15.5.1 單一管道的雜散電流防護(hù)

直流裝置上的措施往往不足以限制雜散電流，特別是在直流鐵路上更是如此。在許多事例中，在受影響的裝置上采取額外的防護(hù)措施是明智的[1，甚至是必要的[111。

防護(hù)措施限制雜散電流從特定裝置向外流到周圍土壤中。最簡(jiǎn)單的做法是用電纜把受保護(hù)的裝置與有足夠負(fù)電位的鐵軌連接起來(lái)(見圖15-5)。以前經(jīng)由土壤流過(guò)的雜散電流，現(xiàn)在經(jīng)由此連接電纜流回到鐵軌中而不產(chǎn)生危險(xiǎn)。假如受保護(hù)裝置的電位與自然腐蝕電位相等或比自然腐蝕電位更負(fù)，就能防止雜散電流腐蝕，當(dāng)然瞬息的峰值電流屬于例外情況。降低此電位就能達(dá)到局部陰極保護(hù)的效果。

用于陰極保護(hù)的條件同樣適用于直流鐵路鐵軌的雜散電流排流或強(qiáng)制排流(見10.2節(jié))。受保護(hù)的目的物必須電連通。必須跨接各個(gè)絕緣套筒(如捻鉛縫的或橡膠螺絲套筒)。這些受保護(hù)的裝置與鐵軌必須沒有電連接，因?yàn)樵诳缃犹庍@是可能發(fā)生的。即使在采取雜散電流防護(hù)措施的情況下，跨接線也是危險(xiǎn)的來(lái)源，因?yàn)槠涑休d雜散電流。如圖15-5所示為在有和沒有雜散電流排流的不同情況下與有軌電車軌道平行敷設(shè)的管道所受到的影響?！?9

該圖說(shuō)明了單根軌道的電流與電位分布情況，其在平行延伸的端部向鐵軌提供電流1。在鐵軌附近，雜散電流從傳動(dòng)鐵軌通過(guò)土壤流到管道中;在變電站地區(qū)沒有雜散電流排流的情況下，電流從管道流出并通過(guò)土壤重新流回到鐵軌中，在此引起管道的陽(yáng)極性腐蝕。在正極性軌道的區(qū)域內(nèi)，即從/2~，管道有陰極保護(hù)。而從0~/2這段負(fù)極性軌道區(qū)域內(nèi)是陽(yáng)極極化。假設(shè)這些鐵軌的電位是低電阻雜散電流排進(jìn)變電站之前的鐵軌的結(jié)果。

因此，管地電位變得非常負(fù)。在防腐層質(zhì)量很差的管道上，管子電流變得非常大。在雜散電流排流中包括一個(gè)電阻R就能限制這個(gè)管子電流，這樣可以極大地降低管道的電位，相當(dāng)于圖15-5中的曲線，管地電位變得比自然腐蝕電位略負(fù)一些。圖15-5中的曲線可以大大簡(jiǎn)化，僅用于瞬息狀態(tài)。在實(shí)踐中，總是有幾條電車軌道它們使鐵軌延伸段獲得不同的電流量。這樣，在很寬的時(shí)間范圍內(nèi)電流和電位會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。如果沒有防護(hù)措施，在有軌電車系統(tǒng)以外區(qū)域內(nèi)的管地電位通常更負(fù)一些，而在變電站附近的管地電位更正一些。在很寬的中間地帶，電位朝兩個(gè)方向發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量管地電位能夠確定電流流進(jìn)和流出的所在區(qū)域。測(cè)量結(jié)果得出雜散電流腐蝕危險(xiǎn)非定量的量值，因?yàn)樗鼈儼ê艽蟮腎R降組分。沒有雜散電流干擾的線路通常有一個(gè)自然腐蝕電位 Ucu-cuso,=-0.5~一0.6V，在有軌電車停運(yùn)時(shí)才能測(cè)到這個(gè)值。

  采用雜散電流直接排流(有或沒有電阻R)來(lái)限制電流時(shí)，應(yīng)將電纜(雜散電流返回導(dǎo)線)連接到產(chǎn)生雜散電流源的負(fù)極。在雜散電流排流處，假如用幾個(gè)變電站向有軌電車

網(wǎng)供電，有時(shí)鐵軌能比管道更正。在雜散電流返回導(dǎo)體時(shí)，發(fā)生電流逆向，導(dǎo)致受保護(hù)裝置的遠(yuǎn)端增加雜散電流的危險(xiǎn)。必須采用整流元件(二極管)或電動(dòng)繼電器的極性雜散電流排流(見圖15-6)，避免雜散電流的引人。

整流元件的缺點(diǎn)是相對(duì)較高的截止電壓，硒整流元件的截止電壓為0.4V，硅整流元件的截止電壓為0.7V。然而它的優(yōu)點(diǎn)是將經(jīng)過(guò)整流的雜散電流排到變電站的負(fù)母線，因?yàn)樵谶\(yùn)行中返回連接電纜中的電壓降使其電位較鐵軌的電位更負(fù)。在返回導(dǎo)線電纜中增加電阻有望提高它的有效性。雜散電流排流不足以實(shí)現(xiàn)完全的陰極保護(hù)，因此在大多數(shù)情況下，人們寧愿選用變壓整流器而不是雜散電流強(qiáng)制排流(見圖15-7)。

如圖15-8所示為同步記錄的管道與鐵軌之間的電壓，以及在有和沒有各種防護(hù)措施時(shí)有軌電車變電站區(qū)域內(nèi)排出電流的管地電位Ucucuso,的URS。圖15-8(a)記錄的是沒有防護(hù)措施的值。假如鐵軌相對(duì)于管道是負(fù)的(URS>0)，那么管地電位變得更正，存在雜散電流流出情況。但是，間或URs<0，那么，雜散電流進(jìn)入管道，使管地電位變得更負(fù)。如圖15-8(b)所示為所記錄的雜散電流直接排到鐵軌的特征。當(dāng)URS>0時(shí)，電流從管道流出，經(jīng)由雜散電流返回導(dǎo)體流回鐵軌，所以管道沒有陽(yáng)極性極化。當(dāng)URs<0時(shí)，電流流經(jīng)管道的連接線并使之陽(yáng)極性極化。因此在這種情況下，雜散電流直接排流是不可能的。如圖15-8(c)所示為整流后的雜散電流排到鐵軌的情況?，F(xiàn)今管道總是被陰極極化。但是，也無(wú)法完全達(dá)到陰極保護(hù)。

采用雜散電流強(qiáng)制排流時(shí)，借助電網(wǎng)供電的整流器，電流從管道流回鐵軌。將變壓整流器接人雜散電流返回導(dǎo)體，負(fù)極與受保護(hù)的裝置連接，正極與鐵軌連接，或與變電站母線的負(fù)極側(cè)連接。

  第8章描述了保護(hù)整流器的各種電路及其可能的用途。利用降低電流的電阻R能夠減少保護(hù)電流的較大波動(dòng)(見圖15-7)。這意味著在中間的管地電位變得不太負(fù)了。將整流器連接到電網(wǎng)上或在變壓器與橋式整流器之間利用感應(yīng)電阻來(lái)減少損失都能達(dá)到消除電流波動(dòng)的平滑作用(見8.4節(jié))。

  如果利用不加控制的保護(hù)電流設(shè)備執(zhí)行雜散電流排流和強(qiáng)制排流，往往需要在建立保護(hù)排流試驗(yàn)站時(shí)進(jìn)行大量的排流試驗(yàn)，利用有控制的保護(hù)電流設(shè)備就能減少這方面的開支(見8.6節(jié))。并且，利用有控制的保護(hù)電流設(shè)備，可以利用土壤中雜散電流引起的電壓降以調(diào)節(jié)連接在一起的各段管道中發(fā)生的電位波動(dòng)。

  如果大量雜散電流流人使其變得比外加的標(biāo)稱電位更負(fù)，那么即使是非常正的有軌電車鐵軌也能產(chǎn)生這樣負(fù)的管地電位。必須恰當(dāng)設(shè)計(jì)保護(hù)電流設(shè)備，在這種情況下可以將育流輸出控制為零。假如在管道上沒有安裝額外的保護(hù)站，那么必須合理安排這些保護(hù)設(shè)備使外加的最小保護(hù)電流不被削弱。

隨著距有軌電車鐵軌的交叉點(diǎn)或臨近點(diǎn)的距離不斷增加，被管道吸收的雜散電流會(huì)重新冒出來(lái)。電流流出點(diǎn)主要發(fā)生在與其他有軌電車軌道的交叉部位。除了恒電位控制外基本電流調(diào)節(jié)也是必要的。

  在圖 15-9中，包括兩個(gè)恒電位控制的保護(hù)整流器和一個(gè)額外的二極管以排出峰值電流。在管道與外部鐵道網(wǎng)的交叉部位(如在城市以外的地區(qū))，應(yīng)將雜散電流強(qiáng)制排流盡量安裝在靠近顯示負(fù)電位的鐵軌旁，使其有最長(zhǎng)的操作時(shí)間。正鐵軌吸收的電流也將在鐵軌交叉部位以外的區(qū)域內(nèi)繼續(xù)流動(dòng)。在此建議使用恒電位控制的整流器，不僅連接到鐵軌上，也連接到強(qiáng)制電流輔助陽(yáng)極上。

15.5.2 在城市地區(qū)雜散電流綜合性防護(hù)措施

  在城市地區(qū)早期建設(shè)的煤氣和供水管網(wǎng)往往只有瀝青防腐層，所以漏電負(fù)荷很高。電力供電電纜與電話電纜情況相似。要使它們單獨(dú)實(shí)施雜散電流防護(hù)措施是不可能的，因?yàn)樵缙诮ㄔO(shè)的輸氣站和供水站有大量的電連接，而且在地下交叉部位有許多事故性連接。在有軌電車變電站附近的所有管道和電纜都處于雜散電流腐蝕的危險(xiǎn)之中。因此，比較適宜的做法是將需要防護(hù)的各管道和電纜用導(dǎo)線連接到變電站附近的接線盒，在那里經(jīng)由可變電阻與共用的雜散電流母線連接。在此，還可以用有足夠橫截面的電纜，經(jīng)由二極管、繼a-沒有保護(hù)措施;b一雜散電流直接排到鐵軌上;c-整流后的雜散電流排到鐵軌上;d-利用不加控制的保護(hù)整流器的雜散電流強(qiáng)制排流;e一利用恒電流控制的保護(hù)整流器的雜散電流強(qiáng)制排流;f-用恒電位控制的保護(hù)整流器的雜散電流強(qiáng)制排流;8-利用恒電位控制的保護(hù)整流器和外加的恒電流的雜散電流強(qiáng)制排流電器或電網(wǎng)供電整流器，直接與鐵軌以及變電站中的負(fù)母線連接。預(yù)期在大型變電站里需要高達(dá)幾百安培的保護(hù)電流，而對(duì)于雜散電流強(qiáng)制排流整流器，通常只需要幾伏的輸出電壓。

  有軌電車網(wǎng)是利用許多變電站供電的。雜散電流排流和強(qiáng)制排流應(yīng)盡量靠近變電站安裝。在配電電網(wǎng)中有大容量變電站時(shí)，將雜散電流直接排到負(fù)母線就足夠了。所有與此裝置有關(guān)的方面應(yīng)同時(shí)進(jìn)行這樣的測(cè)量。參考文獻(xiàn)[12]中說(shuō)明了費(fèi)用的分析。所有受益方應(yīng)參與建設(shè)共用雜散電流防護(hù)措施并分擔(dān)相應(yīng)費(fèi)用，應(yīng)盡可能同時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)量[12]。