摘要：随着国民经济的快速发展，港口成为大型综合交通运输枢纽，是现代经济社会发展的战略资源和重要支撑。港口的规模和种类多种多样，港口结构形式也具有多样性，所以其电气设计有其特殊性，而接地系统的设计及其可靠性具有重要的地位，不仅关系到供配电系统的稳定性，同时关系到港口各种设备和人员的安全。
港口的接地装置极有可能长期处于潮湿、阴暗的环境下，甚至与海水直接接触，会遭到严重的电化学腐蚀，如果设计未采取合理的防腐蚀措施，会造成接地网性能下降导致设备损坏甚至影响人身安全。
关键词：港口接地系统；腐蚀机理；防腐蚀措施
1港口常用接地形式
低压系统接地形式主要有TN、TT、IT等，港口主要采用TN系统，TN系统按N和PE的配置又分为TN-S系统、TN-C-S系统和TN-C系统。
TN-C系统中整个系统的N导体和PE导体是合一的，虽然节省了一根导体，但是其安全水平较低。如果单相回路的PEN线中断或导电不良，设备金属外壳对地将产生220V故障电压，容易产生人身伤害；PEN线不允许切断，检修时不安全；不能通过安装剩余电流装置防止电击和接地电弧火灾；PEN导体中通过中性电流，信息系统和电子设备容易被干扰。由于以上几种原因，港口通常不使用TN-C接地系统。
TN-S系统N导体与PE导体全部单独设置，TN-S系统PE导体不流过工作电流，不会对信息系统造成干扰，同时能够降低电击和火灾风险。适用于设有对低压电气设备供电的配电变压器的港口：尤其是港口的负荷等级通常较高，有较高的供电连续性要求；有较复杂的自控通信设施，对电气干扰源有较高要求；尤其是装卸油品、化工品码头，是有爆炸、火灾危险的场所。
TN-C-S系统中一部分N导体与PE导体是合一的，在满足部分特殊用电设备功能要求的同时，能够节省部分不必要的导体。所以TN-C-S在港口设计中同样广泛应用。
2港口接地系统的设计
（1）港口接地系统接地电阻的要求
按通过接地极流入地中工频交流电流求得的接地电阻称为工频接地电阻，通常所说的接地电阻即工频接地电阻。工作于不接地、谐振接地和高电阻接地系统、向1kV及以下低压电气装置供电的高压配电电气装置，其保护接地的接地电阻应满足R≤50/I，且不应大于4Ω。
（2）接地极和接地网的布置
接地网的优化设计主要是为保证接地系统的安全运行，使地电位分布均匀防止设备遭到破坏、保证人员的人身安全不受到威胁，主要体现在限制地表电位分布趋于均匀方面，确保接地网区域内的人体承受跨步电压和接触电压在安全范围内。
接地网应利用直接埋入地中或水中的自然接地极，港口接地网除利用自然接地极外，还应敷设人工接地极，码头部分常用水工建筑物的基础作为接地极，若水工建筑物对预应力钢筋耐久性有特殊要求，则需另外设置与结构钢筋相互独立的人工接地极。
（3）接地电阻的计算
均匀土壤中垂直接地极的接地电阻可按下式计算：
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L是水平接地极的总长度，h是水平接地极的埋深，d是水平接地极的等效直径，A是水平接地极的形状系数。
人工接地极接地电阻简化计算公式为，垂直接地极，单根水平接地极 ，复合式接地极组成接地网 。
3接地腐蚀机理及危害
（1）接地装置的腐蚀
接地网中，除引下线和连接件外大部分构成接地网的接地体和接地极均长期埋于地下，因此土壤中的接地装置腐蚀是主要形式。土壤可以看作是矿物质、有机物、水和空气的混合物，所以土壤中的接地材料腐蚀是一个极为复杂的现象。
金属在水中或土壤中腐蚀是根据电化学机理发生的金属离子化反应，水中均匀接触、土壤中非均匀接触，将自然电位序列中不同电位的两种金属组合在一起，电位低的成为阳极，电位高的成为阴极，阳极将被腐蚀。
（2）码头接地装置在海水中腐蚀的原因
由于海水是良好的导体，置于海水中的混凝土电阻率同样很低，甚至能够达到小于1Ω·m，所以码头部分接地极常深入到在处于海水浸泡的混凝土中，海水对混凝土的侵害同时会对混凝土中的接地极造成腐蚀。
海洋环境是一种复杂的腐蚀环境，海水是一种含有多种盐类的电解质溶液，以3～3.5％的氯化钠为主盐，pH值为8左右，并溶有一量的氧气。海水对混凝土和混凝土中的接地金属的腐蚀是多种综合因素作用的效果，包括化学因素、物理因素、生物因素。
（3）接地装置发生腐蚀的危害
目前港口接地装置通常将电力系统中的工作接地、保护接地、防雷接地、信息接地等接地装置合为一体，一旦港口接地装置因为发生腐蚀而造成接地网损坏，严重时发生失地状况，将会导致设备损坏甚至人身伤害。
4常见防腐蚀措施
（1）选择合适的接地材料
接地装置中使用最多的导体材料是钢和铜，有研究表明钢铁在土壤中的腐蚀速度大约是铜导体的4~5倍，而镀锌钢在土壤中的腐蚀速度对比钢铁有明显下降，镀锌钢的腐蚀速度大约只有铜的1~2倍。 接地网中的很多设备以及装置的接地材料都是以钢铁为主，例如油气管道、机械设备、电气设备外壳等，这些钢铁材料的装置与设备如与铜接地体连接会形成腐蚀原电池，加快相关接地装置的腐蚀速度。综合技术和经济性各方面因素，目前港口广泛使用的接地导体材料是镀锌钢。
（2）表面涂层保护
表明涂层保护是金属腐蚀防护中最广泛的方法，通过被保护金属表面的覆盖层将其与腐蚀环境隔离，按照涂层的材质可分为金属覆盖层与非金属覆盖层。进行金属覆盖层加工的方法包括电镀、热喷涂、化学镀等，镀锌钢、铜包钢等即是使用金属覆盖保护的方法，值得注意的是金属覆盖层只有在保持完整的情况下才能对接地装置的腐蚀防护有明显的作用。非金属覆盖层在接地装置的腐蚀防护中效果较好的包括塑料、沥青以及油漆等。
（3）牺牲阳极保护
根据金属在土壤或混凝土中的腐蚀机理，以电化学腐蚀现象后果最严重，基于此原因提出以牺牲阳极保护阴极接地网的方法。
阴极保护是利用外部电流使被腐蚀金属电位发生变化从而减缓或抑制金属的腐蚀，阴极保护可分为外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法利用外接电源将被保护金属与电源负极相连，荣国辅助阳极构成电流回路，使金属发生阴极极化而达到防止阴极金属被腐蚀的目的；牺牲阳极法是将被保护金属与电位更低的外加阳极相连，构成电流回路，从而使金属发生阴极极化，靠阳极的腐蚀溶解达到保护阴极电网的目的。由于外加电流阴极保护需要外部电源，而牺牲阳极法简单易行，仅需定期检查更换牺牲阳极金属即可，特别适合腐蚀性严重港口应用。
结语
港口工程供配电系统中接地保护十分重要，关乎生产设备稳定性、设备安全和人身安全，因此需要合理设置接地装置，对接地系统进行优化布置，保证港口电力系统安全稳定运行。在港口的电气设计过程中要结合港口的自然条件以及水工等其它专业的设计条件合理的考虑接地装置防腐蚀措施，在投资成本与耐久性、可靠性之间权衡，在保证安全的前提下做出最合理的设计。
参考文献：
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