发布时间：2022-03-01所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：分析讨论了空气相对湿度与金属腐蚀的关系。为了控制室外电气柜内金属大气腐蚀.降低相对湿度是行之有效的途径。结合应用实例，提出了具体的防潮措施。 关键词：大气腐蚀;空气湿度;结露;金属腐蚀 0引 言 电力安全生产是十分复杂的工作.涉及到许多工作的方方面面，
摘要：分析讨论了空气相对湿度与金属腐蚀的关系。为了控制室外电气柜内金属大气腐蚀.降低相对湿度是行之有效的途径。结合应用实例，提出了具体的防潮措施。
关键词：大气腐蚀;空气湿度;结露;金属腐蚀
0引 言
电力安全生产是十分复杂的工作.涉及到许多工作的方方面面，要全过程共同做好才能保证安全。在安全管理中三级控制最主要的是现场控制.狠抓现场的安全监督和管理是一项重要的任务。当前，我国电力设备中投用的室外电气柜，如高压开关柜、端子箱、仪表箱、环网柜、电控柜，种类繁多，数量庞大。由于室外环境难以控制，例如潮湿、空气污染、尘土颗粒都可能造成设备线路爬电、闪络、腐蚀、绝缘损坏、电接触可靠性降低等情况的发生旧。鉴于此，本文针对室外电气柜内金属腐蚀与空气相对湿度的关系进行了探讨。并提出了防潮措施。
1金属腐蚀与空气相对湿度的关系
大气中的氧是最主要的腐蚀剂，直接参与腐蚀反应。当空气十分干燥，金属表面基本不存在液膜，金属腐蚀属于常温氧化，其特点是在金属表面形成不可见的保护性氧化膜(1～10nm)和某些金属失泽现象，如铜、银等在硫化物污染的空气中所形成的一层膜。这种腐蚀通常较缓慢。然而，当受到污染的空气有一定的相对湿度时，金属表面会形成液膜，则腐蚀速率会大大加快。例如，铁在含001%SO：的大气中暴露55天的结果如图l所示。可见.空气相对湿度是决定金属大气腐蚀速率的重要因素之一。对于一种金属，通常大气相对湿度超过其临界相对湿度后。其腐蚀速率将急剧增大;在ll缶界值之前，腐蚀速率很小或几乎不腐蚀。出现临界相对湿度，标志着金属表面上产生了一层液膜，这层液膜的存在使金属从化学腐蚀转为电化学腐蚀。
1.1液膜生成及其对金属腐蚀的影响
根据金属表面的湿润状态，将大气腐蚀分为三类闩：干大气腐蚀、潮大气腐蚀和湿大气腐蚀，如图2。潮大气腐蚀是指金属在相对湿度小于100%的大气中.表面存在肉眼不可见的薄的液膜层(10nⅡ卜1斗m)时发生的大气腐蚀。例如，铁即使没受雨淋也会生锈。这种薄液膜是由于毛细管作用、吸附作用或化学凝聚作用而在金属表面上形成的。在超过I临界相对湿度时.腐蚀速率会迅速增加。此外。液膜还有微量的气体玷污物或固体杂质，当超过临界相对湿度时，玷污物的存在强烈促使腐蚀速率增大.而且还会使得临界相对湿度降低。常用的主要金属如铁、铝、镍、铜等腐蚀的临界相对湿度在50‰80%。在我国南方地区。这些金属大部分时间表面均可形成液膜圈。湿大气腐蚀是指金属表面存在肉眼可见的液膜(1斗m—l mm)时发生的大气腐蚀。当空气相对湿度约为100%或水以雨、雾、雪等形式直接溅落在金属表面上时。就发生这种腐蚀。
金属表面的电解液膜较厚时，金属腐蚀情况与在体相溶液中相似，可将试样直接浸入溶液中进行电化学测量;但当表面的液膜极薄时，则金属腐蚀与体相有很大的差别。随着液膜的不断变薄，腐蚀电流变大，在液膜快“干”时.腐蚀最为严重。使得液膜在表面不断形成，变厚，减薄，消失。金属则在液膜存在时发生电化学腐蚀同.大气中的水分为液膜生成提供了必要条件.而液膜的存在与变化则大大加速了金属腐蚀。
此外，相对湿度随地域、季节变化较大，这也为空气中的水份在金属表面形成液膜提供了条件。北方地区相对干燥，除夏季外相对湿度基本保持在30%蜘%。夏季相对湿度在50%一80%;南方地区大部分时间在 60吣85%。夏季75%母O%，局部甚至达到100%。在我国很多地区气温日变化非常剧烈造成凝露现象非常普遍。在空气温度为5~5a℃的范围内.但气温剧烈变化达6℃左右时.只要相对湿度达到65 q/o一75%就可引起凝露且温差越大引起凝露的相对湿度也越低。中科院上海冶金研究所建立了一种简便装置在实验室直接观察了金属表面结露过程，考察了尘埃、盐玷污等因素对于结露行为的影响【)】。结露现象造成金属腐蚀的同时也为电气设备埋下了安全隐患。对于运行中的电气设备，是绝对不允许结露的。通常情况下，室外电气柜内金属的大气腐蚀主要在Ⅱ区进行。
12大气污染加速金属腐蚀
在气象条件相近的情况下，污染物差别可导致材料腐蚀速率相差数十倍，如SO：的分布便对腐蚀有很大的影响。表l是大气杂质的典型浓度罔。在这些杂质中对金属腐蚀危害最大的要算SO：，工业城市中其影响尤为明显。虽然大气中SO：含量很低，但它在水溶液中的溶解度比氧约高1300倍。从而使得金属表面液膜中SO：达到很高的浓度，因此对腐蚀影响很大。一般认为，SO：加速腐蚀速率，在于其增加了阳极去钝化作用和阴极的去极化作用聊q。据我国大气暴晒表明，铜、铁、锌等金属其腐蚀速率近似与空气中SO：含量成正比。其他腐蚀性气体也都能加速腐蚀。H2s溶于水中能使液膜酸化。增加液膜导电性;NH，极易溶入液膜，增加液膜的pH值，虽刈11q铁有缓蚀作用，但能与铜生成可溶性的络合物.f址J旦…极去极化作用，从而加速铜的腐蚀。
盐粒具有很强的吸湿作用，它能使金属表面湿润时间大大缩短。金属表面落上或生成了吸水性的盐粒 (如CuSO。、ZnCl2、NaCl、NH4N03)，即使盐类已形成溶液，也会使水的凝聚变得容易，因为盐溶液上水蒸汽压低于纯水的蒸汽压。表2为各种盐的饱和水溶液上平衡空气相对湿度研。可见。当金属表面上落上铵盐、钠盐或钙镁盐时就特别容易促进锈蚀。在这种情况下，水份在相对湿度为70%～80%时就会凝聚。而且又有电解质同时存在。所以更加剧了锈蚀。
2因地制宜控制湿度。降低大气腐蚀
针对室外电气柜设备其外部大气情况很难改变的现实，应该因地制宜制定措施，控制好相对湿度，降低大气腐蚀，保障设备安全。
Z1大气腐蚀相关数据的获取
我国幅员辽阔，气候多样，地区差异大，大气腐蚀相关数据及其规律性也不同。如铜在农村大气中的腐蚀速率只有在工业大气中的百分之一，钢在海岸的腐蚀比沙漠区要大几百倍。我国自然科学基金重大资助项目——材料大气腐蚀数据积累及规律性研究.总结了近几年来我国在大气腐蚀方面的研究现状和进展。包括各类典型材料在典型环境下的大气腐蚀行为规律;大气环境因素对材料大气腐蚀的影响。该项目为从事防腐工作的科研技术人员提供了详实的理论指导和丰富的数据参考。
针对具体的地区。其气象数据、大气污染物情况等可以从相关单位获得。个别地区还有材料腐蚀研究院所(如中科院沈阳金属研究所、武汉材料保护研究所)和环境腐蚀试验站(青岛海洋大气试验站自1983 年起开始了5个周期20年的材料环境腐蚀数据积累及研究计划旧)，这些都为腐蚀相关数据获取提供了便利。
2.2合理控制空气相对湿度
对于电气柜.如果相对湿度过高会引起结露、爬电、闪络、腐蚀加快等情况发生;相对湿度太低容易产生静电，而且很容易吸附灰尘，因此需要将相对湿度控制在一个合适的范围。
临界相对湿度对于评定大气腐蚀活性十分有用。当大气相对湿度大于临界相对湿度时.金属容易锈蚀。若能保持空气相对湿度低于临界相对湿度，在这种条件下即使金属表面存在锈蚀也不会继续发展，并且污染物和尘土颗粒物等影响也很轻微。因此，针对临界相对湿度这一个指标。制定相应的电气柜内金属保护措施很有必要。总体原则为控制相对湿度低于临界相对湿度;相对湿度过高或过低，都会直接影响设备或线路的工作质量：不允许结露。
根据金属材料特点、大气污染物情况、尘土颗粒、昼夜温差等确定临界相对湿度。对于室外电气柜，由于环境的限制使湿度控制方法较为有限。主要有放置吸附干燥剂、加装防尘网、风扇、加热器等;此外，还要做好电气柜周边排水系统，将电缆进出线处进行防水和防火封堵以切断气态湿源。这些方法都能提高临界相对湿度.降低空气相对湿度。
23从事故中吸取教训。重视设备安全
随着极端天气现象出现频率越来越高，相比金属腐蚀危害而言.高湿度对电网设备造成的绝缘损害威胁越来越大。对特殊气象，如100%湿度应引起足够重视。曾有报道唧棚。1990年4月厦门地区出现30多年罕见的湿度(月平均相对湿度达82%)与浓雾(下半月几乎天天有雾)。在此异常气候条件下1990年4月 19日22时4分.厦港变电站35 kV金属全封闭式手车开关柜(ⅡN1—35)内设备表面均是水珠，空气绝缘击穿.造成三相母线铝排对开关柜外壳及相间多处放电烧坏。虽然上述气象条件较为罕见，但在雨季期间持续多日接近100%相对湿度的气象，仍时有出现。在变电站采取防潮措施后，污闪故障发生率降低，但尚未采取措施的变电站却时有发生。 ‘
因此应从事故中吸取教训，引以为戒，重视高湿度对电力设备带来的各种安全隐患，做到问题早发现早解决。
3应用实例
在解决空气湿度带来的安全隐患问题过程中，控湿装置设计要求相对湿度应采用当地最高月份的平均相对湿度，而对湿度较高的场所，应采用该处实际相对湿度。确定临界相对湿度后，将相对湿度控制在其之下。
虽然目前市场上有专用的凝露温湿度控制器。但价格贵、维护量大、控制条件简单、有些凝露温湿度控制器受到其湿度传感器特性曲线的限制.仅高湿度 (大于90%RH)时才具有好的灵敏度旧。由于控制器下限为75%，对于临界相对湿度较低的材料。这样的湿度控制显然效果不佳。
为了控制室外电气柜内相对湿度.作者结合电力系统实际情况，研制了一种简单、实用的防潮装置安装于电气柜内。该装置主要由加热片、功率调节多档组合投退及风扇组成。功耗在O、100W、200W可调，强制加热功能可选。当获取相关大气腐蚀数据后，就可以设置防潮装置功率档位.通常一年内只需要根据季节变化调整¨次。当出现极端天气现象时。可以人工打开强制加热开关，降低湿度，确保设备安全。在室外电气柜集中的场所或重要设备处.另加配便携式温湿度检测器。从而便于相对湿度的监测。
为了检验防潮效果.在新余地区220kV珠珊变电站进行对比试验。新余220kV珠珊变电站是赣西电网最早投运的一个220kV枢纽变电站。站内主变容量330MV·A，除负责220kV转供电之外，还负担着新余钢铁厂、化工厂等重要I类负荷，站内有220kV 户外端子箱11个，1lOkV户外端子箱15个。由于地处新余市城郊.根据新余市气象资料和环境监察部门所提供的资料显示，2006年到2007年11月底为止大气环境参数如下：最高气温为36.3℃。最低气温为 4.O℃;月平均湿度最高为78%，月平均湿度最低为 53%，年最高湿度为94%，年最低湿度为42%;2007 年大气酸雨概率为5.1%。从以上气象资料来看，温差大、湿度大是珠珊变电站的环境特点。这种条件下，高压场地端子箱、机构箱内的端子螺丝锈蚀现象较为普遍，在昼夜温湿度变化较大的季度，端子箱顶部还偶有凝露现象。在每年霉雨季、冬季都曾由于端子箱内湿度大、端子锈蚀严重而发生直流接地现象。
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试验过程如下：在220kV室外场地中(与203开关柜相邻)、未经改进的电气柜1(位于203开关相邻的220kV珠自线212开关端子箱)内、改进后的电气柜2(为220kV珠珊变3号主变高压侧203开关端子箱)内，各放置一台便携式温湿度检测器CENTER 313。该仪器每15 min自动测量并存储一次温湿度值。试验时间：2008.1.2—2008.1.15;试验天气：连续阴天，时有小雨雪，微风。对比试验数据见图3，数据分析结果见表3。
对比试验表明。柜1内相对湿度仅略低于室外环境湿度，金属表面有明显潮湿迹象，纸擦拭后有水印并略有绣迹;柜2内相对湿度降低明显，金属表面干洁，无水印，由于加热器的作用，柜内温度变化比外界较缓和。整个试验过程中，改造后的柜内相对湿度始终小于60%，未有结露现象发生，相对湿度得到了有效控制，从而确保了电气设备安全运行，大大降低了大气腐蚀速度。
4结论
室外电气柜内金属腐蚀受到空气相对湿度影响明显。空气中的污染物、颗粒物及盐类能降低金属的 II缶界相对湿度值。从而使得金属表面更易于液膜生成，导致电化学腐蚀。通过简单的改进，就可以控制相对湿度处于临界相对湿度以下，能够有效防止室外电气柜内金属腐蚀，避免结露、爬电等现象发生，保障电气设备安全运行。——论文作者：邓飞凤1。裴锋2，刘拥军1
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