杂散电流介绍

钝化层 钢筋
杂散电流防护的基本原理
? 英美苏派 ? 欧洲大陆派 ? 我国标准目前已落伍，来源与前苏联 ? 目前欧洲标准是发展、统一的方向
杂散电流防护的基本原理
? 共同点：
轨道要求绝缘、减少钢轨电阻、道床收集网
? 不同点：
内部钢轨隔离措施、排流措施隧道、杂散电流收集网
基本原理： 进入设施内部电流的数量与地下设施金属与地铁线路平行的长度的
节点法数学模型及原理介绍
V1k-1
K-1 i1k
K V1k
i1k+1
K+1 V1k+1
1
V2k-1
i2k
V2k
i2k+1
V2k+1
2
Vmk-1
imk
Vmk
Gmk
imk+1
Vmk+1
m
参考电极的类型
? 硫酸铜(液态)
优点：精确 缺点：使用寿命短(10年)、漏液
? 锌(固体)
优点：使用寿命长(20年) 缺点：不精确
? 氧化钼(胶体)
使用寿命长、精确
硫酸铜参 考电极
氧化钼
参考电极
杂散电流防护设计原则
? 目标
尽量减少杂散电流，使杂散电流防腐蚀设计在轻轨系统运 营年内结构不受影响。
? 安全原则 运行人员及旅客安全 设备安全接地 ? 标准 我国标准 CJJ49-92 参照欧洲及德国标准
水泥的介质特点
? 对于湿度较大土壤： 0.1V ? 对与中等湿度的混凝土 : 我国标准： 0.5V 广州试验： 0.3-0.4V
? 腐蚀的钝化状态： <=0.6mA/dm2
当电流从金属流出的密度小到以定程度时，金属水泥发生电化学反映，生成高电阻率介质附在 金属表面，其道阻止杂散电流继续对金属的腐 蚀作用。
钢筋收集网截面计算流程
列车运行模拟：电流、时间、地点
运行图模拟
选择钢筋截面
建立供电网络数学模型
高峰小时起点
扫描全线列车位置、电流
下一时间点
计算该时间钢轨、道床钢筋、隧道钢筋电位
No
YES 计算到时间终点了吗？
No
统计计算该时间全线各点钢轨、道床钢筋、隧道钢筋电位
钢筋电位是否在控制范围？
YES
STOP
杂散电流防护的主要措施
?堵 ? 减小回流系统纵向电阻 ? 杂散电流收集网系统 ? 杂散电流监测系统 ? 接地系统 ? 对各专业要求（接口）
一.堵
隔离、控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流 进入轻轨的主体结构、设备及可能与其相关的设施。 主要措施： 1.钢轨与道床及高架桥采取绝缘措施，采用绝缘扣件及绝
排流柜的防护作用---双刃剑
排流柜工作时的钢轨电位 排流柜不工作时的钢轨电位
杂散电流防护设计的方法
关于杂散电流收集网截面的大小计算-类似于供电计算 1. EU标准 2. 供电模拟 列出运行模拟-牵引计算 运行图模拟 全线列车运行扫描 钢轨、道床钢筋收集网、隧道钢筋收集网电位计算 校验钢筋收集网电位
正线区段均流线连接示意图
停车场回流及均流线设置示意图
车辆Leabharlann Baidu负回流系统图
三.杂散电流收集网系统
? 杂散电流从钢轨泄漏遇到的第一层电阻较小的通 路为道床结构钢筋或桥梁结构钢筋,将这些结构钢 筋焊接或具有一定截面的均匀分布的金属网. ? 杂散电流收集网能将一半以上杂散电流收集在收 集网内,因 杂散电流总是走最小的电阻通路,收集网 减少了 杂散电流继续向城市设施泄漏的数量. ? 应对 杂散电流的截面有一定的要求,以保护收集 网本身.
杂散电流防护介绍
杂散电流的概念
OH L
钢轨电位分布
RAIL
阴极区
阳极区
阴极区
杂散电流的概念
阴极区
阳极区
阴极区
OH L
RAIL 道床钢筋 隧道钢筋
杂散电流对金属电化学腐蚀的原理
电流进入 Fe3+,Fe2+
Fe 电介质
电流进入
水泥的介质特点
? 水泥是硅酸盐 ? 其电阻率与其含水分多少有关 当湿度大时：体积电阻率 =1 当湿度小时：体积电阻率 =1000000000 所以控制隧道内漏水是杂散电流的主要措施。
缘垫，使 Rt>=15.Ohm.kM 2.高架桥梁与桥墩采取绝缘措施。 3.回流系统的隔离：正线与停车场、车辆段间钢轨绝缘。 车辆段、停车场不同区域钢轨间的绝缘隔离。
高架:钢轨绝缘及高架桥梁与桥墩绝缘隔离
? １——橡胶垫 ? ２——绝缘垫 ? ３——绝缘螺套
2
3 1
二.减少钢轨纵向电阻
? 采用60kg/km钢轨. ? 车站采用均流线 ? 停车场.车辆段的均流线
安装排流柜时钢轨纵向电压曲线
道床收集网
收集网纵向钢筋 焊点
收集网横向钢筋
5m 5m
5m
5m
高架桥中收集网
被选择为收集网的结构钢筋 铜排连接端子
桥墩 收集网
绝缘橡胶垫 95mm2 电缆
5m 5m 5m
伸缩缝
隧道：钢轨绝缘及高架桥梁与桥墩绝缘隔离
2
排水沟
3
道床收集网
隧道收集网
杂散电流监测系统
? 设计完备的杂散电流监测系统,为运营维护提供 依据. ? 杂散电流的监测系统为自动测量系统,采用微机 综合测试装置,将沿线收集网钢筋电位进行自动测 量并自动统计结果. ? 收集网钢筋为主要监测对象. ? 辅助测量桥墩钢筋腐蚀电位.
杂散电流防护的基本原理
辅助、备用措施包括： ? 内部钢轨隔离措施 如：地上与地下钢轨之间绝缘结、珠江隧道处绝缘结、车辆段钢轨与正线隔
离等。 ? 排流措施 指使用排流柜，排流柜的使用有其负作用，使区间钢轨地位上升，杂散电流
总量加大，只在主要措施“钢轨对的泄漏电阻措施”年久降低时，为了 保护结构钢筋不受腐蚀采用的措施，以增加钢轨腐蚀为代价。 ? 隧道杂散电流收集网 在道床排流网起作用保证道床钢筋在钝化腐蚀状态时，隧道杂散电流收集网 作用较小，在杂散电流较大时可防止电流扩散到地铁系统外部及保护隧 道钢筋电化腐蚀控制在电化状态。
平方成正比。
杂散电流防护的基本措施
杂散电流防护系统对地铁设施采取的措施从其作用上来讲是有主次 分的，一方面是主要措施，是从根本上减少从钢轨上泄漏电流、直 接减少对钢轨及结构钢筋腐蚀的措施，另一方面是辅助、备用措施 ，是从腐蚀程度上缓解、在主要措施作用降低时备用措施起到缓解 用的措施。 主要措施包括： ? 加大钢轨对的泄漏电阻的措施
如：在钢轨下加绝缘垫、采用绝缘扣件、与钢轨连接电缆需对地绝缘、 电化区段钢轨与非电化区段钢轨隔离等。
? 减小钢轨纵向电阻的措施
如：在钢轨缝需要铜电缆连接、采用重型钢轨、钢轨纵向间焊接电阻大 小要求、均流线连接等
? 道床杂散电流收集网
指利用道床内部本身的钢筋网，在电气上焊接成网，对收集网纵向电阻 有一定要求，从而控制杂散电流从钢筋网上溢出密度使电气腐蚀控 制在钝化状态。