CN102237579B

CN102237579B - 磁性氧化铁电极

Info

Publication number: CN102237579B
Application number: CN2010101601159A
Authority: CN
Inventors: 杜忠东; 董晓辉; 谭进; 唐程
Original assignee: Wuhan NARI Ltd
Current assignee: Wuhan NARI Ltd
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: CN102237579A

Abstract

磁性氧化铁电极，包括中空有底的圆柱体、内镀铜层、内腔、绝缘材料层、PVC管和电缆；电缆穿过PVC管和绝缘材料层与内镀铜层电连接固定，绝缘材料采用环氧树脂，形成导流通道，内腔中心部分用聚苯乙烯填充，整体由采用以Fe₃O₄为主要材料制成的中空有底圆柱体包裹，形成电极本体。本发明具有优良的导电性能，电流通过时电极本体表面电位、电流和温升分布更为均匀，同时所用材料极化电位较小，可承受电流密度大，阳极消耗率低，耐蚀性和稳定性更优，使用寿命更长。选用原材料对温度的依赖性较小，不易发生开裂破损，且价格相对便宜易得，施工方便，性价比高，应用前景广阔。

Description

磁性氧化铁电极

技术领域

本发明涉及电力系统接地与防腐领域，具体提供了一种磁性氧化铁电极。

背景技术

为了使高压直流输电系统直流接地极在设计年限内长期而有效的运行，接地极材料的选择是很关键的问题。用作接地极馈电体的材料必须具有良好的电气性能(如电导率)及理化性质(如对机械损害和腐蚀的耐受能力)。基本要求包括：①导电性能好；②通流量大；③耐腐蚀，消耗量小，寿命长；④具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击震动；⑤材料易得、性价比高。

电极材料可分为可溶性材料(如铁，铜，铝等金属材料)，难溶性材料(如石墨，高硅铁类合金)和不溶性材料(如铂，镀铂钛)三大类。其中不溶性金属材料具有很高的耐蚀性，但由于价格昂贵已很少在直流输电系统中采用。目前国内外通常用作接地极馈电材料的有铁、高硅铸铁、石墨棒、铜和其他合金等。

铁具有导电性强、机械加工方便和经济等优点，但铁作为阳极材料使用，受电解腐蚀较严重外，土壤中氧气是加速腐蚀的主要原因；

高硅铬铁和高硅铸铁电极抗腐蚀能力强，前者适合海岸电极、海水电极以及深井布置电极，后者适合潮湿极址电极和接地极阳极使用，电极本体较脆易断碎；铜具有优良导电性，稳定性高，但在强电流通过时较易电解，且造价高昂。因此，寻找一种兼具优良电气性能和抗腐蚀性能，同时价格相对低廉的材料成为当下研究的重点。

中国专利200820067181.X“防腐接地极”，由金属导体和包覆在该金属导体外部的导电高分子材料防腐层组成，具有一定的防腐蚀效果，但是由于此接地极仍采用的是国内常规的电缆头在电极首端部焊接的方式，必然会使电极表面电流分布不均匀，造成局部发热和腐蚀严重。

磁性氧化铁具有较高的耐腐蚀性，可以耐受高电压，并且对残余波纹电压不敏感，可用于海水、低盐度水、淡水及土壤中。但是利用烧结技术生产的磁性氧化铁电极很脆，形状与大小都受限制，并且无法进行机加工。若将铁氧体涂到阀金属铅锡黄铜上，这样制成的电极坚实耐用，可以按需生产出各种各样的形状，它们的消耗率低，氧气不能渗透，电阻比较低，使用中不会钝化，机械强度高。

发明内容

本发明的目的即是克服以上不足，使用磁性氧化铁材料制作电极，并提出一种新型的电极结构。

本发明的技术方案是，磁性氧化铁电极，其特征在于：包括中空有底的圆柱体、内镀铜层、内腔、绝缘材料层、PVC管和电缆；电缆穿过PVC管和绝缘材料层与内镀铜层电连接固定，绝缘材料采用环氧树脂，形成导流通道，内腔中心部分用聚苯乙烯填充，整体由采用以Fe₃O₄为主要材料制成的中空有底圆柱体包裹，形成电极本体；此结构的优点在于：采用内部中空中段注流结构设计，使电极表面电流分布更为均匀，散流更为顺畅，同时也尽可能缓解了传统分段式电极局部温升过高和端部腐蚀的问题；为增加导电性能，使电极表面电流密度均匀，整个内表面镀一层铜，而电极内腔的中心部分用聚苯乙烯填充，是为了消除温度变化引起树脂体积改变的影响，避免温度交变造成阳极开裂，剩余环形空间用环氧树脂填充，则是为了保证其端部的绝缘。

如上所述的磁性氧化铁电极，其特征在于：电极本体主要成分包括Fe₃O₄占90％-95％，SiO₂约占3％-8％，CaO、MgO、Al₂O₃分别占0.1％-1％。使用本组分制造的本体，比现有技术使用钢件抗氧化，耐腐蚀，可以大大的延长其使用寿命。

如上所述的磁性氧化铁电极，其特征在于：电极本体外径50mm-100mm，壁厚5～20mm，内镀铜层为10～16mm²。使用这些工艺参数，可以有良好的工艺制造性能，既能有足够的机械强度，良好的使用性能，又能节省材料。

本发明的有益效果：

1)采用内部中空中段注流结构设计，使电极表面电流分布更为均匀，散流更为顺畅，同时也尽可能缓解了传统分段式电极局部温升过高和端部腐蚀的问题。

2)与碳钢，硅铸铁，石墨等电极相比，磁性氧化铁电极的耐蚀性能好，极化电位较小，可承受电流密度大，阳极消耗率小，使用寿命更长，可用于腐蚀较严重的地区。

3)与铅银合金及镀铂钛电极相比，磁性氧化铁价格便宜易得。

4)磁性氧化铁电极对温度的依赖性较小，研究证明，当温度在-30℃～75℃之间变化时，磁性氧化铁电极无任何开裂和破损现象。

附图说明

附图1是本发明结构示意图；

附图2是本发明与传统电极表面电流分布对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图中，1-中空有底的圆柱体；2-内镀铜层；3-内腔；4-绝缘材料(环氧树脂)层；5-PVC管；6-电缆。

图1是本发明的结构示意图，从材料上说，磁性氧化铁，即Fe₃O₄，由于其结晶结构中有缺陷，所以具有电子导电性。磁性氧化铁电极氧析出过电位较低，低于氯析出的过电位，因此具有较高的耐腐蚀性。但是单纯的磁性氧化铁电极很脆，形状与大小都受限制，并且无法进行机加工。但是若将铁氧体涂到阀金属铜上，这样制成的电极坚实耐用，可以按需生产出各种各样的形状，它们的消耗率低，氧气不能渗透，电阻比较低，使用中不会钝化，机械强度高。

具体来说，为增加导电性能，使电极表面电流密度均匀，整个内表面镀一层铜。而电极内腔的中心部分用聚苯乙烯填充，是为了消除温度变化引起树脂体积改变的影响，避免温度交变造成阳极开裂。剩余环形空间用环氧树脂填充，则是为了保证其端部的绝缘。

图2是本发明与传统电极表面电流分布对比示意图，从结构上说，目前国内接地极使用的分段式电极，均采用将电缆头在电极首端部焊接并用环氧树脂包封。电流流过时将主要集中在电极的首端散流，电极表面电位分布不均匀，如图易造成局部发热和腐蚀严重，对整个接地极电位分布均匀性和运行稳定性造成影响。

本发明专利具体实施方式如下：

1)根据现场所测接地电阻计算电极的用量，形状，尺寸，并进行开挖；

2)电极电缆处接线先用环氧树脂浇封，后用热缩管热封、PVC管套封；

3)本电极可以进行垂直埋置或水平埋置，埋置深度不宜小于1.2米。尽可能埋设于地下水位和冻土以下或装设注水设置，陆地接地极应放置在土壤电阻率低的空地上，离其它金属结构尽量远；

4)设计使用寿命在规定的运行方式下至少不少于30年；

5)在电极周围应敷设炭床，用焦炭包裹覆盖，可有效减缓接地极材料的腐蚀率，提高电极导电性能，然后用土壤回填，夯实。

电极本体成分实施例：

Fe₃O₄：92％，SiO₂：7％，CaO、MgO、Al₂O₃分别占0.2％、0.3％、0.5％。

Fe₃O₄：93％，SiO₂：5％，CaO、MgO、Al₂O₃分别占0.5％、0.7％、0.8％。

Fe₃O₄：94％，SiO₂：4％，CaO、MgO、Al₂O₃分别占0.3％、0.8％、0.9％。

电极本体外径65m，壁厚17mm，内镀铜层为12mm²。

本发明优化了传统电极结构型式，采用内部中空中段注流结构设计，馈电电缆伸入电极内部与内壁铜层连接，电流通过电缆和镀铜层先流入电极中段，然后再向周围散流，表面电流分布更为均匀，散流更为顺畅，同时也尽可能缓解了局部温升过高和端部腐蚀的问题。

通过对传统电极在材料和结构型式上的优化更新，使本发明具有更优良的电气性能和耐腐蚀性能。本发明主要用作高压直流输电系统接地极馈电材料，当系统以大地回路工况运行时，直流工作电流可通过导线回路注入由若干该电极组成的接地极，并散流入周围土壤中，保证输电系统正常工作，同时亦可用于大型金属物阴极保护系统中的辅助阳极。

Claims

1.磁性氧化铁电极，其特征在于：包括中空有底的圆柱体、内镀铜层、内腔、绝缘材料层、PVC管和电缆；电缆穿过PVC管和绝缘材料层与内镀铜层电连接固定，绝缘材料采用环氧树脂，形成导流通道，内腔中心部分用聚苯乙烯填充，整体由采用以Fe₃O₄为主要材料制成的中空有底圆柱体包裹，形成电极本体。

2.如权利要求1所述的磁性氧化铁电极，其特征在于：电极本体主要成分包括Fe₃O₄占90％-95％，SiO₂约占3％-8％，CaO、MgO、Al₂O₃分别占0.1％-1％。

3.如权利要求1所述的磁性氧化铁电极，其特征在于：电极本体外径50mm-100mm，壁厚5～20mm，内镀铜层为10～16mm²。