雜散電流介紹

雜散電流主要指不按照規(guī)定途徑移動的電流，它存在于土壤中，與需要保護的設(shè)備系統(tǒng)沒有關(guān)聯(lián)。這種在土壤中的雜散電流會通過管道某一部位進入管道，并在管道中移動一段距離后在從管道中離開回到土壤中，這些電流離開管道的地方就會發(fā)生腐蝕， 也因此被稱為雜散電流腐蝕。雜散電流的輸出點有很多包括有外加電流陰極保護系統(tǒng)，DC電車系統(tǒng)，DC開礦以及焊接系統(tǒng)，高壓DC、AC傳輸線路。雜散電流有動態(tài)與靜態(tài)之分，隨時間變化大小或方向的為動態(tài)雜散電流，不發(fā)生改變的為靜態(tài)雜散電流。在雜散電流進入管道的部分，管道為陰極而得到保護，但是過大的電流進入時，這部分管道就會發(fā)生過保護。同時雜散電流離開管道的地方就會因為失去電子而腐蝕。確定管道是否已經(jīng)受到雜散電流的干擾，可以通過檢測管道電位的變化與歷史數(shù)據(jù)比較來判斷。

分類

根據(jù)干擾源的性質(zhì)，可以將雜散電流分為靜態(tài)干擾源和動態(tài)干擾源。靜態(tài)雜散電流指其他外加電流系統(tǒng)的電流被強制施加到埋地管線上，例如其他管道的陽極地床電流。動態(tài)雜散電流是指某電力傳輸系統(tǒng)（如火車、地鐵、采礦作業(yè)等）通過管道外防腐層失效的區(qū)域進入埋地管道的電流。

根據(jù)干擾源的來源可以分為直流雜散電流、交流直流電流和地電流。直流雜散電流主要來源于直流電氣化鐵路、直流電解系統(tǒng)、直流電焊系統(tǒng)、高壓直流輸電線路、其他管道外加的陰極保護系統(tǒng)等。交流雜散電流主要來源于交流電氣化鐵路，高壓交流輸電線路等。而地電流是由于地磁場的變化感應(yīng)產(chǎn)生的，它也會腐蝕埋地管線、對電氣設(shè)備和操作人員安全有一定的影響，但是相對而言數(shù)量比較小。

原因

雜散電流產(chǎn)生的原因很多也很復(fù)雜，并且容易受到外界環(huán)境因素的影響，但主要可以歸納為以下兩點：

（1）電位梯度。如果電場分布不均勻，存在電位梯度，那么金屬內(nèi)部的自由電子會在電場力的作用發(fā)生定向移動，使金屬陽離子與電子分離，從而造成對埋地金屬管線的腐蝕。另外由于存在著電位梯度，電場會迫使部分電流從鐵軌中流出并流入土壤和埋地金屬管線中，然后再使電流從埋地金屬物中流出，流向大地再返回到牽引變電所的負(fù)極，形成對埋地管線的雜散電流腐蝕。

（2）電流泄露。電流泄露是雜散電流形成的一個主要原因，電流泄露主要是因為絕緣不良或接觸不好等原因造成的。電流泄露到埋地管道中時，由于電流的流動迫使金屬內(nèi)部的自由電子發(fā)生定向移動，使金屬離子與電子分離，使得埋地金屬管線遭受腐蝕。

存在環(huán)境

雜散電流就是一種因外界條件影響而產(chǎn)生的一種電流.例如在電氣的高壓試驗中,直流泄漏或直流耐壓試驗中,因為高壓部分對地存在電容,從而有電流從這個電容流過.

由于電氣化鐵路、礦山、工廠、港口各種用電設(shè)備接地與漏電，在土壤當(dāng)中也會形成雜散電流的循環(huán)。

指存在于預(yù)設(shè)的電源網(wǎng)路之外的電流，其主要來源一般為：1.電氣牽引網(wǎng)路流經(jīng)金屬物（指鋪軌以外的金屬物）或大地返回直流變電所的電流；2.動力和照明交流電路的漏電；3.大地自然電流；4.雷電和電磁輻射的感應(yīng)電流等。

電化學(xué)腐蝕過程

當(dāng)雜散電流從走行軌泄露出去再通過道床、大地流入埋地金屬管線中，其中走行軌的A區(qū)是陽極，管道的B區(qū)為陰極；當(dāng)雜散電路從管道中流出并通過大地、道床流入走行軌中時，管道的C區(qū)為陽極，走行軌的D區(qū)為陰極。由此可知，雜散電流所經(jīng)過的通路實質(zhì)上就是構(gòu)成了兩個串聯(lián)的腐蝕電池。即：

電池1：A走行軌（陽極區(qū)）→道床、大地→B埋地金屬管線（陰極區(qū)）

電池2：C埋地金屬管線（陽極區(qū)）→大地、道床→D走行軌（陰極區(qū)）

根據(jù)電化學(xué)腐蝕特點，可知埋地管線的陰極區(qū)帶負(fù)電，一般不會受到腐蝕的而影響，但是若電位過負(fù)，有可能發(fā)生析氫腐蝕，造成管線防腐層的剝離；而在埋地管線的陽極區(qū)則會發(fā)生激烈的電化學(xué)腐蝕，若管道上比較潮濕，可以很明顯的看見反應(yīng)現(xiàn)象。

當(dāng)外界環(huán)境不同時，在管道上會發(fā)生不同的電化學(xué)反應(yīng)，其腐蝕反應(yīng)方程如下：

（1） 析氫腐蝕

陽極：2Fe→2Fe 4e

陰極：4H 4e→2H₂↑ （無氧酸性）

4H₂O 4e→4OH 2H₂↑ （無氧中性、堿性）

（2） 吸氧腐蝕

陽極：2Fe→2Fe 4e

陰極：O₂ 2H₂O 4e→4OH （有氧酸性）

上述兩種反應(yīng)通常都會生成Fe(OH)₂,但是Fe(OH)₂很不穩(wěn)定，從管道表面析出時很容易受到氧化變成Fe(OH)₃。生成的Fe(OH)₂會繼續(xù)被介質(zhì)中的氧氣氧化成棕色的Fe₂O₃·2xH₂O（紅鐵銹的主要成分），而Fe(OH)₃可以進一步生成Fe₃O₄（黑鐵銹的主要成分）。雜散電流會將金屬電解分解成氧化物或鹽類，雜散電流具有集中腐蝕的特點，若雜散電流集中于管道的某一點，那么經(jīng)過很長的時間后，管道很容易被腐蝕形成貫穿性小孔，導(dǎo)致管道的腐蝕穿孔。若防腐層破損點面積越小，管道越容易被腐蝕穿孔。

對走行軌及其附件的腐蝕

牽引電流通過走行軌回流到牽引變電所，由于走行軌對地不能完全絕緣，所以會有部分電流從走行軌泄漏到大地中去，此時走行軌處于腐蝕電池的陽極，很容易受到腐蝕。資料表明，軌道的雜散電流腐蝕在隧道內(nèi)及岔道等地方更為明顯，有些地方2～3年就需要重新?lián)Q軌。

走行軌及其附件的腐蝕一般都發(fā)生在與其它物體的接觸面上，這些腐蝕很難從外面發(fā)現(xiàn)，等到發(fā)現(xiàn)時就需要更換鋼軌等等，因此危害很大。

對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞

雜散電流會腐蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，但并不對混凝土本身產(chǎn)生影響。當(dāng)雜散電流流入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中時，鋼筋為陰極，會發(fā)生析氫腐蝕，而產(chǎn)生的氫氣無法逸出，所以會形成等靜壓力，使鋼筋與混凝土脫開。當(dāng)雜散電流流出鋼筋時，鋼筋為陽極，會發(fā)生腐蝕產(chǎn)生鐵銹等產(chǎn)物，會增加鋼筋本身的體積，使混凝土內(nèi)部形成很大的壓力而促使其開裂。要維修與更換遭受破壞的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是非常困難的。

對埋地管線的腐蝕

目前埋地管線主要有天然氣管道、自來水管、供暖管道、石油管道、電纜等，很容易聚集雜散電流，遭受腐蝕。若管線距離地鐵系統(tǒng)或輸電線路比較近時，很容易受到雜散電流的影響，所以在設(shè)計與建設(shè)過程中應(yīng)加以重視。

對人身安全的威脅

當(dāng)埋地管道與高壓交流輸電線路接近或交叉時，交流輸電線路產(chǎn)生的電流通過磁耦合在管道上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，使管道對地電位不為零。若管道電壓過高，可能會對操作和維護人員的人身安全構(gòu)成威脅。

在地鐵系統(tǒng)中，當(dāng)牽引電流回流不暢，并且造成大量的雜散電流流入大地中時，會導(dǎo)致鋼軌與結(jié)構(gòu)鋼筋之間電壓升高，對站臺乘客的人身安全造成威脅。

影響電氣設(shè)備的正常工作

在雜散電流嚴(yán)重的地段，可能導(dǎo)致陰極保護電位儀報警、工作中斷，也可能使某些電氣設(shè)備發(fā)生誤動作等，影響電氣設(shè)備的正常工作。如果軌道與軟枕之間絕緣損壞，將會產(chǎn)生很大的雜散電流，可能會燒毀排流柜。

對通信產(chǎn)生的影響

受電弓（靴）產(chǎn)生的電猝發(fā)與浪涌是組成城市雜波的重要組成部分，會對周圍的通信設(shè)備造成干擾。另外車輛內(nèi)的接觸導(dǎo)線是高次諧波的發(fā)射天線，其產(chǎn)生的敷設(shè)會污染近距離的電磁環(huán)境。

異常腐蝕

當(dāng)把線路引入運轉(zhuǎn)庫、修理庫及交檢庫等建筑物時，如果絕緣施工不良會使鋼軌與建筑物之間發(fā)生某種程度的電連接，從而使泄露電流變大，產(chǎn)生異常劇烈的雜散電流腐蝕。

直流雜散電流干擾的判別方法有外觀判別法和電氣判別法。

（1）外觀判斷法

對埋地管道來說，如果受到直流雜散電流的腐蝕，其外觀是：孔蝕傾向大，創(chuàng)面光滑、邊緣比較整齊，有時有金屬光澤，腐蝕產(chǎn)物似炭黑色粉末，無分層現(xiàn)象，有水存在且腐蝕激烈時，可以明顯觀察到電解過程。但是在土壤電阻率大于10000 的情況下，一般很難發(fā)生雜散電流腐蝕。

相比而言，自然腐蝕的外觀特征是：腐蝕產(chǎn)物為黑色或黃色，銹層比較松弛，孔蝕傾向小，創(chuàng)面不光滑，邊緣不整齊，清除腐蝕產(chǎn)物后表面粗糙。

（2）電氣判斷法

由于雜散電流難以直接測量，所以對于管道是否受到雜散電流影響，目前通常是按管地電位較自然電位正向偏移值來判斷，如果管地電位較自然電位正向偏移值難以測量時，可采用土壤電位梯度來判定雜散電流強弱程度。根據(jù)我國石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《埋地鋼制管道直流排流保護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（SY/T 0017-2006）規(guī)定：當(dāng)管道任意點上的管地電位較自然電位正向偏移20mV或管道附近的土壤電位梯度大于0.5mV/m時，則認(rèn)為有直流雜散電流干擾；當(dāng)管道任意點上的管地電位較自然電位正向偏移100mV或管道附近的土壤電位梯度大于2.5mV/m時，應(yīng)及時采取防護措施。歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN50162規(guī)定可以使用管地電位較自然電位偏移值、管地電位波動、管道附近的土壤電位梯度和管道中的電流值四種方法判斷是否存在雜散電流干擾。

表1 我國直流干擾程度判斷標(biāo)準(zhǔn)

表2 我國雜散電流強弱判斷標(biāo)準(zhǔn)

交流雜散電流干擾判斷：在《埋地鋼制管道交流排流保護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》SY/T 0032-2000中根據(jù)土壤酸堿性來確定排流效果的指標(biāo)：在弱堿性條件下，交流干擾電壓應(yīng)≤10V；在中性條件下，交流干擾電壓≤8V；在酸性條件性，交流干擾電壓≤6V。而國外則是從人身安全和管道腐蝕角度進行評價，歐洲標(biāo)準(zhǔn)CEN/TS 15280使用交流電流密度、交直流電流密度比等作為評價標(biāo)準(zhǔn)

雜散電流排流保護

雜散電流陰極保護

雜散電流其他防護措施

對于船舶停泊的港口附近有發(fā)電廠，直流電氣化鐵路和過江電纜時，應(yīng)注意監(jiān)測有無雜散電流的存在，并通過測量判斷雜散電流源的方向和位置。

不允許利用海水、江水放電、降壓，不得使用破損的電纜線，以免產(chǎn)生雜散電流。

在大船上進行長期的電焊作業(yè)時，應(yīng)將電焊機全套搬到船體上。

船舶供電系統(tǒng)、電氣設(shè)備等必須絕緣良好，定期檢查，防止漏電。

電氣設(shè)備絕緣破損或接地不當(dāng)，也會產(chǎn)生雜散電流。金屬物體與鹽溶液接觸則產(chǎn)生電化學(xué)雜散電流，爆破時由硝銨炸藥溶于礦坑水中，在鐵軌上可測到20-80mA的電流，用鋁炮棍裝硝銨炸藥，鋁與硝酸銨產(chǎn)生的電化學(xué)電流引起過電雷管早爆，改用木炮棍避免了事故重復(fù)。大地自然電流一般為微安級，危害不大，但在磁力異常區(qū)應(yīng)予注意。

牽引電網(wǎng)漏電產(chǎn)生直流雜散電流，其強度隨與牽引變電站距離的增大而減弱，變電站附近可達幾安培，采掘工作面一般為幾十毫安，但雜散電流會趨向?qū)w，且機車啟動時會增強。采掘工作面的風(fēng)管、水管、鐵軌有時也輸出能點燃雷管的電流。改善牽引電網(wǎng)聯(lián)結(jié)、尤其是作為回饋線的鐵軌的聯(lián)結(jié)甲有助于減小雜散電流 。

預(yù)防雜散電流事故的措施有：

1.爆破前應(yīng)監(jiān)測雜散電流，大于30mA時不用電爆破，清除游離導(dǎo)體；

2.檢查并確保主線、支線、開關(guān)、插座絕緣；

3.遠離金屬管網(wǎng)或鐵軌敷設(shè)爆破網(wǎng)路；

4.電雷管進入爆區(qū)前，應(yīng)采取停電措施 。