避雷系统的腐蚀影响（上）

期号：TS058 2015-12-07

雷电由云层而来，会产生极高的电流。遭遇雷电的带电物质极有可能遭到损坏，因而所有的带电物质必须受LPS（避雷系统 lightning protection systems）保护。LPS的目的是将雷电流安全地传输至地面。外部LPS包括： 接闪器（air-termination system）、雷电引下线（down conductor system）和接地装置（ earth termination system），如图1所示。

图1 避雷系统（LPS）的作用是将雷电流安全传输至地面，由接闪器、雷电引下线和接地装置组成。

接地装置，也称为雷电保护系统（lightning protection grounding system），旨在为强电流分流至地面提供一条低电阻路径。具有此功能的导体被称为引下线。电流通过引下线，安全地传输至地面，同时需保证引下线电势不太高，以免产生火花。换言之，系统的完整性十分重要，需周密考虑。雷击时间短、频率高，产生强磁化电流。因此，接地系统必须有效阻止雷击所产生的电压。

腐蚀通常存在于同种电解液中的不同金属、不同电解液中的相似金属或不同浓度的同种电解液中，腐蚀为电力系统带来许多问题。同时，在各类腐蚀中，电偶腐蚀对避雷系统的性能有着巨大影响。电偶腐蚀是特定环境下（例如同种电解液中），不同种金属间相互作用产生的结果。例如，常见的电解质是雨水。

通常来说，接地指的是将电流与地面相连接。一个好的接地系统应当具备以下特性：传导性好，甚至能够承受巨大的故障电流，使用寿命长，接地电阻低，耐蚀性高。接地系统对人类安全、电力设备的可靠性、故障电流返回十分重要，并起到限制瞬态过电压的作用。接地系统组件可以分为接地导体、接地连接器和接地电极。接地系统设计不当可能会引发危险，这样的情况下还不如没有接地系统。

设计接地系统的电气工程师通常不是熟知腐蚀问题的专家，腐蚀问题也涉及到化学问题。但是可惜的是,许多实际设计只从电力角度考虑雷电防护和接地系统的最佳性能，而忽视了可能的腐蚀影响，并且关于讨论这个问题的文献也非常稀少，因此，本文旨在提出腐蚀原因，对最小化雷电危害及其防护，以及接地系统相关腐蚀的最新研究进展进行讨论。另外，本文还讨论了不同金属基体产生的问题。

1.防雷系统中的重要腐蚀因素

1.1防雷系统材料和外壳

防雷系统的材料须由抗腐蚀、抗快速衰退的材料制成。随着时间的推移，在同一电解质（通常是潮湿的空气）的不同金属中发生腐蚀。从经验上看，铜、铝和铜合金(包括青铜和黄铜)一直被应用于防雷设备，因为其具有良好的导电性。实际使用的接地棒由包粘钢、镀锌钢、实心不锈钢、不锈复合钢、实心铜、包铜和普通钢等材料制成。不幸的是，所有这些材料都受腐蚀问题的侵害，由此削弱了接地系统的性能。

腐蚀对铝合金具有非常大的破坏性。腐蚀坑的生成通常是由于表面存在一些化学或物理异质性，如相粒子、缺陷、机械损伤或位错。铝合金由许多粒子组成，对点蚀的形成至关重要。

从实际情况来看，由于青铜（bronze）和铜（copper）具有良好的导电性、耐用性和热学性质，一直以来在大多数屋顶表面被用作雷电保护系统。正确安装的LPS将维持长久的使用寿命，同时保持其完整性和最低维修率。然而，首要问题就是，青铜和铜接触外部涂漆钢或镀锌表面可能会随时间的延长而产生相当大的腐蚀，而这种影响只能通过重新涂刷等传统方法来稍加缓和。图2展示的是镀层铁盘和带状铜导体，与之连接的不锈钢螺母和螺栓用于拉紧组件。由于各种腐蚀导致铁的溶胀，外壳的白色涂层几乎完全剥离。而不锈钢的螺母和螺栓几乎没有受到影响。

图2 覆盖涂层的多种金属连接点（铜、铁、不锈钢），铜导体、镀层铁盘、不锈钢螺栓

图3也显示了一个类似的情况：镀锌铁框已经部分被腐蚀破坏。造成腐蚀过程加速可能的原因在于铜和镀锌铁之间的电效应和潮湿的环境。这些例子清楚表明，在两种至三种金属接触点，涂漆可能不是解决材料快速腐蚀的合适方案。 1/2 12下一页尾页