1、前言
众所周知,一些电力设备、建筑物等如发生接地短路或遇雷击时,巨大的瞬时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建筑物的接地电阻越小越好。但是受地质条件的限制,降低接地电阻目前有几种方法如牺牲阳极阴极保护法、降阻剂法、石墨块法等。美国全国要求电器规程允许接地电极接地电阻为25Ω,微电子厂商要求接地电阻远远低于25Ω,一些厂商要求只有5Ω或更小,为了获得理想的接地电阻,每股采用一个或多个电解质接地棒。
电力系统中的设备或大型建筑物其接地电阻随着使用年限的增加接地电阻会逐渐升高,高于设计要求,以至于满足不了接地要求,埋下了事故隐患。
接地电阻为什么会升高呢?原因是多方面的,我国的接地系统中大多使用普通碳钢作为接地装置(当然也有的使用铜质材料和其他材料的),钢铁在土壤或混泥土中会逐渐腐蚀,笔者总结有以下几点:一、导致接地装置截面积缩小,造成热稳定性不足;二腐蚀产物是不良导体包裹在钢铁上,不但造成接地表面积减小,而且是一种绝缘层;三、也可能是地下水位,导致电流不能很快泄掉;四、随着社会的发展,工程扩建或增容,没能使接地装置相应增加等等。虽然原因是多方面的,但主要还是金属在土壤中受到腐蚀,导致接地有效表面积减少而引起的。
2、接地电阻升高的原因
要知道接地电阻升高的原因,还是从电流流入大地的路程说起,雷击电流从地上导入大地经历了三个阶段。
(1) 电流从设备或建筑的避雷针沿引下线导入地下接地系统。
这一阶段是金属自由电子传电,其电阻阻力取决于金属本身的导电性能,因此这一阶段应采用导电性良好的金属,钢铁一般都能满足要求,但接触要良好,没有断点,引下线的截面应考虑到将来一、二十年的发展适当增大些。如果这一阶段因腐蚀或机械损伤而导致电流通过的截面积减小或断开,将导致严重后果。
(2) 电流导入地下接地体后,电子经过接地体表面与土壤中的介质惊喜电子交换,电子交换的快慢姜直接影响泄流的好坏。
这一阶段是复杂的,接地装置在土壤中会发生腐蚀,土壤是由固态、液态和气态三相物质所组成的复杂混合体质。金属在土壤中的腐蚀受多方面因素的影响,如含水量、含氧量、含盐量、杂散电流、细菌、PH值、土壤的电阻率。土壤的松紧度等等。虽然如此,大多数金属在土壤中都属于氧去极化的腐蚀,只有酸性土壤才发生氢去极化的腐蚀。
在中性和碱性土壤中
2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
Fe(OH)3→FeO3
在酸性土壤中
Fe+2H+=Fe2++H2 Fe2+→Fe3+
因此接地装置上生成了难溶、高阻的Fe2O3,再加上产生的Ca、Mg盐的沉积,在接地装置上就会有一层难溶的复合沉积盐,这些因素都阻止或减少了自由电子和周围介质的交换,它是接地装置面积减少的主要原因,也是接地电阻升高的主要原因。
这一层坚硬的复合沉淀物阻碍了氧接受变成OH-的离子向远处迁移扩散,接地装置的阴极保护就是针对这一阶段的。
(3)电子交换完成后,其附近的水化离子如不能及时向远处迁移扩散,也能导致接地电阻升高,这取决于当地的土壤情况,解决这一问题一是还土地,再就是增加导电性好的物质或经常向土壤里注水。
(4)通过以上雷击电流传导入大地过程的三阶段(见图一)分析,可以看出,在第一阶段;接触良好,没有机械损伤,实弹增大引下线截面,防止金属在大气中的腐蚀;在第三阶段主要取决于土壤本身性质,加导电性好的武陟或加降阻剂可以改善接地条件。