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摘要："三高"气候具有高温、高湿、高盐雾热带海洋季风气候的特点,在该种气候环境下,电气设备的失效速度远大于非电气设备。本文结合电气设备带电特性,从腐蚀机理、静电感应、电磁感应原理方面进行其快速腐蚀失效的机理分析,并提出了防护建议。
关键词：“三高”气候;电气设备;腐蚀;静电感应;电磁感应;
０引言
我国一带一路战略、海洋战略等战略布局推动了电力装备在全球各种严酷、复杂环境下的广泛应用，其中东南沿海、海南岛、南海属于典型的具有“高温、高湿、高盐雾”特点的热带季风气候。在该气候下使用的电力装备极易出现短路、腐蚀等失效形式，服役寿命只有预期的１／１０～１／５，频繁更换与维护会造成严重经济损失。据统计电网每年因海洋环境导致的产品失效损失高达数亿元。《中国制造２０２５》中明确提出：“开展输变电成套设备可靠性和特殊环境适应性研究，形成完善标准、试验、检测和认证体系”。为提升我国电气设备耐“三高”的环境适应性，本文深入分析了“三高”气候对电气设备的影响，并提出防护措施。
１盐雾腐蚀
１.１金属腐蚀
在三高环境中，空气中含有大量的盐分，这些盐分极易电离出大量的氯离子和钠离子。由于空气湿度较大，盐电离出的氯离子和钠离子极易凝露在钢铁等金属表面，凝露溶液中大量氯离子、钠离子和空气中氧气的融合，极易造成钢铁等金属材料电化学腐蚀。材料的氧化反应机理动力学表明，当环境温度每升高１０℃，反应速度增大２．６倍。
氯离子具有极低的水合能，极易吸附在金属表面，同时氯离子体积较小，极易穿越金属表面的氧化膜层，排挤氧化物中的氧，形成易溶性的金属氯化物，迫使金属的氧化膜破裂，导致金属加速腐蚀。
１.２涂层老化失效
涂层主要由高分子材料构成，高分子材料在热氧、光辐照、大气污染、微生物等作用下会发生各种老化，在“三高”及热带季风气候下主要受紫外线辐射老化，同时高温加速老化进度。高分子材料中ＲＯＯ－Ｈ、Ｒ－ＯＯＨ和ＲＯ－ＯＨ键的断裂能分别为１７５ｋＪ／ｍｏｌ、２９０ｋＪ／ｍｏｌ和３７０ｋＪ／ｍｏｌ，足够的能量光波会使高分子激发或价键断裂。通常典型共价键的解离能为３００～５００ｋＪ／ｍｏｌ，紫外光波的波长为２９０～４００ｎｍ（４００～３００ｋＪ／ｍｏｌ），因此紫外线有足够能量使某些共价键断裂。在高温和波长大于３００ｎｍ的紫外线照射环境下，以ＲＯＯＨ的分解老化为主，涂层失效，最终会加速金属的腐蚀。
２电磁感应、静电感应电流腐蚀
“三高”环境下的腐蚀必然比非“三高”环境下腐蚀严重得多，而且电气设备腐蚀程度要远大于非电气设备，现有的防护体系及试验验证体系并不能满足电气设备在“三高”环境下的应用，因此有必要对电气设备在“三高”下快速失效机理进行分析。
金属腐蚀形成蜂窝状的电化学池，电离电流相对微弱。配网、主网输电电压≥１０ｋＶ，输电电流一般大于１００Ａ，在感应电压及感应电流下，会加倍地给电化学池提供电流，极大加速了金属腐蚀进度。具体机理如下。
２.１电磁感应电流产生
带电导体与导体穿越的金属外壳形成一个微弱的变压器，带电导体为半径无限大的一次绕组，外壳为二次绕组。带电导体分为单相和三相主回路两种。当导体穿越外壳时，外壳始终有感应电流。通Ｉ电流为单相主回路，如图１ａ）所示，通Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ三相电流为三相主回路，如图１ｂ）所示，通Ｉｅ电流为金属外壳。在外壳形式、零序电流和多次谐波电流的影响下Ｉｅ可达到毫安级。
２.２静电感应电流产生
主回路带高压并且在主回路金属件上感应出径向压差，５０Ｈｚ的主回路交流电场会引起金属件上频率为５０Ｈｚ的交变电场，形成５０Ｈｚ的感应电流。静电感应如图１ｃ）所示，通Ｉ电流为单相主回路，通Ｉｅ电流为金属外壳上的静电感应电流，由于主回路电压较高，因此Ｉｅ电流大于微安级。
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２.３电磁感应、静电感应电流引起的腐蚀形式
当外壳形成电流后，对金属的腐蚀会以两种形式体现：（１）连续型金属腐蚀形式，如图２ａ）所示。通Ｉ电流为连续金属，通Ｉ１为凝露在金属表面盐溶液的液滴，金属与液滴形成并联回路，金属会给该盐溶液液滴的小电化学池提供电腐蚀电流，加速金属的腐蚀，此时Ｉ＞Ｉｉ。（２）不连续型金属腐蚀形式，如图２ｂ）所示。通Ｉ电流为不连续金属，通Ｉ１为凝露在跨接金属的盐溶液的液滴，金属与液滴形成串联回路，金属会给该盐溶液液滴的小电化学池提供电腐蚀电流，加速金属的腐蚀，此时Ｉ＝Ｉ１。
不连续金属提供的电流远大于连续型金属，导致电气
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设备的外壳金属板材边缘的腐蚀速度远大于金属板材的其他部位。
３防护手段
根据对电气设备在“三高”环境下的腐蚀分析，可知电气设备在带电的影响下，金属的腐蚀会大大加速，由于带电的特点无法避免，因此需要深入研究电流对腐蚀的影响，在进行材料盐雾试验时应加入该部分影响因素。电气设备的主要防护措施如下：
（１）加强安装工艺，避免金属防护层的划伤。
（２）提高涂层厚度。
（３）对腐蚀较为严重且后果较为影响的部位，采用整体密封＋可视干燥剂的形式。
（４）在板材拼接处添加绝缘垫或绝缘漆。
４结语
“三高”环境下，电气设备极易发生失效。现有的电气设备设计、试验、标准体系并未完全考虑电气设备在该气候下的失效机理，导致电气设备相对于非电气设备因腐蚀速度更快而引起快速失效。
本文根据电气设备带高压电运行机理，分析了电气设备在“三高”下快速腐蚀原理，为后续防护及材料的盐雾试验提供了明确的研究方向。
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