直流供电方式中杂散电流腐蚀的防护
2杂散电流腐蚀防护系统-参比电极装置安装
5). 参比电极必须埋设在被测结构物的钢筋附近,参比电极不应和结构钢筋接触。
6). 电极与混凝土表面垂直放置,必须将电极全部埋置在混凝土介质中。
7). 参比电极预留孔尺寸为φ60(直径)×160(深),已在土建工程预留,若现场,找不到孔位或孔位不满足以上要求,应按以上要求进行现场打孔。
8). 参比电极安装需要在整体道床及明挖隧道壁水钻打孔安装完成后做好防水封堵。
9). 电极采用多孔陶瓷外壳,故在使用与安装过程中注意小心轻放,严紧撞击硬物。
10).在电极埋置处上方,用砂浆抹平并与周围混凝土表层尽量取平。
2.安全、环保、文明施工等技术措施:
1).未经允许,不得随意接触现场其他设施,尤其注意避开带有“危险勿动”标识的设备、机械、电闸等,以免造成不必要的伤害。
2).地下车站、隧道内施工必须有照明设施,不得在光线昏暗的条件下施工。
3).对于参比电极打孔破坏防水层时要及时修复。
4).施工完毕离开施工现场时,对施工垃圾及时清理。
接受人:交底人:
技术、质量交底记录
工程名称
哈尔滨市轨道交通3号线一期工程供电工程
编号
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ交底项目
杂散电流腐蚀防护系统
交底日期
交底内容
参比电极装置安装
1.参比电极装置安装:
1). 参比电极与对应的测防端子安装距离必须≤1米。
2). 参比电极埋设前应放置在阴凉处,避免在露天阳光下曝晒或雨淋。
3). 安装参比电极前应除掉,孔洞中的混凝土粉块或浮尘,并用水淋湿其内表面。
地铁杂散电流腐蚀及其防护措施
摘要:地铁主体结构钢筋、电气设备、地铁附近的埋地管线经常遭受地铁杂散电流的电化学腐蚀。
这种杂散电流腐蚀减少埋地管线使用寿命,降低地铁主体结构的耐久性和强度,有时甚至造成灾难性的事故。
同时造成一定的经济损失。
讨论了地铁杂散电流的危害,并给出了较为详细的减少杂散电流及其防护的方法。
关键词:地铁。
杂散电流。
防护。
监测1 概述地铁具有运量大、安全舒适、运输成本低等优点,且与地面的交通工具互不干涉,因此成为解决城市交通拥挤紧张状态的有效途径。
目前地铁列车牵引动力一般用直流电,由设置在沿线的牵引变电所通过架空线或第三轨向列车馈送电量,并利用走形轨作为回流线路。
直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘,所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。
这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流又叫迷流。
杂散电流从走形轨漏出后,经过地铁的道床流入大地,然后从大地流回钢轨回流点。
若地铁附近有导电性能较好的埋地金属管线(如自来水管、煤气管道、电缆等),则有一部分杂散电流选择电阻率较低的埋地金属管线作为流通路径,在变电所附近从金属管线中流出流回变电所。
对于走形轨杂散电流是在远离变电所的地方流出,对于埋地金属管线杂散电流是从变电所附近的部位流出,由于土壤或其它介质的作用,金属体有电流流出的部位发生电解,使金属体遭受电化学腐蚀。
这种电化学反应易腐蚀地铁钢轨、地铁主体结构钢筋、地铁线路附近的埋地金属管线,减少埋地管线使用寿命,降低地铁主体结构的耐久性和强度,有时甚至造成灾难性的事故。
钢轨埋设在地表面,易于发现损坏状况,且便于更换,所以杂散电流腐蚀对其的危害不是很大。
但由于地铁主体结构钢筋和埋地金属管线埋设在地下,其腐蚀情况不易察觉,所以杂散电流腐蚀对地铁主体结构钢筋和埋地金属管线的腐蚀危害是很大的。
例如从20世纪70年代开始运行的北京地铁一期工程的主体机构中的钢筋已发现有严重的杂散电流腐蚀。
北京、天津地铁都有水管被侵蚀穿孔的情况。
杂散电流腐蚀防护措施
1) 杂散电流(“迷流”)的产生
杂散电流对金属结构的腐蚀有四个方面: 钢轨、道床结构钢筋、隧道结构钢筋、地网及地铁外部其它公共设施
堵 排 测
杂散电流腐蚀防护
采取“以堵为主,以排为辅, 防堵结合,加强监测”的设计原则:
•GB50157-2013 •CJJ49-92
Hale Waihona Puke 从源头上减少杂散电流 限制杂散电流扩散
10)应设置完善的杂散电流监测系统。
杂散电流腐蚀防护
加强金属构件腐蚀防护 杂散电流检测
1)走行钢轨和DC1500V设备采用绝缘法安装。
2)利用道床结构钢筋的可靠电气连接,形成杂散电流主收集监测网;
3)利用地下车站、明挖(或矿山法)区间隧道及U型槽、桥梁结构钢筋的可靠电气连接,形成杂散 电流辅助监测网;
4)在盾构区间采用隔离法对盾构管片结构钢筋进行防护。
5)在正线牵引变电所附近设置道床结构钢筋排流端子,以便用排流电缆将杂散电流主收集监测网 连接至牵引变电所内排流柜。
6)在正线牵引变电所内设置排流柜。排流柜应根据运营过程中对杂散电流腐蚀状况的监测结果判 断是否投入运行。 7)在车站两端、地下区间联络通道及高架区间每隔200m左右设置上、下行均流电缆;在设置牵引 变电所的车站一端不再设置均流电缆。在正线同一行的两根钢轨间每隔200m左右也设置一处均流 电缆。 8)车辆段(停车场)应根据接触网供电分段情况确定牵引回流回路,恰当的设置回流点和均流电 缆。 9)车辆段(停车场)线路与正线之间、车辆段(停车场)各电化线路的库内线路与库外线路之间 应设置绝缘轨缝并装设单向导通装置。电化股道和非电化股道之间、电化股道尽头线与车挡设备之 间应设置绝缘轨缝。
浅谈地铁直流牵引供电中的杂散电流危害
可以从外加防护设备和对回流系统自身改进两个方面考虑防治地铁钢轨电位异常升高和杂散电流腐蚀地下金属管网问题。在钢轨与地之间加装钢轨电位限制装置是从回流系统外部防治钢轨电位异常升高的主要方法。钢轨电位对轨——地电位进行采集,当采集的轨——地电位高于设定值时,开关闭合,钢轨与地接通,钢轨电位迅速降低,
图3钢轨电位限制装置结构图
图4铺设排流网回流路径截面
城市轨道交通系统建设之初就已经认识到杂散电流会造成的危害,在设计和施工过程中采取各种方法加强走行轨与大地的绝缘以防止电流泄露。在轨道交通运行初期,走行轨与大地的绝缘程度高,泄露电流较小,则杂散电流较少。但随着时间的增加,轨道交通运行年限的增长,绝缘材料的老化,同时受到自然环境的各种侵蚀,污染等因素的影响。走形轨对地绝缘程度越来越差,从而造成杂散电流的增大。
铁锈沉淀在被腐蚀金属表面持续膨胀导致金属破裂,还可能对地铁隧道主体结构的钢筋混凝土结构造成破坏,如果这些情况发生,将会对地铁的正常运营造成十分严重的影响。
除去地铁杂散电流的腐蚀之外,还有自然腐蚀也会对地下金属管网造成破坏,但是自然腐蚀的腐蚀电流特别小,只是毫安级别,而地铁杂散电流则能够达到几安培甚至上百安培,所以地铁杂散电流对地下金属管网的破坏相比自然腐蚀要严重许多。随着城市规模的不断扩大,地铁线路的建设也越来越多,因而地铁杂散电流对地下金属造成影响的区域也随之不断扩大,另外由于对杂散电流有影响的一些因素是随时间变化的,所以杂散电流对地下金属管网的腐蚀也具有一定的不确定性。由于地铁杂散电流峰值可以达到上百安培,如果腐蚀发生在金属局部位置时,腐蚀过程就会很剧烈,会在较短时间内对金属结构造成严重破坏。
图1为地铁杂散电流腐蚀地下的金属及钢轨元件
二、典型的牵引供电系统
直流电气化铁路杂散电流地铁杂散电流的危害及防护
直流电气化铁路杂散电流地铁杂散电流危害及防护河南汇龙合金材料有限公司在地铁系统中,牵引供电系统一般采用直流方式,会产生杂散电流。
目前,地铁的牵引供电方式一般采用直流供电方式。
在理想的状况下,牵引电流由牵引变电所的正极出发,经由接触网、电动列车和走行轨返回牵引变电所的负极。
由于走行轨与大地之间的绝缘不良或不是完全绝缘,流经走行轨的电流不能全部经由走行轨流回牵引变电所的负极,有一部分电流会泄漏进入大地,然后再流回变电所,这部分泄漏到大地中去的电流就是杂散电流,也称作迷流。
走行轨铺设在轨枕、道碴或整体道床上,由于钢轨与轨枕或整体道床之间不是完全绝缘状态,钢轨与大地间存在一定的过渡电阻,其阻值表示了轨道和大地之间的阻性耦合和电导性耦合。
有关研究表明,钢轨与大地之间的过渡电阻与通过走行轨中的电流无关,其阻值取决于轨枕和轨道紧固件的类型、轨枕下面的垫层、污染程度、气象条件。
也就是说,与走行轨流人大地的杂散电流与道床类型、轨枕和轨道紧固类型有关,并还随污染程度、气象条件的变化而变化。
一、杂散电流的危害地铁中的杂散电流是一种有害的电流,会对地铁中的电气设备、设施的正常运行造成不同程度的影响,还会对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线造成不同程度的危害。
1.引起地铁附近建筑物结构钢筋、金属管线腐蚀地铁附近的地下金属体埋于地下,周围有电解质存在,在没有杂散电流通过时,这些金属体所承受的渗透压与溶解压通常会保持平衡状态,不会发生电化学腐蚀。
但当这些金属体中流过杂散电流时,这些金属体所承受的渗透压与溶解压的平衡状态就会被打破,就要发生电化学腐蚀。
在这些情况下,会有两种过程同时发生。
如果城轨隧道、道床或其他建筑物的结构钢筋及附近的金属管线(如电缆、金属管件等)长期受到杂散电流的腐蚀,就会严重损坏地铁附近的各种结构钢筋和地下金属管线,破坏结构钢的强度,降低其使用寿命。
2.使某些地铁设备无法正常工作。
杂散电流若流入电气接地装置,将引起过高的接地电位,使某些设备无法正常工作,甚至会危及人身安全。
阐述地铁的杂散电流防护措施
阐述地铁的杂散电流防护措施目前,我国地铁供电系统基本上采用的是直流牵引供电方式,牵引变电所提供地铁列车需要牵引的电流,先通过架空线或接触轨向地铁列车输送直流电,再通过走行轨回流到牵引变电所。
钢轨理论上对地绝缘安装,但因为施工工艺及绝缘材料性能等原因,钢轨不可能做到对地面完全绝缘。
而且钢轨的绝缘水平会随着绝缘材料的老化而渐渐降低,造成部分的电流不从走行轨回流,而是以散流的形式流入大地,再由大地流回走行轨并返回牵引变电所,从而形成杂散电流。
1 杂散电流的腐蚀机理地铁(轻轨)采用直流供电方式,利用钢轨作为回流线,由于钢轨对地绝缘不充分,直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘,所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。
这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流,又叫迷流。
杂散电流从走形轨漏出后,经过地铁的道床流入大地,然后从大地流回钢轨回流点。
这种杂散电流对地铁隧道中的结构钢筋产生腐蚀,破坏了结构钢的强度,降低了其使用寿命。
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。
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。
地铁直流牵引供电方式所形成的杂散电流及其腐蚀部位如图1所示,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点和D点流出,那么金属导体和地面一起组成的界面为阳极。
在电流经过过程中,如果电流在B点和F点流入,那么地面与金属导体所共同组成的界面为阴极。
根据图1可以看出,杂散电流所流过的地方可以看成两个电解电池串连在一起。
当杂散电流由钢轨(A)和金属管线(D)部位流出时,都会发生失掉电子的氧化反应,该部位的金属就会遭到腐蚀。
2 杂散电流的危害地铁的杂散电流是一种有害的电流,会对地铁中的电气设备、设施的正常运行造成不同程度的影响,还会对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线造成危害。
杂散电流的腐蚀及防护
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3—轨道电流4—阳极区5—腐蚀电流6—交变区7—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作用在当多台机车运行时会产生杂乱无章的地下电流。
供电所很多,形成网状,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。
关于地铁的杂散电流防护措施分析
关于地铁的杂散电流防护措施分析摘要:目前我国地铁的供电方式基本都是采用直流牵引,地铁在运营中所产生的杂散电流会通过钢轨泄漏到地上,它严重腐蚀地下金属管道线路和钢筋结构,影响地铁的安全运营。
这种杂散电流的腐蚀会减少埋地管线的使用寿命,降低地铁主体结构的耐久性和强度,有时甚至会造成灾难性的事故,同时还会造成一定的经济损失。
因此,全面考虑地铁杂散电流腐蚀问题,探讨更为有效的杂散电流腐蚀防护措施,对保证地铁安全运营具有十分重要的意义。
关键词:地铁;杂散电流;电流腐蚀;防护措施;直流牵引目前,我国地铁供电系统基本上采用的是直流牵引供电方式,牵引变电所提供地铁列车需要牵引的电流,先通过架空线或接触轨向地铁列车输送直流电,再通过走行轨回流到牵引变电所。
钢轨理论上对地绝缘安装,但因为施工工艺及绝缘材料性能等原因,钢轨不可能做到对地面完全绝缘。
而且钢轨的绝缘水平会随着绝缘材料的老化而渐渐降低,造成部分的电流不从走行轨回流,而是以散流的形式流入大地,再由大地流回走行轨并返回牵引变电所,从而形成杂散电流。
1杂散电流的腐蚀机理地铁(轻轨)采用直流供电方式,利用钢轨作为回流线,由于钢轨对地绝缘不充分,直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘,所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。
这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流,又叫迷流。
杂散电流从走形轨漏出后,经过地铁的道床流入大地,然后从大地流回钢轨回流点。
这种杂散电流对地铁隧道中的结构钢筋产生腐蚀,破坏了结构钢的强度,降低了其使用寿命。
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。
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。
地铁直流牵引供电方式所形成的杂散电流及其腐蚀部位如图1所示,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 点和D点流出,那么金属导体和地面一起组成的界面为阳极。
杂散电流的腐蚀与防护
技 术
0 前言
随着国民经济的持续发展,我国各大城市为了 缓解日趋严重的城市交通压力,纷纷加快了城市轨 道交通的建设。地铁和轻轨作为城市轨道交通的重 要组成正在迅速发展,它们多采用直流电力牵引系 统并把走行轨作为回流线。在列车运行的不同过程 (启动、加速、匀速、滑行、减速、制动、倒车、 停止等)中以及不同负载(空载、轻载、重载) 下,走行轨中的工作电流差别很大。该电流绝大部 分能经过走行轨流回到电源负极,但还有一小部分 从轨道与地面绝缘不良的位置泄漏到道床及周围土 壤介质中,形成杂散电流,俗称迷流。杂散电流经 过在地下无规律地流动,最后绝大部分还是流回供 电系统的负极。当然也存在极少的杂散电流无法流
Barlo .T .J 等人认为杂散电流的腐蚀特性具有以 下特点: ( 1 )腐蚀强度大,埋地钢质管道中无杂散电 流时,自然腐蚀电流只有几十毫安,而有杂散电流 时,最大电流能达上百安培,如此大的电流通过管道 表面流向土壤,在一年内将腐蚀掉近1 t 的钢铁量; (2)腐蚀集中于局部位置,由于杂散电流一般 都选择管道接地阻抗较小的部位流入土壤,所以, 杂散电流腐蚀也大都集中在这些局部位置。当埋地 管道有防腐层时,防腐层破损处的接地阻抗急剧减 小,杂散电流腐蚀加剧,因此,杂散电流腐蚀也常 集中在防腐层有缺陷的部位; (3)范围广、随机性强,杂散电流的作用范围 很广, 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。杂散电流腐蚀的发生 又常常是随机而变的, 其电流方向和电流强度都随外 界电力设施的负载情况、轨道的连接与绝缘状况、 管道的绝缘层状况而变化。因此, 也常将杂散电流的 干扰称之为动态干扰。这给杂散电流的测量、排除 带来了很大的困难[5]。表1为杂散电流腐蚀与自然腐 蚀的区别。
杂散电流的防治
上海地铁电动车辆采用直流供电.额定电压为1500V、额定在引电流高达3000A。虽然兼作回流的走行钢轨与地之间采取了绝缘措施,又采用长钢轨,钢轨接头处加焊铜电缆,但钢轨本身具有电阻,当电流流过钢轨时在电阻上就产生电位差,因钢轨对地绝缘电阻不可能处于无穷大,故有电位差就会产生杂散电流,即大行钢轨小一部分电流将流出轨道,此杂散电流在地铁中作为“迷流”。当迷流进入地铁隧道的结构钢筋及与隧道绝缘不良的金属管道、支架、桥架等时,在有电解质的情况下,这些金属设备将受到电腐蚀。为此在地铁混凝土软枕下的道床内设置杂散电流收集网。
杂散电流的防治
(一)减少杂散电流的方法
目前地铁一般采取以下方法来减少杂散电流。
1.减小钢轨阻抗
地铁列车走行钢轨同时作为牵引列车人流回流用,因此钢轨阻抗越小,从钢轨向外流失的杂散电流也越小,减少钢轨阻抗的有效办法是采用长钢轨,钢轨越长,钢轨接头就越少,钢轨的阻抗也就越小。对钢轨接头除了用鱼尾板螺栓连接外,再在两根钢轨之间用2根120mm2以上下两排纵向钢筋组成,每排钢筋为5根Φ12mm钢筋,每隔50m用一根Φ25mm以上的横向钢筋将5根纵向钢筋焊接成一整体,同时用两根Φ20mm钢筋把上、下2根横向连接钢筋焊成一体,如图33所示。上排的5根钢筋除了起杂散电流收集作用外,还起固定混凝土软忱的作用,混凝土软枕上预先穿好孔,钢筋在施工时穿进去。下排钢筋固定在混凝土道床里。
杂散电流收集网与隧道的结构钢筋间应绝缘,不能相连。
杂散电流收集网在每个牵引变电所的两个端头设引出端子,用以测量和收集杂散电流。
(二)防止杂散电流的方法
上述措施能使杂散电流大大减小,但仍旧免不了有一小部分杂散电流从混凝土道床流到隧道结构内的金属导体上,若不采取措施这部分杂散电流会使金属导体产生腐蚀。下面按各种设备介绍防止杂散电流的方法。
轨道交通运输系统杂散电流危害及防治
轨道交通运输系统杂散电流危害及防治摘要】:在城市地铁和轻轨等轨道交通运输系统中,一般采用直流牵引供电制式,走行轨回流,因此不可避免会有电流从走行轨泄入大地,对地下或地面的金属构件如结构钢筋、地下管线等产生严重的腐蚀。
腐蚀不仅造成大量的金属损失,更为严重的是,可能造成结构的破坏和其他系统的损害,由于腐蚀的隐蔽性和突发性,一旦发生事故,往往会造成灾难性的后果,因此,对杂散电流防护必须给予足够的重视,因此在运营维护中必须研究地铁杂散电流的分布状态,采取有效的措施减少杂散电流腐蚀,确保系统正常运营。
【关键词】:轨道交通地铁,杂散电流,危害及防治在地铁供电系统是以走行轨为回流导体通路的1500V直流牵引供电系统。
由于运营环境、经济及其它方面的限制,由于走行轨不可能完全绝缘于道床结构,加上运行过程中弓网及轮轨摩擦产生的金属粉尘,在地下潮湿的环境中导致轨道与道床之间的绝缘电阻不断降低。
因此钢轨不可避免地向道床及其它结构泄露电流;而且回流轨存在电压降,从而导致一部分负荷电流,从轨道流到轨枕和道床及地下钢轨金属设施中去,这样由钢轨回流至牵引变电所的电流就有一部分经由大地流回牵引变电所。
这部分电流因大地土壤的导电性质、地下金属管道或结构钢筋位置的不同,可以分布很广,故称之为“杂散电流”,有的资料上也称之为“迷流”。
(如图1)图11、杂散电流的形成与危害地铁(轻轨)采用直流供电方式,利用钢轨作为回流线,由于钢轨对地绝缘不充分,部分负荷电流泄漏于大地,形成杂散电流。
它有以下几方面的危害:1.1杂散电流腐蚀金属①杂散电流对地铁或轻轨隧道结构钢筋及地下钢铁金属设施,产生严重的腐蚀。
②杂散电流引起的腐蚀比自然腐蚀要剧烈得多。
杂散电流引起的腐蚀与钢铁在电解质中发生的自然腐蚀不同,杂散电流腐蚀是由于外部电源泄漏的电流作用而引起的结果,而自然腐蚀的电流是自发进行的,且杂散电流在数值上要比自然腐蚀的电流大几十倍,甚至上千倍。
③腐蚀强度大,危害大。
杂散电流腐蚀机理及防护措施
杂散电流腐蚀机理及防护措施地铁或轻轨一般采用直流电力牵引旳供电方式,一般接触网(或第三轨)为正极,而走行轨兼作负回流线。
由于回流线轨存在着电气阻抗,牵引电流在回流轨中产生压降,并且回流轨对地存在着电位差,回流线对道床、周围土壤介质、地下建筑物、埋设管线存在着一定旳泄漏电流,泄漏电流沿地下建筑物、埋设管线等介质至负回馈点附近重新归入钢轨,此泄漏电流即称迷流,又称地铁杂散电流。
地铁迷流重要是对地铁周围旳埋地金属管道、电缆金属铠装外皮以及车站和区间隧道主体构造中旳钢筋发生电化学腐蚀,它不仅能缩短金属管线旳使用寿命,并且还会减少地铁钢筋混凝土主体构造旳强度和耐久性,甚至酿成劫难性旳事故。
如煤气管道旳腐蚀穿孔导致煤气泄漏、隧道内水管腐蚀穿孔而被迫更换等。
此外,地铁迷流同步也对地铁沿线都市公用管线和构造钢筋产生“杂散电流腐蚀”,影响地铁以外沿线公共设施旳安全及寿命。
本文结合我企业参与旳多条地铁线施工和运行维护管理旳经验,针对杂散电流腐蚀机理及防护措施方面浅谈管见。
1 杂散电流腐蚀机理1.1 杂散电流腐蚀机理地铁迷流对埋地金属管线和混凝土主体构造中钢筋旳腐蚀在本质上是电化学腐蚀,属于局部腐蚀,其原理与钢铁在大气条件下或在水溶液及土壤电解质中发生旳自然腐蚀同样,都是具有阳极过程和阴极过程旳氧化还原反应。
即电极电位较低旳金属铁失去电子被氧化而变成金属离子,同步金属周围介质中电极电位较高旳去极化剂,如金属离子或非金属离子得到电子被还原。
地铁直流牵引供电方式形成旳迷流及其腐蚀部位如图1所示。
图中,I为牵引电流,Ix、Iy分别为走行轨回流和泄漏旳迷流。
由图1可得地铁迷流所通过旳途径可概括为两个串联旳腐蚀电池,即电池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)。
当地铁迷流由图1中A、D(阳极区)旳钢轨和金属管线部位流出时,该部位旳金属铁便与其周围电解质发生阳极过程旳电解作用,此处旳金属随即遭到腐蚀。
地铁直流牵引供电中杂散电流的防护方案设计浅析
地铁直流牵引供电中杂散电流的防护方案设计浅析摘要:地铁直流牵引供电系统中杂散电流对主体结构钢筋及其它金属结构的电化学腐蚀问题一直是影响地铁工程安全性的一大隐患。
本文讨论了杂散电流产生及对结构钢筋和金属管线的腐蚀机理 ,提出了影响杂散电流的各参数与杂散电流大小及分布的关系和具体防护措施,并提出了杂散电流防护措施实施的具体方案。
关键词:城市轨道交通;直流牵引供电系统;杂散电流;腐蚀一、绪论目前国内外的城市轨道交通直流牵引供电系统中,普遍采用走行轨回流的供电方式。
在这种供电方式当中,列车直流牵引供电系统采用正极接触网(轨),走行轨兼作负回流线。
由于走行轨不可能与大地完全绝缘,且走行轨存在电压降,因此有少量电流不会沿着走行回流轨回到牵引变电所的负极,而是沿着大地回到牵引变电所或不回到牵引变电所,形成杂散电流。
只要主体结构钢筋、金属管线流过杂散电流,在电流流过的地方就会造成腐蚀,如果防护不当,它还可能泄漏到线路外部,危害城市其它金属结构和管网设施。
如香港曾因地铁杂散电流引起煤气管道的腐蚀穿孔,而造成煤气泄漏的事故。
因此,在设计中研究杂散电流的分布与大小,分析杂散电流腐蚀状况无疑具有重要现实意义。
研究杂散电流的特性和分布,将有助于设计、施工、运营的杂散电流防护,从而达到经济、可靠地限制杂散电流,防止腐蚀的目的。
二、杂散电流的腐蚀机理由于电流的影响,发生在金属与周围环境间的电化学反应导致了电化学腐蚀。
在电牵引系统中经常会遇到两种形式的腐蚀,即局部腐蚀和整体腐蚀。
无论哪种形式,腐蚀的形成需要以下四个基本条件:金属材料为阳极及另一个阴极区;金属材料为阴极及另一个阳极区;在阴极和阳极间存在电解质;在阴极和阳极间形成电子流动径路。
以上条件满足后形成电池效应,从而导致腐蚀。
根据电化学理论,失掉电子过程为氧化反应,得到电子过程为还原反应。
金属体为阳极时,金属被氧化产生离子进入电解质,并伴随释放电子。
化学反应方程式为:Fe++铁离子进入电解质,同时在金属体中留下2个电子,这样就产生了腐蚀。
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第44卷第17期 山 西建筑Vol.44 No. 172 0 18 年 6 月SHANXI ARCHITECTURE Jun.2018 •125 •文章编号:1009-6825 (2018) 17-0125-02直流供电方式中杂散电流腐蚀的防护李岩(中国铁建电气化局集团北方工程有限公司,云南昆明650000)摘要:分析了杂散电流腐蚀的原理,针对杂散电流腐蚀的危害,从控制源头、减少杂散电流产生、排流法、阴极保护等方面,阐述了杂散电流腐蚀的防护措施,以减少杂散电流腐蚀的危害。
关键词:杂散电流,电化学腐蚀,防护措施中图分类号:TU8511概述近些年我国国民经济高速发展,各大中型城市的交通拥堵现象曰趋严重,于是地铁在各个城市纷纷开工建设。
一般情况下,地铁系统采用直流供电,这就导致了杂散电流的出现,就一定要关注杂散电流的危害,其对地下埋设的金属管道、建筑主体结构钢筋的危害以及防护措施。
加强对杂散电流腐蚀危害及防治措施的研究,可以保证地铁及周边的管线、建筑物的安全,延长它们的使用寿命。
本文从杂散电流腐蚀产生的原理、腐蚀的危害及杂散电流的防护措施等几个方面进行探讨。
2杂散电流腐蚀的原理我国地铁的供电电压基本上都是采用750V和 1 500V的直流。
牵引变电所通过整流之后提供直流电,直流电通过接触轨(第三轨)或者架空接触网向地铁车辆输送,然后利用走行轨再回流到牵引变电所。
在理论上走行轨对地是绝缘的,但由于施工工艺、周边环境、绝缘材料的材质及老化等各方面的原因,走行轨不可能做到对地面完全绝缘。
在这种情况下,部分的电流必然会从走行轨泄漏到大地,从而形成了杂散电流。
杂散电流从走行轨泄漏到大地,然后会从大地流回走行轨。
如果附近有导电性能良好的埋地金属管线、结构钢筋等金属体,有一部分杂散电流会流过电阻率较低的金属体,在流通过程中,电流会对金属管线、结构钢筋等金属体造成腐蚀。
图1所示就是杂散电流的流通路径。
I牵引走行轨回流^网或接触轨^f走行轨!杂散电流杂散电流金属管线及结-----------#------------------------------------$—构钢筋等金属体图1杂散电流的通路杂散电流腐蚀属于电化学腐蚀,是一种氧化还原反应,金属体失去电子而被氧化(阳极反应过程),介质中的物质从金属体表面获得电子而被还原(阴极反应过程),杂散电流腐蚀从根本上说就是电解电池作用引起金属体腐蚀。
走行轨、金属管线及结构钢筋均为电子导体,大地为离子导体,如图1所示,随着电流的流动,电子在A点和C点流出,那么金属体和大地一起组成的界面为阳极,电流在B点和D点流人,那么大地与金属体一起组成的界面为阴极,杂散电流流过的路径可以看成是两个电解电池串连在一起,即:文献标识码:A电池1A B):走行轨(阳极)一土壤一金属体(阴极)。
电池2(C D):金属体(阳极)一土壤一走行轨(阴极)。
在属于阳极的区域,随着电流的流动,金属体表面发生阳极氧化反应,金属体内的金属原子放出电子而转变成离子态,即发生电解腐蚀。
也就是说,在杂散电流的流通路径中,杂散电流流出区域的金属就会遭到电化学腐蚀,对图1来说,走行轨上的 A 点和金属体上的C点就是发生杂散电流腐蚀的区域。
3杂散电流腐蚀的危害地铁的杂散电流不同程度的影响着地铁中电气设备的正常运行,如果杂散电流的流通路径上出现电气接地,就会导致接地电位出现过高的现象,使得一些电气设备不能正常工作。
地铁的杂散电流会对走行轨、附近的金属管线、隧道、桥梁和整体道床的结构钢筋等造成危害,导致它们的强度逐渐降低、使用寿命缩短,造成一定的经济损失。
走行轨一般铺设在地表面,发生腐蚀现象容易发现,而且走行轨在运行中会磨损,一般会视磨损的情况定期更换,因此杂散电流腐蚀对走行轨的影响较小。
对附近的金属管线和结构钢筋来说,它们被埋设在地下,被腐蚀的情况难以被察觉。
因此杂散电流的腐蚀对结构钢筋、金属管线等的危害是需要重点关注的。
法拉第电解第一定律说明,“在电极上析出(或溶解)的物质的质量m同通过电解液的总电量扒即电流强度/与通电时间《的乘积)成正比电。
”m -K i t。
其中,为阳极流出的电流,A;为流过电流的时间,;K为电化当量,k g/(A•s)。
可见,金属被腐蚀的速度取决于通过金属被腐蚀区域的电流值。
按照钢铁的电化当量2.89x l(T7kg/(A.s)来计算,当 1 A 的杂散电流流过钢铁类设施时,一年的时间约腐蚀掉9.1k g。
北京城轨公司曾经提供的数据是车辆起动时产生的杂散电流达到100A以上,所以必须重视杂散电流腐蚀所造成的危害。
4杂散电流腐蚀的防护防护杂散电流的腐蚀,一般是遵循“以堵为主,以排为辅,堵排结合,加强监测”的原则,防护措施主要是以下三类:1) “堵”:从杂散电流的来源上控制,减少杂散电流的产生。
2) “排”:采用排流的方法或者其他方法,减少杂散电流对金属体的腐蚀。
3) “测”:对杂散电流的状态进行实时监测,及时发现杂散电流过高的情况。
4.1控制源头,减少杂散电流产生收稿日期=2018-04-03作者简介:李岩(1979-)男,工程师第44卷第17期•126 • 2 0 18年 6 月山西建筑根据实践经验,杂散电流的电流大小与列车的牵引电流值成正比、与走行轨的纵向电阻值成正比、与列车到牵引所的距离的平方成正比、与走行轨的对地过渡电阻值成反比。
所以,可以采取以下措施,减少杂散电流的产生:1降低走行轨电阻值。
让负载电流的大部分通过走行轨回流,是减小杂散电流的关键措施。
如果走行轨的电阻较大,回流电流经过时在走行轨上产生的电压就大,走行轨对大地的电位差相应也增大,泄漏的杂散电流随之增加。
降低走行轨的纵向电阻值,可以采用焊接短钢轨组成长钢轨、轨缝之间增加可靠的电气连接和走行轨之间加设均流线平衡电流等措施。
2)增大走行轨与道床、其他主体结构之间的过渡电阻。
走行轨对大地的绝缘水平,决定了杂散电流的大小。
可采取改善混凝土配料、加强钢轨与轨枕的绝缘连接、改善道床混凝土结构等方法,提高走行轨对整体道床的绝缘水平,增大过渡电阻。
在必要的情况下,还可以在整体道床和其他主体结构之间设置绝缘层,减少从整体道床流向建筑主体结构钢筋的杂散电流。
3)适当缩短变电所之间的距离,采用双边供电。
适当缩短牵引变电所之间的距离,而且使牵引变电所向区间实行双边供电。
另外,在车辆段及停车场等场所单独设置牵引变电所,而且场、段内与正线线路的供电之间相互绝缘。
4)采用较高的牵引电压。
我国地铁的牵引供电系统中,一般是采用DC750V和DC 1 500V这两种电压来供电。
在相同的功率下,如果直流牵引电压较高,负荷电流值就相对较低,能够减少电流的泄漏,从而减少杂散电流。
所以相对来说,采用DC 1 500V的供电电压可以减少杂散电流的产生。
4.2排流法建立杂散电流的收集排流系统,利用低阻值的回流通路,人为地将泄漏的杂散电流引回变电所负母排,可以大大减少继续向外泄漏的杂散电流。
设置排流网,在一定程度上其实是增加了杂散电流的泄漏,而且排流网的实质就是通过结构钢筋把杂散电流收集起来。
其实结构钢筋本身就是需要重点保护的对象,而设置排流网收集的杂散电流在结构钢筋上流动必然存在一定的安全隐患。
对于这个安全隐患,在工程上一般采用“防、排结合”的方式,只是利用这些结构钢筋组成针对杂散电流收集的网络,并且在整体道床结构与车站、隧道和桥梁等建筑主体结构之间增加设置绝缘隔离板,这样既保留了排流网也尽可能避免杂散电流流人其他建筑主体结构中。
4.3阴极保护法可以分为两种:一是牺牲阳极阴极保护法;二是外加电流阴极保护法。
1)牺牲阳极阴极保护法。
将更容易失去电子的金属(例如镁、铝、锌等)或者合金与被保护的金属连接,使流过电流的方向时使该金属上的电子转移到被保护的金属上去,被保护金属由原来的阳极转变成为阴极,不再被电腐蚀从而得到保护。
2)外加电流阴极保护法。
通过外加稳定的直流电源,选用一些特定的材料作为辅助阳极接电源的正极,将需要保护的金属作为阴极接电源的负极,通过电源的作用,使被保护的金属处于阴极电位,从而受到保护。
4.4 杂散电流的监测通过完备的杂散电流监测系统,实时监视和测量杂散电流的大小。
这是杂散电流防护的一种辅助手段,通过监测杂散电流的分布及漏泄情况,及时做出整改预案、消除隐患。
杂散电流其实很难直接测量,一般只是通过测量金属体的电位极化偏移值,以此来判断金属体被杂散电流腐蚀的情况。
监测的参数主要有四个,分别是走行轨的电压、走行轨的纵向电阻、走行轨的过渡电阻和地下金属体的极化电位等。
各测量点采集参比电极对结构钢筋、走行轨对结构钢筋的电压的模拟量,再通过传感器将模拟量及时转化为数字量,然后由牵引变电所内安装的监测装置传送到计算机系统,操作人员可以随时查询。
5结语杂散电流的防护在地铁的设计、建设和运营过程中是一个重要问题,杂散电流的分布规律必须根据实际情况分析,设计出最为合理的杂散电流防护方案。
本文简单的阐述了杂散电流的产生、危害及防护措施,但对于地铁杂散电流的防护这个复杂的问题,需要结合工程的实际情况,具体问题具体分析,以减少杂散电流腐蚀的危害。
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