地铁杂散电流产生机理及其防护措施

结构缝两侧的中墙和侧墙引出结构钢筋的连接端子 # 即杂散电流收集网连接端子 $ ，结构缝两侧的连接 端子 用铜 铰线跨 接。 沿线路 方向 ，在距 车站 两端 +, 2 %--1 的上下行隧道中墙 # 或内侧墙 $ 分别引出测
!"#$%&’!%("# $)*+%,
建筑安全
!""# 年第 $ 期
电气安全
图#
明挖法隧道连接端子和测量端子引出图
随着我国国民经济的快速发展，以地铁为标志 的城市轨道交通系统得到了快速发展，但由于地铁 是由直流动力机车牵引，产生的杂散电流会对钢轨 及其附近地下构筑物钢筋、金属管线等产生腐蚀。 因此，必须从以下几个方面对地铁杂散电流腐蚀进 行治理。 #( ’ 消除杂散电流产生的根源，最大限度地减 小杂散电流。 % ’ & 选用分布式的牵引供电方案，变电站回流线 应使用不少于两根电缆，不得从一个牵引变电站向 不同的线路实行牵引供电等。 % ! & 钢轨应焊接成长钢轨并采用点支撑，使电流回 路畅通，减小回路电阻，从而减小杂散电流的泄漏。 % # & 在钢轨与轨枕之间，紧固螺栓与混凝土轨枕 之间、扣件与混凝土轨枕之间以及钢轨与扣件之间 均加强绝缘措施，减小回流轨电流泄漏。 % $ & 属于电源电路的电导体必须绝缘，防止电流 泄漏。 #( ! 构造杂散电流收集网，加强杂散电流的 收集，减小杂散电流向地铁外部及其沿线扩散。 % ’ & 利用整体道床内的结构钢筋构成杂散电流收 集网，使杂散电流通过收集网流向电源的负极。 % ! & 把车站结构、盾构法隧道管片连续焊接起 来，构成杂散电流收集网，减小其泄漏。 #( # 对地铁附近重要的地下金属管线等，单独 采取有效的防护措施，同时对腐蚀情况进行监测。 % ’ & 采取牺牲阳极的阴极保护措施进行沿线重要 结构及管线的保护。 % ! & 利用直接排流法将被保护金属管线等与靠近 变电站附近的回流轨直接用导线连接来进行保护。 % # & 对车站等给排水管采用绝缘安装，管道外部
身触电或设备外壳带电时，出现较大 的剩余电流，漏电保护器则通过检测 和处理这个剩余电流后可靠地动作， 切断电源。 那么漏电保护器是如何起到保护 作用呢 0 我们知道，电气设备漏电时，将 呈现异常的电流或电压信号，漏电保 护器通过检测、处理此异常电流或电 压信号，促使执行机构动作。我们把 根据故障电流动作的漏电保护器叫电 流型漏电保护器，根据故障电压动作 的漏电保护器叫电压型漏电保护器。 由于电压型漏电保护器结构复杂，受 外界干扰动作特性稳定性差，制造成 本高，现已基本淘汰。目前国内外漏 电保护器的研究和应用均以电流型漏 电保护器为主导地位。 电流型漏电保护器是以电路中零 序电流的一部分 # 通常称为残余电流 % 作为动作信号，且多以电子元件作为中 间机构，灵敏度高，功能齐全，因此这 种保护装置得到越来越广泛的应用。 电流型漏电保护器的构成分四部分： )1 检测元件：检测元件可以说 是一个零序电流互感器。被保护的相 线、中性线穿过环形铁心，构成了互 感器的一次线圈 2) ，缠绕在环形铁 芯上的绕组构成了互感器的二次线圈 2(，如果没有漏电发生，这时流过相 线、中性线的电流向量和等于零，因 此在 2( 上也不能产生相应的感应电
$
结语
地铁杂散电流会对地铁结构及其附近埋地金属 管道、地下构筑物钢筋等产生腐蚀，影响结构的正 常使用与安全。因此，在地铁建设中必须结合工程 特点采取相应的防护措施，减小杂散电流的腐蚀， 保护好地铁、地下管线及结构物等，才能真正发挥 地铁的优越性。 # 本文收稿：(""(—)(—(& %
’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’
# $ % 在金属材料表面进行绝缘保护如涂漆等，这 样在防止杂散电流腐蚀的同时也可以减弱自然腐蚀 # & % 金属设备或管道上设置导流器进行引流，使 杂散电流通过导流器而不是直接通过金属表面流向 介质，减小杂散电流的腐蚀。 # ’ % 对地铁车站等设置自动监测系统，监测地下 金属结构受杂散电流腐蚀的程度。 !"
图$
矿山法隧道连接端子和测量端子引出位置图
套绝缘套管 % ,-./ 塑料管 & 。 !"
!"#$%&’!%("# $)*+%,
建筑安全
!""# 年第 $ 期
电气安全
漏 电 保 护 器 的 选 用 ! 安 装 和 运 行
的速度。
漏电电流动作保护器简称漏电保 护器，又叫漏电保护开关，主要是用 来在设备发生漏电故障时以及对有致 命危险的人身触电进行保护。 漏电保护在电气安全领域尚属比 较新的技术。近三十年来，随着电子 技术的发展，高灵敏度、快速动作型 漏电保护装置获得了极大的发展。德 国、法国、英国、美国、日本等国乃 至国际电工委员会都先后建立和修订 ! 杜 英 侠 中 国 石 油 天 然 气 第 一 建 设 公 司 % # 订了 国家标 准 《 漏电 电流动 作保护 器》 # *+’,(-—,’ % ，该标准对漏电保 护器的特性、分类、工作条件和安装 条件、结构与性能要求、试验方法、 检验规则等方面作出了明确的规定。 一、漏电保护器的原理和构成 漏电保护器在反应触电和漏电保 护方面具有高灵敏性和动作快速性， 这是其他保护电器，如熔断器、自动 开关等无法比拟的。自动开关和熔断 器正常时要通过负荷电流，他们的动 作保 护值要 避越正常 负荷电 流来整 定，因此他们的主要作用是用来切断 系统的相间短路故障 # 有的自动开关 还具有过载保护功能 % 。而漏电保护 器是 利用系 统的剩余 电流反 应和动 作，正常运行时系统的剩余电流几乎 为零，故它的动作整定值可以整定得 很小 # 一般为 ./ 级 % ，当系统发生人 了漏电保护装置的产品标准及其关联 标准和法规。在我国漏电保护装置生 产厂家众多，产品品种繁多，国家制
%!&
为了防止杂散电流对消防给水管道与水泵
机组的腐蚀，消防给水管道在进入车站前 % 即车站外 侧 & ，距离车站主体结构 ’( )* 左右接一段 ’ + !* 长 绝缘管，即 安装一段硬塑料法 兰短管 % ,-./ 塑料 管 & ；绝缘管设在干燥和易于查看及检修的地点，进 行绝缘后，才能进入车站内，穿越道床的消防给水 管均采用塑料绝缘管。 %#& 轨旁电话、扬声器等固定设备，均采用打 膨胀螺栓解决，螺栓的尺寸按各工种的要求而定， 在施工时避开结构主筋。 %$& 对于受杂散电流影响的地下管线，采用外 部驱动整流器使杂散电流从管道返回到钢轨上，从 而减弱杂散电流对地下管线的腐蚀。 %)& 钢轨采用焊接长钢轨以减少回流钢轨的电阻。 %0& %1& 轨道采用带绝缘扣件的混凝土轨以减少杂 地铁敞开段中所有通向地面的金属管道和 散电流的泄漏。 电缆等都加装绝缘管和绝缘接头，使金属管道和电缆 等同杂散电流收集网和主体结构钢筋有良好绝缘。 !( ! 矿山法隧道杂散电流防护措施 矿山法隧道杂散电流的防护只针对内衬墙远离 防水层结构的钢筋提出焊接要求。连接端子和测量 端子的间距、位置如图 $ 所示。
图! 明挖法、矿山法隧道结构钢筋焊接通用图
! 3 总电流 4%3 钢轨中的回流电流 4!3 泄漏的杂散电流
图%电流的防护措施
南京地铁南北线一期工程包括车站、明挖隧 道、盾构法区间隧道及矿山法区间隧道等，在工程 设计中主要是根据它们各自的特点采取了相应的杂 散电流防护措施。 !/ % #%$ 车站、明挖隧道杂散电流防护措施 主体结构钢筋作电气连接，具体做到：
每一结构段 # 相邻两个结构缝之间为一个结构段 $ 内 层纵 向钢 筋、横 向钢 筋做到 电气 连接， 若有 搭接 焊 ， 搭 接 长 度 应 不 小 于 钢 筋 直 径 %- 倍 ， 双 面 焊 时，搭接长度不小于钢筋直径 , 倍，焊缝高度不小 于 011。 每个结构缝两端第一排 # 或第二排 $ 横向钢筋与 内层所有纵向钢筋焊接；每隔 ,1 将内层横向钢筋 与内层纵向钢筋全部焊接 # 如图 ! 所示 $ 。在车站与
!"#$%&’!%("# $)*+%,
建筑安全
!""# 年第 $ 期
电气安全
地铁杂散电流产生机理及其防护措施 地铁杂散电流产生机理及其防护措施
!吴祥祖 张庆贺 高卫平 # 同济大学地下建筑与工程系 $ 我国地铁所使用的机车基本上都是由直流动力 牵引，存在着杂散电流腐蚀的危险，而这种腐蚀比 一般的自然腐蚀程度要大得多 # %& 杂散电流引起的 金属失重 ’ 可达 ()* $ ，它不仅会缩短金属管线的 使用寿命，而且还会降低地铁钢筋混凝土结构的强 度和耐久性，甚至酿成灾难性的事故。北京地铁一 期工程投入运营数年后，其主体结构钢筋就发生严 重腐蚀，隧道内水管腐蚀穿孔；天津地铁也存在着 水管 被杂散 电流迅速 蚀穿 的情况 。在 国外， 如日 本、美国、法国、意大利、英国、加拿大和俄罗斯 等国的地铁也存在杂散电流腐蚀的问题。鉴于此， 本文将结合南京地铁杂散电流防护情况，对地铁杂 散电流腐蚀机理进行研究，总结并提出地铁杂散电 流防护的各种措施，可供同类工程参考。 % 杂散电流腐蚀机理 杂散电流就是从电力设备的电源导体进入到周 围土壤 # 电解质 $ 的电流。该电流在另一点从土壤返 回到电源电路。当杂散电流通过土壤流动时，可利 用金属作导体，如地中的金属管道或电缆的金属护 套。电流从这些金属导体流到周围土壤时在流出处 造成腐蚀，并且电流流出处的导体能被极化至正电 位使腐蚀加速。一般来说，杂散电流的产生是因为 金属本身电阻较大，使部分电流通过介质再回流到 金属中去。地铁杂散电流主要来自机车接触网 # 第 三轨 $ 供电回路回流：因为地铁列车是由直流电力 机车牵引，牵引供电为直流 +,-. 或 %,--. 架空单 轨供电，利用钢轨做牵引供电的回流线，由于回流 轨存在着一定的电阻，牵引电流在回流轨中产生压 降，同时回流轨对地也存在着电位差。对地电位差 使回流轨中的部分电流漏泄到土壤中后流入地下构 筑物、埋设金属管线等，沿地下构筑物、埋地金属 管线流动的电流流至负回馈点附近后通过土壤重新 归入钢轨，从而使钢轨及其附近地下构筑物钢筋、 金属管线等在电流流出处产生腐蚀。地铁杂散电流 腐蚀机理如图 % 所示。 !"