杂散电流的腐蚀及防护

 

2020-07-04 08:46

  杂散电流的腐蚀及防护_物理_自然科学_专业资料。一、杂散电流干扰方式 杂散电流是指在地中流动的设计之外的直流电,它来自直流的接地系统,如 直流电气轨道、直流供电所接地极、电解电镀设备的接地、直流电焊设备及阴极 保护系统等。其中,以城市和矿区电机车为

  一、杂散电流干扰方式 杂散电流是指在地中流动的设计之外的直流电,它来自直流的接地系统,如 直流电气轨道、直流供电所接地极、电解电镀设备的接地、直流电焊设备及阴极 保护系统等。其中,以城市和矿区电机车为最甚。它的干扰途径如图 10-60 所示。 从图中可以划分三种情况: 图 10-60 杂散电流干扰示意图 1—供电所 2—架空线— 阴极区 1.靠近直流供电所的管道属于阳极区,杂散电流从管道上流出,造成杂散电 流电解。 2. 在干扰段中间部位的管道属于极性交变区,杂散电流可能流入也可能流 出。当电流流出时,造成腐蚀。 3.在电机车附近的管道属于阴极区,杂散电流流入管道,它起着某种程度的 阴极保护作用。 以上是一般规律。实际上杂散电流干扰源是多中心的。如矿区电机车轨道已 形成网状,供电所很多,当多台机车运行时会产生杂乱无章的地下电流。作用在 管道上的杂散电流干扰电位如图 10-61 所示。 图 10-61 杂散电流干扰电位曲线 埋地钢质管道因直流杂散电流所造成的腐蚀称为干扰腐蚀。因属电解腐蚀, 所以有时也称电蚀。这是管道腐蚀穿孔的主要原因之一。例如:东北地区输油管 道受直流干扰的约占 5%,腐蚀穿孔事故原因的 80%是由杂散电流引起的;北京 地下铁路杂散电流腐蚀已经形成公害,引起了有关部门的重视。 随着阴极保护技术的推广应用,也会给地下带来大量的杂散电流。如近些年 来城市地下燃气管道 给水管道、地下电缆等采用了外加电流保护,在它的阳极 地床附近可能会造成阳极地电场干扰。在被保护的管道(或电缆)附近可能会造成 阴极电场的干扰。其干扰形式如图 10-62 和图 10-63 所示。其干扰范围与阳极排 放电流和阴极保护电流密度成正比。当单组牺牲阳极输出电流大于 100mA 时, 也应注意其干扰。 二、杂散电流腐蚀的特点 1.强度高、危害大 埋地钢质管道在没有杂散电流时,只发生自然腐包蚀。 大部分属腐蚀原电池型。腐蚀电池的驱动电位只有几百毫伏,而所产生的腐蚀电 流只有几 十毫安。在土壤中的杂散电流腐蚀,则是电解电池原理。即外来的直流电流或电 位差,造成了土壤溶液中金属腐蚀。其腐蚀量与杂散电流强度成正比,服从法拉 第电解定律。也就是说,假如有 1A 的电流通过钢管表面,流向土壤溶液,那么 1a 的直流杂散电流 1 年的时间会溶解钢铁 9kg。实际上,土壤中发生的杂散电流 强度是很大的,管道上管地电位可能高达 8~9V,通过的电流量最大能达几百安。 因此,壁厚为 7~8mm 的钢管,在杂散电流作用下,4~5 个月即可能发生腐蚀 穿孔。所以,杂散电流的腐蚀强度是一般腐蚀不能与之相比的。它是管道腐蚀穿 孔的主要原因。 2.范围广 随机性强 杂散电流的作用范围很大,其影响可达几千米、几十千 米,这与引起杂散电流的外部电流源密切相关。杂散电源腐蚀的发生又常常是随 机而变的。无论从电流方向上,还是电流强度上,都是随外界电力设施的负载情 况、轨道的连接与绝缘状况、管道的绝缘状况而变化。因此,常将杂散电流的干 扰称为动态干扰。这也给杂散电流的测量、排除带来了困难。 图 10-62 阳极地床周围的杂散电流干扰 1—测电位曲线—被保护的管道 7—被干扰管道电位曲线—电流泄漏 直流腐蚀是引起管道泄漏的最大隐患。近年来,对杂散电流的腐蚀已引起人 们的普遍关注。 图 10-63 阴极保护管道的干扰 a)交叉 b)平行 三、杂散电流干扰的判断标准 地下杂散电流可以根据管一地电位偏移和地电位梯度来判断。对于此判断。 各国根据国情都有自己的指标。例如,英国国家标准规定,以管道对地电位正向 偏移 20mV 为判断指标;德国以+100mV 为标准;日本的标准是+50mV。 原石油工业部编制的《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》。 (SYJ17—1986),把判定标准分为两个台阶:一是确认干扰的存在,二是在确认 干扰存在的前提下必须采取措施的临界指标。这一指标是:处于直流电气化铁路、 阴极保护系统及其他直流干扰附近的管道,当管道任意点上管—地电位较自然电 位正向偏移 20mV 时,或管道附近土壤中的电位梯度大于 0.5mV/m 时,确认为 有直流干扰;当管道上任意点管一地电位较自然电位正向偏移 lOOmV 或管道附 近土壤中的电位梯度大于 2.5mV/m 时,管道应及时采取直流排流保护或其他防 护措施。 日本电蚀土壤腐蚀手册》推荐的地电位梯度与杂散电流干扰关系,见表 10-69。 表 10-69 地电位梯度与杂散电流干扰 地电位梯度 /(mA/mm) 杂散电流干扰程 度 0.5 弱 0.5~5 中 5 强 四、直流干扰腐蚀的防护 (一)减少干扰源电流的泄漏 直流干扰腐蚀的产生是源于各种电气设备的电流泄漏。因此,直流干扰的防 护首先应减少这些电气设备的电流的泄漏。为此,对直流电气化铁路作如下限制: 1.铁轨导电性能必须良好 通过铁轨的平均电流产生的电位差不得大于 3V/km。 2.铁轨接头增加电阻 各区段铁轨接头增加的电阻,不得大于该区段铁轨电 阻的 20%。 3.铁辄与大地绝缘 电气化铁轨应采取与大地绝缘的措施。对于供电方式, 应采用减小供电范围,增加足够的供电所的原则,保证在供电范围内接地装置只 接地一次等,来减少杂散电流源。 (二)避开干扰源的设计原则 由于干扰源的情况错综复杂,在管道设计时又不可能完全避开,为保证管道 安全,应遵循下列设计原则: 1.管道走向的选择 合理选择埋地管道的走向,尽量远离干扰源。当埋地管 道与直流电气化铁路的铁轨接近或交叉时,相互间的距离不得小于 1m,且尽量 缩短与之平行的管线.被保护管道与非保护管道的间距,应保持足够大的距离。非联合保护的平 行管道,二者间距不宜小于 10m。被保护管道与其他管道交叉时,二者间的净垂 直距离不应小于 0.3m;当小于 0.3m 时,中间必须设有坚固的绝缘隔离物, 确保其不接触。双方管道在交叉点两侧 10m 以上的管段上,应作特加强防腐。 管道与电缆交叉时,相互间净垂直距离不应小于 0.5m,交叉点两侧也各延 伸 10m 作加强防腐。 3.对受杂散电流干扰管段的保护措施 在受到杂散电流干扰的管段,可增设 绝缘法兰,将被干扰管道分成若干段,以减轻干扰,把干扰限制在一定范围内。 4.在被干扰管道与干扰源之间,可埋设金属屏蔽体,以减轻干扰。 (三)增加回路电阻 1.对可能受到杂散电流腐蚀的管道,其表面的防腐层等级采用加强级或特加 强级。 2.对已遭受杂散电流腐蚀的管道,可通过修补或更换防腐层,来消除或减弱 杂散电流的腐蚀。 (四)排流保护技术 1.排流方法 杂散电流干扰本身是一害,但掌握其本质、因势利导,就可以 化害为利。排流保护就是把杂散电流变为管道阴极保护的电流,所以排流保护也 属于阴极保护的方法之一。排流方式有直接排流、极性排流、强制排流和接地排 流,这些排流方法及其优缺点和适用条件,见表 10-70。 表 10-70 排流方式的选择 方式 直接排流 极性排流 强制排流 接地排流 1.被干扰管道上 有稳定的阳极区 应用 2.直流供电所接 条件 地体或负回归线 被干指导管道上 管—地电位正负 交变 管—轨电位差较 小 不能直接 向干扰源 排流 附近 1.简单经济 优点 2.效果好 1.安装方便 2.应用范围广 3.不要电源 1.保护范围大 2.其他排流方式 不能应用的特殊 使用方便 场合 3.电车停运时可 对管道提供阴极 保护 缺点 应用范围有限 当管道距铁轨较 远时保护效果差 1.加剧铁轨电蚀 2.对铁轨电位分 布影响较大 3.需要电源 1.效果差 2.需要辅 助接地床 在同一管道或同一系统的管道中,根据实际情况可以采用一种或几种排流方 式。排流点的选择应以最佳排流效果为标准,往往要通过排流实验确定。一般情 况下,可根据下列原则选定: (1)管道上排流点的选定 1)管一地电位为正且管一轨电位差最大的点; 2)管一地电位为正且持续时间最长的点; 3)管道与铁轨(或管道)间距最小的点; 4)便于排流设备安装与维修的地点。 (2)铁轨上排流点的选定 1)扼流线圈中点或交叉跨线)直流供电所负极或负回归线)接地排流的接地地床,应选择在土壤电阻率较低的地方。 2.排流方式的结构 (1)直流排流 直接排流结构如图 10-64 所示。 直接排流用于极性不变的阳极区,可调电阻和控制开关及熔断器的使用可用 来控制流量的大小和管道的相对电位,以防排流量过大时造成防腐层的老化和剥 离。 (2)极性排流 极性排流的结构如图 10-65 所示。 极性排流是目前广泛使用的排流方法之一。它具有单向导电性,只允许杂散 电流管道排出,而不允许杂散电流进入管道,它是比较安全的排流方式。 图 10-64 直接排流保护电路 1—被保护的金属管道 2—铁轨 3、4—排流电缆 5—可变电阻 6—控制开关 7—熔断器 8—电流表 上述两种排流方式都是借助于管道和铁轨之间的电位差来排流,当两个连接 点的电位差较小时,所能排除的电流量很小,故保护段落很短,排流效果不佳。 此时,应选择其他形式的排流方式。 (3)接地排流 接地排流结构如图 10-66 所示。 接地排流电缆不连接到铁轨上,而是连接到一个埋在地下的辅助阳极(或牺 牲阳极材料)上。将杂散电流从管道排到阳极上,经过土壤再返回铁轨。 图 10-65 极性排流保护电路 1—管道 2—铁轨 3—电缆 4—可变电阻 5—整流器 6—电流表 7—控制开关 8—熔断器 图 10-66 接地式排流 接地排流保护在国外应用较少,但在我国应用较多。这是因为我国对于干扰 源泄漏入地的杂散电流限制不力,造成干扰范围很大,不利于极性排流的应用; 当采用极性排流时,排流连接变得十分困难。接地排流的效果要比极性排流差, 排流量不易调节。还需定期更换阳极。但接地排流的适应性强、施工简单,同时 又比较安全,可以完全避免将杂散电流导入管道。因此,接地排流是使用较多的 排流方式。 接地排流的地床接地电阻要做得尽可能的小。采用牺牲阳极时仍需填包料。 (4)强制排流 当地下金属管道处于杂散电流干扰极性交变区,用直接或极性 排流都无法将杂散电流排出时,需使用强制排流。强制排流的原理类似于阴极保 护,它在管道与接地阳极或铁轨之间,接一可逆的恒电位仪,在外加电位差下强 制排流。其电路结构如图 10—67 所示。由于强制排流兼有排流和阴极保护的作 用。同时其设施费用节省一半,故使用此排流方式也较多。例如,在日本东京的 煤气管线上就使用得比较普遍。 图 10—67 强制排流电路 对同一条管道或一系统中,可根据实际情况的需要采用一种或几种排流方 式,选择一点或多点进行排流。 3.排流计算 排流电流量可根据欧姆定律的原理来计算: 式中 I——排除电流量(A); V——管一轨电位差(V); R1——排流线——排流器内阻(Ω); R3——管道接地过渡电阻(Ω); R4——铁轨接地电阻(Ω)。 其中, 式中 γ3——管道纵向电阻(Ω); ω3——管道泄漏电阻(Ω); γ4——铁轨纵向电阻(Ω); ω4——铁轨泄漏电阻(Ω)。 当采用接地排流时,R4 为接地地床的接地电阻,其值应小于 0.5Ω。 排流量过大会造成管~地电位过负。为保证管道排流处在最佳状态,也就是 正电位得到较好的缓解,负电位又不致于过高。可以在排流电路中中入电阻,限 制排流量。串入的电阻值可按下式计算: 式中 R——串入电阻(Ω); I——原排流量(A); I′——拟定排流量(A); V——管/轨电压(V)。 电阻器的选择,要注意具有足够的功率,以防排流量大时烧毁。排流器、排 流导线的额定电流应为计算排流量的 1.5~2 倍。排流用的接地地床电位梯度, 在水中时不大于 10V/m,在土壤中不大于 5V/m。 4.排流器功能的要求 (1)在管轨电位差或管地电位波动的范围内,均能正常工作。 (2)能及时跟随管轨电位差或管地电位的急剧变化。 (3)防逆流元件的正向电阻要尽量小,反向耐压应较大。 (4)所有动接点应能承受频繁动作的冲击。 (5)应具有过载保护。 (6)结构简单,便于维护。 5.排流器宜设置在室内,设置在室外时应能适应野外环境、坚固耐用。排流 器要安全接地,接地电阻不应大于 4Ω。 6.对排流线敷设的要求 排流线应对地绝缘,架宅敷设时应满足下列要求, 并符合低压电力线路敷设工程的规定。 (1)电缆必须采用吊挂方式,吊挂强度不应小于 GJ-20×7 的钢绞线的机械强 度。其接地电阻不应大于 10Ω。 (2)采用裸电线或绝缘电线架设时,应采用截面积为 16mm2 及以上的铝线, 或具有同等机械强度的铜线)架空线的高度,当跨越铁路和公路时不应小于 6m,其他场合不应小于 5m。 (4)当排流线与架空通信线等弱电线路同杆敷设时,应敷设在架空弱电线的 下方。若采用裸线m;若采用绝缘电线.排流线)不应使用裸金属护套电缆或橡胶绝缘电线)敷设方式可采用穿电缆管、电缆沟或直埋。 (3)直埋时的覆土厚度,当有重物压迫危险时应大于 1.2m,其他场合为 0.7m。 8.接地排流的电位梯度,在水中设置时不得超过 10V/m,在土壤中设置时 不得超过 5V/m。 9.排流线与管道应采用焊接连结。焊接处的管道要采取局部补强。接点电 阻不大于 0.01Ω,机械强度不小于排流线的机械强度。 (五)排流效果的评定 排流工程安装后,应立即投入试运调整,以期达到和接近下述目标: 1.对于已经施加阴极保护的管道或管道系统,应使被干扰管段上任意测定点 的管——地电位达到阴极保护电位标准。 2.对于未施加阴极保护的管道或管道系统,应使被干扰管段上任意测定点的 管一地电位达到未受干扰时的状态。 上述目标实属理想状态,一般很难实现。当达不到时,可按表 10-71 的排流 前后实测正电位指标进行评定。 表 10-71 排流保护效果评定指标 排流类型 管—地电 正电位平均 位/V 值比(%) 10 95 直接向干扰源排流 10~5 90 5 85 10 90 间接向干扰源排流(接 10~5 85 地排流) 5 80 正电位平均值比的计算方法如下: 式中 ηv——正电位平均值比(%); Vavl(+)——正电位平均值(V); Vav2(2)——排流后正电位平均值(V)。 正电位平均值可按下式计算: 式中 n——测量时间段内正、负电位读数的总次数。 由于电机车运行频繁,所以排流效果的评定是一项很复杂的工作。一般选取 评定测试点不应少于 3 点,对于长距离管道则不应少于 5 点。排流效果评定点必 须包括排流点、干扰缓解较大的点和干扰缓解较小的点。在测取排流前后的参数 时,必须统一测定时间段、读数时间间隔、测试方法和仪表设备。 测定时必须注意,排流后负电位的变化虽然在指标中没有提到,但负电位变 化也不应负得太多。 (六)排流系统的调整 排流系统的调整是为了使受干扰管道全面得到保护,一般应采用以下方法: 首先改变排流点的位置,或增加排流点及设施;调整各排流点的排流量。 同时,对同系统中的不同管道进行具有电流调节机能的连连,并行电流的调 节;对绝缘法兰跨接,并进行电流调节。 此外,为了提高排流效果,可采用其他有效的辅助设施。 五、交流干扰的危害与防护 (一)交流干扰的危害 交流电引起的腐蚀要比直流电于扰的强度小得多,大约为直流电的 1%或更 小。但是,当高压输电线与管道平行架设时,由于静电场和交变磁场的影响,在 钢管上感应出交流电压和电流,对管道的危害则是不可忽视的。尤其是在交、直 流叠加情况下,交流电的存在可引起电极表面的去极化作用,造成腐蚀的加剧, 形成穿孔。同时。交流干扰还可加速绝缘层的老化,特别是在防腐绝缘层的破损 处,易引起防腐层的剥离。交流干扰还会使阴极保护无法在控制电位的范围内正 常进行,使牺牲阳极发生极性逆转,电流效率降低。故障情况下,对管道会造成 危险,甚至危及操作人员的安全。交流干扰腐蚀的危害已日益被人们所重视。 交流干扰作用于埋地金属管道。按其干扰电压作用的时间可分为: 1.瞬间干扰 强电线故障时产生的干扰电压可达几千伏以上,由于干扰电压 作用的持续时间在 1s 以下,故称瞬间危险干扰电压。此电压对人身安全和设备 均可构成威胁。高压电还会引起管道防腐层击穿;在管道与电力系统接地极距离 不当时,还会产生电弧通道,引起管壁烧穿事故。 2.间歇干扰 在电气化铁路附近的管道上,所感应产生的几伏、几十伏,直 至几百伏的干扰电压。作用时间时断时续、随电气铁道馈电网内负载变化。 3.持续干扰 高压输电线路运行时,在管道上感应产生的交流电压,可由几 伏、几十伏到几百伏。其作用时间长,只要高压输电线路上有电流,管道上就有 感应电压,埋地管道则会在此干扰电压下产生交流腐蚀。 (二)交流干扰状态 对管造成危险影响的高压输电线路,有以下三种状态: 1.三相对称中点直接接地的高压输电线kv 以上)及交流电气化铁路供电 线处在相导线接地短路时的故障状态。中性点直接接地的输电线发生单相短路接 地故障时,对附近管道产生的电磁感应电压极高。特别是系统电容量大、电压级 别高的电力系统中,短路电流可达 10~60kA,交流干扰电压可达千伏以上。 如果短路瞬间,在故障附近的地面上有管道的附属设施(如阀门、泵等设备), 而操作人员恰巧去触及阀门时,就会威胁操作人员与设备的安全。 2.三相对称中性点对地绝缘或不直接接地的高压输电线kV 以下), 当两相导线同时在不同地点接地时的故障状态。 3.不对称高压线路、直供式交流电气铁路在正常运行状态或在相导线接地时 的强行运行状态。 当埋地管道与电厂、变电站和高压杆塔的接地装鼍接近时,或与交流电气化 铁路交叉时,应考虑由于电流流过接地装置(或轨道)而产生的地电位升高所造成 的危险影响。 (三)干扰途径 强电线路对埋地管道的干扰影响主要有三种方式:容性耦合、磁感应耦合和 阻性耦合。其对管道的影响见表 10-72。 表 10-72 交流干扰方式及对管道的影响 静电场感应(容 对于埋地管道没有影响,施工时应注意 性耦合) 感应交流电流引起交流腐蚀 电磁场感应(磁 感应电压对阴极保护设备有不良影响 感应耦合) 当输电线路短路、故障时,在管道上可能 感应出高压电,击穿覆盖层 阻性耦合 故障时地电位升高威胁覆盖层和人身安全 1.静电感应(容性耦合) 这一方式主要出现在施工期间的地面管道或架设在 绝缘垫(如木块)上时,通过高压线和管道之间、管道和大 地之间的分布电容耦合作用。由于大地的屏蔽作用,当管道埋地后,这一作用就 小到可以忽略不计了。原理如图 10-68 所示。 2.电磁感应 当管道与高压线平行时,由于相电流的交变形成电磁场作用在 埋地管道上,使管道不断切割磁力线而产生感应电流。这一耦合原理如同变压器, 高压线一侧如同变压器的一次侧,管道一侧如同变压器的二次侧。当三相之中的 各相电流相等(平衡时)、相导线到管道距离相等时,其电磁场的综合影响为零。 但实际中相电流很少处于平衡状态,三相导线距管道也不可能相等,尤其是平行 间距较小时几何不对称更为突出。故障条件下(严重不平衡)将产生危险影响,其 感应原理见图 10-69。 图 10-68 容性耦合 a)管道在地面上 b)管道在地面下 图 10-69 磁干扰原理 3.阻性耦合 当管道与电气化铁路交叉、与强电线路的接地极(体)、发电厂、 变电站接地小距离接近时,接地体上的电流流入地下,通过管道和接地体之间的 电阻进行耦合作用,把交流电流直接传递到管道上,这就是阻性耦合。由于地电 场衰减很快,所以一般情况下阻性耦合作用范围很小。 (四)交流干扰的计算 1.静压感应电压的计算 其中 式中 Vp——管道感应交流电压(V); h1——单相导线——埋设管道等效地面高度(m); r——输电线等效半径(m); x——输电线和管道的水平距离(m); V1——相导线.电磁感应计算 Vp=2πfLMi (10-21) 式中 f——交流电频(Hz); L——平行段长度(km); M——输电线和管道间互感系数(H/km); i——相电流(A)。 3.阻性耦合计算 式中 Vo——接地体对远方大地电压(V); Io——接地体上流入大地电流(A); ρ——土壤电阻率(Ω·m); R——接地体接地电阻(Ω); a——接地体等效球面半径(m); Vx——距接地体 x 处的大地电位和管道电位差(V)。 4.管道参数的计算 (1)管道阻抗的计算 Z=Zi+ze (10-24) 式中 Z——道阻抗(Ω/km); Zi——管道内阻抗(Ω/km); Ze——管道外阻抗(Ω/km)。 其中,管道内阻抗 Zi 的计算是一个复杂的零阶贝塞尔函数,计算较困难, 通常可采用近似公式计算,即: 管道外阻抗 Ze 计算公式为: (2)管道传播常数 式中 ro——管道外半径(m); σ——大地导电率。 (3)管道特性阻抗 式中 Z——管道阻抗(Ω/km); Zi——管道内阻抗(Ω/km); Ze——管道外阻抗(Ω/km); ro——钢管外半径(m); σ——大地电导率(S/m); Ro——管道直流电阻, δm——钢材电导率(S/m); f——频率(Hz); D——回流当量深度, Zo——管道特性电阻(Ω)。 (五)交流干扰的保护 1.对交流干扰点测试对交流干扰的防护,首先取决于对干扰现场的调查与测 试的正确与否。电力线路对管道交流电干扰的测试方法,可遵照行业标准《电力 线路对埋地钢质管道交流电干扰测试方法》SYJ32-1988 执行。 管道交流干扰的测试,主要是测试干扰电压和管道交流参数现场的测量。 测试仪表和测量导线应执行行业标准《埋地钢质管道阴极保护参数测试方 法》SYJ23-1986 的有关规定。 交流干扰电压一般较高,所以不用硫酸铜参比电极进行测试,使用钢棒电极。 2.安全指标 (1)瞬间干扰电压 从对工作人员安全考虑,德国规定为 600V,意大利规定 为 500V,我国研究报告认为 600V 是适宜的。 (2)持续干扰电压 在含盐量小于 0.01%的中性土内,安全电压可取 8V;在 弱碱性土壤内,当 Ca++、Mg++离子的总含量超过 0.005%时,安全电压可取 10V; 在酸性土或盐碱地,干扰电压的安全指标可取 6V。 交流干扰电压低于 16V 时,不会造成沥青防腐层剥离和引起金属氢脆裂。 10V 以下的交流干扰电压,对铝、锌阳极保护性能的影响可不考虑。 镁阳极所允许的交流电流密度为 0.8mA/cm2,逆转电压在 15V 左右,安全 电压可取 10V。 (3)间歇电压干扰 从对人身安全考虑。采用 30V。从对管道危害考虑,其临 界干扰电压值应比持续干扰电压安全指标高 2~3V。 (4)长距离平行时的安全间距 图 10-70 提供了埋地管道与强电输电线路相对 平行距离下的临界长度。为消除干扰,通常作如下预防措施:对新建管道,当与 电力线或电气化铁道平行时,平行段应保持 50m 以上距离;对 220kV 以下的对 称输电线m 以上距离;当各相导线三角排列,此间距可缩小至 50m。 (5)与强电接地体的安全间距 管道与电力系统接地体的安全间距见表 10-73。 图 10-70 相对平行距离的临界长度 IGr 表 10-73 管道与电力系统接地极间的安全距离 高压线 铁塔或电杆附近 最小安全距离/m 电站或变电所附近 0.75 5 10 2.5 15 35 (6)最大允许接触电压和需要采取的必要措施,可参照执行表 10-74。 表 10-74 最大允许接地电压和措施 干扰类型 接触电压 措施 长期 短期 Uc≤65V Uc≤1000V 不需要措施 短期 1000VUc≤2000V 应在操作和设计中考虑措施 长期 短期 Uc65V Uc2000V 通过接地棒、电拉控制或区域电隔离,把接地电压限 制到 65V 或 2000V 以内 3. 防护措施 由于感应影响是相互的,所以防护措施也应是双方的。作为干 扰源的强电线路,对减轻干扰影响有不可推卸的责任,故在运行方式上应努力作 到平衡,电气化铁路应避免采用直供方式而用 AT 方式(采用自耦变压器的供电 方式)和 BT 方式(采用吸流变压器的供电方式)。通过测试比较,AT 方式造成的 干扰比起直供方式要减轻到 1/10 左右,由此可见干扰源侧的重要性。管道侧的 防护,其主要防护措施为: (1)阻性耦合的防护措施 1)加大管道和强电接地体间的距离,可参考表 10-73。 2)在管道和强电接地之间设均压网来防止危险影响。对于管路阀门,可用锌 带或镁带均压。 3)使用接地电池(两支捆在一起、相互绝缘的锌电极)或保护器(二极管)来保 护绝缘法兰及防腐覆盖层。 (2)容性耦合的防护措施 由于容性耦合主要出现在管道施工期间,所以,一 般要求管道在高压线下施工时应采用临时接地极来防护。其接地极间隔应不大于 300m,且接地极应保留到管道回填完为止或永久接地体接好之后。 (3)磁感应耦合的防护 磁感应是平行状态下的主要形式,所以它的防护也是 交流干扰防护的核心。防护手段分为三种类型: 1)接地排流,即通过接地电阻很小的接地体把管道上的交流电压降下去。一 般要求接地体的接地电阻应小于该处管道的接地电阻。由于管道中有直流阴极保 护电流存在,故在排流时要采用隔直环节或牺牲阳极接地材料。根据所选用的回 路环节的不同和材料的区别,又可分为以下几种排流方式: a.直流排流 即在管道和接地体之间直接用电缆连接。该法简单适用,但仍 极保护电流要流失。见图 10-71。 b.牺牲阳极排流 用牺牲阳极(多用镁阳极)作接地体材料,既可起到接地排流 作用,又可起到阴极保护作用,应用较为广泛。国内外都有大量这类工程实践。 见图 10-72。 图 10-71 直接排流 c.嵌位式排流 如图 10-73 所示,在管道和接地体这间串入一个嵌位式排流器 (一正、二反的三只硅二极管),当正半波时 Z1 导通,负半波时 Z2、Z3 导通。由 于硅二极管有个 0.7V 的电压,所以理论上将残余-0.7V 左右的电压提供管道阴 极保护。一般二极管选用的额定电流值为 20~30A。在采用嵌位式排流时,要考 虑接地材料的对地电位,否则会造成失败。 图 10-72 牺牲阳极排流 图 10-73 嵌位式排流 d.电容排流 如图 10-74 所示。用电容作隔直元件来排除交流,这一方法可以 防止阴极保护电流的流失。不足之处是电容器的耐压只有几十伏,且大容量的电 解电容量损坏,维护也麻烦。电容器的容量一般选 3000μF 或 5000μF。 e.极性排流 利用二极管的单向导通的原理消除管道上的正向交流电压,并 把负半周的电压保留在管道上,提高管道的负电位,以供管道阴极保护。但管道 上负电位将随着交流电压的幅值增加而升高,有时要高出允许值的许多倍而起副 作用。二极管的材料多为硅或锗,容量为 20~30A。见图 10-75。 图 10-74 电容排流 图 10-75 极性排流 2)分段隔离 在干扰的平行区间里,利用绝缘法兰把管道分割成若干个小的 干扰段,使得管道的纵向感应电动势降低。该法在已建管道上施工较困难,而且 会割断管道上的阴极保护电流,一般不采用。 3)提高恒电位仪抗干扰能力 目前使用的 KKG-3 系列恒电位仪抗交流干扰的 指标为 12V,对于干扰比较严重的地区应将其指标提高到 30V。

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