接地是在长期实践中总结出来的对电气设备安全使用的必要保护措施。但因接地措施的缺陷,如接地不规范、接地不良、接地失效等,以致发生重大事故的,仍屡见不鲜。其中大多数情况,是接地体、接地线等装置本身过度腐蚀所致。接地装置如何自我保护？这要从其可靠性和经济性两个方面考虑。在接地材料的具体采用上,可以清楚地说明这一点。
1.碳钢接地装置 以往的接地装置,大多采用圆钢、扁钢、角钢或钢管等碳素钢材。这些材料取材方便,价格便宜,在一般场合下能达到接地目的；并且钢材刚性大,焊接技术成熟,因此施工方便。但是,铁是一种化学性质比较活泼的元素,在常温常湿的条件下就能与多种非金属元素及盐类发生化学反应,会锈蚀和腐蚀。在沿海地区、盐碱地带及产生化学腐蚀物质的工厂周围,其锈蚀、腐蚀的速度就大的惊人。在一般的土壤中,碳钢的年平均腐蚀厚度在0.2mm左右；在常温的NaCl、CO2环境中,其腐蚀厚度在0.5-1.5mm之间；在酸性环境中,则要超过1.5mm；在严重污染的环境中,最大年平均腐蚀厚度甚至达到3mm。
为减缓腐蚀速度,后多采用热镀锌件。锌的抗腐蚀能力比铁高,在一般土壤中,年平均腐蚀厚度仅有0.065mm；但是,我国的热镀锌层厚度一般只有0.05-0.06mm。也就是说,镀层只有一年的保护作用。也有采用加大截面的方法来延长使用年限的,其结果是表面积扩大了,每年的腐蚀量也增加了,预期的目的也难以达到。
碳钢接地系统虽然第一次投入的成本较低,施工也方便,但是由于其不能进行较好的自我保护,一次投入的使用年限较短,其实并不经济。从可靠性和经济性两个方面来综合评价,碳钢不是有良好自我保护性能的理想接地材料。
2．有色金属材料接地装置 与碳钢相比,多数有色金属电阻值低,并且有较好的选择性抗腐蚀性能力。
常用的有色金属材料有铜、铝、铅、锌等,在接地材料中用的比较多的是铜和铅。其中铜在低浓度的NaOH,CO2,海水等环境中有较好的抗腐蚀能力,铅在H2SO4,SO2的环境中显得特别稳定,在较高浓度(90%)得H2SO4环境中,常温下年平均腐蚀厚度也不足0.05mm;铝在NH3, CO2,醋酸等环境中,年平均腐蚀厚度大多不足0.05mm;锌比较适应的是碱性环境.因此采用有色金属材料作为接地装置,一般可针对腐蚀介质得情况有所选择,其耐腐蚀能力要远远高于碳钢。
但是,有色金属材料也有其不足之处.其一是价格昂贵,尤其是铜。其二,是钢性不够,施工困难。解决着问题的途径是加大截面。然而,接地体直径增加30%,截面积就要增加70%；直径增加50%,截面积就要增加125%,也就是要多耗用70%~125%的金属材料,使一次性投入的成本成倍地增加。
有色金属材料接地装置虽然耐腐蚀,有较长的使用年限,但是因为太不经济,所以没有被普遍采用。它的经济性影响了自我保护功能。
3．复合材料接地装置 它以碳钢为基体,采用高温高压等特殊工艺手段,复合上一层有一定厚度的有色金属。这种复合材料一投入市场,就引起了关注,经上海、南京、北京等地一些工程项目采用,证明该复合材料有良好的时效性和经济性,也就是具有较好的自我保护功能。
首先,复合层的选择是由设计部门根据土壤和腐蚀介质的具体情况及具体工程对接地规范的要求决定的,生产部门根据计划规范,有针对性地采用不同的有色金属材料及复合层厚度,故这样的复合材料接地装置都有较好的自我保护功能和接地有效性,能在较长的年限内保证接地的绝对有效。
其次,复合材料的碳钢基体有足够的刚性,保证施工的顺利进行,不必再扩大截面。从一次性投入的成本来看,复合材料要高于碳钢,但是结合二次施工甚至至于三次施工的因素来看,复合材料仍是经济的,而与单纯有色金属材料相比,复合材料的一次性投入要低得多,在防腐效果方面却是相近的。另外,从节约资源的角度来说,复合材料与碳钢相比,因为使用年限长,所以能节约宝贵的土地资源；与有色金属材料相比,则可以节约大量的有色金属材料资源。
综上所述,在接地装置的自我保护这一课题中,复合材料因为基本上解决了这一课题中的所有问题,达到了接地装置的时效性和经济性的统一,是目前接地设计的最佳材料选择。
