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?chē)寥乐?。最?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(jiàn)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(jiàn)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(méi)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(méi)有雜散電流排流的不同情況下與有軌電車(chē)軌道平行敷設(shè)的管道所受到的影響。“09

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(méi)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(chē)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(méi)有防護(hù)措施，在有軌電車(chē)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(méi)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(chē)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(méi)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(chē)

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(jiàn)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(jiàn)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(méi)有各種防護(hù)措施時(shí)有軌電車(chē)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(méi)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(méi)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(jiàn)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(jiàn)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(kāi)支(見(jiàn)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(chē)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(méi)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(chē)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(chē)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(chē)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(méi)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(chē)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]。