杂散电流

 

2020-07-04 08:45

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  杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流,也被称为“迷流”。它在土壤中流动,且与被保护管道系统无关。该电流从管道的某一部位B进入管道,该部分称为阴极,电流沿管道流动一段距离后,又从管道C中流出,该部分称为阳极,此处管道产生阳极氧化,即杂散电流腐蚀。杂散电流腐蚀本质上是电化学腐蚀,阳极腐蚀较为严重。如图以直流牵引系统为例。

  杂散电流主要指不按照规定途径移动的电流,它存在于土壤中,与需要保护的设备系统没有关联。这种在土壤中的杂散电流会通过管道某一部位进入管道,并在管道中移动一段距离后在从管道中离开回到土壤中,这些电流离开管道的地方就会发生腐蚀,

  根据干扰源的性质,可以将杂散电流分为静态干扰源和动态干扰源。静态杂散电流指其他外加电流系统的电流被强制施加到埋地管线上,例如其他管道的阳极地床电流。动态杂散电流是指某电力传输系统(如火车、地铁、采矿作业等)通过管道外防腐层失效的区域进入埋地管道的电流。

  根据干扰源的来源可以分为直流杂散电流、交流直流电流和地电流。直流杂散电流主要来源于直流电气化铁路、直流电解系统、直流电焊系统、高压直流输电线路、其他管道外加的阴极保护系统等。交流杂散电流主要来源于交流电气化铁路,高压交流输电线路等。而地电流是由于地磁场的变化感应产生的,它也会腐蚀埋地管线、对电气设备和操作人员安全有一定的影响,但是相对而言数量比较小。

  杂散电流产生的原因很多也很复杂,并且容易受到外界环境因素的影响,但主要可以归纳为以下两点:

  (1)电位梯度。如果电场分布不均匀,存在电位梯度,那么金属内部的自由电子会在电场力的作用发生定向移动,使金属阳离子与电子分离,从而造成对埋地金属管线的腐蚀。另外由于存在着电位梯度,电场会迫使部分电流从铁轨中流出并流入土壤和埋地金属管线中,然后再使电流从埋地金属物中流出,流向大地再返回到牵引变电所的负极,形成对埋地管线的杂散电流腐蚀。

  (2)电流泄露。电流泄露是杂散电流形成的一个主要原因,电流泄露主要是因为绝缘不良或接触不好等原因造成的。电流泄露到埋地管道中时,由于电流的流动迫使金属内部的自由电子发生定向移动,使金属离子与电子分离,使得埋地金属管线遭受腐蚀。

  杂散电流就是一种因外界条件影响而产生的一种电流.例如在电气的高压试验中,直流泄漏或直流耐压试验中,因为高压部分对地存在电容,从而有电流从这个电容流过.

  由于电气化铁路、矿山、工厂、港口各种用电设备接地与漏电,在土壤当中也会形成杂散电流的循环。

  指存在于预设的电源网路之外的电流,其主要来源一般为:1.电气牵引网路流经金属物(指铺轨以外的金属物)或大地返回直流变电所的电流;2.动力和照明交流电路的漏电;3.大地自然电流;4.雷电和电磁辐射的感应电流等。

  当杂散电流从走行轨泄露出去再通过道床、大地流入埋地金属管线中,其中走行轨的A区是阳极,管道的B区为阴极;当杂散电路从管道中流出并通过大地、道床流入走行轨中时,管道的C区为阳极,走行轨的D区为阴极。由此可知,杂散电流所经过的通路实质上就是构成了两个串联的腐蚀电池。即:

  电池1:A走行轨(阳极区)→道床、大地→B埋地金属管线:C埋地金属管线(阳极区)→大地、道床→D走行轨(阴极区)

  根据电化学腐蚀特点,可知埋地管线的阴极区带负电,一般不会受到腐蚀的而影响,但是若电位过负,有可能发生析氢腐蚀,造成管线防腐层的剥离;而在埋地管线的阳极区则会发生激烈的电化学腐蚀,若管道上比较潮湿,可以很明显的看见反应现象。

  当外界环境不同时,在管道上会发生不同的电化学反应,其腐蚀反应方程如下:

  (黑铁锈的主要成分)。杂散电流会将金属电解分解成氧化物或盐类,杂散电流具有集中腐蚀的特点,若杂散电流集中于管道的某一点,那么经过很长的时间后,管道很容易被腐蚀形成贯穿性小孔,导致管道的腐蚀穿孔。若防腐层破损点面积越小,管道越容易被腐蚀穿孔。

  牵引电流通过走行轨回流到牵引变电所,如图2-1所示,由于走行轨对地不能完全绝缘,所以会有部分电流从走行轨泄漏到大地中去,此时走行轨处于腐蚀电池的阳极,很容易受到腐蚀。资料表明,轨道的杂散电流腐蚀在隧道内及岔道等地方更为明显,有些地方2~3年就需要重新换轨。

  走行轨及其附件的腐蚀一般都发生在与其它物体的接触面上,这些腐蚀很难从外面发现,等到发现时就需要更换钢轨等等,因此危害很大。

  杂散电流会腐蚀钢筋混凝土结构中的钢筋,但并不对混凝土本身产生影响。当杂散电流流入钢筋混凝土结构中时,钢筋为阴极,会发生析氢腐蚀,而产生的氢气无法逸出,所以会形成等静压力,使钢筋与混凝土脱开。当杂散电流流出钢筋时,钢筋为阳极,会发生腐蚀产生铁锈等产物,会增加钢筋本身的体积,使混凝土内部形成很大的压力而促使其开裂。要维修与更换遭受破坏的钢筋混凝土结构是非常困难的。

  目前埋地管线主要有天然气管道、自来水管、供暖管道、石油管道、电缆等,很容易聚集杂散电流,遭受腐蚀。若管线距离地铁系统或输电线路比较近时,很容易受到杂散电流的影响,所以在设计与建设过程中应加以重视。

  当埋地管道与高压交流输电线路接近或交叉时,交流输电线路产生的电流通过磁耦合在管道上产生感应电压,使管道对地电位不为零。若管道电压过高,可能会对操作和维护人员的人身安全构成威胁。

  在地铁系统中,当牵引电流回流不畅,并且造成大量的杂散电流流入大地中时,会导致钢轨与结构钢筋之间电压升高,对站台乘客的人身安全造成威胁。

  在杂散电流严重的地段,可能导致阴极保护电位仪报警、工作中断,也可能使某些电气设备发生误动作等,影响电气设备的正常工作。如果轨道与软枕之间绝缘损坏,将会产生很大的杂散电流,可能会烧毁排流柜。

  受电弓(靴)产生的电猝发与浪涌是组成城市杂波的重要组成部分,会对周围的通信设备造成干扰。另外车辆内的接触导线是高次谐波的发射天线,其产生的敷设会污染近距离的电磁环境。

  当把线路引入运转库、修理库及交检库等建筑物时,如果绝缘施工不良会使钢轨与建筑物之间发生某种程度的电连接,从而使泄露电流变大,产生异常剧烈的杂散电流腐蚀。

  对埋地管道来说,如果受到直流杂散电流的腐蚀,其外观是:孔蚀倾向大,创面光滑、边缘比较整齐,有时有金属光泽,腐蚀产物似炭黑色粉末,无分层现象,有水存在且腐蚀激烈时,可以明显观察到电解过程。但是在土壤电阻率大于10000 的情况下,一般很难发生杂散电流腐蚀。

  相比而言,自然腐蚀的外观特征是:腐蚀产物为黑色或黄色,锈层比较松弛,孔蚀倾向小,创面不光滑,边缘不整齐,清除腐蚀产物后表面粗糙。

  由于杂散电流难以直接测量,所以对于管道是否受到杂散电流影响,目前通常是按管地电位较自然电位正向偏移值来判断,如果管地电位较自然电位正向偏移值难以测量时,可采用土壤电位梯度来判定杂散电流强弱程度。根据我国石油行业标准《埋地钢制管道直流排流保护技术标准》(SY/T 0017-2006)规定:当管道任意点上的管地电位较自然电位正向偏移20mV或管道附近的土壤电位梯度大于0.5mV/m时,则认为有直流杂散电流干扰;当管道任意点上的管地电位较自然电位正向偏移100mV或管道附近的土壤电位梯度大于2.5mV/m时,应及时采取防护措施。欧盟标准EN50162规定可以使用管地电位较自然电位偏移值、管地电位波动、管道附近的土壤电位梯度和管道中的电流值四种方法判断是否存在杂散电流干扰。

  交流杂散电流干扰判断:在《埋地钢制管道交流排流保护技术标准》SY/T 0032-2000中根据土壤酸碱性来确定排流效果的指标:在弱碱性条件下,交流干扰电压应≤10V;在中性条件下,交流干扰电压≤8V;在酸性条件性,交流干扰电压≤6V。而国外则是从人身安全和管道腐蚀角度进行评价,欧洲标准CEN/TS 15280使用交流电流密度、交直流电流密度比等作为评价标准

  对于船舶停泊的港口附近有发电厂,直流电气化铁路和过江电缆时,应注意监测有无杂散电流的存在,并通过测量判断杂散电流源的方向和位置。

  不允许利用海水、江水放电、降压,不得使用破损的电缆线,以免产生杂散电流。

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