接地与杂散电流
摘要：当直流大电流沿地面敷设的轨道流动时，直流电流除了在轨道中流动外，还会从轨道泄漏到大地，在大地中的各种金属物体上流动，然后再回到电源系统。这部分泄漏出来的电流称为杂散电流，在地铁工程中又称为迷流。 关键词：接地 钢轨阻抗 杂散电流 当直流大电流沿地面敷设的轨道流动时，直流电流除了在轨道中流动外，还会从轨道泄漏到大地，在大地中的各种金属物体上流动，然后再回到电源系统。这部分泄漏出来的电流称为杂散电流，在地铁工程中又称为迷流。 （一）杂散电流的特点 某重要工程有一根地下输油管道，投入使用不久，就出现穿孔漏油，对穿孔漏油处进行踏勘，发现地面有一条直流电气小铁路，总长约 2500m，其中有 1000m 左右与输油管道平行，两者间距很近，一般只有几十米，有的地方只相距 25m。 为了查明是否是由杂散电流造成输油管漏油，对输油管道对地的电位进行测量（注意：输油管外面已进行过绝缘处理，包缠着玻璃丝带和柏油），测量得到如下结果：
１．管－地电位不稳定 对腐蚀区的几个点进行测定，发现各点的管一地电位均随时间而波动，在 10～15min 内，波动幅度*大可达到数伏，如图32 所示：G 测点，管一地电位在 -1. 0V ～ -3. 5V 之间波动，E 测点在 +1. 5V ～-1. 0V 之间波动。 管对地电位是否稳定，是判别地中是否存在杂散电流的一个重要标志，上述测量结果表明管一地电位不稳定，这说明检测点地中存在杂散电流。 2．管－地电位严重偏离正常值 此工程对 10 个点的管-地电位进行测试，其结果如表17 所示。 根据测量结果判定，该地区的自然电位为 -0. 6 ～ -0. 7V 左右，取中间值 -0. 65V 作为该地区自然电位正常值，于是得出 10 个测量偏离正常值的*大值，其中 A 地的测量值比较接近正常值，其馀各点均明显偏离正常值，*大的负偏达 3.15V，*大正偏达 2. 45V。 当出现严重的偏离正常值电位时，表明此地段受到相当强的地下杂散电流侵袭。 3．土壤电位梯度反常 在正常的自然条件下，土壤的电位梯度一般是很小的，与常规法的测量误差处于同一数*级，对该工程中偏离正常值*大的两个点进行土壤电位梯度测量结果如表18 所示。根据分级标准，土壤电位梯度小于 0. 5mV／m 时，为杂散电流弱干扰地区，在 0. 5～5mV／m 之间为中等强度干扰地区，大于 5mV／m 为强干扰地区。 G 点处于强干扰地区，E 点处于中等强度干扰地区。 根据电蚀原理，杂散电流流进管道的部位，即管-地电位负偏为阴极区；杂散电流由管道流出的部位，即管-地电位正偏为阳极区，也就是产生腐蚀的部位。 由表17 可知；由 B 测点至 F 测点地段，管道为阳极区，亦即腐蚀区；在 E 点附近，管-地电位正偏*大，腐蚀*为严重。
（二）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 以上的绝缘铜电缆连接。 2．走行钢轨采用点支承 减少钢轨与地面的接触面也是减少杂散电流的方法之一，为此走行钢轨采用点支承，即用混凝土软枕作为支承。 3．钢轨与地绝缘 钢轨与地绝缘越好，杂散电流也就越小，为此在钢轨与混凝土软枕之间、紧固用螺栓与混凝土软枕之间、扣件与混凝土软枕之间采取绝缘，要求每公里轨道对杂散电流收集网的泄漏电阻值大于 10Ω。 4．设置杂散电流收集网
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**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**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。 杂散电流收集网由上、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
（三）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。 1. 电缆桥架 上海地铁工程采用金属电缆桥架，要求桥架每个支架对隧道本结构钢筋之间的绝缘电阻不小于 10kΩ。为此支架固定时采用绝缘膨胀螺栓，绝缘测量时采用万用表，若绝缘电阻表（兆欧表），因 10kΩ 这一数值相对不大，难以读数。当桥架过成一体后，再测桥架与隧道主结构钢筋之间的绝缘电阻，会出现“假象短路”，然而测量桥架与隧道主结构钢筋之间却往往存在一个电位差。出现这种电位差的原因是： （1)大地不是**的等电位体 在电力工程中，总是把大地人作零电位，但实际并不如此。如图34 所示的变压器中性点接地后，从大地的同一点测量各相对地电压，若三相对地电压相等，再从 A 点测量 L1 对地电压B点测量 L2 对地电压、C 点测量 L3 对地电压，此时三相电压值往往是不等的。因为大地的 A、B、C 各点的电位通常是不同的，大地各点的电位是自然电场和人工电场的合成结果，因此大地不是**的等电位体。
（2）混凝土不是完全的绝缘体 桥架支架虽然用尼龙膨胀螺栓作绝缘固定，但桥架支架与混凝土之间还是有接触的，桥架长度越长，桥架与混凝土之间的接触面也越多，两者之问的绝缘电阻也越小。 （3）铜、铁之间存在电位 上海地铁采用耐腐蚀的铜接地极，作为工作接地，一个地铁车站只以一个接地点，接地装置与隧道主体结构钢筋相互是绝缘的，于是铜接地极与隧道钢筋之间产生一个电池效应，与铜接地极相连的桥架和主钢筋之间就出现一个电位差。 2．动力、照明配管 上海地铁的动力、照明配管全部采用阻燃PVC管，从而避免杂散电流对保护管的电腐蚀。 3．车站给排水管道 （1） 进人车站的所有给排水管道在进入车站前应加入一段 2m 长绝缘管进行绝缘隔离，绝缘管设在车站外侧，离主体结构 150mm。 （2）出地铁区间的给排水管道应加价一段长度 2m 的 UPVC 塑料绝缘管后，才能引出地面，绝缘骨应设在干燥和易于查看检修的地点。 （3）从水人按出的水行存水系处加装一段近绝缘管，使水管系统与水泵-电动机组在电气上绝缘。 （4）区间隧道的给排水在电气上要连通，并且在有变电所的车站将水管两端接至接地极。 （5）穿越道床的给排水管用 UPVC 塑料绝缘管。 4．车站环控系统 （l）安装在金属风门上的电气装置应采用绝缘法安装。 （2）安装在同一台金属机座上的电动机-风机组，在安装时应利用橡胶避雷装置进行绝缘。由风机引出的金属送排风管道要加一段短绝缘风管，使风管系统与电动机-风机组在电气上绝缘。 5．地铁明挖车站、矩形隧道以及圆形隧道主体结构 （1）地铁明挖车站和矩形隧道主体结构钢筋应作电气连接。 （2）地铁圆形隧道各环管片内钢筋在环向和纵向要求构成一个电气连接回路。 6．其它 电缆铠装只准外端接地；PE 线不得重复接地；地铁车站、变电所内的交流、直流高低压开关柜、变压器、动力照明配电箱等全部采用与主体结构钢筋绝缘的安装方法，并单独从接地排引绝缘接地线进行接地保护。