杂散电流腐蚀防护

 

2020-07-04 08:46

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  城轨 杂散电流腐蚀防护 第4章 杂散电流腐蚀防护 一 二 三 四 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 杂散电流腐蚀防护措施和监测手段 杂散电流腐蚀防护对专业的要求 杂散电流收集网截面计算 §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 一. 杂散电流(迷流)腐蚀概念 ? ? 以走行轨为回流通路的直流牵引供电系统,由于走行轨 不可能完全绝缘于道床结构,钢轨不可避免地向道床及 其它结构泄漏电流,这种电流就是杂散电流,也称为地 中迷流。 杂散电流对土建结构钢筋、设备金属外壳及其它地下金 属管线产生的电化学腐蚀,即杂散电流腐蚀,也叫做迷 流腐蚀。 直流牵引变电所 + 回 流 线 接触网 - 走行轨道 金属管线 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 二. 杂散电流的产生 ② 杂散电流可用以下形式说明。 随着线路运营时间的延长, 运营环境逐步恶化,泄漏电 阻值还将逐步减小 回流轨对地的电位与牵引变 电所供电距离、牵引电流大 小及回流轨纵向电阻大小直 接相关。 过渡电阻---回流轨与轨枕、 地之间存在一定的过渡电阻 电位差---在回流轨中电流由 高电位流向低电位,回流轨与 地之间形成了电位差 泄漏电流,即杂散电流 杂散电流增大 §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 三. 杂散电流的腐蚀机理 1. ? ? 电化学腐蚀 杂散电流腐蚀属于电化学腐蚀。 电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中,金属 失去电子而被氧化,其反应过程称为阳极反应过程。介 质中的物质从金属表面获得电子而被还原,其反应过程 称为阴极反应过程。 把进行电子传导的金属导体与进行离子传导的电解质相 接触的界面称为电极系,电子导体和离子导体的接合称 为e-i接合。 ? §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 三. 杂散电流的腐蚀机理 2. 城轨杂散电流腐蚀机理 ? 走行轨和金属管线均为电子导体,地面为离子导体,电 子在A和D点流出,金属导体与地面组成e-i界面为阳极。 电流在C点和F点流入,则地面与金属导体组成的i-e界 面为阴极。 ? A、B、C和D、E、F分别构成了两个串联的电解电池。 电池Ⅰ:A 钢轨(阳极区)→B道床、土壤→C金属管线(阴极区) 电池Ⅱ:D金属管线(阳极区)→E土壤、道床→F钢轨(阴极区) 直流牵引变电所 + 回 流 线 接触网 E D 走行轨道 F B C 金属管线 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 三. 杂散电流的腐蚀机理 2. 城轨杂散电流腐蚀机理 ? 当杂散电流由两个阳极区——走行轨(A)和金属管线 (D)流出时,都会发生失掉电子的氧化反应,该部位 的金属(Fe)就会遭到腐蚀。 §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 三. 杂散电流的腐蚀机理 2. 城轨杂散电流腐蚀机理 ? 当金属铁(Fe)周围的介质是酸性电解质,发生的氧化 还原反应是析氢腐蚀; 2Fe ? 2Fe? ? 4e? 阴极: 4H? ? 4e? ? 2H2 ? 阳极: 4H2O ? 4e? ? 4OH? ? 2H2 ? §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 三. 杂散电流的腐蚀机理 2. 城轨杂散电流腐蚀机理 ? 当金属铁(Fe)周围的介质是碱性电解质时,发生的氧 化还原反应为吸氧腐蚀。 2Fe ? 2Fe? ? 4e? 阴极: O2 ? 2H2O ? 4e? ? 4OH? 阳极: 腐蚀反应 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Fe2O3〃2xH2O (红锈) Fe3O4 (黑锈) §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 三. 杂散电流腐蚀特点及危害 1. ? 腐蚀特点 金属的腐蚀量满足法拉第定律: ① 腐蚀激烈。 P — 电腐蚀损失重量(kg) P ? KI t ? K — 电化当量(kg/C) I — 流出金属的电流(A) t— 电流通过的时间(s) 如,铁的K =2.89×10-17kg/C,1A 的直流电流通过 1 年,由于电解引起的金属损失为: ? 北京地铁实测值可达220~326A P ? 2.89 ? 10-17 ? 1? 60 ? 60 ? 24 ? 365 ? 9.1(kg) §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 三. 杂散电流的腐蚀机理 1. 腐蚀特点 ② 腐蚀集中于局部位臵。 ③ 有防腐层时,往往集中于防腐层的缺陷部位。 §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 三. 杂散电流的腐蚀机理 2. 杂散电流的危害 ① 走行轨及其附件的腐蚀。 ② 钢筋混凝土金属结构物的腐蚀。 ③ 周围埋地管线的腐蚀。 ④ 杂散电流流入电气接地装臵,引起某些设备无法正常工 作。 §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 四. 杂散电流的分布规律 1. 基本假设 ① 轨道对地的过渡电阻是均布的; ② 走行轨的电阻是均布的; ③ 地下的金属构件纵向电阻是均布的; ④ 金属构件向大地的漏电忽略不计; ⑤ 其它杂散电流源的干扰忽略不计; ⑥ 双边供电时,两侧电源特性相同。 §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 四. 杂散电流的分布规律 2. 单边供电杂散电流分布 I r I + I - + 列车 I i( x) I x=0 i( x) - 变 电 所 i ( x) x=L x s (a)线路简化图 列车 I i ( x ) - di ( x ) u( x ) + du( x ) i( x) Rdx u( x ) u( x ) is ( x ) + di ( x ) Rg /dx di ( x ) is ( x ) x dx x + dx (b)电压节点 x dx (c)电流节点 x + dx R Rg r — 牵引网阻抗(Ω) R — 走行轨单位阻抗(Ω/km) Rg — 走行轨对地电阻率( Ω· km) I — 牵引电流(A) §4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 四. 杂散电流的分布

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