电力在日常生活中发挥着重要的部分。没有电的生活今天 - 几乎在世界任何地方都是不可想象的。但是在某些情况下,在某些情况下相同的全能电流,远离其预期路径,并且可以在其他意外的电路和材料中流动。这种流程杂散电流导致金属表面的电化学劣化,这被称为杂散电流腐蚀.这个过程类似于参与的反应电解.劣化的幅度与由于杂散电压故障的发生而流动在材料中流动的非预期电流的程度直接相关。绝缘和连接中的局部故障导致局部杂散电流导致局部腐蚀损坏。即使在高压电路的正常无故障运行期间,高压设备和导体附近的结构也吸引了由于感应效果引起的杂散电压。
杂散电流腐蚀的发生一般与其他环境因素无关。但其他腐蚀因素的作用机制可能加速杂散电流腐蚀造成的损伤。
一些普遍存在的杂散电流来源是:
杂散电流和电压的最小化涉及:
- 检测和测量杂散电流以及电压源及其路径
- 减少缺陷和绝缘故障
- 修理有缺陷的连接
- 设计一个系统,例如印象最新的阴极保护(ICCP)系统来抵消杂散电流的影响
杂散电流的发生是由于感应电压或泄漏电压,这是无意中存在的两个物体之间的电压差,理想情况下应该是零电压差。即使是在不同位置接地的物体之间也可能存在电压差,杂散电流在物体之间流动。由于高压电缆的邻近和电路中电感或电容的存在而产生的感应电压是问题的原因之一。由于绝缘故障或连接缺陷造成的电流泄漏可能是杂散电流的另一个原因。这可能会影响正常接地的设备框。(有关此主题的更多信息,请参见埋地金属结构的腐蚀和电干扰)。接触到杂散电压的人不一定能感觉到电流,因为电流可能很小。
杂散电压和杂散电流的基础知识
在大多数高压和中压电路中都可能存在杂散电压和电流。电流可能是由于EMF.在邻近的结构上,由于绝缘失效而产生漏电流;或通过回路阻抗或在电力系统导电电路的并联回路中的二次回路电流。
由于绝缘故障等系统故障而产生的杂散电流通常是相当危险的。这些系统故障导致接触电压在意想不到的表面附近甚至在一个遥远的地区积累。这种接触电压对人和动物都是危险的灭弧或者火灾会导致严重的事故,造成生命和财产的损失。
因此,术语“杂散电流”或“杂散电压”通常用于以任何形式表示不需要的或非预期的电流。即使是小电压也被认为是杂散电压。失败条件,如这些可能是由于:
- 电缆损坏或连接松动
- 绝缘不适当、退化或变质
- 失败的维护
- 设计、安装、调试有缺陷
产生杂散电压的例子有电容耦合电压、中压和高压电线所产生的电动势、在雷电中观察到的电动势以及中性点断开所引起的问题。
杂散电流引起的金属损失由于电解,这是类似的电化学腐蚀.在杂散电流离开金属走向接地的部位观察到严重的局部点蚀。
电容耦合杂散电压
由于电容耦合效应,架空交流电源线和荧光灯管之间的电容会导致杂散电流在灯中流动,使其发光,即使在没有通电的情况下。靠近霓虹灯或交流电源导体的金属部件,由于同样的电容耦合现象,也可以显示可测量的电动势。因此,在架空电力传输系统或中压和高压线路附近工作时,安全法规要求导体和金属部件有效地连接到地面。
诱导的电压
当沿着长度的电源导体在平行传输系统下形成具有另一个未接地导电系统的电源导体时发生电磁感应。当站在地面上的人与其接触时,杂散电流在循环中电磁诱导。这种杂散电流可能是危险的。这种杂散电流可以在高压传输线上构造的长金属丝围栏上发生。
绝缘恶化
化学降解或对绝缘造成的任何损坏也可以是附近物体中杂散电流的原因。这导致严重的故障随着杂散电流流到地面通过所有可用电路。水下或地下电缆的绝缘失效也可能导致这些故障。由于油或咸环境和物理损坏也可能发生绝缘损坏。架空绝缘体也可能损坏或恶化。
由于不平衡的机器负载的中性返回电流
当四线制三相各相的负载不相等或不平衡时,电流的不平衡部分流过接地的中性线。这种不平衡负载可能是由于有缺陷的连接或电机绕组缺陷。由于电源变压器的一次侧和二次侧接地,电流的不平衡部分作为杂散电流不断流动。这可以发生在使用三相电机的不同行业。
返回导体
典型地,电力铁路系统使用其中一个轨道作为回路中的回流导体,以保证电流的流动。这个回程导体在其轨道长度的不同地方与大地接触。因此,电流的某些部分必然地流过地面。在系统使用直流电源的任何地方,这种流向地的杂散电流都会在埋地金属管道和其他埋地物体中造成杂散电压,并由于电流过大而造成损坏电化学反应以及与潮湿土壤接触的金属表面的腐蚀。
检测的电压
一些配电机构和主要用户定期对杂散电压进行测试,以确保公共安全,防止腐蚀。用于检测杂散电压的仪器可以变化,但一些常见的设备是电压测试笔和电场传感器。验证性测试是用低阻抗电压表完成的。电伏特测试笔是一种手持设备,直观地指示与通电表面的接触。
然后用低阻抗电压表验证电压的存在性。电场探测器感知与人体有关的电场。它是通过在一定距离上感知和检测电场梯度来实现的,而不需要直接接触。
杂散电流听不到、看不见或闻不到;没有简单的方法知道什么时候存在显著的杂散电流。定期的系统检查和测试是很重要的,但是严重的情况或故障可能会在没有任何明显警告的情况下突然发生。
观察到杂散电流的腐蚀作为当前留下管道和结构的点处的局部凹坑。最初,肉眼不可见这种效果。通过测量金属结构对土电位差来进行检测。电流映射设备使用无线电探测器。不同的仪器用于检测DC和AC杂散电流。
船只在船上的电流腐蚀
除了正常的电流腐蚀外,船只也可能由于流浪电流而遭受腐蚀损坏。例如,健康的船可能在另一个船之间漂浮,该船在具有DC杂散电流的泄漏和该电流的地面的路径之间。健康船不能直接通过水朝向地面移动,而是可以为杂散电流提供较低电阻的路径。因此,杂散电流可以通过船体的配合进入健康的船,并在粘合系统上移动,同时将船通过驱动器朝向地面离开。腐蚀将发生在电流使金属结构进入水的表面。(发现如何三步阻止船舶的海洋腐蚀)。
内部杂散电流可以产生的短路在船上的电线系统。外部原因是与岸上电源的连接。任何有内部故障的船都可能导致其他连接到公共海岸电源线的健康船的杂散电流腐蚀。
连接屏蔽变压器
采用屏蔽变压器将电源与船型隔离,避免了杂散电流在船型电路中流动,使电路安全无杂散电流。但这些变压器可能很贵。另外,其他没有这种隔离变压器的船不应连接到有这种隔离保护的船。
快速过境系统引起的腐蚀
据估计,由电力快速运输系统造成的杂散电流腐蚀每年给美国经济造成的损失高达5亿美元。这一估计包括杂散电流对附近基础设施造成的损害,如管道和电缆。
可靠的接地系统允许杂散电流在电源(整流器)负母线和最近的地下金属结构。由于杂散电流引起的腐蚀将可预测地在运输轨道,隧道,紧固件,桥梁和其他运输结构的结构和装配上进行。
不接地的中线系统在接地和电源整流母线之间没有金属连接。轨对地绝缘电阻由绝缘轨扣保持。杂散电流预计较低;然而,由于存在大量的紧固件并联,可以存在一个接地,造成显著的杂散电流流动。
二极管连接的接地电力系统是不接地和牢固接地系统之间的折衷。它们限制了在牢固接地系统中的杂散电流,同时也将杂散电压保持在安全水平。二极管连接的接地系统是将电源整流母线与接地垫串联到二极管电路上。当超过某个最小阈值电压时,二极管允许杂散电流从接地垫流向负母线。最小阈值可以根据变电站的情况设置。因此,在电路中,超过阈值水平的电势是允许消散而不是累积的。在这个系统中,在轨道和绝缘的轨道紧固件上,仍然会发生杂散电流造成的腐蚀。当超过阈值电压时,返回轨道还定期传导杂散电流。在快速交通系统的二极管连接接地上,由于杂散电流腐蚀损坏,轨道可能需要早期更换。
在电气化快速交通系统中,电流通过运行轨道返回。连接到轨道周围地面的结构也可以作为连接到轨道的并联电路中的并联导体。附近埋在地下的任何结构都会收集杂散电流,一些电流也会通过低电阻泄漏。
中转系统的以下几个方面决定了杂散电流的严重程度:
- 变电站设计与间距
- 推进电流和牵引电压
- 系统接地设计
- 电阻的铁路
- 轨道与地面之间的阻力
旧的直流供电的快速运输系统曾经遭受非常严重的杂散电流损坏。因此,在现代高科技快速公交系统中,杂散电流的危害被最小化为:
- 减小回路导轨的设计电阻
- 有效提高地面和轨道之间的绝缘电阻
防止杂散电流腐蚀
通过控制设计参数,实现杂散电流腐蚀的最小化。目的是减少杂散电流的流动,这是通过通过各种方式增加整个电路的电阻来实现的。
外加电流系统的阴极保护也可用来抵消杂散电流的影响。好的结构材料可以最小化点状腐蚀.多层涂层可以在有限的时间内减少杂散电流腐蚀。
当直流杂散电流的主要来源很容易接近时,可以使用电流引流的方法来减少杂散电流流量。在这种方法中,由于杂散电流而损坏的金属结构通过一个低阻连接器有效地连接到直流源的负端。这种连接设计成单向的,这样杂散电流就可以从埋在地下的金属结构流向电源的负极。
监视和控制
杂散电流腐蚀必须进行系统的监测和控制。需要检测杂散电流的电源,并采取措施尽量减少电源故障。在容易产生杂散电流的区域,可以使用不易产生点蚀的钢。具有阴极保护或电流排水系统的有效多层涂层也可以减少对结构的破坏。