地鐵雜散電流產(chǎn)生機(jī)理及其防護(hù)措施

1、Construction safety建筑安全“八/牛第.zjyj電代安全地鐵堿電流產(chǎn)ML理及其防護(hù)哋O吳祥祖張慶賀離衛(wèi)平（同濟(jì)人學(xué)地下建筑與工程系）© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Construction safety建筑安全“八/牛第.zjyj電代安全© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Construc

2、tion safety建筑安全“八/牛第.zjyj電代安全我國(guó)地鐵所使用的機(jī)車棊本卜都是由直流動(dòng)力 牽引，存在著雜散電流腐蝕的危險(xiǎn)，而這種腐蝕比 一般的口然腐蝕程度耍大得多（1A朵散電流引起的 金屬失巫W可達(dá)9kg）,它不僅會(huì)縮短金屬管線的 使用存命，而11還會(huì)降低地鐵鋼筋混凝上結(jié)構(gòu)的強(qiáng) 度和耐久性，甚至釀成災(zāi)難性的事故。北京地飲一 期匸程投入運(yùn)營(yíng)數(shù)年后，其主體結(jié)構(gòu)鋼筋就發(fā)生嚴(yán) 貳腐蝕，隧道內(nèi)水管腐蝕穿幾：天津地鐵也存在看 1管被雜散電流迅速恤穿的情況.在國(guó)外,如H 本、美國(guó)、法國(guó)、意大利、英國(guó)、加拿大和俄羅斯 等國(guó)的地鐵也存在雜散電流腐蝕的問(wèn)題。鑒F此， 本文將結(jié)合南京地鐵雜散電流防護(hù)情況，

3、對(duì)地鐵雜 散電流腐蝕機(jī)理進(jìn)彳j：研究，總結(jié)并提出地飲雜散電 流防護(hù)的8種措施，可供同類工程參考。1雜散電流腐蝕機(jī)理雜散電流就是從電力設(shè)備的電源導(dǎo)體進(jìn)入到周 用土壤（電解質(zhì)）的電流。該電流在另一點(diǎn)從土壤返 回到電源電路.當(dāng)雜散電流通過(guò)十壤流動(dòng)時(shí)，可利 用金屈作導(dǎo)體，如地中的金屈管道或電纜的金屈護(hù) 套。電流從這些金屬導(dǎo)體流到周閑土壤時(shí)在流出處 造成腐蝕，并H電流流出處的導(dǎo)體能被極化至止電 位使腐蝕加速。一般來(lái)說(shuō)，雜散電流的產(chǎn)生是因?yàn)?金屬本少電阻較犬，使部分電流通過(guò)介質(zhì)再回流到 金屬中去。地鐵雜散電流主耍來(lái)門機(jī)車接觸網(wǎng)（第 三軌）供電冋路冋流：因?yàn)榈罔F列車是由直流電力 機(jī)車牽引,牽引供電為直流75

4、0V或1500V架空單 軌供電，利用鋼軌做牽引供電的冋流線，由于冋流 軌存在著一定的電阻,牽引電流在回流軌中產(chǎn)生壓 降，同時(shí)回流軌對(duì)地也存在著電位差。對(duì)地電位差 使回流軌屮的部分電流漏泄到土壤中后流入地下構(gòu) 筑物、埋設(shè)金屬管線等，沿地下構(gòu)筑物、埋地金屬 管線流動(dòng)的電流流至負(fù)冋饋點(diǎn)附近眉通過(guò)土壤車新 歸入鋼軌，從而使鋼軌及其附近地下構(gòu)筑物鋼筋、 金屈管線等在電流流出處產(chǎn)生腐蝕。地鐵朵散電流 腐蝕機(jī)理如圖1所示.() ()!>WAS嚴(yán)晉道I.總電流I'.鋼軌中的冋流電流 巴洶漏的雜做電流圖I地鐵朵散電流爛蝕機(jī)理圖2南京地鐵雜散電流的防護(hù)措施南京地鐵南北線一期匸程包括車站、明挖隧 道、

5、盾構(gòu)法區(qū)間隧道及礦山法區(qū)間隧道等，在匸程 設(shè)計(jì)中主耍是根據(jù)它們各口的特點(diǎn)采取了相應(yīng)的雜 散電流防護(hù)措施。2.1車站、明挖隧道雜散電流防護(hù)措施（1）主體結(jié)構(gòu)鋼筋作電氣連接，具體做到： 每一結(jié)構(gòu)段（相鄰兩個(gè)結(jié)構(gòu)縫之間為一個(gè)結(jié)構(gòu)段）內(nèi) 層縱向鋼筋、橫向鋼筋做到電氣連接，若有搭接 焊，搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于鋼筋育能10倍，雙面焊 時(shí)，拱接長(zhǎng)度不小于鋼筋也徑5倍，焊縫高度不小 J 6mm o每個(gè)結(jié)構(gòu)縫兩端第一排（或第二排）橫向鋼筋與 內(nèi)層所有縱向鋼筋焊接；每隔5m將內(nèi)層橫向鋼筋 打內(nèi)層縱向鋼筋全部焊接（如圖2所示）。在車站打圖2 明挖法.礦山法陡道結(jié)構(gòu)鋼筋焊接通用圖結(jié)構(gòu)綴兩側(cè)的中墻和側(cè)墻引出結(jié)構(gòu)鋼筋的連接端了

6、 （即雜散電流收集網(wǎng)連接端子），結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)的連接 端子用銅餃線跨接。沿線路方向，在距年站兩端75 l（）0m的上下行隧道中墻（或內(nèi)側(cè)墻）分別引出測(cè) 鼠端子，供檢査用(如圖3所示)。通過(guò)晝測(cè)兩測(cè)屋 端子之間的電阻，可以檢査電氣連通情況。(2) 為了防止雜散電流對(duì)消防給水管道與水泵 機(jī)組的腐蝕，消防給水管道在進(jìn)入車站前(即車站外 側(cè))，距離車站主體結(jié)構(gòu)1. 5n)左右接一段1 2m長(zhǎng) 絕緣管，即安裝一段硬爼料法蘭短管(UPVC敎料 管)；絕緣管設(shè)在干燥和易于査看及檢修的地點(diǎn)，進(jìn) 行絕緣厲，才能進(jìn)入車站內(nèi)，穿越道床的消防給水 管均采用蜩料絕緣管.(3) 軌旁電話、揚(yáng)聲器等固定設(shè)備，均采用打 膨脹螺栓

7、解決，螺栓的尺寸按各匸種的耍求而定， 在施工時(shí)避開(kāi)結(jié)構(gòu)主筋。(4) 對(duì)于受雜散電流影響的地卜管線，采用外 部馳動(dòng)整流器使雜散電流從管道返回到鋼軌上，從 而減弱雜散電流對(duì)地下管線的腐蝕。(5) 鋼軌采用焊接K鋼軌以減少回流鋼軌的電阻。(6) 軌道采用帶絕緣扣件的混凝土軌以減少雜 散電流的泄漏。(7) 地鐵敞開(kāi)段中所有通向地面的金屬管道和 電纜等都加裝絕緣管和絕緣接頭，使金屬管道和電纜 等同雜散電流收集網(wǎng)和主體結(jié)構(gòu)鋼筋有良好絕緣。2. 2 礦山法隧道朵散電流防護(hù)措施礦山法隧道雜散電流的防護(hù)只針對(duì)內(nèi)襯墻遠(yuǎn)離 防水層結(jié)構(gòu)的鋼筋提出焊接耍求。連接端子和測(cè)供 端子的間距、位置如圖4所示。礦山濃隧道連接瑞f

8、和測(cè)雖端f引出位置圖2.3丹構(gòu)法隧道雜散電流防護(hù)措施M構(gòu)法區(qū)間隧道防雜散電流設(shè)計(jì)是指將管片內(nèi)鋼 筋全部電氣連通，并通過(guò)鐵琴圈將電氣連接點(diǎn)良好引 出。以厲在隧道管片的拼裝中通過(guò)鐵螺栓和螺母將各 隧道管片中鋼筋全部電氣連通，形成一個(gè)等電位的法 拉第網(wǎng)，對(duì)地鐵朵散電流進(jìn)行電氣屏蔽，以防止地鐵 雜散電流向外泄霍和對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的腐蝕。3地鐵雜散電流防護(hù)措施與耍求隨看我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以地鐵為標(biāo)志 的城山軌道交通系統(tǒng)紂到了快速發(fā)展，但由地鐵 是山直流動(dòng)力機(jī)車牽引，產(chǎn)生的雜散電流會(huì)對(duì)鋼軌 及其附近地下構(gòu)筑物鋼筋、金屬管線等產(chǎn)生腐蝕。 因此，必須從以下兒個(gè)方而對(duì)地鐵雜散電流腐蝕進(jìn) 行治理。3.1消除朵散電

9、流產(chǎn)生的根源，最大限度地減 小雜散電流。(1) 選用分布式的牽引供電方案，變電站I叫流線 應(yīng)使用不少于兩根電纜，不得從一個(gè)牽引變電站向 不同的線路實(shí)行牽引供電等。(2) 鋼軌應(yīng)焊接成長(zhǎng)鋼軌并采用點(diǎn)支撐，使電流回 路暢通，減小回路電阻，從而減小雜散電流的泄漏。(3) 在鋼軌與軌枕之間，緊固螺栓與混凝土軌枕 之間、扣件與混凝土軌枕Z間以及鋼軌與扣件Z間 均加強(qiáng)絕緣描施，減小回流軌電流泄漏。(4) 屬于電源電路的電導(dǎo)體必須絕緣，防止電流 泄漏.3.2 構(gòu)造雜散電流收集網(wǎng)，加強(qiáng)雜散電流的 收集，減小雜散電流向地鐵外部及其沿線擴(kuò)散。(1) 利用整體道床內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋構(gòu)成雜散電流收 集網(wǎng)，使雜散電流通過(guò)收集

10、網(wǎng)流向電源的負(fù)極。(2) 把車站結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)法隧道管片連續(xù)焊接起 來(lái)，構(gòu)成雜散電流收集網(wǎng)，減小其泄漏。3.3 對(duì)地鐵附近重耍的地下金屬管線等，單獨(dú) 采取仃效的防護(hù)措施，同時(shí)對(duì)腐蝕情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。(1) 采取犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)描施進(jìn)行沿線巫耍 結(jié)構(gòu)及管線的保護(hù)。(2) 利用11接排流法將被保護(hù)金屬傳線鄒9靠近 變電雄附近的冋流軌fl接用導(dǎo)線連接來(lái)進(jìn)行保護(hù)。(3) 對(duì)車站等給排水管采用絕緣安裝，管道外部 套絕緣套管(UPVC 料管)。O杜英俠(中國(guó)石油天然氣第一建設(shè)公訶)漏電電流動(dòng)作保護(hù)器簡(jiǎn)稱漏電保 護(hù)器，乂叫漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，主耍是用 來(lái)在設(shè)備發(fā)生漏電故障時(shí)以及對(duì)有致 命危險(xiǎn)的人身觸電進(jìn)行保護(hù)。漏電保護(hù)

11、在電氣安全領(lǐng)域尚屬比 較新的技術(shù)。近三十年來(lái)，隨看電子 技術(shù)的發(fā)展，高靈敏度、快速動(dòng)作型 漏電保護(hù)裝置獲紂r極大的發(fā)展。徳 國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)乃 至國(guó)際電匸委員會(huì)都先后建立和修訂 了漏電保護(hù)裝胃的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及其關(guān)聯(lián) 標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。在我國(guó)漏電保護(hù)裝豐生 產(chǎn)廠家眾多,產(chǎn)品品種繁多,國(guó)家制 訂了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)偏電電流動(dòng)作保護(hù) 器(GB6829-86),該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)漏電保 護(hù)器的特性、分類、工作條件和安裝 條件、結(jié)構(gòu)與性能耍求、試驗(yàn)方法、 檢驗(yàn)規(guī)則等方面作出了明確的規(guī)定。一、漏電保護(hù)器的原理和構(gòu)成 漏電保護(hù)器A反應(yīng)觸電和漏電保 護(hù)方面具有高靈敏性和動(dòng)作快速性， 這是其他保護(hù)電器,如熔斷器、自動(dòng) 開(kāi)關(guān)箸無(wú)

12、法比擬的。門動(dòng)開(kāi)關(guān)和熔斷 器正常時(shí)要通過(guò)負(fù)荷電流，他們的動(dòng) 作保護(hù)值塑避越正常負(fù)荷電流來(lái)將 定，因此他們的主要作用是用來(lái)切斷 系統(tǒng)的相間短路故障(有的口動(dòng)開(kāi)關(guān) 還具有過(guò)載保護(hù)功能)。而漏電保護(hù) 器是利用系統(tǒng)的剩余電流反應(yīng)和動(dòng) 作，正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的剩余電流幾乎 為零，故它的動(dòng)作整定值可以整定衍 很小(一般為mA級(jí))，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生人身觸電或設(shè)備外殼帶電時(shí),出現(xiàn)較大 的剩余電流，漏電保護(hù)器則通過(guò)檢測(cè) 和處理這個(gè)剩余電流后可靠地動(dòng)作， 切斷電源。那么漏電保護(hù)器是如何起到保護(hù) 作用呢？我們知道，電氣設(shè)備漏電時(shí)，將 呈現(xiàn)界常的電流或電壓店號(hào)，涵電保 護(hù)器通過(guò)檢測(cè)、處理此界常電流或電 用信號(hào)，促使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作

13、。我們把 根據(jù)故障電流動(dòng)作的漏電保護(hù)器叫電 流型漏電保護(hù)器，根據(jù)故障電床動(dòng)作 的鴻電保護(hù)器叫電壓型漏電保護(hù)器。由于電壓型漏電保護(hù)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,受 外界干擾動(dòng)作特性穩(wěn)定性簽，制造成 本高，現(xiàn)已星本淘汰。目前國(guó)內(nèi)外漏 電保護(hù)器的研究和應(yīng)用均以電流型漏 電保護(hù)器為主導(dǎo)地位電流型漏電保護(hù)器是以電路中零 序電流的一部分(通常稱為殘余電流) 作為動(dòng)作信號(hào)，丄多以電子元件作為屮 間機(jī)構(gòu)，缺敏度高，功能齊全，因此這 種保護(hù)裝置得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 電流熨漏電保護(hù)器的構(gòu)成分四部分：1.檢測(cè)元件：檢測(cè)元件可以說(shuō) 是一個(gè)零序電流互感器。被保護(hù)的相 線、中性線穿過(guò)環(huán)形鐵心，構(gòu)成互 感器的一次線圈、，纏繞在環(huán)形鐵 芯上的繞組構(gòu)成了互感器的二次線圈如果沒(méi)有漏電發(fā)生,這時(shí)流過(guò)相 線、中性線的電流向量和等于零,因 此在.2上也不能產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電(4) 在金屬材料表面進(jìn)行絕緣保護(hù)如涂漆等，這 樣在防止雜散電流腐蝕的同時(shí)也町以減弱口然腐蝕 的速度。(5) 金屬設(shè)備或管道上設(shè)置導(dǎo)流器進(jìn)行引流，使 雜散迫流通過(guò)導(dǎo)流器而不足玄接通過(guò)金屈A而流向 介質(zhì)，減小雜散電流的腐蝕。(6) 對(duì)地鐵車站等設(shè)置門動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)地下 金屬結(jié)構(gòu)受雜散電流腐蝕的程度.4 結(jié)語(yǔ)地鐵雜散電流會(huì)