雜散電流的定義、特點(diǎn)及減少雜散電流的方法
雜散電流的定義：當(dāng)直流大電流沿地面敷設(shè)的軌道流動(dòng)時(shí)，直流電流除了在軌道中流動(dòng)外，還會(huì)從軌道泄漏到大地，在大地中的各種金屬物體上流動(dòng)，然后再回到電源系統(tǒng)。這部分泄漏出來(lái)的電流稱為雜散電流，在地鐵工程中又稱為迷流。
（一）雜散電流的特點(diǎn)
某重要工程有一根地下輸油管道，投入使用不久，就出現(xiàn)穿孔漏油，對(duì)穿孔漏油處進(jìn)行踏勘，發(fā)現(xiàn)地面有一條直流電氣小鐵路，總長(zhǎng)約2500m，其中有1000m左右與輸油管道平行，兩者間距很近，一般只有幾十米，有的地方只相距25m。
為了查明是否是由雜散電流造成輸油管漏油，對(duì)輸油管道對(duì)地的電位進(jìn)行測(cè)量（注意：輸油管外面已進(jìn)行過(guò)絕緣處理，包纏著玻璃絲帶和柏油），測(cè)量得到如下結(jié)果：
1、管－地電位不穩(wěn)定
對(duì)腐蝕區(qū)的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)各點(diǎn)的管一地電位均隨時(shí)間而波動(dòng)，在10～15min內(nèi)，波動(dòng)幅度最大可達(dá)到數(shù)伏，2所示：G測(cè)點(diǎn)，管一地電位在-1.0V～-3.5V之間波動(dòng)，E測(cè)點(diǎn)在+1.5V～-1.0V之間波動(dòng)。
管對(duì)地電位是否穩(wěn)定，是判別地中是否存在雜散電流的一個(gè)重要標(biāo)志，上述測(cè)量結(jié)果表明管一地電位不穩(wěn)定，這說(shuō)明檢測(cè)點(diǎn)地中存在雜散電流。
2、管－地電位嚴(yán)重偏離正常值
此工程對(duì)10個(gè)點(diǎn)的管-地電位進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如www.ef2822.com 圖表所示。
根據(jù)測(cè)量結(jié)果判定，該地區(qū)的自然電位為-0.6～-0.7V左右，取中間值-0.65V作為該地區(qū)自然電位正常值，于是得出10個(gè)測(cè)量偏離正常值的最大值，其中A地的測(cè)量值比較接近正常值，其馀各點(diǎn)均明顯偏離正常值，最大的負(fù)偏達(dá)3.15V，最大正偏達(dá)2.45V。
當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的偏離正常值電位時(shí)，表明此地段受到相當(dāng)強(qiáng)的地下雜散電流侵襲。
3、土壤電位梯度反常
在正常的自然條件下，土壤的電位梯度一般是很小的，與常規(guī)法的測(cè)量誤差處于同一數(shù)最級(jí)，對(duì)該工程中偏離正常值最大的兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行土壤電位梯度測(cè)量結(jié)果如表18所示。根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤電位梯度小于0.5mV／m時(shí)，為雜散電流弱干擾地區(qū)，在0.5～5mV／m之間為中等強(qiáng)度干擾地區(qū)，大于5mV／m為強(qiáng)干擾地區(qū)。G點(diǎn)處于強(qiáng)干擾地區(qū)，E點(diǎn)處于中等強(qiáng)度干擾地區(qū)。
根據(jù)電蝕原理，雜散電流流進(jìn)管道的部位，即管-地電位負(fù)偏為陰極區(qū)；雜散電流由管道流出的部位，即管-地電位正偏為陽(yáng)極區(qū)，也就是產(chǎn)生腐蝕的部位。
由表www.ef2822.com 可知；由B測(cè)點(diǎn)至F測(cè)點(diǎn)地段，管道為陽(yáng)極區(qū)，亦即腐蝕區(qū)；在E點(diǎn)附近，管-地電位正偏最大，腐蝕最為嚴(yán)重。
（二）減少雜散電流的方法 目前地鐵一般采取以下方法來(lái)減少雜散電流。
1、減小鋼軌阻抗
地鐵列車走行鋼軌同時(shí)作為牽引列車人流回流用，因此鋼軌阻抗越小，從鋼軌向外流失的雜散電流也越小，減少鋼軌阻抗的有效辦法是采用長(zhǎng)鋼軌，鋼軌越長(zhǎng)，鋼軌接頭就越少，鋼軌的阻抗也就越小。對(duì)鋼軌接頭除了用魚(yú)尾板螺栓連接外，再在兩根鋼軌之間用2根120mm2以上的絕緣銅電纜連接。
2、走行鋼軌采用點(diǎn)支承
減少鋼軌與地面的接觸面也是減少雜散電流的方法之一，為此走行鋼軌采用點(diǎn)支承，即用混凝土軟枕作為支承。
3、鋼軌與地絕緣
鋼軌與地絕緣越好，雜散電流也就越小，為此在鋼軌與混凝土軟枕之間、緊固用螺栓與混凝土軟枕之間、扣件與混凝土軟枕之間采取絕緣，要求每公里軌道對(duì)雜散電流收集網(wǎng)的泄漏電阻值大于10Ω。
4、設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)
某地鐵電動(dòng)車輛采用直流供電．額定電壓為1500V、額定在引電流高達(dá)3000A。雖然兼作回流的走行鋼軌與地之間采取了絕緣措施，又采用長(zhǎng)鋼軌，鋼軌接頭處加焊銅電纜，但鋼軌本身具有電阻，當(dāng)電流流過(guò)鋼軌時(shí)在電阻上就產(chǎn)生電位差，因鋼軌對(duì)地絕緣電阻不可能處于無(wú)窮大，故有電位差就會(huì)產(chǎn)生雜散電流，即大行鋼軌小一部分電流將流出軌道，此雜散電流在地鐵中作為“迷流”。當(dāng)迷流進(jìn)入地鐵隧道的結(jié)構(gòu)鋼筋及與隧道絕緣不良的金屬管道、支架、橋架等時(shí)，在有電解質(zhì)的情況下，這些金屬設(shè)備將受到電腐蝕。為此在地鐵混凝土軟枕下的道床內(nèi)設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)。
雜散電流收集網(wǎng)由上、下兩排縱向鋼筋組成，每排鋼筋為5根Φ12mm鋼筋，每隔50m用一根Φ25mm以上的橫向鋼筋將5根縱向鋼筋焊接成一整體，同時(shí)用兩根Φ20mm鋼筋把上、下2根橫向連接鋼筋焊成一體，3所示。上排的5根鋼筋除了起雜散電流收集作用外，還起固定混凝土軟忱的作用，混凝土軟枕上預(yù)先穿好孔，鋼筋在施工時(shí)穿進(jìn)去。下排鋼筋固定在混凝土道床里。
雜散電流收集網(wǎng)與隧道的結(jié)構(gòu)鋼筋間應(yīng)絕緣，不能相連。
雜散電流收集網(wǎng)在每個(gè)牽引變電所的兩個(gè)端頭設(shè)引出端子，用以測(cè)量和收集雜散電流。
（三）防止雜散電流的方法
上述措施能使雜散電流大大減小，但仍舊免不了有一小部分雜散電流從混凝土道床流到隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)的金屬導(dǎo)體上，若不采取措施這部分雜散電流會(huì)使金屬導(dǎo)體產(chǎn)生腐蝕。下面按各種設(shè)備介紹防止雜散電流的方法。
某地鐵工程采用金屬電纜橋架，要求橋架每個(gè)支架對(duì)隧道本結(jié)構(gòu)鋼筋之間的絕緣電阻不小于10kΩ。為此支架固定時(shí)采用絕緣膨脹螺栓，絕緣測(cè)量時(shí)采用萬(wàn)用表，若絕緣電阻表（兆歐表），因10kΩ這一數(shù)值相對(duì)不大，難以讀數(shù)。當(dāng)橋架過(guò)成一體后，再測(cè)橋架與隧道主結(jié)構(gòu)鋼筋之間的絕緣電阻，會(huì)出現(xiàn)“假象短路”，然而測(cè)量橋架與隧道主結(jié)構(gòu)鋼筋之間卻往往存在一個(gè)電位差。出現(xiàn)這種電位差的原因是：
1、大地不是絕對(duì)的等電位體在電力工程中，總是把大地人作零電位，但實(shí)際并不如此。4所示的變壓器中性點(diǎn)接地后，從大地的同一點(diǎn)測(cè)量各相對(duì)地電壓，若三相對(duì)地電壓相等，再?gòu)腁點(diǎn)測(cè)量L1對(duì)地電壓B點(diǎn)測(cè)量L2對(duì)地電壓、C點(diǎn)測(cè)量L3對(duì)地電壓，此時(shí)三相電壓值往往是不等的。因?yàn)榇蟮氐腁、B、C各點(diǎn)的電位通常是不同的，大地各點(diǎn)的電位是自然電場(chǎng)和人工電場(chǎng)的合成結(jié)果，因此大地不是絕對(duì)的等電位體。
2、混凝土不是完全的絕緣體橋架支架雖然用尼龍膨脹螺栓作絕緣固定，但橋架支架與混凝土之間還是有接觸的，橋架長(zhǎng)度越長(zhǎng)，橋架與混凝土之間的接觸面也越多，兩者之問(wèn)的絕緣電阻也越小。
3、銅、鐵之間存在電位某地鐵采用耐腐蝕的銅接地極，作為工作接地，一個(gè)地鐵車站只以一個(gè)接地點(diǎn)，接地裝置與隧道主體結(jié)構(gòu)鋼筋相互是絕緣的，于是銅接地極與隧道鋼筋之間產(chǎn)生一個(gè)電池效應(yīng)，與銅接地極相連的橋架和主鋼筋之間就出現(xiàn)一個(gè)電位差。
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（一）雜散電流的特點(diǎn)
某重要工程有一根地下輸油管道，投入使用不久，就出現(xiàn)穿孔漏油，對(duì)穿孔漏油處進(jìn)行踏勘，發(fā)現(xiàn)地面有一條直流電氣小鐵路，總長(zhǎng)約2500m，其中有1000m左右與輸油管道平行，兩者間距很近，一般只有幾十米，有的地方只相距25m。
為了查明是否是由雜散電流造成輸油管漏油，對(duì)輸油管道對(duì)地的電位進(jìn)行測(cè)量（注意：輸油管外面已進(jìn)行過(guò)絕緣處理，包纏著玻璃絲帶和柏油），測(cè)量得到如下結(jié)果：
1、管－地電位不穩(wěn)定
對(duì)腐蝕區(qū)的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)各點(diǎn)的管一地電位均隨時(shí)間而波動(dòng)，在10～15min內(nèi)，波動(dòng)幅度最大可達(dá)到數(shù)伏，2所示：G測(cè)點(diǎn)，管一地電位在-1.0V～-3.5V之間波動(dòng)，E測(cè)點(diǎn)在+1.5V～-1.0V之間波動(dòng)。
管對(duì)地電位是否穩(wěn)定，是判別地中是否存在雜散電流的一個(gè)重要標(biāo)志，上述測(cè)量結(jié)果表明管一地電位不穩(wěn)定，這說(shuō)明檢測(cè)點(diǎn)地中存在雜散電流。
2、管－地電位嚴(yán)重偏離正常值
此工程對(duì)10個(gè)點(diǎn)的管-地電位進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如www.ef2822.com 圖表所示。
根據(jù)測(cè)量結(jié)果判定，該地區(qū)的自然電位為-0.6～-0.7V左右，取中間值-0.65V作為該地區(qū)自然電位正常值，于是得出10個(gè)測(cè)量偏離正常值的最大值，其中A地的測(cè)量值比較接近正常值，其馀各點(diǎn)均明顯偏離正常值，最大的負(fù)偏達(dá)3.15V，最大正偏達(dá)2.45V。
當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的偏離正常值電位時(shí)，表明此地段受到相當(dāng)強(qiáng)的地下雜散電流侵襲。
3、土壤電位梯度反常
在正常的自然條件下，土壤的電位梯度一般是很小的，與常規(guī)法的測(cè)量誤差處于同一數(shù)最級(jí)，對(duì)該工程中偏離正常值最大的兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行土壤電位梯度測(cè)量結(jié)果如表18所示。根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤電位梯度小于0.5mV／m時(shí)，為雜散電流弱干擾地區(qū)，在0.5～5mV／m之間為中等強(qiáng)度干擾地區(qū)，大于5mV／m為強(qiáng)干擾地區(qū)。G點(diǎn)處于強(qiáng)干擾地區(qū)，E點(diǎn)處于中等強(qiáng)度干擾地區(qū)。
根據(jù)電蝕原理，雜散電流流進(jìn)管道的部位，即管-地電位負(fù)偏為陰極區(qū)；雜散電流由管道流出的部位，即管-地電位正偏為陽(yáng)極區(qū)，也就是產(chǎn)生腐蝕的部位。
由表www.ef2822.com 可知；由B測(cè)點(diǎn)至F測(cè)點(diǎn)地段，管道為陽(yáng)極區(qū)，亦即腐蝕區(qū)；在E點(diǎn)附近，管-地電位正偏最大，腐蝕最為嚴(yán)重。
（二）減少雜散電流的方法 目前地鐵一般采取以下方法來(lái)減少雜散電流。
1、減小鋼軌阻抗
地鐵列車走行鋼軌同時(shí)作為牽引列車人流回流用，因此鋼軌阻抗越小，從鋼軌向外流失的雜散電流也越小，減少鋼軌阻抗的有效辦法是采用長(zhǎng)鋼軌，鋼軌越長(zhǎng)，鋼軌接頭就越少，鋼軌的阻抗也就越小。對(duì)鋼軌接頭除了用魚(yú)尾板螺栓連接外，再在兩根鋼軌之間用2根120mm2以上的絕緣銅電纜連接。
2、走行鋼軌采用點(diǎn)支承
減少鋼軌與地面的接觸面也是減少雜散電流的方法之一，為此走行鋼軌采用點(diǎn)支承，即用混凝土軟枕作為支承。
3、鋼軌與地絕緣
鋼軌與地絕緣越好，雜散電流也就越小，為此在鋼軌與混凝土軟枕之間、緊固用螺栓與混凝土軟枕之間、扣件與混凝土軟枕之間采取絕緣，要求每公里軌道對(duì)雜散電流收集網(wǎng)的泄漏電阻值大于10Ω。
4、設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)
某地鐵電動(dòng)車輛采用直流供電．額定電壓為1500V、額定在引電流高達(dá)3000A。雖然兼作回流的走行鋼軌與地之間采取了絕緣措施，又采用長(zhǎng)鋼軌，鋼軌接頭處加焊銅電纜，但鋼軌本身具有電阻，當(dāng)電流流過(guò)鋼軌時(shí)在電阻上就產(chǎn)生電位差，因鋼軌對(duì)地絕緣電阻不可能處于無(wú)窮大，故有電位差就會(huì)產(chǎn)生雜散電流，即大行鋼軌小一部分電流將流出軌道，此雜散電流在地鐵中作為“迷流”。當(dāng)迷流進(jìn)入地鐵隧道的結(jié)構(gòu)鋼筋及與隧道絕緣不良的金屬管道、支架、橋架等時(shí)，在有電解質(zhì)的情況下，這些金屬設(shè)備將受到電腐蝕。為此在地鐵混凝土軟枕下的道床內(nèi)設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)。
雜散電流收集網(wǎng)由上、下兩排縱向鋼筋組成，每排鋼筋為5根Φ12mm鋼筋，每隔50m用一根Φ25mm以上的橫向鋼筋將5根縱向鋼筋焊接成一整體，同時(shí)用兩根Φ20mm鋼筋把上、下2根橫向連接鋼筋焊成一體，3所示。上排的5根鋼筋除了起雜散電流收集作用外，還起固定混凝土軟忱的作用，混凝土軟枕上預(yù)先穿好孔，鋼筋在施工時(shí)穿進(jìn)去。下排鋼筋固定在混凝土道床里。
雜散電流收集網(wǎng)與隧道的結(jié)構(gòu)鋼筋間應(yīng)絕緣，不能相連。
雜散電流收集網(wǎng)在每個(gè)牽引變電所的兩個(gè)端頭設(shè)引出端子，用以測(cè)量和收集雜散電流。
（三）防止雜散電流的方法
上述措施能使雜散電流大大減小，但仍舊免不了有一小部分雜散電流從混凝土道床流到隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)的金屬導(dǎo)體上，若不采取措施這部分雜散電流會(huì)使金屬導(dǎo)體產(chǎn)生腐蝕。下面按各種設(shè)備介紹防止雜散電流的方法。
某地鐵工程采用金屬電纜橋架，要求橋架每個(gè)支架對(duì)隧道本結(jié)構(gòu)鋼筋之間的絕緣電阻不小于10kΩ。為此支架固定時(shí)采用絕緣膨脹螺栓，絕緣測(cè)量時(shí)采用萬(wàn)用表，若絕緣電阻表（兆歐表），因10kΩ這一數(shù)值相對(duì)不大，難以讀數(shù)。當(dāng)橋架過(guò)成一體后，再測(cè)橋架與隧道主結(jié)構(gòu)鋼筋之間的絕緣電阻，會(huì)出現(xiàn)“假象短路”，然而測(cè)量橋架與隧道主結(jié)構(gòu)鋼筋之間卻往往存在一個(gè)電位差。出現(xiàn)這種電位差的原因是：
1、大地不是絕對(duì)的等電位體在電力工程中，總是把大地人作零電位，但實(shí)際并不如此。4所示的變壓器中性點(diǎn)接地后，從大地的同一點(diǎn)測(cè)量各相對(duì)地電壓，若三相對(duì)地電壓相等，再?gòu)腁點(diǎn)測(cè)量L1對(duì)地電壓B點(diǎn)測(cè)量L2對(duì)地電壓、C點(diǎn)測(cè)量L3對(duì)地電壓，此時(shí)三相電壓值往往是不等的。因?yàn)榇蟮氐腁、B、C各點(diǎn)的電位通常是不同的，大地各點(diǎn)的電位是自然電場(chǎng)和人工電場(chǎng)的合成結(jié)果，因此大地不是絕對(duì)的等電位體。
2、混凝土不是完全的絕緣體橋架支架雖然用尼龍膨脹螺栓作絕緣固定，但橋架支架與混凝土之間還是有接觸的，橋架長(zhǎng)度越長(zhǎng)，橋架與混凝土之間的接觸面也越多，兩者之問(wèn)的絕緣電阻也越小。
3、銅、鐵之間存在電位某地鐵采用耐腐蝕的銅接地極，作為工作接地，一個(gè)地鐵車站只以一個(gè)接地點(diǎn)，接地裝置與隧道主體結(jié)構(gòu)鋼筋相互是絕緣的，于是銅接地極與隧道鋼筋之間產(chǎn)生一個(gè)電池效應(yīng)，與銅接地極相連的橋架和主鋼筋之間就出現(xiàn)一個(gè)電位差。
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