輸電線路中常用接地材料防腐性能的研究

方曉明

（中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司，河南 鄭州 450007）

目前，輸電線路工程中常用的桿塔接地材料有鍍鋅圓鋼、銅覆鋼（鍍錫銅覆鋼）、不銹鋼、接地模塊、柔性石墨這幾類接地形式。接地材料一方面需要有較低的接地電阻，另外一個重要因素需要有合適的耐腐蝕性能。傳統的接地材料為金屬材料，其腐蝕主要包括化學腐蝕和電化學腐蝕，而這兩者在實際中往往同時存在。化學腐蝕是一種自發性的腐蝕，主要原因是金屬接地材料的表面與空氣土壤中的非電解質發生了化學反應。化學腐蝕不產生電流，如空氣中的接地引下線的腐蝕主要屬于化學腐蝕。電化學腐蝕的原理是原電池原理，腐蝕部分包括陰極區和陽極區，其特征在于腐蝕過程中電子從陽極溢出并向陰極運動而產生電流。該文詳細介紹了幾種接地材料的特點及應用原則[1]。

1 線路常用接地材料

1.1 鍍鋅圓鋼

目前所有線路工程中最常見、以往使用量最大的一種接地材料，常用規格為直徑12 mm 的圓型，一般要求采用熱鍍鋅工藝。在圓鋼材料的表面鍍上一層鋅結構能夠有效地加強接地材料的耐腐蝕性，提高其使用的可靠性。制作鍍鋅圓鋼時，首先將圓鋼表面清洗、活化，然后將該圓鋼材料浸于熔融的鋅液中，高溫下鐵元素和鋅元素會發生反應和擴散，可以有效地在圓鋼表面上輔佐一層鋅合金鍍層。具有制作時間快，成本低，效果好的特點。熱鍍鋅具有鍍層均勻、附著力強、使用壽命長等優點。

1.2 不銹鋼

不銹鋼相對于傳統的金屬材料其具有材料穩定性強，不易腐蝕的特點，在空氣、水蒸氣、水等腐蝕介質中不易被腐蝕。由于合金元素的不同，這種不銹鋼雖然對于弱腐蝕介質的耐腐蝕性較強，但是對于如酸、堿、鹽等化學介質的耐腐蝕性較差，因此，通過重新分配鋼材料中的合金元素產生了不銹耐酸鋼，不銹耐酸鋼對于酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質的抗腐蝕性較強。由于不銹鋼和不銹耐酸鋼的化學成分中存在較大的差異，因此兩者對于抗腐蝕性的介質也不同，不銹鋼對于空氣、水蒸氣、水等弱腐蝕介質的抗腐蝕性較強，對于酸、堿、鹽等化學介質的耐腐蝕性較差，而不銹耐酸鋼正好相反。

不銹鋼中的主要合金元素是Cr（鉻），只有當Cr 含量達到一定值時，鋼材有耐蝕性。因此，不銹鋼一般Cr（鉻）含量至少為10.5%。不銹鋼中還含有Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Cu 等元素。純不銹鋼由于其導電率低且加工性能的局限以及價格因素的限制，導致其較少直接被用作接地材料[2]。

1.3 銅覆鋼

銅覆鋼是指在鋼材料的表面附上一層銅材料，主要的制作方式是通過電鍍的技術將銅分子均勻的覆蓋到鋼材料的表面上，通過這種技術生產出的銅覆鋼接地材料，銅分子和鋼分子能夠緊密的結構。具有抗腐蝕性強，可塑性優良，材料的結構強度加大抗拉性強，同時電阻較低，導電性較好。由于銅制接地材料表層銅的電位較高，如果與地下管網（鋼制）直接相連接或距離較近，易對地下管網產生電位差腐蝕，如采用陰極保護將會抬高保護電位。為了解決這一缺陷，同時考慮部分應用場合防盜的需求，又出現了鍍錫銅覆鋼材料。一般采用電鍍生產工藝，實現銅與鋼的高度結合，外表熱鍍一層錫，因此耐腐蝕性強，使用壽命長達50 年以上[3]。

1.4 石墨基柔性復合接地體

石墨作為當前應用研究較為前沿的新型材料，相對于傳統的接地材料，具有良好的導電性，用石墨作為原材料制作石墨基柔性復合接地體具有抗腐蝕性能強，運輸方便，環保等優點。石墨材料在酸、堿、煙的溶液中進行長時間的浸泡，基本不會產生腐蝕問題，并且在-200 ℃～800 ℃的溫差環境中都可以安全的使用。用石墨制成的石墨基柔性復合接地體的纖維強度很高，并且不怕高溫，具有較好的耐熱阻燃的效果，在雜散電流的通過下，也不會發生電解反應。石墨制品也具有教好的柔化特性，石墨表面粗糙構成細孔，可以拉伸、折疊。石墨材料在跟土壤黏結后，不會產生空氣結界，可以跟土壤一起蠕變。所以，使用石墨基柔性復合接地體進行鋪設時，可以直接選擇用泥漿回填等方式更加便捷，而且其使用的安全性和可靠性也得到了保障。最后石墨基柔性復合接地體具有熱穩定性強的特點，在通電電流較為分散的時候，能夠有效的降低電流的密度，并且石墨的比熱容大，吸熱能力強，這種材質的穩定性保證了其工作的可靠性。

1.5 常用接地材料比較

試驗研究得出部分金屬材料的腐蝕速率見表1。

表1 單一接地體埋在土壤中的腐蝕數據

從表1 中的數據可知，不銹鋼和銅包鋼的耐腐蝕性能較好，鍍鋅鋼性能次之，鋼材耐腐蝕性最差。常用的鍍鋅圓鋼、銅覆鋼、不銹鋼、石墨基柔性復合接地體接地材料比較見表2。

通過表2 可以發現，鍍鋅圓鋼的項目，基本方案為方框+射線+垂直接地，該方案的特點是電線的導電性能一般，IACS 為8.5，耐腐蝕性一般，但是技術較為成熟，生產效率較高，生產成本較低，施工較為便捷。但是需要注意的是，如果用導電焊進行焊接可能會使得接頭的接觸不良，在濕度較高的易腐蝕地區需要頻繁的進行更換，這也增加了維護成本。

銅覆鋼項目，基本方案為方框+射線+垂直接地，同樣，該方案的電線的導電性一般，IACS 在20-40 在，但是其耐腐蝕性能好，不宜用于酸性土壤地區生產工藝成熟，近年來廠家受環保要求限制，產品質量水平有高有低，在生產過程中運用專用的工具，通過化學反應來進行銅和鋼之間的熱熔結，這種技術對于銅和鋼的結合性較好，同時該材料的穩定性較強，這種電線可以正常使用30 年以上都不需要維護，缺點則是造價較高[4]。

不銹鋼復合材料項目，基本方案為方框+射線+接地模塊，該方案的導電性一般，IACS 為15，但是不銹鋼復合材料生產出來的電線的耐腐蝕性能好，各種耐腐蝕性取決于不銹鋼內合金元素成分生產工藝成熟，廠家基本采用常溫下高壓壓接技術對材料進行連接，該技術由于不需要電弧焊接所以成本相對較低，該材料的可靠性較強，可以正常使用30 年，同時由于其生產成本較低，一般不會被偷盜。

石墨基柔性復合接地體項目，基本方案為方框+射線+石墨布非磁性，該檔案具有耐腐蝕性能良好，抗酸、堿的特點。同時，該材料生產的電線易搬運易施工，儲存方便，石墨基柔性復合接地體的電線，無須焊接，通過壓接連接的方式即可，穩定性較強，使用壽命達到了30 年，并且也沒有偷盜價值[5]。

2 近期實際工程中各種接地形式的使用原則

哈鄭工程中對于中強腐蝕地區通過增大鍍鋅圓鋼截面來提高運行年限，靈紹工程開始部分采用銅覆鋼應用于強腐蝕地區，晉北江蘇、扎青等工程開始在部分地區采用柔性石墨接地材料，然而這些材料也各有不足，如大截面鍍鋅圓鋼強度高難以彎折施工，銅覆鋼表面易破損及易被盜，外漏的柔性石墨繩部分易散股石墨易流失，仍然需要不斷的優化改進。

根據前節關于各種材料的防腐性能論述，單就接地材料自身特性來說，柔性石墨的耐腐蝕性能最強，可以適應于各種強酸強堿等強腐蝕地區；其次為不銹鋼材料，再其次為銅覆鋼材料，鍍鋅圓鋼耐腐蝕性較差。根據以往工程經驗及近年來新型接地材料的推廣應用，近幾個特高壓工程對于接地材料的使用原則基本一致，主要依據電阻率的大小選擇不同材料的接地裝置。

3 結語

該文根據實際施工過程中遇到的接線材料問題，結合項目工程施工經驗，分別指出各種材料的特點，強調了對應不同地區不同土壤情況的桿塔需采用適用的接地措施，為今后使用接地線作為接地材料的施工過程中提供借鑒。