接地與雜散電流

1、接地與雜散電流  摘要：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)。這部分泄漏出來的電流稱為雜散電流，在地鐵工程中又稱為迷流。  關(guān)鍵詞：接地 鋼軌阻抗 雜散電流    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

2、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)行過絕緣處理，包纏著玻璃絲帶和柏油），測(cè)量得到如下結(jié)果： 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 1015min 內(nèi)，波動(dòng)幅度最大可達(dá)到數(shù)伏，如圖32  所示：G

3、 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)果如表17 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

4、. 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

5、。根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤電位梯度小于 0. 5mVm 時(shí)，為雜散電流弱干擾地區(qū)，在 0. 55mVm 之間為中等強(qiáng)度干擾地區(qū)，大于 5mVm 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-地電位正偏為陽極區(qū)，也就是產(chǎn)生腐蝕的部位。 由表17 可知；由 B 測(cè)點(diǎn)至 F 測(cè)點(diǎn)地段，管道為陽極區(qū)，亦即腐蝕區(qū)；在 E

6、60;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

7、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 10。 4設(shè)置雜散電流收集網(wǎng) 上海地鐵電動(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

8、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 12mm 鋼筋，每隔 50m 用一根 25mm 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 20mm 鋼筋把上、下 2 根橫向連接鋼筋焊成一體，如圖33 所示。上排的 

9、;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。 1. 電纜橋架 上海地鐵

10、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 10k。為此支架固定時(shí)采用絕緣膨脹螺栓，絕緣測(cè)量時(shí)采用萬用表，若絕緣電阻表（兆歐表），因 10k 這一數(shù)值相對(duì)不大，難以讀數(shù)。當(dāng)橋架過成一體后，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。如圖34  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

11、相對(duì)地電壓相等，再從 A 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?#160;A、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，兩者之問的絕緣電阻也越小。 （3）銅、鐵之間存在電位 

12、 上海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。 2動(dòng)力、照明配管 上海地鐵的動(dòng)力、照明配管全部采用阻燃PVC管，從而避免雜散電流對(duì)保護(hù)管的電腐蝕。 3車站給排水管道 （1） 進(jìn)人車站的所有給排水管道在進(jìn)入車站前應(yīng)加入一段 2m 長(zhǎng)絕緣管進(jìn)行絕緣隔離，絕緣管設(shè)在車站外側(cè)，離主體結(jié)構(gòu) 150mm。  （2）出地鐵區(qū)間的給排水管道應(yīng)加價(jià)一段長(zhǎng)度 2m 的

13、0;UPVC 塑料絕緣管后，才能引出地面，絕緣骨應(yīng)設(shè)在干燥和易于查看檢修的地點(diǎn)。  （3）從水人按出的水行存水系處加裝一段近絕緣管，使水管系統(tǒng)與水泵-電動(dòng)機(jī)組在電氣上絕緣。  （4）區(qū)間隧道的給排水在電氣上要連通，并且在有變電所的車站將水管兩端接至接地極。  （5）穿越道床的給排水管用 UPVC 塑料絕緣管。 4車站環(huán)控系統(tǒng) （l）安裝在金屬風(fēng)門上的電氣裝置應(yīng)采用絕緣法安裝。  （2）安裝在同一臺(tái)金屬機(jī)座上的電動(dòng)機(jī)-風(fēng)機(jī)組，在安裝時(shí)應(yīng)利用橡膠避雷裝置進(jìn)行絕緣。由風(fēng)機(jī)引出的金屬送排風(fēng)管道要加一段短絕緣風(fēng)管，使風(fēng)管系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)-風(fēng)機(jī)組在電氣上絕緣