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接地降阻材料的应用及降阻效果评价

摘要:对目前在接地工程中应用的接地降阻防腐材料,如降阻剂;电解地极(或称离子法);接地模块等材料的降阻机理,降阻效果,使用中存在的问题进行了分析和评价。重点讨论了接地降阻剂,电解地极的降阻机理以及存在的问题,结合实际的接地工程对如何选择降阻材料，使用降阻材料和降阻措施,提出具体的意见。并用技术经济分析的观点对如何有效地发挥降阻材料的降阻效果，减少其对接地装置地腐蚀，延长接地装置的使用寿命，进行了研究。探讨了接地降阻材料的应用和如何应用,以及在应用中的注意事项。
关键词：接地装置、降阻材料、降阻措施、降阻效果

引言
在目前的接地工程中使用的降阻材料有降阻剂, 电解地极,导电水泥,导电塗料和接地模块等, 特别是接地降阻剂和电解地极（离子降阻法）,在使用中都出现了这样或那样的问题,在工程应用上都存在有误区。对这些接地降阻材料在实际的接地工程中如何应用？特别是一些厂家的片面宣传，如，其降阻效果如何好？寿命如何长？等！那么,在使用中存在哪些问题有哪些问题要注意？以及在接地工程中如何正确的选择降阻产品,使用降阻产品,有必要对这些降阻材的降阻机理、降阻效果以及在使用中存在哪此问题则有必要进行认真的研究和探讨,并用技术经济分析的方法结合具体的场所和降阻措施进行分析和评价。

1、接地降阻剂应用及存在问题分析

关于降阻剂的降阻效果是不可置疑的［1］，因为降阻剂已在实际的接地工程中得到大量的，长期的应用。降阻剂的降阻机理一般有以下几个方面：

（1）由于降阻剂的扩散和渗透作用，降低接地体周围的土壤电阻率，关于扩散和渗透作用，一般化学降阻剂强于其他型式的降阻剂，膨润土类的降阻剂扩散和渗透作用较差，但降阻剂的稳定性和长效性与扩散和渗透作用是矛盾的。扩散和渗透好的降阻剂其稳定性和长效性都比较差，因为扩散和渗透性强的降阻剂容易随雨水的流失而流失。


（2）接地体同周围施加降阻剂后，相当于扩大了接地体的有效截面［2］，这机理对固体降阻剂和膨润土类降阻剂最为明显，而化学降阻剂和树指状的降阻剂随着时间的流失有效截面的增大则不太明显，会越来越小。


（3）消除接触电阻，接地体的接地电阻可以分为两部分，一是接地体与周围的大地所呈现的电阻Rd；二是接地体与周围土壤的接触电阻Rj，Rj=Rd+Rj，Rj的大小与接地极周围的土壤有关，一般土质越密实，接触电阻越小，土壤越松散，接触电阻越大；接触电阻还与电极表面状况有关，接地极表面越光滑，接触电阻越小，接地极表面越粗糙，接触电阻越大。接地极生锈后，接触电阻会逐渐增大。接地体施加降阻剂后，会减少或消除接触电阻，但只有某些物理降阻剂和膨润土类降阻剂才具有这方面的功能，而化学降阻剂和流质降阻剂则不具有这方面的功能，有些降阻剂由于腐蚀还会使接触电阻变大。


（4）降阻剂的吸水性和保水性改善并保持土壤导电性能，土壤的导电性能除了与土壤所含金属导电离子的浓度有关外，还与土壤的含水量有关。某些降阻剂具有较强的吸水性和保水性，如膨润土类降阻剂，具有较强的吸水性，吸水后体积膨胀并能长期保持水分成为浆糊状，使接地电阻一直保持稳定不受气候的影响。

目前对降阻剂在工程应用中反应最为强烈的有以下几方面的问题：

(1) 对接地体的腐蚀问题，这是电力系统中反映最为强烈的问题。一些品牌的无机降阻剂和火山灰降阻剂，以及一些矿渣降阻剂对钢接地体具有强烈的腐蚀性。这些降阻剂虽然在刚施加后的短期内起到了一走的降阻作用，但却对钢接地体造成严重的腐蚀，降阻效果随着时间的推移会迅速下降。

(2) 降阻稳定性问题，这也是用户的反应较为强烈的问题，特别是一些化学降阻剂，流质降阻剂，厂家追求短期的降阻效果，在降阻剂中加入了大量的无机盐类，虽然能在短期内有效降低接地装置的接地电阻，但降阻效果是不稳定的，因为在这类降阻剂所含的无机盐会随着雨水迅速流失而使降阻剂失去降阻效果，使接地装置的接地电阻迅速反弹回升.

(3) 降阻效果问题，降阻剂的降阻效果是降阻剂厂家和用户共同追求的目标，一些降阻剂厂家宣扬他们的降阻剂能把接地装置的接地电阻降到多少、多少，这是不负责任的。对中小型接地装置降阻剂的降阻效果是不可置疑的；对大型接地装置，降阻剂的降阻效果要通过一定的设计和施工工艺体现出来。因为大型接地装置施加降阻剂同样存在着相互屏蔽的问题，如何有效的减少屏蔽，发挥最大的降阻效果是设计者的事，不是仅靠某种牌号的降阻剂所能办得到的。另外，降阻剂的降阻效果还与施工工艺有关，只有通过正确的施工才能把降阻剂的降阻效果体现出来。

(4) 施工工艺问题，就是各项指标都合格的降阻剂还要通过合理的施工和正确的施工工艺才行，如不能正确施工同样会对接地体产生腐蚀，或不能发挥应有的降阻效果。比如降阻剂的均匀施加问题，埋深问题，回填土问题，如果有一个环节发生问题，就会影响降阻剂的降阻效果或对接地体造成腐蚀。如河南省南阳市电业局在线路杜塔接地中的降阻剂的使用中发现：按要求均匀施加降阻剂，接地体被均匀包裹在降阻剂中间的就没发生腐蚀；而降阻剂施加不均匀，中间有脱节现象的就会发生锈蚀。另外对降阻剂的埋深，上面的回填土不合要求时也会发生不良后果。

(5) 降阻剂对环境的污染问题，降阻剂由于直接埋在地下，降阻剂中如含有重金属等有毒物质就会对地下水资源造成污染，尤其是一些变电所直接取井水作生活用水的就特别重要。关于降阻剂的毒性和污染问题正是一些厂家和用户都容易忽略的问题，因为我们现在已经进入了一个人人讲环保的时代，是不允许在任何一方面对我们的环境和资源造成污染的。

降阻剂的选择，在选择使用降阻剂时应注意如下指标：

（1）降阻剂的电阻率，要想获得理想的降阻效果，首先降阻剂本身的电阻率ρ值要小。用户在选择降阻剂时首先要考虑的就是降阻剂自身的标称电阻率,一般情况下,降阻剂自身的标称电阻率越小越好。

（2）降阻剂对钢接地体的腐蚀率，降阻剂对钢接地体的腐蚀率要低，一些降阻剂对钢接地体有腐蚀作用，但也有一些降阻剂对钢接地体有防腐保护作用。降阻剂是否具有防腐作用，一般要看其对钢接地体的平均年腐蚀率是否低于当地土壤对钢接地体的腐蚀率，一般土壤对钢接地体的平均年腐蚀率为：扁钢为0.05~0.2mm/a；圆钢为0.07~0.3mm/a[2]。如果降阻剂对钢接地体的腐蚀率低于当地土壤对钢接地体的腐蚀率就认为降阻剂对钢接地体具有防腐作用;否则就认为具有腐蚀作用。

（3）降阻剂的稳定性和长效性，我们希望接地装置的接地电阻一直稳定在某个值以下，不希望其经常变化，而某些降阻剂的降阻效果会随土壤干湿度的变化而变化，特别是一些无机降阻剂，离子类降阻剂，一旦缺水就会析出颗粒状的晶体，失去导电特性。

（4）对环境有无污染，选择降阻剂时一定要选无污染，无毒性，使用安全的降阻剂，对降阻剂要看其组分，要查有无环保部门的检测报告。

（5）使用是否方便，价格是否便宜，降阻剂的使用，特别是在山区送电线路杆塔接地使用时，应便于操作，方法简单，最后才是价格问题，要做综合的技术经济分析，即要满足性能上的要求，又要价格合理，经济。

2、电解地极法(或称离子法)

该方法实际上就是在地下打入若干孔,类似与井式接地极,只是电极是由若干节带排泄孔的铜管,管内填充的晶体实际上就是无机盐类，其降阻原理实质是就是靠无机盐类的析出、溶解、电离成可以导电的金属离子,向土壤中的渗透以增加土壤中金属导电离子的浓度而改善土壤的导电性能。说穿了就是无机化学降阻剂。只是为了防止腐蚀,利用耐腐蚀的铜管做载体。而这些无机盐类如与钢接地体接触仍然会对钢接地体造成腐蚀，不然也不会采用铜管来做载体。但电解地极法由于是每隔一定间隔才埋入一根电解地极,所以无机盐类的渗出是不均匀的,无机盐类从铜管内析出、溶解、渗透到周围土壤中造成土壤中金属离子浓度的不均匀性,形成了土壤中腐蚀电位的变化,易使连接电解地极的接地体产生电化学腐蚀,如与变电站的钢接地体接触后会对原地网的钢接地体造成腐蚀。同时为防止无机盐类容易随雨水的流失而流失需向铜管内补充无机盐,但这也就增加了运行维护费用。这种降阻方法无疑于向接地体周围的土壤内施加无机盐、或者相当于使用需不断补充的化学降阻剂。由于该方法使用的无机盐的析出、溶解、电离以及不断向土壤的渗透作用,硧实能在短时间内改善土壤的电阻率,起到一定的降阻作用。

 使用该方法降阻一般结合水平外延接地降阻法使用,即在发电厂、变电所的外延部分使用。“电解地极：有水平地极和垂直地极两种,接地极均按照专用的地网软件（Autocad 2002）的设计进行合理的布置埋放，再通过电缆进行连接（连接方式：火熔焊接）。组成接地系统地极的埋设方法可根据实际情况选择垂直接地、水平接地或者二者兼而有之，分别称之为垂直接地系统、水平接地系统、混合接地系统。所谓的降阻原理是: TEGS系统有效地利用了深水望远镜的原理从周围环境中获得湿气。湿气和电极中无毒的化学物质进行反应，产生电解液。这些电解液通过地极中的过滤孔向周围环境土壤渗透。这一作用在于提高土壤电导率，极大的降低了电极和土壤间的接触电阻。另一方面，为安装地极和连接电缆而挖的孔采用TerraFill回填料回填。在地极和土壤之间，通过TerraFill能够增大电解地极的等效截面积和与土壤的接触面积。TerraFill有着非常好的膨胀性、吸水性、离子渗透性以及防腐性能，它可以深入到泥土及岩缝中，形成树根网状，增大泄流面积，降低散流电阻，同时保护电解地极免遭腐蚀与侵害。”该方法在国内有一定的使用,但从使用效果上来看:在中小型接地装置，短时间内降阻效果较为明显;而对大型地网基本上不起什么作用,或者作用甚微,最主要的问题是降阻稳定性较差，易受土壤干湿度的影响;对原有的钢接地体具有一定的腐蚀作用,寿命短（据厂家说明书介绍,产品只管3年,而实际上则一年以后接地电阻就出现反弹）。该方法不能用在发电厂、变电所内的接地网,且外延部分的连接也不能使用钢材,因为渗出的离子会对钢接地体产生严重的腐蚀。因为该方法必须使用铜材进行连接,这样就极大的增加了工程造价,在技术经济方面极不合算。该方法实质上是化学降阻剂的改头换面，具有化学降阻剂的大部分负面作用。再者,该方法需要经常性的向铜管或容器内补充无机盐,运行维护费用高。
3、导电水泥、接地模块和固体降阻剂

导电水泥就是在水泥中加入导电的金属离子，使其具有较低的电阻率,和固体降阻剂一样,其降阻机理就是相当于扩大了接地体的有效截面,特别是在用导电水泥来做钢筋混凝土基础时,或使用导电水泥铺设路面或设备的基础时相当于最大限度的扩大了接地体的有效截面。这在中小型水电站的接地、35kv及以下变电所和输电线路杆塔基础等小型接地装置中使用能有效地降低接地装置的接地电阻。降阻作用也较稳定。但由于导电水泥和固体降阻剂不具有渗透和扩散作用，不能改善周围土壤的土壤电阻率,因而其降阻作用受局限，还由于在使用到一定量之后的屏蔽作用，限制了降阻效果,因而在大型地网的降阻时受到局限。因此,只能以导电水泥铺路或做基础作为辅助的降阻措施,不能用作主要的降阻措施。接地模块就是用低电阻率的材料做成模块同接地体连接后埋入大地中其作用就是扩大接地体与土壤的有效接触截面积,有些接地模块由于加入某些吸水、保水材料的作用还具有一定的吸水、保水作用。但接地模块向导电水泥和固体降阻剂一样由于不具有渗透和扩散作用,不能改善周围土壤的土壤电阻率,其降阻作用受到一定的局限。同时又不能向导电水泥那样可用做基础和铺路,在使用上受到一些限制。因而只能结合其它降阻方法作为辅助的降阻措施。如用固体降阻剂施加在接地体的周围降阻如固体降阻剂的膨胀系数与钢接地体不一致时,由于热胀冷缩的作用,时间一久就会使钢接地体与固体降阻剂之间产生逢隙,使其产生接触电阻,还会发生吸氧腐蚀。同时,固体降阻剂如施加截面较小时接地电阻会受土壤干湿度的影响。

4、结束语

接地降阻材料只能作为降阻措施的辅助手段,结合具体的降阻措施进行降阻。在选择降阻材料时,首先要考虑的是降阻效果，降阻稳定性,长效性，以及对钢接地体的腐蚀。做认真的技术经济分析。不盲从。要结合具体的应用场所,具体的降阻措施合理的迭择降阻材料，争取用最少的投资达到最大的降阻效果。
参考文献

1、李景禄,接地降阻剂应用及存在问题分析［J］高电压技术2004.3第30卷65-66

2、李景禄,实用电力接地技术［M］中国电力出版社93-99,202年第一版。67-99