模塊4 城市軌道交通供電接地系統(tǒng)《城市軌道交通供電》教學課件

《城市軌道交通供電》?精品課件合集第X章XXXX模塊4

城市軌道交通供電接地系統(tǒng)第四章

城市軌道交通供電接地系統(tǒng)第一節(jié)

電

氣

接

地第二節(jié)

接地裝置的電阻選擇及維護第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)接地原則及構成第四節(jié)

雜散電流的形成與危害第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護第六節(jié)

框架泄漏保護設置及鋼軌電位限制裝置的設置第一節(jié)

電

氣

接

地一、電氣接地的基本知識與概念“地”一般指大地，但在電氣上它卻具有更深層的含義。由于大地內含有自然界中的導電物質，因此它也是能導電的。當一根帶電的導體與大地接觸時，便會形成以接觸點為球心的半球形地電場。此時，接地電流I便經導體由接地點流入大地內，并向周圍呈半球形流散在大地中，因球面積與半徑的平方成正比，半球形的面積將隨著遠離接地點而迅速增大。所以越靠近接地點，電流通路的截面越小，電阻就越大；而相距越遠，其截面便越大，電阻就越小，通常在距離接地點約20

m左右處，半球形面積已達2

500

m2，土壤電阻已小到可以忽略不計。也這就是說，可以認為在遠離接地點20

m以外時，便不會再產生電壓降，即實際上已是零電位了。而這個電位為零的地方，也就是電氣上通常所說的“地”，即其含義實際上是泛指零電位的地方。由于地球非常大，因此無論多少電荷也可通過它流散，而不會使整個地球的電位升高。正因為如此，電氣上便常以大地的電位作為參考零電位。第一節(jié)

電

氣

接

地1.接地裝置、接地體與接地線所謂接地裝置，是指人為設置的接地體與接地線的總稱。埋入土壤內并與大地直接接觸的金屬導體或導體組，叫做接地體，也叫接地極。按裝置的結構，可分為人工接地體與自然接地體兩類。按具體形狀可分為管形與帶形等多種。連接接地體與電氣設備應接地部分的金屬導體，叫做接地線。它同樣有自然接地線與人工接地線之分，且通常又可分為接地干線與接地支線。2.對地電壓、接觸電壓與跨步電壓一般所說的對地電壓，就是指帶電體與大地之間的電位差。當設備發(fā)生接地故障時，以接地點為中心的大地表面約20

m半徑的圓形范圍內，便形成了一個電位分布區(qū)。當人體處在這一范圍內又同時接觸該故障設備的外殼（或構架）時，人體所承受的電位差便稱為接觸電壓（U0）。在流

散電場范圍內，人體兩腳之間所承受的電位差稱跨步電壓。第一節(jié)

電

氣

接

地3.接地電流和接地電阻凡從帶電體流入地下的電流即為接地電流。有正常接地電流與故障接地電流之分。正常接地電流指正常工作時，通過接地裝置流入地下、借用大地形成回路的電流；故障接地電流指系統(tǒng)發(fā)生故障時出現(xiàn)的接地電流。系統(tǒng)接地而導致系統(tǒng)發(fā)生短路，這時的故障接地電流，便叫接地短路電流。若系統(tǒng)中，接地短路電流可能會很大。因此規(guī)定：凡接地短路電流在500

A及以下，稱小接地短路電流系統(tǒng)；大于500

A則稱為大接地短路電流系統(tǒng)?？梢姡拥仉娏髋c接地短路電流是不同的兩回事。它們各有其具體的含義，故不應混淆。4.流散電阻及接地電阻在接地體上，電流自接地體向四周大地流散時所遇到的全部電阻，稱作流散電阻（或散流電阻）。第一節(jié)

電

氣

接

地二、接地的分類與工作接地的作用1.電氣接地的含義及其分類第一節(jié)

電

氣

接

地二、接地的分類與工作接地的作用2.各種工作接地的主要作用（1）變壓器和發(fā)電機的中性點直接接地，能維持相線對地的電壓不變（故障相除外），并可降低人體的接觸電壓及適當降低制造時對電氣設備的絕緣要求。在變壓器供電時，可防止高壓電竄至低壓用電側的危險。（2）變壓器或發(fā)電機的中性點經消弧線圈接地，還能在發(fā)生單相接地故障時，消除接地短路點的電弧及由此而可能引起的危害。（3）儀用互感器如電壓互感器一次側線圈的一端接地，主要是為了對一次系統(tǒng)中的相對地電壓進行測量。（4）“兩線一地”制的相線接地，是為了利用大地當作一根導線，從而可以降低線路基建投資與年運行費用，并減少線路材料的耗量。但對電訊有干擾影響，對安全也不利。故這種供電方式平原地區(qū)現(xiàn)已不再推廣采用，原有的也大都進行了改造。第一節(jié)

電

氣

接

地三、電力系統(tǒng)中性點運行方式電力系統(tǒng)中性點的運行方式有不接地、經電阻接地、經消弧線圈接地或直接接地等多種。我國電力系統(tǒng)目前所采用的中性點接地方式主要有三種：即不接地、經消弧線圈接地和直接接地。小電阻接地系統(tǒng)在國外應用較為廣泛，我國開始部分應用。在此不作介紹，僅對前述三種方式簡介如下：1.中性點不接地（絕緣）的三相系統(tǒng)2.中性點經消弧線圈接地的三相系統(tǒng)3.中性點直接接地第一節(jié)

電

氣

接

地1.中性點不接地（絕緣）的三相系統(tǒng)（1）中性點不接地系統(tǒng)的正常運行第一節(jié)

電

氣

接

地（2）中性點不接地系統(tǒng)的單相接地故障第一節(jié)

電

氣

接

地2.中性點經消弧線圈接地的三相系統(tǒng)第一節(jié)

電

氣

接

地3.中性點直接接地第一節(jié)

電

氣

接

地4.中性點接地的優(yōu)越性（1）在220/380V三相四線制低壓配電網絡中，配電變壓器的中性點大都實行工作接地。（2）中性點（線）與零點（線）的區(qū)別。（3）配電系統(tǒng)的三點共同接地。第二節(jié)

接地裝置的電阻選擇及維護一、系統(tǒng)及設備接地電阻的允許值限定接地裝置的接地電阻，實際上就是限定了接觸電壓和跨步電壓的高低。反之，從安全角度出發(fā)，若限定了接觸電壓和跨步電壓的高低，則也就確定了接地電阻允許值的大小。部頒接地規(guī)程中規(guī)定，對大接地短路電流系統(tǒng)的電力設備，其接地裝置的接地電阻值應符合公式要求，即R

<

2

000/Id（

）（當Id

>

4

000

A時，取R

<

0.5

）

（4.3）式中

R

──

考慮季節(jié)影響的最大（工頻）接地電阻（

）；Id

──

流經接地裝置的最大單相穩(wěn)態(tài)短路電流（A）。對中性點非直接接地的小接地短路電流系統(tǒng)的電力設備，其接地電阻值應符合下述要求：高壓與低壓電力設備共用的接地裝置R≤120/Ijd

（

）

（4.4）只用于高壓電力設備的接地裝置，R≤150/Ijd

（

）

（4.5）式中

Ijd

──

單相接地時的故障（電容）電流（A）。第二節(jié)

接地裝置的電阻選擇及維護為確保接地裝置在運行中能發(fā)揮應有的作用，各類電氣設施或設備的接地電阻均應符合規(guī)程要求。實用中，各類常用接地裝置的接地電阻允許值僅）分別為：電源容量100

kV·A以上的變壓器或發(fā)電機的工作接地，R<4

；電源容量<100

kV·A的變壓器或發(fā)電機的工作接地，R<10

；100

kV·A及以下低壓配電系統(tǒng)的零線重復接地，R≤10

，當重復接地有3處以上時，R≤30

；電氣設備不帶電金屬部分的保護接地，R≤4

，引入線裝有25

A以下熔斷器的設備的保護接地，R≤10

；低壓線路桿搭的接地或低壓進戶線絕緣子腳的接地，R≤30

；變配電所母線上FZ型閥型避雷器的接地，R≤4

；線路出線段FS型閥型避雷器接地、管型避雷器接地、獨立避雷針接地（個別可取R<30

），工業(yè)電子設備（包括X光機）的保護接地，均為R<10

；煙囪的防雷保護接地，R≤30

（包括水塔或材料倉的防雷接地均同此項要求一樣）。第二節(jié)

接地裝置的電阻選擇及維護二、接地裝置及維護（1）檢查接地線是否折斷、損傷或嚴重腐蝕；（2）檢查接地支線與接地干線的連接是否牢固；（3）檢查接地點土壤是否因受外力影響而有松動；（4）檢查重復接地線、接地體及其連接處是否完好無損；（5）檢查全部連接點的螺栓是否有松動，并應逐一加以緊固；（6）挖開接地引下線周圍地面，檢查地下0.5

m處地線受腐蝕程度，嚴重時應即更換；第二節(jié)

接地裝置的電阻選擇及維護二、接地裝置及維護（7）檢查接地線的連接線卡及跨接線等的接觸是否完好；（8）檢查明敷部分接地或接零母線上的涂漆是否脫落，若有脫落現(xiàn)象時應重新涂漆以使標志鮮明；（9）檢查接地體是否因受水沖擊或其他原因造成露出地面或離地表過近，若有應及時修復；（10）及時做好接地裝置的變更、檢修、測量等項內容的記錄。第二節(jié)

接地裝置的電阻選擇及維護三、接地電阻的測量方法

接地電阻的測量一般采用接地電阻測量儀，又稱為接地搖表。接地搖表自身產生交變的電流，無需外加電源，且電壓極、電流極各有接線端鈕。測量時，分別接于被測接地體、接地棒。然后以大約120

r/min的速度轉動手柄，既可產生適當的交變電流沿著被測接地體和電流極構成回路。待表的指針穩(wěn)定后，可直接讀出接地電阻的數值。如圖4.9所示：P

和C

分別為接地棒，分別與接地搖表的P和C連接。對有四個接線端鈕的接地電阻表，其接線稍有改變。一般情況下將C2、P2短接，代替圖4.9的E端子。當測量小于1

的電阻時，應將C2、P2之間的連接片斷開，且分別用導線連接到被測接地體上，如圖4.10所示。

測量順序：①斷開接地線和接地體的連接點；②將測量接地棒插入距離接地體20

m和40

m的地下，插入地面深度為400

mm；③將接地電阻表水平放置；④調好旋鈕和量程范圍；⑤以120

r/min的速度搖動搖表；⑥調整旋鈕，使之平衡；⑦撥盤所指數字就為電阻讀數。注意，粗調定為倍數和讀數的關系。如粗調倍數為10，則應將讀數乘以10，才可以最終得到接地電阻數值。第二節(jié)

接地裝置的電阻選擇及維護三、接地電阻的測量方法圖4.9接地電阻的測量接線圖4.10測量小于1

的接線第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

接地原則及構成一、系統(tǒng)接地原則、要求及構成1.城市軌道交通接地系統(tǒng)要滿足的原則（1）全線接地按綜合接地系統(tǒng)的概念進行設計，使全線形成統(tǒng)一的高低壓兼容、強弱電統(tǒng)一的接地系統(tǒng)。滿足全線各類設備的工作接地、安全接地及防雷接地要求。（2）滿足沿線接觸導線和饋電線斷線可能搭觸到設備的安全接地要求。（3）滿足各類通信、信號、計算機等弱電設備的工作接地與安全接地要求。（4）滿足其他車站設備工作接地與安全接地要求。（5）滿足接觸網系統(tǒng)工作接地與防雷接地要求。（6）當雜散電流防護設計與安全接地發(fā)生矛盾時，優(yōu)先考慮安全接地。第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

接地原則及構成一、系統(tǒng)接地原則、要求及構成2.城市軌道交通接地系統(tǒng)構成（1）每個車站單獨設置一個接地網，供車站各種設備的工作接地、安全接地用。接地電阻滿足弱電設備共用接地網接地電阻要求。（2）沿線電纜支架上敷設一貫通的接地金屬體，供沿線區(qū)間電氣、通信、信號等機電設備安全接地用。（3）架設架空地線，供接觸網系統(tǒng)設備工作接地、安全接地和防雷接地用。（4）牽引回流系統(tǒng)采用浮空不接地方式，鋼軌、負回流線、直流開關柜、整流器、負極柜采用絕緣法安裝。（5）全線各車站、車輛段和停車場設鋼軌電位限制裝置。第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

接地原則及構成一、系統(tǒng)接地原則、要求及構成3.城市軌道交通供電系統(tǒng)變電所接地的基本要求（1）變電所中的交流電氣裝置、設施的某些可導電部分應接地。（2）變電所內不同用途和不同電壓的電氣裝置、設施使用一個總的接地裝置，車站內變電所與其他系統(tǒng)采用綜合接地，共用一個接地網。（3）每個車站接地網上分別引出變電所設備接地引出線、弱電設備接地引出線和接觸網架空地線引出線等3組引出線，每組引出線包括3個引出端子，每組引出線間的電氣距離大于20

m。（4）接地裝置考慮土壤干燥等季節(jié)變化的影響，接地電阻在四季中均應滿足要求，雷電保護接地的接地電阻只考慮在雷季中土壤干燥狀態(tài)的影響。（5）變電所接地裝置的型式和布置考慮保護接地的要求，降低接觸電位差和跨步電位差。第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

接地原則及構成一、系統(tǒng)接地原則、要求及構成4.變電所接地保護的范圍電氣裝置和設施的下列金屬部分，除直流柜外均應接地。電氣裝置和設施的下列金屬部分接地，主要包括以下幾個方面：變壓器和高壓電器等的底座和外殼必須接地；互感器的二次繞組一端必須接地，否則測量的就不是對地電壓了；氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）的接地端子必須接地；配電、控制、保護用的屏（柜、箱）及操作臺等的金屬框架必須接地，以確保安全；鎧裝電纜的外皮必須接地；配電裝置的金屬架構和鋼筋混凝土架構以及靠近帶電部分的金屬圍欄和金屬門必須接地，也是為了安全考慮。第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

接地原則及構成二、接地網1.接地電阻城市軌道交通供電系統(tǒng)每個接地網的接地電阻不大于0.5

或滿足下式的要求。式中計算用流經接地裝置的入地短路電流，采用在接地裝置內、外短路時，經接地裝置流入地中的最大短路電流，該電流應按遠期系統(tǒng)最大運行方式確定，并應考慮系統(tǒng)中各接地中性點間的短路電流分配。當土壤電阻率較高，接地裝置的接地電阻不符合要求時，可通過技術經濟比較適當增大接地電阻，但應滿足弱電系統(tǒng)的接地要求，即接地電阻值不大于1

，并應滿足接觸電壓和跨步電壓的要求。（4.6）第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

接地原則及構成二、接地網2.接地網的設計接地網由水平接地體、垂直接地體、均壓帶、接地引出線和止水環(huán)組成。水平接地體與車站結構底板平行布置，設置在車站底板下0.6

m。接地網的形狀直接影響接地效果。一般使用水平接地體與垂直接地體配合使用，形成三維的立體結構。第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

接地原則及構成二、接地網3.接地網的材料接地工程材料包括各種金屬材料、降阻劑和離子接地體等。金屬材料包括扁鋼、角鋼、扁銅、銅棒和銅板等，地鐵系統(tǒng)中常采用扁銅、銅棒和銅板。降阻劑分為化學降阻劑和物理降阻劑。第三節(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)

接地原則及構成三、城市軌道交通供電接地電氣設備的接地按其作用的不同分為工作接地和保護接地兩類。工作接地是為了使電氣設備滿足正常需要而采取的接地措施。其目的是保證供電系統(tǒng)在正常運行和事故情況下可靠工作；保護接地是指供電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)中，當電氣設備絕緣受到損壞致使設備外殼帶電時，為防止此電壓危及人身安全而將電氣設備金屬外殼接地的措施。在地下車站由于受地形的限制，如果供電系統(tǒng)單獨作一地網，相當困難，且很難滿足接地電阻的要求，其接地要求如下：車站變電所設備的接地，利用車站綜合接地網，保證工作人員、所內被保護設備的安全及設備的工作接地的要求。地面變電所設備的接地，利用變電所接地網來實現(xiàn)。設備安全接地裝置與防雷接地裝置盡量分開設置，設備安全接地電阻應小于等于0.5

，防雷接地電阻應小于10

。第四節(jié)

雜散電流的形成與危害一、雜散電流的形成圖4.11地下雜散電流和電位第四節(jié)

雜散電流的形成與危害二、雜散電流的影響和危害（1）若地下雜散電流流入電氣接地裝置，將引起過高的接地電位，使某些設備無法正常工作。（2）若鋼軌（走行軌）局部或整體對地的絕緣變差，則此鋼軌（走行軌）對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，這時有可能引起牽引變電所的框架保護動作。而框架保護動作，則整個牽引變電所的斷路器會跳閘，全所失電，同時還會聯(lián)跳相鄰牽引變電所對應的饋線斷路器，從而造成較大范圍的停電事故，影響地鐵的正常運營。（3）對城市軌道隧道、道床或其他建筑物的結構鋼筋以及附近的金屬管線（如電纜、金屬管件等）造成電腐蝕。如果這種電腐蝕長期存在，將會嚴重損壞地鐵附近的各種結構鋼筋和地下金屬管線，破壞了結構鋼的強度，降低了其使用壽命。第四節(jié)

雜散電流的形成與危害三、地下金屬結構被雜散電流腐蝕的基本原理1.腐蝕過程圖4.12地鐵雜散電流腐蝕原理圖第四節(jié)

雜散電流的形成與危害三、地下金屬結構被雜散電流腐蝕的基本原理2.腐蝕特點項

目自

然

腐

蝕雜散電流腐蝕鋼

鐵外觀孔蝕傾向較小，有黃色或黑色的質地較疏松的銹層，創(chuàng)面邊緣不整齊，清除腐蝕產物后創(chuàng)面較粗糙孔蝕傾向大，創(chuàng)面光滑，有時有金屬光澤，邊緣較整齊，腐蝕產物似碳黑色細粉狀，有水分存在時，可明顯觀察到電解跡象環(huán)境幾乎在土壤中均可發(fā)生一般土壤電阻率大于10

000

/cm環(huán)境下，腐蝕較困難鉛外觀腐蝕均勻，有空洞時亦表現(xiàn)淺皿狀，腐蝕物為不透明的粉狀物空洞內面粗糙，創(chuàng)面呈壕狀，長行分布不勻或沿電纜呈一直線分布，腐蝕物為透明的或白色的結晶物環(huán)境水的pH值一般在6.8～8.5范圍之外，氯化物濃度大地下水為中性，普遍會有氯化物，碳酸鹽，硫酸鹽第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護一、雜散電流腐蝕防護的原則和防護措施雜散電流的防護主要措施如下：（1）確保牽引回流系統(tǒng)的暢通，使牽引電流通過回流系統(tǒng)流回牽引變電所，從根本上減少雜散電流的產生。（2）為保護整體道床結構鋼筋不受雜散電流腐蝕及減少雜散電流擴散，利用整體道床內結構鋼筋的可靠電氣連接，建立主要的雜散電流收集網，收集由鋼軌泄漏出來的雜散電流，在陰極區(qū)經鋼軌流回牽引變電所。（3）對于需設置浮動道床的區(qū)段，浮動道床內的縱向鋼筋也應電氣連接，并和整體道床內的雜散電流收集網電氣連接。使隧道內所有的道床收集網鋼筋在電氣上連為一體。（4）在條件允許情況下，盡可能增強整體道床結構與隧道、車站間的絕緣。第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護一、雜散電流腐蝕防護的原則和防護措施（5）為保護地下隧道、車站結構鋼筋不受雜散電流腐蝕及減少雜散電流向外部的擴散，利用隧道、車站結構鋼筋的可靠電氣連接，建立輔助雜散電流收集網，收集由整體道床泄漏出來的雜散電流，在陰極區(qū)經整體道床和鋼軌流回牽引變電所。（6）在盾構區(qū)間隧道，采用隔離法對盾構管片結構鋼筋進行保護。在盾構區(qū)間相鄰的車站，兩車站的結構鋼筋用電纜連接起來，使全線的雜散電流輔助收集網在電氣上連續(xù)。（7）在高架橋區(qū)段，橋梁與橋墩之間加橡膠絕緣墊，實現(xiàn)橋梁內部結構鋼筋與橋墩結構鋼筋絕緣，防止雜散電流對橋墩結構鋼筋的腐蝕。為保護高架橋梁的結構鋼筋及減少雜散電流的擴散，利用橋梁頂層結構鋼筋和軌道梁內結構鋼筋的可靠電氣連接，建立雜散電流收集網，收集由鋼軌泄漏出來的雜散電流，使之在陰極區(qū)經鋼軌流回牽引變電所。第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護一、雜散電流腐蝕防護的原則和防護措施（8）在高架橋車站內，車站結構鋼筋和車站內高架橋結構鋼筋要求在電氣上絕緣，防止雜散電流對車站結構鋼筋的腐蝕。（9）牽引變電所設置雜散電流排流裝置，以便在軌道絕緣降低致使雜散電流增大時，及時安裝排流裝置使收集網（主收集網、輔助收集網）中雜散電流有暢通的電氣回路。（10）直流供電設備、回流軌采用絕緣法安裝。（11）各類管線設備應盡量從材質或其他方面采取措施，減少雜散電流對其腐蝕及通過其向軌道外部泄漏。第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護一、雜散電流腐蝕防護的原則和防護措施（12）軌道專業(yè)應采取以下的一些措施：一是走行回流鋼軌盡量選用重型軌（如60

kg/m型軌），并焊接成長鋼軌。二是鋼軌與軌枕或整體道床間采用絕緣法安裝，保證鋼軌對軌枕或整體道床的泄漏電阻不小于15

/km。（13）隧道、地下車站采取的措施：一是隧道、地下車站主體結構的防水層，必須具有良好的防水性能和電氣絕緣性能；車站、隧道內應設有暢通的排水措施，不允許有積水現(xiàn)象。二是為保護隧道、地下車站結構鋼筋不受雜散電流腐蝕及減少雜散電流向外擴散，利用這些結構鋼筋的可靠電氣連接，建立輔助雜散電流收集網。三是在盾構區(qū)間隧道，采用隔離法對盾構管片結構鋼筋進行保護。四是在過江隧道的軌道兩端設立單向導通裝置與其他線路單向隔離。五是車站動力照明采用TN-S系統(tǒng)接地形式。六是車站屏蔽門應絕緣安裝并與鋼軌有可靠的電氣連接。第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護二、雜散電流的監(jiān)測雜散電流腐蝕監(jiān)測原理雜散電流難以直接測量，通常利用結構鋼極化電壓的測量來判斷結構鋼筋是否受到雜散電流的腐蝕作用。極化電壓的正向偏移平均值不應超過0.5

V。一般在電化學腐蝕測量中，測量管、地電位差的標準方法如圖4.13所示。圖4.13管、地電位的標準測量方法第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護二、雜散電流的監(jiān)測雜散電流腐蝕監(jiān)測原理此方法在電化學腐蝕測量中稱為近參比法。目的是為了使測量結果更為精確。此法的測量要點是把參比電極（通常用長效銅/硫酸銅電極）盡量靠近被測構筑物或金屬管路表面，如果被測表面帶有良好的覆蓋層，參比電極對應處應是覆蓋層的露鐵點。在地鐵系統(tǒng)中，埋地金屬結構對地電位的測量方法亦采用如上所述的近參比法，需要使用長效參比電極作為測量傳感器，在沒有雜散電流擾動的情況下，測量的電位分布呈現(xiàn)一穩(wěn)定值，此穩(wěn)定電位我們稱之為自然本體電位U0，當存在雜散電流擾動的情況下，測量電位出現(xiàn)偏離，所測電位為U1，其偏移值為

。一般情況下，我們將測量電壓為正的稱為正極性電壓，測量電壓為負的稱為負極性電壓。埋地金屬結構受雜散電流干擾的影響，其對地電位，也就是相對于參比電極的電壓會偏離自然本體電位U0。在雜散電流流入金屬結構的部位，金屬結構呈現(xiàn)陰極，此部位的電位會向負向偏離，如圖4.12的陰極區(qū)域，該部位的金屬不受雜散電流腐蝕。在雜散電流流出金屬結構的部位，金屬結構呈現(xiàn)陽極性，此部位的電位會向正向偏離，如圖4.12的陽極區(qū)域，該部位的金屬受到雜散電流腐蝕影響。因為腐蝕是一個長期作用的結果，而瞬間雜散電流的變化是雜亂無序的，僅測量瞬間金屬結構對參比電極的電壓不能直接反映測量點雜散電流的腐蝕情況，所以應該測量計算在一定時間內偏移自然本體電位U0的正向平均值，第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī)程（CJJ49—92）》規(guī)定：測量時間為半小時，其計算公式如下：（4.7）由于雜散電流的泄漏受軌道電位的影響很大，所以軌道電位的測量監(jiān)測也是非常重要的。軌道電位嚴格意義上來講應是以無限遠的大地為基準，而鋼軌電位測量以無限遠的大地是很難實現(xiàn)的，在測量中測量鋼軌對埋地金屬結構的電壓來代表軌道電位。由于軌道電位的瞬時值變化很大，實際測量過程中，其監(jiān)測和計算的參數為測量時間內的最大值Umax，即半小時軌道電位的最大值。自然本體電位U0是一個非常重要的測量參數，而我們探討的測量方法最終要實現(xiàn)自動在線測量，所以測量裝置本身應該能夠測量自然本體電位U0。城市軌道交通的特點是一天內有幾個小時的完全停止運營，在列車停止運行2

h后，可以進行自然本體電位U0的自動測量。第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護2.雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)（1）分散式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)圖4.14分散式雜散電流監(jiān)測原理第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護（2）集中式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)圖4.15集中式雜散電流監(jiān)測原理第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護圖4.16地鐵雜散電流構成原理第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護三、雜散電流的維護（1）定期利用雜散電流綜合測試裝置（雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)）在高峰小時測試整體道床結構鋼筋、車站隧道結構鋼筋、高架橋梁結構鋼筋相對周圍混凝土介質平均電位，以此電位作為判斷有無雜散電流對結構鋼筋腐蝕的依據。如測試到某段結構鋼筋電位超過標準0.5

V的，則該區(qū)段雜散電流超標，應對鋼軌回路及鋼軌泄漏電阻進行測試檢查，然后結合測試結果進行維護。（2）每月定期對全線軌道線路清掃，保持線路清潔干燥，尤其是軌道扣件及鋼軌絕緣墊要保持清潔干燥，不能有易導電的物質在鋼軌扣件和絕緣墊表面，因為這些物質將導致軌道對地的泄漏電阻下降。（3）在前面所述監(jiān)測及測試后，針對測試結果，查出引起雜散電流腐蝕嚴重原因。第五節(jié)

雜散電流腐蝕的監(jiān)測與防護三、雜散電流的維護（4）如果全線鋼軌泄漏電阻普遍降低，簡單清掃或維護不能解決問題時，則應將牽引變電所的排流柜開通，使雜散電流收集網與整流機組負極柜單向連通，以單向排流來保護結構鋼筋免受雜散電流腐蝕。（5）定期檢查各雜散電流收集網之間的連接線是否連接良好，連接螺栓是否生銹等，如果這些連接部件狀態(tài)不良，則應及時進行修復。（6）定期檢查負回流電纜及均流電纜的連接是否良好，如有問題，要及時修復。（7）定期檢查并測試單向導通裝置的工作狀態(tài)是否良好，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。（8）定期檢查雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)的參比電極、智能傳感器、轉接器及其連接是否良好，發(fā)現(xiàn)問題予以處理。第六節(jié)

框架泄漏保護設置

及鋼軌電位限制裝置的設置一、鋼軌電位限制裝置的設置由于DC1

500

V牽引供電系統(tǒng)采用“浮空”供電方式。即直流1

500

V正極與接觸網相連，負極與鋼軌相連，鋼軌采用絕緣安裝方式以減少雜散電流向大地泄漏。機車在線路上啟動、運行時，鋼軌為直流供電系統(tǒng)的回流軌，將產生電壓降，即鋼軌對地有電位差。當行車密度增加或接觸網與鋼軌發(fā)生短路時，當直流設備發(fā)生框架泄漏故障時，或者牽引變電所整流變壓器二次測交流系統(tǒng)發(fā)生單項接地短路時，鋼軌對地電位就會上升。有時鋼軌對地電位較高，甚至超過安全電壓。又由于列車車體與走行軌可靠接觸，當列車?？寇囌菊九_時，列車與站臺（可視為大地）之間的電位差將會很大，如果超過允許范圍，將危及乘客的人身安全。為此，在每座車站及車輛段的走行軌與大地之間安裝兩套鋼軌電位限制裝置。一旦走行軌與大地之間的電壓超過安全值時，走行軌與大地自動短路，使危險電壓消失。第六節(jié)

框架泄漏保護設置

及鋼軌電位限制裝置的設置二、框架泄漏保護設置說明導體的直流電阻比交流阻抗小得多，1

500

V直流系統(tǒng)若發(fā)生金屬性短路，短路電流可達到幾萬安培，足以摧毀直流設備，并發(fā)生爆炸、火災等嚴重后果。采取絕緣安裝可以極大地減小直流系統(tǒng)對金屬外殼的短路電流，但金屬外殼的絕緣安裝會危害工作人員的人身安全。因此美國ANSIC37.20.20.1—1987的第1.6.2條建議，250

V以上的具有單級的直流開關設備，應采用絕緣安裝，并建議配置框架保護或絕緣監(jiān)察。絕緣安裝不僅要保證直流設備外殼的對地絕緣，還要在許多方面采取特殊處理措施：直流設備周圍的地面必須絕緣，而且要留有足夠的面積，以免人觸及設備外殼時發(fā)生電擊；直流設備上的操作把手等必須絕緣安裝；引入直流設備內220

V交流電源必須采用隔離變壓器與系統(tǒng)隔離。第六節(jié)

框架泄漏保護設置

及鋼軌電位限制裝置的設置

因此絕緣安裝的設備費、建安費和維護費用都很高，鑒于此，近年來在歐洲廣泛興起低阻抗絕緣安裝法，這種方法在美國也逐漸被推廣開來，也就是將在變電所內絕緣安裝的所有直流開關柜、整流器柜等直流設備的外殼通過電纜或螺栓連接在一起，只留下一點經過電纜與地網單點連接，這根電纜在接地之前，先串聯(lián)一個毫安級的分流器，分流器與框架保護裝置連接。這種方法較絕緣安裝相比設備費、建安費和維護費都有所降低。低阻抗框架泄漏保護是專為直流設備配備的正極與外殼發(fā)生故障時的一種保護措施（見圖4.17），其保護原理是當正極對外殼發(fā)生絕緣損壞時，快速切除故障，保證系統(tǒng)的安全運行。框架泄漏保護裝置由電流元件和電壓元件組成。電流元件的檢測元件一端接于絕緣安裝的直流開關柜外殼，另一端與變電所接地網單點相連。電壓元件是測量設備外殼與直流設備負極之間的電壓，一端接于負極，另一端接設備外殼（由于外殼與地之間串聯(lián)電流元件的分流器，電阻極小，可認為電壓元件另一端直接接地）。第六節(jié)

框架泄漏保護設置

及鋼軌電位限制裝置的設置圖4.17框架泄漏保護原理圖第六節(jié)

框架泄漏保護設置

及鋼軌電位限制裝置的設置直流系統(tǒng)正常運行情況下，電流檢測回路沒有電流通過。當任意一個直流設備內正極對外殼短路時，接地電流通過電流元件流入地網，再通過鋼軌與地之間的絕緣泄漏電阻（或排流柜）回到負極。當泄漏電流超過整定值時，框架泄漏保護迅速切除故障。故障排除以后，需人工復歸框架泄漏保護，斷