邵旭明 施丹

摘 要：針對銅覆鋼接地材料埋藏地下，缺陷不易在日常巡視中發(fā)現(xiàn)，而后果又十分嚴重。經(jīng)過對一起缺陷現(xiàn)場進行排查，結(jié)合設(shè)計圖紙、相關(guān)材料，分析金屬腐蝕的原理，得出電化學(xué)腐蝕導(dǎo)致缺陷發(fā)生的結(jié)論。同時根據(jù)金屬腐蝕的特點，提出防治意見。

關(guān)鍵詞：銅覆鋼接地;電化學(xué)腐蝕;防治

0? 引言

供電車間對所轄線路進行周期巡視時發(fā)現(xiàn)，一處接地引下線銹蝕穿孔嚴重，部分引下線甚至斷裂。通過檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生問題的接地引下線都是采用銅覆鋼材料制成。由于無直接手段能檢測缺陷原因，對此缺陷的原因只能探索分析。

筆者從資料搜集入手，結(jié)合金屬腐蝕的基本原理，分析認為此次事件中使用的銅覆鋼材料本身存在銅皮易剝落、附著力不夠、銅皮薄容易破損的客觀因素，但更大的可能是安裝過程中的野蠻施工。

1? 應(yīng)用背景

銅覆鋼是將銅皮采取特殊工藝緊密地覆蓋于鋼材表面形成的復(fù)合材料，外銅里鋼的結(jié)構(gòu)使得該材料兼有銅材良好的耐腐蝕、優(yōu)異的導(dǎo)電性，以及鋼材的強度高的特點。相關(guān)實驗證明[1]，銅覆鋼材料耐腐蝕能力較強，在一般腐蝕環(huán)境下可以保證30年的使用壽命。近年來，隨著國內(nèi)生產(chǎn)工藝的進步，制造成本顯著下降，性價比凸顯，愈來愈受到人們重視，并逐步在變電站、送電線路接地系統(tǒng)中得到應(yīng)用[1][2]。

目前，國內(nèi)送電線路的接地系統(tǒng)絕大多都采用熱鍍鋅鋼，鋼材在熱鍍鋅層的保護下，可以保持較長時間的耐腐蝕能力。但是在日常運行維護中，需要定期刷富鋅漆、涂抹保護層，以維持其耐腐能力。在高腐蝕環(huán)境中鋅層消耗過快，無法滿足長時間運行的要求。國外傳統(tǒng)做法是使用純銅，成本高昂，容易被盜，反而不利于接地系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

從全壽命周期成本考慮，銅覆鋼材料購置成本適中，運行費用低，并且電氣特性出色，機械性能顯著，顯然比鍍鋅鋼和純銅材料更適應(yīng)高腐環(huán)境的使用要求。

目前銅覆鋼常用的生產(chǎn)方法有3種，分別是電鍍法、冷拉、連鑄法[3][4]。其工藝特點總結(jié)如下表：

2? 線路運行情況

全線共設(shè)14座AC35/DC1.5kV、35/0.4kV牽引降壓混合變電所，13座35/0.4kV降壓變電所，8座35/0.4kV跟隨式降壓變電所。

考慮到最早試運行時間為2012年6月，可知發(fā)生問題的銅覆鋼材料從建設(shè)到發(fā)現(xiàn)問題運行時間小于4年，從正式投運開始算則小于2年。

無錫地處亞熱帶季風(fēng)氣候，地處江南水鄉(xiāng)，降水充足，河網(wǎng)密布，導(dǎo)致土壤潮濕，且年平均氣溫12℃以上，對埋藏在土壤中的接地材料的腐蝕性很強。

3? 故障排查

經(jīng)過全線巡視，對現(xiàn)場摸底發(fā)現(xiàn)以下線索：

1、鍍銅鋼絞線并沒有出現(xiàn)明顯的銹蝕斷裂等現(xiàn)象，出現(xiàn)問題的都是鍍銅鋼棒;

2、銅覆鋼銹蝕、斷裂部位均發(fā)生在該材料的彎曲部位附近;

3、斷裂位置均發(fā)生在地面與空氣接觸處。

根據(jù)以上線索，結(jié)合現(xiàn)場實際運行經(jīng)驗可以判斷是由于安裝過程中的整形破壞了鍍銅層，導(dǎo)致日后運行過程中的銹蝕現(xiàn)象。由此可以分析原因：不合理的安裝工藝造成了安裝缺陷，最終導(dǎo)致了過快腐蝕和斷裂問題。另一方面，施工作業(yè)承認由于不熟悉設(shè)備情況，安裝整形時利用了老虎鉗、尖嘴鉗等工具夾持銅覆鋼。工程選用的銅覆鋼采用了鍍銅工藝，銅層薄而脆，夾持部位易發(fā)生小傷口，正是在傷口處腐蝕發(fā)展穿孔甚至斷裂。

與此同時，即使銅覆鋼材料沒有銅的保護，鋼材也只堅持4年。這與我們?nèi)粘＝?jīng)驗不符。

筆者查閱相關(guān)資料認為，細微的傷口部位發(fā)生了電化學(xué)腐蝕，這造成有該材料短短4年內(nèi)就發(fā)生穿孔斷裂的主要原因。

4? 傷口處的電化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕是造成鋼材氧化損耗的主要原因，防止材料腐蝕也是供電系統(tǒng)日常維護工作中的一項重要內(nèi)容。在這案例中，接地線所處環(huán)境潮濕，含鹽量高，形成了電化學(xué)腐蝕。

銅和鐵都是電子的良導(dǎo)體，土壤中的鹽分是離子導(dǎo)體，鋼芯的鐵原子失去電子變成水膜中的鐵離子，所失去的價電子通過鐵傳給銅并傳給溶于水中的氧，與水分子一起形成OH離子，水膜中的OH與鐵離子擴散到一起，形成氫氧化鐵或含水氧化鐵的形式沉淀在鐵芯表面。

有兩個很不利因素：

1、接地引下線所處環(huán)境濕度大，且含有鹽分，存在離子導(dǎo)體，大大提高了水的導(dǎo)電性，大幅提高電化學(xué)腐蝕速度;

2、鐵皮只有一小部分暴露。若沒有銅片的存在，鋼芯表面同時開始腐蝕，陰極陽極全部是微電極，陰陽極面積相等，全面腐蝕的速度穩(wěn)定，分布比較均勻，腐蝕速度反而比較穩(wěn)定。但是銅片的部分剝落，形成了微小的縫隙。此時只有縫隙處的鐵原子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，而水膜中的氧卻均可以在與銅接觸的任一部位得到電子形成氫氧根，即陽極面積遠小于陰極。

本線路使用的銅覆鋼材料采用電鍍工藝，銅皮與鋼材緊密度高，但是銅皮薄，性能脆，安裝時易被老虎鉗鉗口夾傷，鋼芯暴露，在含鹽水浸泡下，銅皮與鋼芯形成了天然的電化學(xué)腐蝕環(huán)境。這就是受傷的銅覆鋼材料反而耐腐蝕能力不佳的原因。

5? 結(jié)論

從以上分析可以得知，銅覆鋼材料在外層銅皮的保護下，鋼芯與外界物理隔離，使得該符合材料具有類似銅的防腐蝕能力，同時兼?zhèn)滗摬牡母邚姸?，成本適中，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而我們也要清晰的認識到，銅皮對鋼芯具有良好保護作用的前提是銅皮完整，不能存在細微傷口、刮痕、剝落等現(xiàn)象。生產(chǎn)、運輸或安裝一旦不慎，出現(xiàn)碰撞、磨損形成細微缺陷，鋼芯暴露，銅皮的保護作用消失，反倒由于電化學(xué)反應(yīng)，形成了大陰極小陽極的不利狀況，大大加快縫隙處鋼芯的腐蝕消耗速度。

因此，以后利用銅覆鋼一定要高度注意以下事項：

1、務(wù)必保持銅層的完整性。加強產(chǎn)品出廠驗收和投運驗收，不能出現(xiàn)剝皮、夾傷、焊接不完整等現(xiàn)象，同時避免接地引下線大角度彎曲。整形時，不能使用硬質(zhì)金屬工具夾持。

2、銅覆鋼材料施工要求高，條件允許時，建議施工方將銅覆鋼材料施工交與廠家施工，防止出現(xiàn)質(zhì)量扯皮現(xiàn)象。

3、建議采購連鑄法生產(chǎn)的銅覆鋼材料，保證銅皮厚度。

參考文獻：

[1]馬光， 韓鈺， 聶京凱，等. 電氣工程接地用銅覆鋼腐蝕性能研究[J]. 華東電力， 2010， 38（11）：1736-1739.

[2]文習(xí)山， 宋周， 譚波，等. 銅覆鋼接地導(dǎo)體的電氣性能[J]. 高電壓技術(shù)， 2015， 41（2）.

[3]賀飛， 劉利梅， 鐘云，等. 銅包鋼線材及其生產(chǎn)工藝[J]. 表面技術(shù)， 2007， 36（5）：000078-90.

[4]王慶娟， 杜忠澤， 王海波. 銅包鋼線生產(chǎn)工藝的特點及現(xiàn)狀[J]. 電線電纜， 2002（4）：15-17.