接地降阻材料的應用及降阻效果評價

摘要:對目前在接地工程中應用的接地降阻防腐材料,如降阻劑;電解地極(或稱離子法);接地模塊等材料的降阻機理,降阻效果,使用中存在的問題進行了分析和評價。重點討論了接地降阻劑,電解地極的降阻機理以及存在的問題,結合實際的接地工程對如何選擇降阻材料，使用降阻材料和降阻措施,提出具體的意見。并用技術經濟分析的觀點對如何有效地發揮降阻材料的降阻效果，減少其對接地裝置地腐蝕，延長接地裝置的使用壽命，進行了研究。探討了接地降阻材料的應用和如何應用,以及在應用中的注意事項。
關鍵詞：接地裝置、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劑, 電解地極,導電水泥,導電塗料和接地模塊等, 特別是接地降阻劑和電解地極（離子降阻法）,在使用中都出現了這樣或那樣的問題,在工程應用上都存在有誤區。對這些接地降阻材料在實際的接地工程中如何應用？特別是一些廠家的片面宣傳，如，其降阻效果如何好？壽命如何長？等！那么,在使用中存在哪些問題有哪些問題要注意？以及在接地工程中如何正確的選擇降阻產品,使用降阻產品,有必要對這些降阻材的降阻機理、降阻效果以及在使用中存在哪此問題則有必要進行認真的研究和探討,并用技術經濟分析的方法結合具體的場所和降阻措施進行分析和評價。

1、接地降阻劑應用及存在問題分析

關于降阻劑的降阻效果是不可置疑的［1］，因為降阻劑已在實際的接地工程中得到大量的，長期的應用。降阻劑的降阻機理一般有以下幾個方面：

（1）由于降阻劑的擴散和滲透作用，降低接地體周圍的土壤電阻率，關于擴散和滲透作用，一般化學降阻劑強于其他型式的降阻劑，膨潤土類的降阻劑擴散和滲透作用較差，但降阻劑的穩定性和長效性與擴散和滲透作用是矛盾的。擴散和滲透好的降阻劑其穩定性和長效性都比較差，因為擴散和滲透性強的降阻劑容易隨雨水的流失而流失。


（2）接地體同周圍施加降阻劑后，相當于擴大了接地體的有效截面［2］，這機理對固體降阻劑和膨潤土類降阻劑最為明顯，而化學降阻劑和樹指狀的降阻劑隨著時間的流失有效截面的增大則不太明顯，會越來越小。


（3）消除接觸電阻，接地體的接地電阻可以分為兩部分，一是接地體與周圍的大地所呈現的電阻Rd；二是接地體與周圍土壤的接觸電阻Rj，Rj=Rd+Rj，Rj的大小與接地極周圍的土壤有關，一般土質越密實，接觸電阻越小，土壤越松散，接觸電阻越大；接觸電阻還與電極表面狀況有關，接地極表面越光滑，接觸電阻越小，接地極表面越粗糙，接觸電阻越大。接地極生銹后，接觸電阻會逐漸增大。接地體施加降阻劑后，會減少或消除接觸電阻，但只有某些物理降阻劑和膨潤土類降阻劑才具有這方面的功能，而化學降阻劑和流質降阻劑則不具有這方面的功能，有些降阻劑由于腐蝕還會使接觸電阻變大。


（4）降阻劑的吸水性和保水性改善并保持土壤導電性能，土壤的導電性能除了與土壤所含金屬導電離子的濃度有關外，還與土壤的含水量有關。某些降阻劑具有較強的吸水性和保水性，如膨潤土類降阻劑，具有較強的吸水性，吸水后體積膨脹并能長期保持水分成為漿糊狀，使接地電阻一直保持穩定不受氣候的影響。

目前對降阻劑在工程應用中反應最為強烈的有以下幾方面的問題：

(1) 對接地體的腐蝕問題，這是電力系統中反映最為強烈的問題。一些品牌的無機降阻劑和火山灰降阻劑，以及一些礦渣降阻劑對鋼接地體具有強烈的腐蝕性。這些降阻劑雖然在剛施加后的短期內起到了一走的降阻作用，但卻對鋼接地體造成嚴重的腐蝕，降阻效果隨著時間的推移會迅速下降。

(2) 降阻穩定性問題，這也是用戶的反應較為強烈的問題，特別是一些化學降阻劑，流質降阻劑，廠家追求短期的降阻效果，在降阻劑中加入了大量的無機鹽類，雖然能在短期內有效降低接地裝置的接地電阻，但降阻效果是不穩定的，因為在這類降阻劑所含的無機鹽會隨著雨水迅速流失而使降阻劑失去降阻效果，使接地裝置的接地電阻迅速反彈回升.

(3) 降阻效果問題，降阻劑的降阻效果是降阻劑廠家和用戶共同追求的目標，一些降阻劑廠家宣揚他們的降阻劑能把接地裝置的接地電阻降到多少、多少，這是不負責任的。對中小型接地裝置降阻劑的降阻效果是不可置疑的；對大型接地裝置，降阻劑的降阻效果要通過一定的設計和施工工藝體現出來。因為大型接地裝置施加降阻劑同樣存在著相互屏蔽的問題，如何有效的減少屏蔽，發揮最大的降阻效果是設計者的事，不是僅靠某種牌號的降阻劑所能辦得到的。另外，降阻劑的降阻效果還與施工工藝有關，只有通過正確的施工才能把降阻劑的降阻效果體現出來。

(4) 施工工藝問題，就是各項指標都合格的降阻劑還要通過合理的施工和正確的施工工藝才行，如不能正確施工同樣會對接地體產生腐蝕，或不能發揮應有的降阻效果。比如降阻劑的均勻施加問題，埋深問題，回填土問題，如果有一個環節發生問題，就會影響降阻劑的降阻效果或對接地體造成腐蝕。如河南省南陽市電業局在線路杜塔接地中的降阻劑的使用中發現：按要求均勻施加降阻劑，接地體被均勻包裹在降阻劑中間的就沒發生腐蝕；而降阻劑施加不均勻，中間有脫節現象的就會發生銹蝕。另外對降阻劑的埋深，上面的回填土不合要求時也會發生不良后果。

(5) 降阻劑對環境的污染問題，降阻劑由于直接埋在地下，降阻劑中如含有重金屬等有毒物質就會對地下水資源造成污染，尤其是一些變電所直接取井水作生活用水的就特別重要。關于降阻劑的毒性和污染問題正是一些廠家和用戶都容易忽略的問題，因為我們現在已經進入了一個人人講環保的時代，是不允許在任何一方面對我們的環境和資源造成污染的。

降阻劑的選擇，在選擇使用降阻劑時應注意如下指標：

（1）降阻劑的電阻率，要想獲得理想的降阻效果，首先降阻劑本身的電阻率ρ值要小。用戶在選擇降阻劑時首先要考慮的就是降阻劑自身的標稱電阻率,一般情況下,降阻劑自身的標稱電阻率越小越好。

（2）降阻劑對鋼接地體的腐蝕率，降阻劑對鋼接地體的腐蝕率要低，一些降阻劑對鋼接地體有腐蝕作用，但也有一些降阻劑對鋼接地體有防腐保護作用。降阻劑是否具有防腐作用，一般要看其對鋼接地體的平均年腐蝕率是否低于當地土壤對鋼接地體的腐蝕率，一般土壤對鋼接地體的平均年腐蝕率為：扁鋼為0.05~0.2mm/a；圓鋼為0.07~0.3mm/a[2]。如果降阻劑對鋼接地體的腐蝕率低于當地土壤對鋼接地體的腐蝕率就認為降阻劑對鋼接地體具有防腐作用;否則就認為具有腐蝕作用。

（3）降阻劑的穩定性和長效性，我們希望接地裝置的接地電阻一直穩定在某個值以下，不希望其經常變化，而某些降阻劑的降阻效果會隨土壤干濕度的變化而變化，特別是一些無機降阻劑，離子類降阻劑，一旦缺水就會析出顆粒狀的晶體，失去導電特性。

（4）對環境有無污染，選擇降阻劑時一定要選無污染，無毒性，使用安全的降阻劑，對降阻劑要看其組分，要查有無環保部門的檢測報告。

（5）使用是否方便，價格是否便宜，降阻劑的使用，特別是在山區送電線路桿塔接地使用時，應便于操作，方法簡單，最后才是價格問題，要做綜合的技術經濟分析，即要滿足性能上的要求，又要價格合理，經濟。

2、電解地極法(或稱離子法)

該方法實際上就是在地下打入若干孔,類似與井式接地極,只是電極是由若干節帶排泄孔的銅管,管內填充的晶體實際上就是無機鹽類，其降阻原理實質是就是靠無機鹽類的析出、溶解、電離成可以導電的金屬離子,向土壤中的滲透以增加土壤中金屬導電離子的濃度而改善土壤的導電性能。說穿了就是無機化學降阻劑。只是為了防止腐蝕,利用耐腐蝕的銅管做載體。而這些無機鹽類如與鋼接地體接觸仍然會對鋼接地體造成腐蝕，不然也不會采用銅管來做載體。但電解地極法由于是每隔一定間隔才埋入一根電解地極,所以無機鹽類的滲出是不均勻的,無機鹽類從銅管內析出、溶解、滲透到周圍土壤中造成土壤中金屬離子濃度的不均勻性,形成了土壤中腐蝕電位的變化,易使連接電解地極的接地體產生電化學腐蝕,如與變電站的鋼接地體接觸后會對原地網的鋼接地體造成腐蝕。同時為防止無機鹽類容易隨雨水的流失而流失需向銅管內補充無機鹽,但這也就增加了運行維護費用。這種降阻方法無疑于向接地體周圍的土壤內施加無機鹽、或者相當于使用需不斷補充的化學降阻劑。由于該方法使用的無機鹽的析出、溶解、電離以及不斷向土壤的滲透作用,硧實能在短時間內改善土壤的電阻率,起到一定的降阻作用。

 使用該方法降阻一般結合水平外延接地降阻法使用,即在發電廠、變電所的外延部分使用。“電解地極：有水平地極和垂直地極兩種,接地極均按照專用的地網軟件（Autocad 2002）的設計進行合理的布置埋放，再通過電纜進行連接（連接方式：火熔焊接）。組成接地系統地極的埋設方法可根據實際情況選擇垂直接地、水平接地或者二者兼而有之，分別稱之為垂直接地系統、水平接地系統、混合接地系統。所謂的降阻原理是: TEGS系統有效地利用了深水望遠鏡的原理從周圍環境中獲得濕氣。濕氣和電極中無毒的化學物質進行反應，產生電解液。這些電解液通過地極中的過濾孔向周圍環境土壤滲透。這一作用在于提高土壤電導率，極大的降低了電極和土壤間的接觸電阻。另一方面，為安裝地極和連接電纜而挖的孔采用TerraFill回填料回填。在地極和土壤之間，通過TerraFill能夠增大電解地極的等效截面積和與土壤的接觸面積。TerraFill有著非常好的膨脹性、吸水性、離子滲透性以及防腐性能，它可以深入到泥土及巖縫中，形成樹根網狀，增大泄流面積，降低散流電阻，同時保護電解地極免遭腐蝕與侵害。”該方法在國內有一定的使用,但從使用效果上來看:在中小型接地裝置，短時間內降阻效果較為明顯;而對大型地網基本上不起什么作用,或者作用甚微,最主要的問題是降阻穩定性較差，易受土壤干濕度的影響;對原有的鋼接地體具有一定的腐蝕作用,壽命短（據廠家說明書介紹,產品只管3年,而實際上則一年以后接地電阻就出現反彈）。該方法不能用在發電廠、變電所內的接地網,且外延部分的連接也不能使用鋼材,因為滲出的離子會對鋼接地體產生嚴重的腐蝕。因為該方法必須使用銅材進行連接,這樣就極大的增加了工程造價,在技術經濟方面極不合算。該方法實質上是化學降阻劑的改頭換面，具有化學降阻劑的大部分負面作用。再者,該方法需要經常性的向銅管或容器內補充無機鹽,運行維護費用高。
3、導電水泥、接地模塊和固體降阻劑

導電水泥就是在水泥中加入導電的金屬離子，使其具有較低的電阻率,和固體降阻劑一樣,其降阻機理就是相當于擴大了接地體的有效截面,特別是在用導電水泥來做鋼筋混凝土基礎時,或使用導電水泥鋪設路面或設備的基礎時相當于最大限度的擴大了接地體的有效截面。這在中小型水電站的接地、35kv及以下變電所和輸電線路桿塔基礎等小型接地裝置中使用能有效地降低接地裝置的接地電阻。降阻作用也較穩定。但由于導電水泥和固體降阻劑不具有滲透和擴散作用，不能改善周圍土壤的土壤電阻率,因而其降阻作用受局限，還由于在使用到一定量之后的屏蔽作用，限制了降阻效果,因而在大型地網的降阻時受到局限。因此,只能以導電水泥鋪路或做基礎作為輔助的降阻措施,不能用作主要的降阻措施。接地模塊就是用低電阻率的材料做成模塊同接地體連接后埋入大地中其作用就是擴大接地體與土壤的有效接觸截面積,有些接地模塊由于加入某些吸水、保水材料的作用還具有一定的吸水、保水作用。但接地模塊向導電水泥和固體降阻劑一樣由于不具有滲透和擴散作用,不能改善周圍土壤的土壤電阻率,其降阻作用受到一定的局限。同時又不能向導電水泥那樣可用做基礎和鋪路,在使用上受到一些限制。因而只能結合其它降阻方法作為輔助的降阻措施。如用固體降阻劑施加在接地體的周圍降阻如固體降阻劑的膨脹系數與鋼接地體不一致時,由于熱脹冷縮的作用,時間一久就會使鋼接地體與固體降阻劑之間產生逢隙,使其產生接觸電阻,還會發生吸氧腐蝕。同時,固體降阻劑如施加截面較小時接地電阻會受土壤干濕度的影響。

4、結束語

接地降阻材料只能作為降阻措施的輔助手段,結合具體的降阻措施進行降阻。在選擇降阻材料時,首先要考慮的是降阻效果，降阻穩定性,長效性，以及對鋼接地體的腐蝕。做認真的技術經濟分析。不盲從。要結合具體的應用場所,具體的降阻措施合理的迭擇降阻材料，爭取用最少的投資達到最大的降阻效果。
參考文獻

1、李景祿,接地降阻劑應用及存在問題分析［J］高電壓技術2004.3第30卷65-66

2、李景祿,實用電力接地技術［M］中國電力出版社93-99,202年第一版。67-99