金属物体电气保护方法及其所用接地电极和电极的组合物的制作方法

专利名称：金属物体电气保护方法及其所用接地电极和电极的组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及物体的电气保护，更精确地说，是关系到金属物体的电气保护方法、实现该方法的接地电极和接地电极的构成。
本发明可以用于大长度金属结构的防腐蚀阴极保护，例如地下干线管道，也可以用于金属物体的电气保护，其中包括结构复杂的物体的防外来电压的保护。
按照已知的大长度金属物体的阴极防护方法，在邻近被保护的表面的电解质媒体中，敷设包在导电线聚合物护套内的，呈连续挠性钢芯形的大长度阳极，其中阳极沿物体敷设，相隔一定距离，这距离由阳极与被保护的表面之间绝缘垫层的厚度决定，然后将物体与阳极接到极化电流源(US，A，4487676)。
但已知的方法有一系列本质上的缺点。如阳极的配置规定在贴近被保护表面处，而其间的距离不能对整个系统的电气特性优化。这种情况，甚至在平面平行电场的条件下，也使保护受到限制并引起电位分布不均匀，特别是在绝缘陈旧时。
此外，采用已知的保护接地(阳极)布置方法时，大大增加了排水处的过度保护的危险，也就是整个保护系统加速报废的危险。
试图用降低电位的方法来避免过度保护导致保护区的缩短，亦即全面降低保护效果。
已经知道有用挠性大长度阳极作大长度物体阴极保护的方法，能提供阳极与被保护表面间距离的最佳化。已知的方法包括，安装连续的挠性的金属芯，金属芯采用与之作电气接触的塑性导电聚合物护套，装在电解媒质中，与物体保持一定的距离;将物体与阳极接到电流源;并使物体对阳极极化。按照这种方法，阳极材料的电阻率应在0.1～1000Ω·cm范围内，而纵向电阻率不应超过0.03～0.003Ω/m。其中阳极与被保护物体的关系应保持比值 (b+D)/(a+D) ＜2，式中a-阳极与被保护物体间的最小距离，b-阳极与被保护物体间的最大距离，D-被保护物体在垂直于阳极轴方向的最大尺寸(US，A，4502929)。
这一解决办法，仍然免不了有一系列缺点而不便于采用。例如，这种方法不能保证在长期运行中，保护电位差沿绝缘管道周围分布应有的均匀性，在管道表面上完全没有绝缘时，也会产生相似的反向效应。这与下面的事实有关，保护电位差既包括管子的自身的电位，这个电位决定于极化电流线密度的积分值，又包括周围媒质的电位，取决于导电空间体积的每一点上流过的电流微分密度。后者在其他条件相同时，在很大程度上不仅决定于阳极与被保护物体间的距离，也决定于被保护物体的线性尺度，而且还决定于管导周围绝缘上缺陷和疏漏的分布，以及其接邻土壤的电化学性质。
在许多情况下，比率 (b+D)/(a+D) ＜2时不能保证在整个表面上的必要的保护水平，例如，管道的某些截面。事实上，在对φ1400管道相邻段作阴极保护时若绝缘电阻为300Ω·m与1，000Ω·m，则为了保证均匀的保护电位，阴极极化电流密度比应符合3∶1。在这种情况下，阳极偏离距相同时，管道附近土地最近点的电位也将符合这个比值。如认为b＞＞D，a＞＞D，则达到b/a＜2的条件时，不能补偿地点电位的不均匀性，K＝3所代表的邻近部份保护水平的不均匀性，也不能补偿。相似的情况还发生在管道均匀部分保护的情形。在这种情形下，离阳极远、近处形成管状的地电位仍不均匀，这样就引起周围保护性电位差的分布不均匀，而降低了保护水平。限制性关系式不能避免这种不均匀性，因为对于管道，当有条件b-a＝D时，关系式取 (a)/(D) ＞0的形式，这就使达到保护水平均匀的条件不能确定。
除上述的以外，该方法的使用范围还受到方法中对阳极材料以及整个结构所规定的电阻范围的限制。达到这个范围时，阳极截面(不考虑挠性芯子的影响)，应该不小于0.33～333m2(直径0.63～18.3m)，这是完全不现实的。如果不计及说明中所提到的芯子纵向电阻极限值(0.03～0.0003Ω/m)，则其直径应在0.9-8.7mm范围在考虑到阳极制造与应用的工艺方法，难以做到，因为极大地降低了其坚固性与挠性。
既然达到所要求的保护水平在总体上取决于保护电流的绝对值与沿阳极的电流衰减速度，采用上述方法在高电阻的土壤中由于增加了阳极输入电阻或者由于被防护物体绝缘涂层良好而可能显得无效。在这些情况下，看来由于阳极跨越电阻大而不能达到所需的保护电流值，而且由于沿阳极的电流传布常数已增加而不能达到所需的保护电流密度分布。这两个因素一般来说都大大限制了已知的大长度阳极的有效采用的范围，特别是上述的方法。
溶解速度低特别是阳极电流流动的电阻低、以及电极工作表面电流流出均匀，是考虑到土壤电解媒质中电化学过程的进程特点，而对接地电极的基本要求。满足上述要求保证电极工作的耐久性和有效性与周期性加荷同时发生的运输与安装条件，需要电极具有尽可能大的挠性与弹性，以提高其在运行中的可靠性。
在大型建筑构件的阴极保护中，电缆型电极(大长度电极)各结构优于销型电极，因为大长度电极的电流输出是在平面平行的场中实现的，保证了大的保护有效工作系数。
已经知道的用于阴极保护系统的接地电极，采取许多工作元件(硅铁阳极)的形式，元件沿通电的电力电缆分布，并通过特殊结构的接触接头电气连接到电缆上，这种结构保证了电缆的连续性与整个电极的整体性。电极的每个工作元件包括带中心孔的有锥形部分的块体，穿过电极块孔的连续电力电缆，以及用于将电极块固定到电缆并同时保证与电缆间电气连接的装置。固定装置与电气接触由两个箍住电缆并放在电极块孔内的半套圈来实现。半套圈有导电材料制的中心部分，直接与裸露的电缆接触，还有两个弹性电介材料制的锥形端头衬套。固定装置的半套圈成对地沿电缆轴分布，并用楔形成整块的电极连接元件(US，A，3326791)。
用硅铁阳极作为工作元件是电极脆性，并在运输与安装中大量损失的原因。
带锥形电介质衬套的接触接头，由于它在运输与安装中可能机械变形而不能充分保证可靠的接触。此外，这种接头不能达到防止通电电缆与电磁媒质作直接的电气接触，这样会引起电极过早损坏和报废。结果这种电极工作寿命不长。
已经知道对亲磁金属制的带电介媒质的容器抗内表面腐蚀的阴极保护用的挠性大长度阳极。阳极至少包括一个钢的主干导体，挠性大长度导电聚合物护套包围着导体并与之电气连接，以及由磁性材料(恒磁)制的挠性介电质层，沿阳极轴与护套作机械连接或通过粘性层连接。
磁性介电质层将阳性保持在被保护表面附近，但不让它与护套作电气接触。在阳极导电聚合物护套之间放一层多孔材料(多孔附加膜)(US，A，4487676)。
这种方法不能提供在保护容器与其他相似形状的物体时控制电流分布的可能性，亦即有离散微分的表面状态质量。阳极由于单块导电护套中电流衰减不能补偿而在保护区长度方面受到限制，并且由于磁性介电层必须将阳极直接放在被保护表面上，在保护作用范围(阳极两侧)方面受到限制。与这些缺点有关，为了保证在全部被保护表面上达到所需的保护水平，阳极上需要加上更高的电流负荷，这将使它过早损坏，结果导致寿命缩短。
在技术实质方面与所申请的专利最接近的是，由导电聚合组合物构成的大长度混合电极，用于金属物体阴极保护系统，例如管道。电极呈带状，并包括大长度挠性金属芯与由导电聚合物制成的护套，聚合物主要是热弹性塑料或聚氯乙烯型塑料，护套包着芯子，与之作电气接触，并形成电化学上活性的电极工作表面。电极可以放置在外加的电解质不能穿透的介电质外表护套上，护套防止电极工作表面与物体表面直接接触(GB，A，2100290)。
电极不具有足够的坚固性，特别是在建筑安装期间，这与它弹性低且抗寒性低有关，因为温度低于-10°～15℃时，护套材料开始布满裂纹。电极的这一性质对其寿命也不利。此外，电极工作寿命不长、因为护套材料中添加剂含量较低、添加剂迅速耗损为电解质开了到芯子的通路，这样就引起耗损加速，还有因为增塑剂含量较低(增塑剂散失而电极护套迅速裂纹)，这是由护套材料中所用热弹性层与塑料的材料容量低所决定的。
此外，电极结构允许使用有0.5Ωmm2/m的电阻载流芯子(作为比较，铜芯电阻0.018Ωmm2/m，钢芯电阻0.24Ωmm2/m)。这就在最恶劣的允许电阻0.03Ω/m时需要保证4.5mm的直径。同时，实现最好的电阻0.0003Ω/m实际上是不可能的，因为在直径为45mm时才能实现。这时护套聚合物材料电阻不超过10Ω·m。这就不允许充分利用大长度电极的优越性，这优越性是电流衰减常数所保证的，这常数不达到小于5.5×10-3I/m的值。在这些指标下，在电极上电流负荷增加。特别在接通点附近，引起其工作寿命缩短。
导电聚合组合物与电气装置及其应用是熟知的。这些组合物的成分是含碳填料(元素碳与聚合物基)或粘结剂，根据组合物使用目的与条件而加入不同的添加剂去改变每种组合物的性质(US，A，4442139)。
接地电极的运输、堆放条件及其装配工艺要求它们有较高的弹性。
就弹性指标而言，由以导电聚合物为基础的组合物制成的各种已知电极，较之以在金属结构阴极保护中使用的金属氧化物或硅铁物质为基础制成的电极有优越性。
但是，高的弹性指标(不小于10%)和对于该类电解质(例如，土壤的)的最优导电率和溶解度指标的稳定搭配(特别是阳极)，是复杂的技术课题。
已知具有高导电率的导电橡皮组合物，含有导电填料(金属粉末加瓦斯炭黑)并含可与橡皮有限地相共存的胶液化成份，例如聚氯乙稀，聚苯乙稀，尼龙，聚乙二醇，为与塑性粘合剂例如天然橡胶、聚丁二稀、聚异戊二稀，乙丙稀橡皮凝聚物形成混合剂，取重量比相应为40-60和60-40，填料与弥散物以及组合物中的橡皮基型的比例为1.1∶1到5∶1(US，A，4642202)。
在导电填料浓度不大时，已知组合物有不小于106Ω·cm的比阻。
但是从其可能的应用来看，对于接地电极，其中对于阴极保护系统中的阳极接地装置来说，它具有一系列严重的缺点。首先，加入组合物的聚氯乙稀和聚苯乙稀具有形变复原性能，使其成份的延展性不足，特别在低温下。此外，以聚氯乙稀类塑料为主的成份不是费料的，亦即其中填料量不大。而且，金属粉末填料使聚合物急剧氧化，特别在所加电流的作用之下，这导致聚合物出现裂纹和弹性的消失。
电解质经气空和微小裂纹的渗透使金属溶解，并迅速冲洗填料。以致在填料含量小的情况下急剧改变组合物的电气特性。因此，对已知组合物所用的聚合体，金属填料促使组合物在电解质中比阻很快增加，并造成它对于阳极溶解的不稳定性。结果，抗振和抗寒性不足，以及已知组合物组成材料的很小的柔韧性使它事实上不能用于接地电极。
已知复盖延伸导体的导电结构，它含百分重量%导电填料(焙烧焦炭)5-75%;聚合粘合剂(乙稀或其他丙稀乳胶状聚合物于乳胶中)5-50%，水基溶液5-50%;表面活化添加剂0-5%;浓缩剂0.1-10%，油脂酒精C3-C120.01-2.5%;抗微生物腐蚀剂和抗霉菌剂的混合体0.01-2.5%(US，A，4806272)。
以导电涂层的形式用组合物作为钢筋混凝土结构的阴极防腐。
但已知的组合物不具备足够的导电性并对阳极溶解不够稳定，这就说明了羧基物的水解稳定性差，倾向于吸潮，因此提高了阳极溶解度。因此，已知组合物制的涂复物寿命不长。此外，由于丙稀酸化合物的延展性不够而且焦炭和丙稀酸类聚合物不相互作用，因此已知组合物制成的涂层不具有足够的延展性。
已知组合物只能在阴极聚合结构上以阳极层的形式使用，不可能在传统的工艺设备上形成销钉型接地极或电缆型接地极，这就限制了组合物的使用范围，使它不能用于防护大长度的地下金属结构。
像管导这样的金属伸展体的阴极防腐系统中所使用的柔性伸展电极组合物，在工艺实质上讲，与所申请的组合物最接近。组合物包含的最大百分含量质量(Mac)%导电填料(瓦斯炭黑或石墨)23-55;聚合物粘合剂(热塑聚合物;多聚丙稀氟化物和丙醛稀基树脂，氯化聚乙稀)65-44.8;添加剂(抗氧化剂，碳酸钾)0.1-5.0。组合物比阻在23℃时为0.6-25Ω·cm，它的相对伸长是10%(GB，A，2100290)。
在地下建筑阴极防护的接地电极中，从使用已知组合物的可能性看，它有一系列缺点。首先，由于在它的粘合基体中所使用的元素，例如氯化聚乙稀，聚丙酸氟化物并因而在土壤电解质时饱吸了组合物的潮气，因此这种组合物对阳极溶解不稳定。其次，作为聚合物基体基层的塑料不费料，也就是说填料的含量有限。由于以上指出的各原因，填料的冲洗不可避免地导致组合物比阻急剧增加，也就是说导致失去防护回路中所给定的必要的电气特性。此外，已知组合物的使用范围由于它的抗冻性不良而受到限制。抗冻性差是由于，在一切实现组合物的方法中，它的粘合基体含有聚合元素(热塑聚合物，氯或氟，含有聚合节，这些节有提高了的结晶温度)。因此，在低温下出现组合物的牢固特性和电气特性的急剧恶化。
组合物的塑性较低(相对伸长率10%)，因此，组合物质的柔性差，疲劳耐久性小也是严重的缺点。以已知组合物为基础的电极对于运输、安装时常有的周期性形变不稳定。
本发明的基础在于建立一种金属物体电防腐的方法，其中所用的接地电极和接地电极的组合物可借助降低接地电极电流的流经电阻，提高电极电位分布的均匀度，减小可溶性，增加接地电极抗寒性可望提高接地电极防护作用的持久性。
这一任务是这样解决的，在金属物体的电气防护法中大长度的接地电极安装在电解质中，电极离被防护金属物一定距离，电气上将所防护的金属物体和大长度接地电极与电流源连接，形成防护回路，并极化被防护金属物体，接地电极内含柔性的中心金属导线，围绕中心金属导线有用可溶性小的导电聚合物材料制成的护套，根据发明，要这样选择大长度的接地电极和接地金属物体与电流源的连接区，及其几何尺寸和/或伸长接地电极的电气参数，使防护回路中的电流传输常数值小于或等于10-3m-1。
实现金属物体电气阴极防护时，至少可以利用一个电流源，而其他的电流源沿大长度接地电极按一定间隔接至其上，其间隔要保证防护回路里的电流衰减指数小于或等于1.5。
这一任务也可这样解决，在含有柔性中心金属导线以及围绕中心导线用溶解度小的导电聚合物质制成的护套的接地电极中，按照发明，在中心导线上布置一层粘连的涂层，以保证电气接触。
在中心导线和护套中间，放置具有电子电导的导电粘连层。
最好护套是两层的，两层的导电性不同，而且最好沿电极的长度上，护套有可变的电气参数。
沿电极长度粘连层有可变的电气参数看来是有利的，中心导体最好是多股的，被总的粘连层所裹，或者每股裹有粘连层。
起码在部分中心导体上放置柔性护套而在整个接地电极上形成个别区段，而且接地电极各个与无柔性护套的区段有绝缘层，借助用介电物制成的以部份柔性护套裹起来的轴套和有柔性护套的各区段粘连，以形成整体连接。而且轴套的介电物质，柔性护套的材料，绝缘层的材料，最好这样选择较合适，使他们具有相似的热力学特性。
多股中心导体的每一股可以有具备绝缘层的各区段和无绝缘层的区段，而柔性护套可以包裹所有无绝缘层的区段，这些区段借助介电物质的轴套和相应各股的各有绝缘层的区段相连，该轴套由一段柔性护套裹着，并形成整体连接。
利用它作金属物体阴极防护时，多股中心导体中每一股可接到自己的电流源上，电流源属于独立的防护回路。
最好至少对一股中心导线来说，有绝缘层的一区段的长度，与这区段上这股导线截面积的比例沿接地电极的长度为可变的。
可这样解决问题，有含炭填料和粘合剂的接地电极组合物，根据发明，作为粘合剂而含有橡胶体聚合物，以及增塑剂和杀虫剂按以下的质量(Mac)%组成含炭填料40-80橡胶体聚合物10-49.8
增塑剂9-10杀虫剂0.2-1.0最好组合物含有数量为橡胶体材料量的10%的结构稳定剂。
可以用聚丁二稀橡胶或丁基橡胶或者合成乙丙稀橡胶作为橡胶体聚合物，作为增塑剂可以使用邻位苯二酸二丁酯，或凡士林油，或鲁巴克斯。作为杀虫剂可以用秋兰姆或氨基甲酸盐，或氯苯酚，作为结构稳定剂可用氯化镁氯化钙混合剂或硅胶(селикагелъ)或煅烧氧化镁。
所推荐的发明可提高接地电极防护作用的耐久性，降低接地电极的电流电阻，提高它电位分布均匀度，减小可溶性，增加接地电极的耐寒能力。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。


图1是按照本发明实现金属物体电气防护法的原理图;
图2是根据本发明，实现贮存器电气防护法的实现原理图;
图3和图1一样，是根据本发明利用几个电流源的情况;
图4表示接地电极的截面;
图5表示接地电极有多层护套时的截面;
图6表示接地电极在有多股中心导体时的截面;
图7是具有多股中心导体的电极在另一个实施方案时的截面图;
图8是根据本发明，实现电极另一种方案时的截面图;
图9是按照本发明接地电极实现两层护套和多股中心导体时的截面图;
图10是按照本发明，接地电极在中心导体上带栓钉的实现方案的纵向截面图;
图11为接地电极在中心导体部分有电气绝缘层时的实现方法的纵向截面图;
图12为按照本发明，实现带多股中心导体的接地电极的纵向截面图;
图13是根据本发明，实现金属物体电气防护法并使用多股中心导体的接地电极的原理图。
以防护管导I(图1)的例子来讨论金属物体的电气防护方法，使用大长度的接地电极2，把它装在电介质3中，例如土壤中，距被防护的管导I为规定的距离。
用导体4将管导1并用导体5将电极2和电流源6作电气连接，形成防护回路，同时极化管导1。
电流源6以负极接向管导I，而以正极接向电极2。结果，在工作时经常流过防护电流J，其方向由箭头7指出。同时，管导I和电极2同电流源6的接连区，以及其几何尺寸和/或电极的电气参数作这样的选择，即防护回路中电流传布常数α的值小于或等于10-3/m。这一电流传布常数值α不该大于上述数值，因为此时电极内电流的衰减速度增涨到这种程度，即实际上排除了大长度电极所固有的电流分布和电流输出的一切优点。
电流源6根据上述条件，如图1所示，可安排在接地电极2的任何区段，其中示意性指出电流源6′或6″的位置较近于管导1的始端和终端。
在图2中指出存贮器8的电气防护方法的实现原理图，在其由介电物质做成的盖子9上安装了控制装置10，该装置由导体11和存贮器8的壳体连接，用导体12和电流源13连接，其壳体本身也用电极14接地。存贮器8包围着大长度的接地电极15，该电极和存贮器8的壳体有电气连接。
在绝缘体击穿，并在装置10的壳体上出现电压时，这电压经导体12及存贮器8的壳体从大长度电极15进入防护地，防护电流7从该电极经土壤流到工作接地电源13的电极14去，而防护回路在电源13处短接。
图3中，举出了用两个电流源6和17实现管导阴极防护法的方案，两个电流源电气上既和管导I相连，又与接地电极2相连，与此相同，电流源6在图1中所列的方案中也这样连接。防护电流I1和I2(图3)从电流源6和17流出的方向，由箭头7指出。此时，阴极防护最有效的方法取决于正确选择两个电流源6和17之间的距离，应当这样选择，要保证防护回路中电流衰减指数，亦即乘积L，小于或等于1.5。而且在电流衰减指数大于1.5时，防护回路中电流衰减速度增加得这样快，以致电极在整个L长的区段上，不再完成其防护作用。
连续的柔性大长度阳极等距地安放在防护物的被防护表面上，以便形成阴极电流的面平行电场，并引入附加限制，导电介质如被防护管导周围的土壤的电位实际水准差。
曾在实际上确定，利用柔性大长度阳极实现阴极防护时产生的面平行电流场条件下，这一限制条件是关系式a≥ξD〔1’〕其中a-是阳极和被防护体之间的最小距离，D-物体的最大尺寸，ξ-经验校正系数，由于遵循这一关系式，事实上排除了由屏蔽引起的建筑物的防护电位差的不均匀性。
为了提高大长度电极2的强度和柔韧性，以及为了扩宽其使用范围，在增加过渡电阻和输入电阻时，为选择电极及经电流源6将其向被防护管导I接连的操作，引入了限制关系式α1≤10α2〔2〕其中α1，α2-分别为阳极接地点25和被防护物体23的接通点之间的电流传布常数。
遵循关系式〔1〕和〔2〕时，其中包括用平行敷设法作两个接向电流源6的阳极接地，将沿接地和被防护体I的两个电流衰减，极限地移近，这就提高了有效防护水准，拓宽了在高阻土壤中接地的应用范围，因为最大地利用了大长度电极2的性能，随着防护系统内输入电阻的降低，在保留由衰减引起的电流密度许可损失的条件下，依靠增加电流的流散间隔去估计电流。
作为比较的例子，我们看一下320mm直径管导区阴极防护的几个方法。管导有形状复杂的分叉，总的延伸距离是15.5公里，已运行15年，有腐蚀电位0.4伏M.C.Э(在土壤平均比阻30或100Ω·m时)。为了保证防护水平，用两种方案接入防护装置，补偿干涉和屏蔽两种现象用两个或四个源作补偿。根据基本的计算方法，这些电源应当有额定功率300瓦特。它们必须装备集中的阳极接地，相应地安放在离管导150或100米处，相应地由20-100个或56-200个电极组成，为保证所需的电源工作制度，需要每年250或80瓦电能。
使用带大长度接地电极2的防护设备连接方法时，有几种可能的不同方案。我们看其中下述几个1)已知的满足关系式 (b+D)/(a+D) ≤2的接通方法，其中b-阳极和被防护物之间的最大距离;2)同样的，相当于条件αa≤11αO;3)同样的，相当于条件a≤4.5D;4)完成关系式 (b+D)/(a+D) ＝3;5)完成关系式 (b+D)/(a+D) ＜3;6)实现关系式αa＝10αO;7)实现关系式αa＜10αO;8)实现关系式a＝5D;9)实现关系式a＜6D。
所讨论的各个具有不同阳极接地保护设备的接通方法，在保证相同的防护电平条件下的主要工作特性列于表I内。
表1续阴极防护法各方案1112301003040022442810056200----3003004004000.250.250.080.08如表1所见，与已知方法相比，按所讨论的方法实现的方案保证了最好的结果，亦即大长度阳极接地，以下面关系式说明(b+D)/(a+D) ≤3;a＝5D;αa≤10α。
因此提高物体防护水平和拓宽方法应用范围是靠利用其技术优势，在于提高防护电位分布均匀性及扩大其有效系数，也在于降低接地电极输入电阻，以保证电极间距及其与防护物间的最佳距离，接地电气特性的最佳化。
上述金属物体电气防护方法中所用的接地电极含有大长度柔韧的金属中心导体18(图4)，以及弱可溶聚合物导电材料制的柔韧护套19，套在导体18外面。在导体18上有粘附层，保证护套19和导体18之间的电气接触。
粘连层20由导电材料实现，例如导电釉或导电胶，而且粘连层20密封着导体18以及导体18和护套19之间的接触连接。
护套19(图5)有两层，并选用层21和22的不同的电导率。按电极长度，实现有可变电气参数的护套。通过选择制造护套19的组用力防止鳞刺26和护套19之间接触的破坏。
柔性护套19(图11)最好不沿整个接地电极安放，而只在其上一部分。所表示的方法中导体18在其长度上被分成两段27和28，有护套19的和没有护套的。此时，无护套19的区段27具有绝缘层29，并藉助套管30同带护套19的区段28连接，而套管30本身又裹着一段护套19。套管30由电介质制成，例如氯磺聚乙稀，或者丁二稀和苯乙稀聚合物。
套管30与其周围的护套19形成整体连接。
套管30，护套19和电绝缘层29由如下材料制成，它们是这样可选择的，使他们具有相似的热力学特性。例如，这样的材料搭配1)护套19-циз-1.4-聚异戊二稀橡胶带含炭填料，套管30-丁二稀和苯乙稀异分子聚合物，绝缘层29-聚丁二稀;2)护套13-聚丁二稀橡胶，套管30-氯磺聚乙稀，绝缘层29-丁二稀异分子聚合物和硝基-丙稀酸。
为延长阳极接地的服务期，使其个别区段的漏电流密度按规定交替，利用几个实现方法相同的接地电极31(图12)，32和33完成阳极接地可以做到这点。
31-33这些电极有如图11中表示的结构，但在31-33(图8)的每个电极中，区段27和28的长度不相同。此外，在接地中，在31-33的任何一个电极中在出现区段28处，增加附加护套19。箭头34、35和36有条件地表示阳极接地的不同区段的防护电流。
大长度电极有中心导体I的几个段，具有电气绝缘层29，电气上是串接的单位电流输出元，以由导体的纵向电阻和导电护套的横向电阻为特征。正是这两个参数，监督着沿电极的电流分配和每个单元的电流微分输出。它们是由上述的电阻比例决定的。当导电护套19所用的组合物在电极内的比阻为常量时，则通过导体I在电介质层29中长度和截面积比例关系的可变性达到控制电极特征参数的可能性。例如，假使在减小带电介质层29的导体段长度时，需要保持最初的特性，那末，为此要成比例地减小截面积，或者，同样地，减小它的直径。在不改变其长度而要在接地的某一固定单元上增加输出电流，就必须在电介质层29的相应段上增加导体I的截面积。
这种结构的阳极接地是这样工作的。
为接入工作，该把具有离散性分布的电气特性的大长度阳极接地沿被防护物体安排。在把电流源6(图13)的“负极”接到这物体I而把“正极”接到接地电极去时，他们之间开始流过防护电流，形成面平行电场，其90-95%在电极间的距离之内闭合。电流从源6流出，沿着导体18，护套19的带电绝缘层29的区段27传播，护套阻止电流漏入周围介质去。同时，电流到达护套19的导流段28时，它获得了经过周围介质流入旁边放着的被防护物I去的可能性，这个被防护物有横向电位梯度。电流流入物体I，对它进行腐蚀破坏的防护，因为在“物体-介质”的边界上建立必要的防护电位电平。由“长线”定律决定电流沿接地电极的这种传播，亦即决定于电气特性接地本身的输入电阻和电流传播常数。这就允许离散地选择护套19的导流区28的单位元尺寸及其间距之间的相互比例关系，使在这一比例关系下接地的电气特性和被防护体I的相似电气特性一致或稍小。此时在防护电流的平面平行电场中达到电流分配的最佳条件，从而提高防护的有效作用系数，从而在其他条件相同的情况下增加阳极接地的使用期。由于套管30的影响提高接地工作的可靠性，套管阻止导流导体18和其周围介质间提前建立直接的电气接触。
在防护大量物体时调节阳极接地输出电流的必要性特别大，例如，两个具有显著不同的过渡电阻的平行管导I和I’，保证防护漏电流密度作规定交替。在要保证防护电流只流经接地电极的单位元37时，从这些单位元的每一个向管导7流出电流ia，而向管导I’流出电流ia’。为了在I，I’的每个管导上达到必须的防护水准，亦即达到有效电位φ，必须在其上保证共同的电位图φ1和φ2，正比于防护电流的公共消耗。如果此时接地是由两个电极31和32组成，电极上有离散分布的护套19的导流区28，那末从这些区段28中，有选择地流出电流ia和ib。
此时，电流ib保证管导I’上的有效电位φ(电位图φ2)，而管导I的防护条件保持不变。比较两张电位图φ’2和φ2，说明具有电极31和32的阳极接地时，防护电流的消耗大大减少，而因此，在其他条件相同时，其使用期相应的要长。
接地电极的组合物中有含炭填料，橡胶聚合物，增塑剂，杀虫剂。元素以下列的质量(Mac)百分数比例加入组合物，含炭填料40-80橡胶聚合物10-49.8增塑剂9-10杀虫剂0.2-1作含炭填料的如瓦斯炭黑或微粒碳石墨灰尘。这种填料保证了从电极的金属导流芯体向物体，特别是电极的第一类电流输出的电子机理。此时，含炭填料本身具有很好的导电性，大约等于9-35欧姆·米，阳极可溶性小，这就允许大大降低整个阳极接地体组合物的阳极可溶性，在数量上含上述填料40-80质量(Mac)%。
在组合物里使用了橡胶基聚合物，聚丁二稀或丁基橡胶，或合成乙烯-丙稀橡胶可作这种聚合物，而作为增塑剂，可用邻位苯二酸二丁酯，或凡士林油脂，或矿质橡胶。
将适当数量(10-49%)的上述所列中的任何一种橡胶基聚合物，加入组合物中，其中聚合物与含炭填料的相互比例正好处于建议的配比，就可保证组合物的高度延伸性(不小于30%)，与低的电合物中填料的含炭浓度实现这点。这样能控制防护电流的分布，按照需要程度，对防护物体的不同部位保证防护电流的微分密度。
粘连层20在电极长度上也可以有变化的电气参数，这是通过其中导电填料浓度的可变性达到的，并可控制电极的电气特性。
图6中表示出实现多股中心导体18’的方法，而粘连层20包围整个导体18，其中护套19是单层的，如图6所示，或者如图7中所示，是双层的。
可按不同的方式实现多股导体18。在图8中，中心导体18和粘连层20被许多股线21包围，其每股又被自己的粘连层24所包围。
图9上示出实现电极的方法，其中的中心导体18″含几股芯线25，其中的每一股又被自己的粘连层24所包围。
这种制造电极的方法允许以接地工作部位的形式利用电极，从而保证了电极和电流主导体之间的可靠接触(在内表面上)，保证主导体对周围介质的密封，考虑到护套沿长度方向导电率是改变的，在整个接地长度上的阳极电流保证了均匀流散。
所述结构保证了以下接地性能-锐减了接触节点数，排除了它们与周围介质的接壤，这就提高了结构的可靠性;
-在高阻土壤中，大大降低了接地电阻，因为它是带漏电流的线性大长度电极;
-稳定了接地电阻随时间而变化，因为由于降低了接地电极面上各点的阳极电流密度，减少了潮气的电蒸馏;
-由于电极导电护套微分电导的变化，沿被防护物体的电位和防护电流分布均匀性有了保证。
如果粘连层是电介质时，为了保证中心导体18和护套19之间的电气接触，中心导体18有许多刺26(图4)，他们经粘连层20渗透到护套19中去，同时，粘连层20藉助护套19上纵向的可能的作阻率相搭配，考虑到阴极防护系统的要求，电阻应当达40-50欧姆·米。在组合物中加入增塑剂可达到稳定延展性和低的阳极可溶性(0.24-0.48公斤/安培·年)，为增大使用期，特别在非灭菌电解质中，例如，在泥土中，则加入杀虫剂，例如，秋兰姆或氯酚或氨基甲酸盐。
增塑剂和杀虫剂含量间相互比例改变到超出建议极限时，组合物的基本性能会极大地变坏。提高橡胶基聚合物含量，相当于降低含炭填料的含量，允许降低增塑剂的含量，会引起组合物比阻的急剧增加，降低上述粘结剂的含量或增加含炭填料的含量则减小组合物的延展性。为把延展性维持在原有水平上必须增加增塑剂含量，而这种增加也引起组合物体积比电阻的明显增加。
把杀虫剂含量降低到小于0.2%，使组合物丧失抗细菌的稳定性，而把它的含量提高到大于1.0%时，引起组合物的毒性，这是卫生指标不允许的。
因此，组合物成份间相互联系的建议比例提出了三个基本的数量指标阳极可溶性不大于0.24-0.48公斤/安培·年比阻不大于40-50欧姆·米延展性不大于30%用以下方法制备接地电极的组合物。
在温度40-90℃的条件下在滚炼胶机上制备橡胶基聚合物，将含炭填料，增塑剂和杀虫剂加入其中，混合开始时，在1-5分钟过程中粘结剂增韧。然后，在6-9分钟时加入增塑剂和杀虫剂。在10-18分钟时加入含炭填料，在19-21分钟时结束搅拌，在电气压力机中140-160℃的温度下进行硫化。
曾经制出元素的各种混合物，其元素的数量比不同，加入元素的方式也不同。各种数据归列于表2，各元素中每个元素的数量对组合物性能影响的研究结果列于表3。
表2No成份含量,质量(Mac)%组合物含炭填料橡胶基聚合物聚氯乙稀丁基橡胶乙丙橡胶1234514049.8--24049.8--34049.8--440-49.8-540-49.8-640-49.8-740--49.8840--49.8940--49.8106029.8--116029.8--126029.8--1360-29.8-1460-29.8-1560-29.8-1660--29.81760--29.81860--29.8198010.0--208010.0--
218010.0--2280-10.0-2380-10.0-2480-10.0-2580--10.02680--10.02780--10.0286029.7--296030.0--3060-29.7-3160-30.0-3260--29.73360--30.0表2续No成份含量,质量(Mac)%组合物增塑剂(杀虫剂)邻苯二甲凡士矿质酸二丁酯林油橡胶16789110.0--0.229.5--0.739.2--1.04-10.0-0.25-9.5-0.76-9.2-1.07--10.00.28--9.50.7
9--9.21.01010.0--0.2119.5--0.7129.2--1.013-10.0-0.214-9.5-0.715-9.2-1.016--10.00.217--9.50.718--9.21.7199.8--0.2209.4--0.6219.0--1.022-9.8-0.223-9.4-0.624-9.0-1.025--9.80.226--9.40.627--9.010.02810.0--0.3299.2--0.830-10.0-0.331-9.2-0.832--10.00.333--9.20.8在组合物No.1-3、10-12，19-21，28，29中用了秋兰姆作杀虫剂，在组合物No.4-6，13-15，22-24，30，31中-用氨基甲酸盐，在其余的组合物中-用氯酚。
表3组合物组合物的阳组合物比阻弹性抗菌稳定性成份极可溶性欧姆·米 %公斤/安培·-年-1234510.155041稳定20.175038稳定30.184832稳定40.195041稳定50.215035稳定60.234530稳定70.245040稳定80.264831稳定90.284030稳定100.255042稳定110.264840稳定120.274535稳定130.234842稳定140.264538稳定150.294034稳定160.274835稳定170.284634稳定180.293932稳定190.284636稳定
200.313834稳定210.353431稳定220.314436稳定230.363632稳定240.413230稳定250.354234稳定260.423031稳定270.482830稳定280.254838稳定290.254841稳定300.255036稳定310.244940稳定320.254938稳定330.245040稳定从表3可见，由推荐组合物制成的接地装置其阳极溶解速度比已知的要小几倍。因此，以建议的比例加入邻苯二酸二丁酯和聚丁二烯橡胶型的橡胶基聚合物作增塑剂将平均溶解速度降低1.8-2.9倍，亦即，相当于以同样的比例增加了由这些成份制成的接地器使用寿命。类似使用丁基橡胶型的橡胶基聚合物和凡士林油脂类增塑剂可将平均溶解速度降低1.6-2.5倍，而用乙烯-丙烯合成橡胶型的橡胶基聚合物和矿质橡胶型的增塑剂降低1.4-2.2倍，也就是说，总的是平均2倍。
组合物阳极的可溶性实际上对所有成分都保持较低于已知组合物，这就可使由这类组合物制成的阳极接地装置的电极的使用寿命提高10-15年。
在组合物成分中加入杀虫剂在质量浓度不小于0.2%的情况下提高抵御细菌破坏的稳定性。
将杀虫剂的质量含量提高到大于1.0%会使制造组合物的工艺过程呈有毒性，而由它制成的零件在许多场合也呈有毒性。必要的保护措施使组合物的制造过程工艺性不良，而实际上卫生标准不允许使用有毒零件。
有具体杀虫剂的组合物例子，也就是秋兰姆，氨基甲酸盐，氯苯酚列举在表4内，其中的其他成分根据列于表2中3-8栏内相应组合物编号的那个比例取。
表4No组合物秋兰姆氨基甲酸盐氯苯酚123410.2--20.7--31.0--4-0.2-5-0.7-6-1.0-7--0.28--0.79--1.0100.2--110.7--121.0--13-0.2-14-0.7-15-1.0-16--0.2
17--0.718--1.0190.2--200.6--211.0--22-0.2-23-0.6-24-1.0-25--0.226--0.627--1.0280.3--290.8--30-0.3-31-0.8-32--0.333--0.8为改善组合物，它含数量达橡胶基聚合物量的10质量(Mac)%的结构稳定剂，与此同时，假如结构稳定剂的量超过了10质量(Mac)%，那末组合物超出了最低允许的弹性极限，使电极的机械性能变坏，并降低其使用寿命。
使用镁和钙氧化物的混合物或者硅胶(селикагелъ)或者用煅烧的氧化镁作为结构稳定剂。表5内列出了含结构混定剂的组合物例子，稳定剂的含量相对于上述橡胶基聚合物中的某一个来选择。按表2中相应的组合物号所指出的数量，取其他成分。
表5No橡胶基聚合物结构稳定剂组合物聚丁二丁基乙丙烯钙镁氧硅胶煅烧氧烯橡胶橡胶橡胶化物混剂(селикагелъ)化镁1234567145.27--4.52--245.27--4.52--345.27--4.52--4-45.27--4.52-5-45.27--4.52-6-45.27--4.52-7--45.27--4.528--45.27--4.529--45.27--4.521027.1--2.71--1127.1--2.71--1227.1--2.71--13-27.09--2.71-14-27.09--2.71-15-27.09--2.71-16--27.1--2.7117--27.1--2.7118--27.1--2.711910.0--1.0--2010.0--1.0--2110.0--1.0--22-10.0--1.0-
23-10.0--1.0-24-10.0--1.0-25--10.0--1.026--10.0--1.027--10.0--1.02827.0--2.7--2927.28--2.72--30-27.0--2.7-31-27.28--2.72-32--27.0--2.733--27.28--2.72在No19-27的组合物中，含炭填料在数量上各含79质量(Mac)%。
在表6中列举了某些物理性能，这些物理性能是用表2-5中列出的聚合物相对应的组合物制成的接地电极所具有的。
表6No组合物阳组合物弹性电阻的运抗细菌组合物极可溶性比阻%行稳定稳定性公斤/安培欧姆·米性,·年%12345610.15504180稳定20.17503885稳定30.18483295稳定40.19504180稳定
50.21503585稳定60.23453095稳定70.24504180稳定80.26483185稳定90.28403095稳定100.25504280稳定110.26484085稳定120.27453595稳定130.23484280稳定140.26453885稳定150.29403495稳定160.27483580稳定170.28463485稳定180.29393295稳定190.28463680稳定200.31383485稳定210.35343195稳定220.31443680稳定230.36363285稳定240.41323095稳定250.35423480稳定260.42303185稳定270.48283095稳定280.25483885稳定290.25484195稳定300.25503685稳定310.24494095稳定
320.25493885稳定330.24504095稳定因此，所申请的接地电极用组合物制造工艺上精良，有很高的弹性，很低的比电阻，对阳极溶解的高稳定性，抗细菌破坏。这就允许减少数量并提高阳极接地中此种电极的寿命平均达100%，这是极为重要的，因为地下建筑物电化学防腐中建设费用的主要部分是初装费和转换阳极接地的费用。
发明可被用在象地下管导干线这样大长度金属结构的阴极防腐系统中，也可用来作金属物体的电气防护，其中包括形状复杂物体对外部电压的的防护。
权利要求
1.一种金属物体电气防护方法，其中大长度接地电极(2)，包含一个柔性金属中心导体(18)和护套(19)，护套裹住中心导体(18)，并由溶解度小的导电聚合材料制成，将接地电极装入电解质中，同被防护的金属物体(1)保持给定的距离，在电气上将被防护的金属物体(1)和大长度接地电极(2)与电流源(6)连接，形成防护回路，并极化金属物体(1)，其特征在于选择大长度接地电极(2)和被防护金属物体(1)至电流源(6)的连接区段，以及选择大长度接地电极(2)的尺寸和/或电气参数，以使防护回路中的电流传播常数值小于或等于10-3/m。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在实现金属物体(1)的阴极防护时，还至少使用一个电流源(17)，而且所有电流源(6，17)沿大长度接地电极的长度接向接地电极，相隔的间距要保证防护回路中的电流衰减指数小于或等于1.5。
3.一种实现金属物体电气防护方法所用的接地电极，包括大长形柔性中心金属导体(18)和护套(19)，护套包裹中心导体(18)并由可溶性小的导电聚合材料制成，其特征在于在中心导体(18)上有粘连层(20)，保证电气接触。
4.如权利要求3所述的接地电极，其特征在于在护套和中心导体(18)之间，安放了导电粘连层(20)，具有电子电导。
5.如权利要求3或4所述的接地电极，其特征在于护套(19)被做成双层的，两个层(21，22)的电导选得不一样。
6.如权利要求3或4所述的接地电极，其特征在于护(19)具有沿接地电极长度方向变化的电气参数。
7.如权利要求5所述的接地电极，其特征在于护套(19)具有沿电极长度方向变化的电气参数。
8.如权利要求3或4所述的接地电极，其特征在于粘连层(20)具有沿电极长度而变化的电气参数。
9.如权利要求7所述的接地电极，其特征在于粘连层(20)具有沿电极长度而变化的电气参数。
10.如权利要求3或4所述的接地电极，其特征在于中心导体(18)做成多股的，由共同的粘连层(20)所包裹。
11.如权利要求9所述的接地电极，其特征在于大长形中心导体做成多股的，由共同的粘连层(20)所包裹。
12.如权利要求3所述的接地电极，其特征在于中心导体(18)做成多股的，而粘连层(20)包裹着每一股(23)。
13.如权利要求10所述的接地电极，其特征在于导体(18)做成多股的，而粘连层(20)包裹着每股线(23)。
14.如权利要求3或4所述的接地电极，其特征在于至少在部分中心导体(18)上放有柔性护套(19)，在整个接地电极上形成个别区段(27，28)，接地电极的区段(27)无柔性护套(19)，但有电气绝缘层(29)，并借助由介电材料制成，部分包裹着柔性护套(19)的轴套(30)，将区段(27)和具有柔性护套(19)的区段(28)连结起来，以形成整体连接。
15.如权利要求6所述的接地电极，其特征在于至少在部分中心导体(18)上放有柔性护套(19)，在整个接地电极上形成独立的区段(27，28)，接地电极的区段(27)无柔性护套(19)，但有电气绝缘层(29)，借助于由介电材料做成的部分包裹着柔性护套(19)的轴套(30)，将区段(27)和具有柔性护套(19)的区段(28)相连接，形成整体连接。
16.如权利要求14所述的接地电极，其特征在于轴套(30)的介电材料，柔性护套(19)的材料和电气绝缘层(29)的材料要选择具有相似的热力学性能。
17.如权利要求15所述的接地电极，其特征在于轴套(30)的介电材料，柔性护套(19)的材料和电气绝缘层(29)的材料要选择得有相似的热力学性能。
18.如权利要求11所述的接地电极，其特征在于多股中心导体中每一股(31-33)有带电气绝缘层(29)的区段(27)和不带电气绝缘层(29)的区段(28)，而柔性护套(19)包裹全部无电气绝缘层(29)的区段(28)，借助由介电材料制成并部分包有柔性护套(19)的轴套(30)，将区段(28)和相应股线(31-33)的具有电气绝缘层的各区段(27)连结在一起，形成整体的连接。
19.如权利要求18所述的接地电极，其特征在于至少对股线(31-33)中的一股来说，有电气绝缘层(29)的区段(27)的长度与在这一区段(27)上的股线(31-33)的截面积之间的比例关系，要选择随接地电极的长度而变化。
20.如权利要求13所述的接地电极，其特征在于多股中心导体(18)中的各股(31-33)有带电气绝缘层(29)的区段(27)和无电气绝缘层(29)的区段(28)，而柔性护套(19)包裹所有无电气绝缘层(29)的区段(28)，这些区段借助介电材料制成的且部分裹着柔性护套(19)的轴套(30)和相应股线(31-33)上每段电气有绝缘层(29)的区段(27)相连结，形成整体的连接。
21.如权利要求20所述的接地电极，其特征在于至少对于股线(31-33)中一股来说，有电气绝缘层(29)的区段(27)的长度和在这区段(27)上股线(31-33)的横截面积之间的比例关系要选得随接地电极的长度而变化。
22.一种接地电极用的组合物，包含含炭填料和粘合剂，其特征在于这种组合物包含采用橡胶基聚合物的粘结剂，和增塑剂及杀虫剂且含有以下质量(Mac)百分比。含炭填料 40-80橡胶基聚合物 10-49.8增塑剂 9-10杀虫剂 0.2-1.0
23.如权利要求22所述的组合物，其特征在于组合物内含有结构稳定剂，其数量可达橡胶基聚合剂量的10质量(Mac)%。
24.如权利要求22或23所述的组合物，其特征在于作为橡胶基聚合物，使用了聚丁二稀橡胶或丁基橡胶，或者合成乙稀-丙稀橡胶。
25.如权利要求22或23所述的组合物，其特征在于作为增塑剂使用了邻位苯二酸二丁酯或凡士丁油脂，或矿质橡胶。
26.如权利要求24所述的组合物，其特征在于作为增塑剂使用了邻位苯二酸二丁酯，或凡士林油脂或矿质橡胶。
27.如权利要求22或23所述的组合物，其特征在于作为杀虫剂使用了秋兰姆，或氨基甲酸盐或氯苯酚。
28.如权利要求24所述的组合物，其特征在于作为杀虫剂使用了秋兰姆，或氨基甲酸盐，或氯苯酚。
29.如权利要求23所述的组合物，其特征在于作为结构稳定剂使用了氯化镁、氯化钙的混合物或硅胶(селикагелъ)或煅烧的氧化镁(苦土)。
30.如权利要求28所述的组合物，其特征在于作为结构稳定剂使用了氯化镁、氯化钙的混合物或硅胶(селикагелъ)或煅烧的氧化镁(苦土)。
全文摘要
金属物体电气防护方法，是将大长度接地电极装入电解质内并同被防护的金属物体保持给定的距离，将物体和接地电极与电流源连接，形成防护回路，并极化金属物体。所选电气连接的区段，电极的尺寸和/或电气参数，使防护回路内电流的传布常数值小于或等于10
文档编号C23F13/12GK1070694SQ9110905
公开日1993年4月7日 申请日期1991年9月14日 优先权日1991年9月14日
发明者弗谢沃洛德·弗谢沃洛多维奇·普里图拉, 里马·瓦西里耶芙娜·库季诺娃, 伊戈尔·德米特里耶维奇·亚格穆, 亚历山德·阿列克谢耶维奇·杰列克托斯基, 尤里·格奥尔吉耶维奇·涅克捷多夫, 亚历山德·瓦西里耶维奇·祖耶夫, 阿纳托利·叶菲莫维奇·科尔涅夫 申请人:苏联干线管道建筑科学研究所