發布時間：2022-03-01所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：分析討論了空氣相對濕度與金屬腐蝕的關系。為了控制室外電氣柜內金屬大氣腐蝕.降低相對濕度是行之有效的途徑。結合應用實例，提出了具體的防潮措施。 關鍵詞：大氣腐蝕;空氣濕度;結露;金屬腐蝕 0引 言 電力安全生產是十分復雜的工作.涉及到許多工作的方方面面，
摘要：分析討論了空氣相對濕度與金屬腐蝕的關系。為了控制室外電氣柜內金屬大氣腐蝕.降低相對濕度是行之有效的途徑。結合應用實例，提出了具體的防潮措施。
關鍵詞：大氣腐蝕;空氣濕度;結露;金屬腐蝕
0引 言
電力安全生產是十分復雜的工作.涉及到許多工作的方方面面，要全過程共同做好才能保證安全。在安全管理中三級控制最主要的是現場控制.狠抓現場的安全監督和管理是一項重要的任務。當前，我國電力設備中投用的室外電氣柜，如高壓開關柜、端子箱、儀表箱、環網柜、電控柜，種類繁多，數量龐大。由于室外環境難以控制，例如潮濕、空氣污染、塵土顆粒都可能造成設備線路爬電、閃絡、腐蝕、絕緣損壞、電接觸可靠性降低等情況的發生舊。鑒于此，本文針對室外電氣柜內金屬腐蝕與空氣相對濕度的關系進行了探討。并提出了防潮措施。
1金屬腐蝕與空氣相對濕度的關系
大氣中的氧是最主要的腐蝕劑，直接參與腐蝕反應。當空氣十分干燥，金屬表面基本不存在液膜，金屬腐蝕屬于常溫氧化，其特點是在金屬表面形成不可見的保護性氧化膜(1～10nm)和某些金屬失澤現象，如銅、銀等在硫化物污染的空氣中所形成的一層膜。這種腐蝕通常較緩慢。然而，當受到污染的空氣有一定的相對濕度時，金屬表面會形成液膜，則腐蝕速率會大大加快。例如，鐵在含001%SO：的大氣中暴露55天的結果如圖l所示。可見.空氣相對濕度是決定金屬大氣腐蝕速率的重要因素之一。對于一種金屬，通常大氣相對濕度超過其臨界相對濕度后。其腐蝕速率將急劇增大;在ll缶界值之前，腐蝕速率很小或幾乎不腐蝕。出現臨界相對濕度，標志著金屬表面上產生了一層液膜，這層液膜的存在使金屬從化學腐蝕轉為電化學腐蝕。
1.1液膜生成及其對金屬腐蝕的影響
根據金屬表面的濕潤狀態，將大氣腐蝕分為三類閂：干大氣腐蝕、潮大氣腐蝕和濕大氣腐蝕，如圖2。潮大氣腐蝕是指金屬在相對濕度小于100%的大氣中.表面存在肉眼不可見的薄的液膜層(10nⅡ卜1斗m)時發生的大氣腐蝕。例如，鐵即使沒受雨淋也會生銹。這種薄液膜是由于毛細管作用、吸附作用或化學凝聚作用而在金屬表面上形成的。在超過I臨界相對濕度時.腐蝕速率會迅速增加。此外。液膜還有微量的氣體玷污物或固體雜質，當超過臨界相對濕度時，玷污物的存在強烈促使腐蝕速率增大.而且還會使得臨界相對濕度降低。常用的主要金屬如鐵、鋁、鎳、銅等腐蝕的臨界相對濕度在50‰80%。在我國南方地區。這些金屬大部分時間表面均可形成液膜圈。濕大氣腐蝕是指金屬表面存在肉眼可見的液膜(1斗m—l mm)時發生的大氣腐蝕。當空氣相對濕度約為100%或水以雨、霧、雪等形式直接濺落在金屬表面上時。就發生這種腐蝕。
金屬表面的電解液膜較厚時，金屬腐蝕情況與在體相溶液中相似，可將試樣直接浸入溶液中進行電化學測量;但當表面的液膜極薄時，則金屬腐蝕與體相有很大的差別。隨著液膜的不斷變薄，腐蝕電流變大，在液膜快“干”時.腐蝕最為嚴重。使得液膜在表面不斷形成，變厚，減薄，消失。金屬則在液膜存在時發生電化學腐蝕同.大氣中的水分為液膜生成提供了必要條件.而液膜的存在與變化則大大加速了金屬腐蝕。
此外，相對濕度隨地域、季節變化較大，這也為空氣中的水份在金屬表面形成液膜提供了條件。北方地區相對干燥，除夏季外相對濕度基本保持在30%蜘%。夏季相對濕度在50%一80%;南方地區大部分時間在 60吣85%。夏季75%母O%，局部甚至達到100%。在我國很多地區氣溫日變化非常劇烈造成凝露現象非常普遍。在空氣溫度為5~5a℃的范圍內.但氣溫劇烈變化達6℃左右時.只要相對濕度達到65 q/o一75%就可引起凝露且溫差越大引起凝露的相對濕度也越低。中科院上海冶金研究所建立了一種簡便裝置在實驗室直接觀察了金屬表面結露過程，考察了塵埃、鹽玷污等因素對于結露行為的影響【)】。結露現象造成金屬腐蝕的同時也為電氣設備埋下了安全隱患。對于運行中的電氣設備，是絕對不允許結露的。通常情況下，室外電氣柜內金屬的大氣腐蝕主要在Ⅱ區進行。
12大氣污染加速金屬腐蝕
在氣象條件相近的情況下，污染物差別可導致材料腐蝕速率相差數十倍，如SO：的分布便對腐蝕有很大的影響。表l是大氣雜質的典型濃度罔。在這些雜質中對金屬腐蝕危害最大的要算SO：，工業城市中其影響尤為明顯。雖然大氣中SO：含量很低，但它在水溶液中的溶解度比氧約高1300倍。從而使得金屬表面液膜中SO：達到很高的濃度，因此對腐蝕影響很大。一般認為，SO：加速腐蝕速率，在于其增加了陽極去鈍化作用和陰極的去極化作用聊q。據我國大氣暴曬表明，銅、鐵、鋅等金屬其腐蝕速率近似與空氣中SO：含量成正比。其他腐蝕性氣體也都能加速腐蝕。H2s溶于水中能使液膜酸化。增加液膜導電性;NH，極易溶入液膜，增加液膜的pH值，雖刈11q鐵有緩蝕作用，但能與銅生成可溶性的絡合物.f址J旦…極去極化作用，從而加速銅的腐蝕。
鹽粒具有很強的吸濕作用，它能使金屬表面濕潤時間大大縮短。金屬表面落上或生成了吸水性的鹽粒 (如CuSO。、ZnCl2、NaCl、NH4N03)，即使鹽類已形成溶液，也會使水的凝聚變得容易，因為鹽溶液上水蒸汽壓低于純水的蒸汽壓。表2為各種鹽的飽和水溶液上平衡空氣相對濕度研�？梢姟．斀饘俦砻嫔下渖箱@鹽、鈉鹽或鈣鎂鹽時就特別容易促進銹蝕。在這種情況下，水份在相對濕度為70%～80%時就會凝聚。而且又有電解質同時存在。所以更加劇了銹蝕。
2因地制宜控制濕度。降低大氣腐蝕
針對室外電氣柜設備其外部大氣情況很難改變的現實，應該因地制宜制定措施，控制好相對濕度，降低大氣腐蝕，保障設備安全。
Z1大氣腐蝕相關數據的獲取
我國幅員遼闊，氣候多樣，地區差異大，大氣腐蝕相關數據及其規律性也不同。如銅在農村大氣中的腐蝕速率只有在工業大氣中的百分之一，鋼在海岸的腐蝕比沙漠區要大幾百倍。我國自然科學基金重大資助項目——材料大氣腐蝕數據積累及規律性研究.總結了近幾年來我國在大氣腐蝕方面的研究現狀和進展。包括各類典型材料在典型環境下的大氣腐蝕行為規律;大氣環境因素對材料大氣腐蝕的影響。該項目為從事防腐工作的科研技術人員提供了詳實的理論指導和豐富的數據參考。
針對具體的地區。其氣象數據、大氣污染物情況等可以從相關單位獲得。個別地區還有材料腐蝕研究院所(如中科院沈陽金屬研究所、武漢材料保護研究所)和環境腐蝕試驗站(青島海洋大氣試驗站自1983 年起開始了5個周期20年的材料環境腐蝕數據積累及研究計劃舊)，這些都為腐蝕相關數據獲取提供了便利。
2.2合理控制空氣相對濕度
對于電氣柜.如果相對濕度過高會引起結露、爬電、閃絡、腐蝕加快等情況發生;相對濕度太低容易產生靜電，而且很容易吸附灰塵，因此需要將相對濕度控制在一個合適的范圍。
臨界相對濕度對于評定大氣腐蝕活性十分有用。當大氣相對濕度大于臨界相對濕度時.金屬容易銹蝕。若能保持空氣相對濕度低于臨界相對濕度，在這種條件下即使金屬表面存在銹蝕也不會繼續發展，并且污染物和塵土顆粒物等影響也很輕微。因此，針對臨界相對濕度這一個指標。制定相應的電氣柜內金屬保護措施很有必要�？傮w原則為控制相對濕度低于臨界相對濕度;相對濕度過高或過低，都會直接影響設備或線路的工作質量：不允許結露。
根據金屬材料特點、大氣污染物情況、塵土顆粒、晝夜溫差等確定臨界相對濕度。對于室外電氣柜，由于環境的限制使濕度控制方法較為有限。主要有放置吸附干燥劑、加裝防塵網、風扇、加熱器等;此外，還要做好電氣柜周邊排水系統，將電纜進出線處進行防水和防火封堵以切斷氣態濕源。這些方法都能提高臨界相對濕度.降低空氣相對濕度。
23從事故中吸取教訓。重視設備安全
隨著極端天氣現象出現頻率越來越高，相比金屬腐蝕危害而言.高濕度對電網設備造成的絕緣損害威脅越來越大。對特殊氣象，如100%濕度應引起足夠重視。曾有報道唧棚。1990年4月廈門地區出現30多年罕見的濕度(月平均相對濕度達82%)與濃霧(下半月幾乎天天有霧)。在此異常氣候條件下1990年4月 19日22時4分.廈港變電站35 kV金屬全封閉式手車開關柜(ⅡN1—35)內設備表面均是水珠，空氣絕緣擊穿.造成三相母線鋁排對開關柜外殼及相間多處放電燒壞。雖然上述氣象條件較為罕見，但在雨季期間持續多日接近100%相對濕度的氣象，仍時有出現。在變電站采取防潮措施后，污閃故障發生率降低，但尚未采取措施的變電站卻時有發生。 ‘
因此應從事故中吸取教訓，引以為戒，重視高濕度對電力設備帶來的各種安全隱患，做到問題早發現早解決。
3應用實例
在解決空氣濕度帶來的安全隱患問題過程中，控濕裝置設計要求相對濕度應采用當地最高月份的平均相對濕度，而對濕度較高的場所，應采用該處實際相對濕度。確定臨界相對濕度后，將相對濕度控制在其之下。
雖然目前市場上有專用的凝露溫濕度控制器。但價格貴、維護量大、控制條件簡單、有些凝露溫濕度控制器受到其濕度傳感器特性曲線的限制.僅高濕度 (大于90%RH)時才具有好的靈敏度舊。由于控制器下限為75%，對于臨界相對濕度較低的材料。這樣的濕度控制顯然效果不佳。
為了控制室外電氣柜內相對濕度.作者結合電力系統實際情況，研制了一種簡單、實用的防潮裝置安裝于電氣柜內。該裝置主要由加熱片、功率調節多檔組合投退及風扇組成。功耗在O、100W、200W可調，強制加熱功能可選。當獲取相關大氣腐蝕數據后，就可以設置防潮裝置功率檔位.通常一年內只需要根據季節變化調整¨次。當出現極端天氣現象時�？梢匀斯ご蜷_強制加熱開關，降低濕度，確保設備安全。在室外電氣柜集中的場所或重要設備處.另加配便攜式溫濕度檢測器。從而便于相對濕度的監測。
為了檢驗防潮效果.在新余地區220kV珠珊變電站進行對比試驗。新余220kV珠珊變電站是贛西電網最早投運的一個220kV樞紐變電站。站內主變容量330MV·A，除負責220kV轉供電之外，還負擔著新余鋼鐵廠、化工廠等重要I類負荷，站內有220kV 戶外端子箱11個，1lOkV戶外端子箱15個。由于地處新余市城郊.根據新余市氣象資料和環境監察部門所提供的資料顯示，2006年到2007年11月底為止大氣環境參數如下：最高氣溫為36.3℃。最低氣溫為 4.O℃;月平均濕度最高為78%，月平均濕度最低為 53%，年最高濕度為94%，年最低濕度為42%;2007 年大氣酸雨概率為5.1%。從以上氣象資料來看，溫差大、濕度大是珠珊變電站的環境特點。這種條件下，高壓場地端子箱、機構箱內的端子螺絲銹蝕現象較為普遍，在晝夜溫濕度變化較大的季度，端子箱頂部還偶有凝露現象。在每年霉雨季、冬季都曾由于端子箱內濕度大、端子銹蝕嚴重而發生直流接地現象。
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試驗過程如下：在220kV室外場地中(與203開關柜相鄰)、未經改進的電氣柜1(位于203開關相鄰的220kV珠自線212開關端子箱)內、改進后的電氣柜2(為220kV珠珊變3號主變高壓側203開關端子箱)內，各放置一臺便攜式溫濕度檢測器CENTER 313。該儀器每15 min自動測量并存儲一次溫濕度值。試驗時間：2008.1.2—2008.1.15;試驗天氣：連續陰天，時有小雨雪，微風。對比試驗數據見圖3，數據分析結果見表3。
對比試驗表明。柜1內相對濕度僅略低于室外環境濕度，金屬表面有明顯潮濕跡象，紙擦拭后有水印并略有繡跡;柜2內相對濕度降低明顯，金屬表面干潔，無水印，由于加熱器的作用，柜內溫度變化比外界較緩和。整個試驗過程中，改造后的柜內相對濕度始終小于60%，未有結露現象發生，相對濕度得到了有效控制，從而確保了電氣設備安全運行，大大降低了大氣腐蝕速度。
4結論
室外電氣柜內金屬腐蝕受到空氣相對濕度影響明顯。空氣中的污染物、顆粒物及鹽類能降低金屬的 II缶界相對濕度值。從而使得金屬表面更易于液膜生成，導致電化學腐蝕。通過簡單的改進，就可以控制相對濕度處于臨界相對濕度以下，能夠有效防止室外電氣柜內金屬腐蝕，避免結露、爬電等現象發生，保障電氣設備安全運行。——論文作者：鄧飛鳳1。裴鋒2，劉擁軍1
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