阳极安装两个定位器。

4. 阳极串配重

为了使阳极串顺利的下降到阳极井的底部，在阳极串底部要连接一个重物，通常是混凝土重块，重量在 5--7 公斤之间。将此重物用塑料绳与阳极串底部连接，距离底部阳极下端3米。 当采用复式阳极电缆时，重块与阳极电缆折弯处连接，距离底部阳极下端3--4米。 5. 套管

套管不仅为阳极井提供支撑作用，方便阳极串安装，同时可以限制阴极保护电流从近地表释放。套管的长度、材质、高出地表的距离都取决于阳极井类型以及土质条件。

6. 不导电填料

采用不导电填料的目的是减小阴极保护电流在近地表处释放。通常用砾石、粗砂回填阳极柱上方的阳极井。

7. 电源设备

计算出阳极的接地电阻后，就可以根据保护电流确定整流器的功率。需要注意的是阳极接地电阻一般只占整个阴极保护系统电阻的85%。处于焦碳回填料中的阳极具有2 伏的反电动势。选取设备容量时，还要予留15%的裕量。当几个阳极井共用一台整流设备时，要经过可调电阻将阳极电缆与设备连接。

8. 阳极的安装

1. 安装套管：打完阳极井后，首先安装6米的塑料套管。该套管位于阳极井顶部，其直径要比阳极井大5--6厘米。建议将此套管留在阳极井中。

2. 井下试验：建议进行阳极井沿深度方向的电阻测试，以确定最佳阳极安放位置，从而减小接地电阻。测量时，将阳极井充满水，测量辅助阳极与被保护结构之间的电阻。

3. 阳极井清理：用清水将泥浆置换出。

4. 安装阳极：将排气管平放在地面上，将其底部封住。将阳极串靠近排气管平放，排气管的下端部超出底部阳极下端0.5米。

5. 用塑料绳将配重块连接到最下部的阳极，距离阳极下端部3米。对于复式电缆的阳极串，配重块连接到电缆上，距离底部阳极下端3.5米。

6. 将阳极串、排气管、电缆固定在一起。此时，在阳极上安装定位器。阳极电缆每隔2米用胶带与排气管固定一次。固定阳极时，阳极距离排气管的距离为5--7厘米。

7. 将填料注入管下放到阳极井底部，或在安放阳极串的同时下放注料管。下放阳极串/排气管。阳极串定位后，迅速固定好阳极电缆。

8. 用泵将填料打入阳极井，此操作一旦开始，中途将不能停止，直到填料填充完毕。从阳极井的底部注入填料，将避免产生孔隙、填压不实等问题出现。用粗砂或砾石将填料上部的空间填满。

9. 高出地表的套管要加盖帽，盖帽下面的套管部分要钻出很多直径6.35mm的小孔，以利于气体排放。

10. 排气管上端要加盖滤帽，防止昆虫进入。

牺牲阳极接地电阻以及发电量计算

一、阳极接地电阻 Ra=ρln(L/r)/2πL Ra=阳极接地电阻(ohms) ρ=土壤电阻率(ohm-m) L=阳极长度(m) r=阳极半径（m）

需要指出的是，由于填料电阻率很低，阳极的长度和半径是根据填料袋尺寸来确定。 二、阳极驱动电位

假设被保护结构的极化电位为-1.0V，则驱动电压 ΔV=V+1.0。

V=阳极电位：高电位镁阳极-1.75V，低电位镁阳极-1.55V，锌阳极电位-1.10V。 三、阳极发电量计算 阳极实际发电量I=ΔV/Ra 四、应用举例：

某埋地管道，长度为13公里，直径159毫米，环氧粉末防腐层，处于土壤电阻率30欧姆.米环境中，牺牲阳极设计寿命15年。计算阳极的用量。

由于土壤电阻率较高，设计采用高电位镁阳极阴极保护系统。 1、被保护面积：A=π×D×L D=管道直径，159mm L=管道长度，13x103m A=3.14×0.159×13000=6490m2

2、所需阴极保护电流：I=A×Cd×（1-E） I=阴极保护电流

Cd=保护电流密度，取10mA/m2 E=涂层效率，98% I=6490×10×2%=1298mA

3、根据设计寿命以及阳极电容量计算阳极用量 W=8760It/ZUQ I=阳极电流输出(Amps) t=设计寿命(years) U=电流效率(0.5) Z=理论电容量(2200Ah/kg) Q=阳极使用率（85%） W=阳极重量(Kg)

W=8760×1.298×15/（2200×0.5×0.85）=183Kg 选用7.7公斤镁阳极，需要24支。 4、根据阳极实际发电量计算阳极用量 Ra=ρln(L/r)/2πL Ra=阳极接地电阻(ohms) ρ=土壤电阻率(ohm-m) L=阳极长度(m) r=阳极半径（m）

7.7Kg阳极填包后尺寸为：长=762mm，直径=152mm。

Ra=30×ln(2×0.762/0.152)/（2×3.14×0.762）=16.9Ω

假设管道的自然电位为-0.55V，极化电位-1.0V，保护电流1298mA，则管道的接地电阻为=0.35Ω，加上导线电阻，则电路电阻共计17.5Ω。

假设管道的极化电位为-1.0V，镁阳极的驱动电位为-1.75V，则镁阳极的驱动电压为0.75V。

单支阳极的输出电流为：0.75/17.5=43mA，输出1298mA电流需要阳极为1298/43=30.1支，取30支。 由于根据接地电阻计算的阳极用量大于根据电流量计算的阳极用量，所以，取30支阳极。 将30支阳极沿管道每隔433米埋设一支，然后与管道连接。 5．牺牲阳极系统实际寿命验算：

t=WZUQ/8760I=30×7.7×2200×0.5×0.85÷（8760×1.298）=19 t=19years

牺牲阳极系统的实际寿命为19年。

输变电系统接地网的防蚀保护

北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008-6-4 18:30:59

所属频道: 电网 关键词: 系统接地 接地

：254耿汉杰1李诚1许崇武2常涌2

（1.武汉供电公司，湖北武汉4300002.武汉大学，湖北武汉430072）

[摘要]本文简要阐述输变电系统接地网防蚀保护的重要性及可采取的防蚀措施。介绍了采用电化学保护技术防止接地网腐蚀的工程实践效果及可替代碳钢的NAS材料的耐蚀性能。1对新、老接地网可采取的防蚀措施提出参考建议。

[关键词]接地网防蚀电化学保护NAS材 1输变电系统接地网需要防蚀保护

随着对电力输变电系统的安全性要求的提高，对接地网的性能和安全运行的要求也越来越严格，对接地体材料的耐腐蚀性和热稳定性的要求也越来越高。由于资源和经济等原因，我国接地网所用材料主要为碳钢。接地网的腐蚀源于普通碳钢在腐蚀性土壤环境中的电化学腐蚀以及电网设备运行中的泄流电流造成的腐蚀。腐蚀使接地网材料表面生成氧化物，截面积减小或甚至断裂，造成接地性能不良和热稳定性恶化，危及设备及人身安全。因此缓解接地网金属材料腐蚀，保证接地网接地性能的稳定性，延长接地网使用寿命，是输变电系统安全生产上要解决的课题。我国输变电系统变电站有许多是建在具有中等以上腐蚀性的土壤中，碳钢接地网的腐蚀十分普遍，据某省的调查统计，其中严重腐蚀的超过13。一些地区的输变电系统接地网的使用寿命仅有10年，腐蚀严重的3～4年就出现接地网或引下线腐蚀断裂。而且在这过程中因腐蚀发展使接地电阻增大而恶化接地网的接地性能。

图1为某滨海城市的一城区变电站包了某种降阻剂的碳钢接地网腐蚀状况，碳钢材料表面布满蚀坑，边缘腐蚀成刀口状。

图1某滨海城市城区变电站包了某种降阻剂的碳钢接地网 （碳钢材料表面布满蚀坑，边缘腐蚀成刀口状）

图2为某内陆城市的一城区变电站电缆沟中的接地网碳钢腐蚀状况。

图2某内陆城市城区变电站电缆沟中的接地网腐蚀

为防止接地网锈蚀影响接地性能，目前通常采用扩大接地体截面；使用镀锌钢材料；使用降阻剂、混凝土包裹等方法。也有想用导电涂料表面涂装等方法。

采用镀锌钢材料，试验表明，在输变电设备接地网有泄流电流的影响时，其耐蚀性能与普通碳钢相比，提高不多，不能明显改善接地网的防蚀性能。

使用降阻剂时，如果其降阻是由于含有强导电性的盐份起作用，则会增加对接地网的腐蚀性。 采用导电涂料表面涂装的方法由于对导电涂料的导电性能和理化性能要求高，价格昂贵，施工难度大，使用寿命有限。

经过多年的努力，我们对已在运行的接地网研究采用加电化学防蚀技术保护；对新建接地网，可采用耐蚀性能优良的非铜质NAS材料或加电化学防蚀技术保护的方法。

接地网实施电化学保护后，其腐蚀受到了抑制，电化学保护效果良好。在我们的工程实践中保护度达90以上，可使原接地网使用寿命延长1倍以上。

经过实验室试验及变电站现场埋置试验，开发筛选出的非铜质金属材料NAS在盐碱性、弱碱性和酸性土壤中，均表现出具有良好的耐蚀性能，比普通碳钢延长使用寿命2倍以上。

对《变电站接地网防蚀保护》课题的研究成果在2001年获得了《中国电力科学技术奖》（第一届）。 2接地网应用电化学保护方法防蚀

电化学阴极保护技术是控制和减缓接地网金属腐蚀的极有效而又很经济、省事的方法。可用于老、新接地网的防蚀保护，使原接地网使用寿命延长1倍以上，并且防止了因腐蚀而劣化接地性能。实践表明，对接地网实施电化学保护具有投资不大、施工快捷、运行稳定，保护效果良好。

电化学保护技术防蚀的原理是基于金属腐蚀的电化学理论，为了缓解金属在电解质（水、土壤等）中表面阳极区的溶解（腐蚀），人为地由外部向地下腐蚀的接地网金属提供阴极直流电流的方法，在被保护金属表面微阳极区叠加与局部腐蚀电流方向相反的电流，使金属电化学电位降低（阴极极化），迫使金属表面的阳极区消失或转变为阴极，因此从根本上降低金属的腐蚀倾向和腐蚀速率，减少金属的溶解，达到抑制接地网碳钢土壤腐蚀的效果。

在实际工程应用上，根据金属腐蚀电极过程动力学原理和碳钢在接地网土壤中的实测极化曲线及实际工程应用经验可知，从外部把阴极电流输入接地网系统时无须将碳钢的电位极化到最活泼的阳极区的开路电位，只须根据现场接地网结构和土壤理化及电学性能将碳钢的电化学电位阴极极化一定的幅度，碳钢在土壤中的腐蚀速率就有明显的下降，局部腐蚀倾向和程度明显减轻，保护效果显著，减缓金属的腐蚀达到满足接地网防蚀的要求。

根据外部提供阴极电流的方式的不同，阴极保护方法可分为牺牲阳极法和外加电流法两种。 牺牲阳极法是用一种更活泼的金属或合金与被保护的金属连接在一起，靠该合金不断地腐蚀溶解产生的电流来保护被保护的金属。可用作牺牲阳极的材料有锌合金，镁合金，铝合金等。这种方法不需要外部电源，但须在变电所地下埋设数量较多的牺牲阳极块，并且需定期更换。若土壤电阻率大，则因牺牲阳极金属能输出的电流很小而无法采用。

外加电流法阴极保护技术是依靠外部的自动控制直流恒电位/恒电流电源向接地网提供阴极保护电流的方法。它通过埋设于地下的阳极向作为阴极的接地网金属输送所需的保护电流；以参比电极来控制保护电流的大小。此种方法可输出的电流大且可调，电位可以人为设定，使用寿命长，因而适用于在面积大或土壤电阻率高的接地网上采用。但在保护装置系统的设计上要考虑全面，小心。

3接地网电化学防蚀保护工程的防蚀效果例

3.1某内陆城市城区变电站接地网电化学防蚀保护工程的防蚀效果

图3为该内陆城市城区变电站土壤内埋设的不连接地网，没有输变电系统泄流作用、没有电化学

保护的碳钢试片照片（埋地180天）。

图3某内陆城市城区变电站不连接地网，没有泄流作用、 没有电化学保护的碳钢试片（埋地180天）

从图3可以看出，整个试片表面已坑洼不平，表面布满大量的直径超过3㎜、深度超过1㎜以上的大腐蚀坑。试片边缘也开始出现缺损，呈明显的局部腐蚀状态。

图4为该内陆城市城区变电站土壤内埋设的连接接地网、有输变电系统泄流作用、但有电化学保护的碳钢试片照片（埋地180天）。

图4某内陆城市城区变电站连接地网，有泄流作用 有电化学保护的碳钢试片（埋地180天）

从图4可以看到，试片表面平整，看不到明显的腐蚀坑，试片边缘整齐，没有缺损。局部腐蚀基本消除。

由埋设同样时间的、有和没有电化学保护的碳钢试片的失重量数据比较，该内陆城市城区变电站接地网电化学保护装置的防蚀保护度达到了93.4。

3.2某滨海城市城区变电站接地网电化学防蚀保护工程的防蚀效果

图5为该滨海城市城区变电站土壤内埋设的不连接地网，没有输变电系统泄流作用、未有电化学保护的碳钢试片照片（埋地380天）。

图5某滨海城市城区变电站不连接地网，没有泄流作用、 没有电化学保护的碳钢试片（埋地380天）

从图5可以看到，试片呈明显的局部腐蚀状态，表面已有大量的直径超过3㎜、深度超过2㎜的大腐蚀坑形成，边缘已现缺损。

图6为该滨海城市城区变电站土壤内埋设的连接接地网、有输变电系统泄流作用、得到电化学保护的碳钢试片照片（埋地380天）。

图6某滨海城市城区变电站连接地网，有泄流作用 有电化学保护的碳钢试片（埋地380天）

从图6可以看到，试片表面平整，没有明显局部腐蚀现象。试片边缘整齐、无缺损，保护良好。 由埋设同样时间的、有和没有电化学保护的碳钢试片的失重量数据比较，该滨海城市城区变电站接地网电化学保护装置的防蚀保护度达到了91.8。

4NAS材料在变电站土壤中的耐蚀性能

图7为在某滨海城市城区变电站土壤中不连接地网、埋设380天后取出NAS材料试片。

图7在某滨海城市城区变电站土壤中不连接地网的 NAS材料试片（埋地380天.锯口未封闭）

从图7可以看到，NAS材料表面基本平整，腐蚀轻，边缘完整、无缺损，部分表面尚有原始表面状态色。没有如在碳钢试片上出现的大而深的腐蚀坑以及明显的边缘缺损。

从在变电站土壤中埋设380天后失重量分析，NAS试片平均腐蚀速率只有同样条件下的碳钢试片腐蚀速率的五分之一～八分之一。

NAS材料在土壤中耐局部腐蚀的性能远强于碳钢，它的平均腐蚀速率也远低于碳钢。NAS材料接地网在土壤中的耐锈蚀性能和寿命是会远远超过普通碳钢接地网的。

5．结论

（1）在不同环境的变电站中的现场工程实践表明，接地网电化学保护技术能很好的减缓土壤中接地网碳钢材料的腐蚀，不仅降低了碳钢材料的平均腐蚀速率（降低了90以上），而且大大减轻了碳钢材料的局部腐蚀倾向和程度，能延长碳钢接地网的使用寿命一倍以上。接地网电化学技术防蚀方法对新、老碳钢接地网的防蚀保护均适用。

（2）研究的可用于接地网的NAS材料在变电站土壤埋设试验结果证实，NAS材料的耐土壤腐蚀性能优良，平均腐蚀速率只有碳钢的五分之一～八分之一，有很高的耐局部腐蚀性能。NAS材料可以用于敷设线路、铁塔和新变电站接地网，以及老接地网的翻修改造。

来源：中国电厂化学

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