BS EN 50162直流系统中杂散电流引起腐蚀的防护.docx
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BSEN50162直流系统中杂散电流引起腐蚀的防护
英国标准BSEN50162:
2004
直流系统中杂散电流引起腐蚀的防护
引言
来源于直流系统的杂散电流可以通过腐蚀，杂散电流腐蚀，在埋地或水下的金属构筑物上引起严重的材料损坏（见附录A）。
特别是，长的埋地水平构筑物，例如管道和金属护套电缆，可能处在这种类型腐蚀的危险中。
因为腐蚀损坏可以在暴露于杂散电流中很短的时间后就出现，因此在早期阶段为保护措施做准备并定期检查这些措施的效果是很重要的。
本标准描述了一些适当的措施，可以用于干扰直流系统，如果必要的话，也可以用在正暴露于或将会暴露于杂散电流腐蚀中的构筑物上。
本标准也给出了确定何时采取这些措施的一些测量标准。
用于直流干扰构筑物的测量技术见EN13509。
本标准记录的措施旨在应对杂散电流腐蚀。
至于有效应对其他类型腐蚀，应该采取其他相应措施。
1.范围
本标准确立了在埋地或水下金属构筑物上最小化杂散电流腐蚀效果而采取的一般原则。
本标准旨在为以下方面提供指导：
——可能产生杂散电流的直流系统的设计；
——将要埋地或水下的金属构筑物的设计；
——可能遭受杂散电流腐蚀的金属构筑物的设计；
——适当的保护措施的选择。
本标准主要处理埋地或水下金属构筑物上的外部杂散电流腐蚀。
但是，杂散电流腐蚀也可能在包含电解质的系统内部发生，例如，在水管道的接近绝缘接头处或高电阻管接头处。
这些情况在本标准中没有进行详细处理，但是这里提出的原则和措施一般可适于最小化干扰效果。
杂散电流还可以引起其他后果，如过热。
这些不包括在本标准内。
可以使电流流入大地或任何其他电解质（无论有意或无意）的直流系统，包括：
——直流牵引系统；
——无轨电车系统；
——直流电源系统；
——工业区的直流设备；
——直流通信系统；
——阴极保护系统；
——高电压直流（HVDC）传输系统；
——直流轨道电路信号系统。
对于牵引系统的杂散电流，EN50122-2给出了最小化其产生的要求以及最小化其在铁路系统内的影响的要求。
可能被杂散电流影响的系统包括埋地或水下的金属构筑物，例如：
a）管道；
b）金属护套电缆；
c）储罐和容器；
d）接地系统；
e）钢筋混凝土；
f）钢管桩。
带有杂散电流的被影响的构筑物，例如管道或电缆，本身可能影响到其他附近的构筑物（见条文8）。
本标准不阐述交流杂散电流的影响。
在怀疑存在交流杂散电流的地方，应小心地对各个部件采取措施，因为存在高感应电压的危险。
如果交流杂散电流干扰存在，本标准提出的标准将不适用。
2.规范性的参考
下列被参考的文献对于本标准的适用是必不可少的。
对于有日期的参考，只有引用的版本才适用。
对于未注日期的参考，参考的文献最新版本（包括增订内容）才适用。
EN50122-2:
1998,Railwayapplications-Fixedinstallations-Part2:
Protectiveprovisionsagainsttheeffectsofstraycurrentscausedbyd.c.tractionsystems
EN12954:
2001,Cathodicprotectionofburiedorimmersedmetallicstructures–Generalprinciplesandapplicationforpipelines
EN13509:
2003,Cathodicprotectionmeasurementtechniques
3.定义
3.1涂层（coating）
电绝缘覆盖层，敷在金属表面上，通过阻止电解质和金属表面的接触来提供腐蚀保护。
3.2排流（electricaldrainage）
通过故意的跨接，将杂散电流从受影响的构筑物转移到电流源
注：
对于排流装置，见直流排流连接跨接，单向排流跨接和强制排流跨接
3.3直流排流跨接（directdrainagebond）
在受影响的构筑物和杂散电流源之间通过直接跨接来提供排流的装置。
这种跨接可以包括串联电阻以限制电流。
3.4强制排流跨接（forceddrainagebond）
在受影响的构筑物和杂散电流源之间通过跨接来提供排流的装置。
这种跨接包括独立的直流电源以增强电流的转移。
3.5单向排流跨接（unidirectionaldrainagebond）
在受影响的构筑物和杂散电流源之间通过单向跨接来提供排流的装置。
这种跨接包括诸如二极管这样的装置以确保电流只沿着一个方向流动。
4.信息交换和合作
在埋地或水下的金属构筑物的设计期间，应该考虑到引起以及遭受杂散电流干扰的可能性，以便满足条文6提到的标准。
埋地或水下的金属构筑物上的电干扰问题应该在以下几点上予以考虑：
——金属构筑物的业主可以用他认为最合适的方法来实施腐蚀防护。
但是，对邻近构筑物的电干扰应该维持在规定的限度内；
——杂散电流，特别是来源于直流牵引系统的杂散电流，与回流回路设计直接相关。
这意味着可能对杂散电流进行限制但不能完全消除；
——在可能受到影响的其它构筑物存在的地方，将干扰维持在规定限度内的要求适用于所有受影响的构筑物。
通过参与各方之间的协议，合作和信息交换，这一目标可以完美地实现。
信息交换和合作是很重要的，应该在设计阶段和系统运行期间就贯彻执行。
这样一来，就可以评估可能的效果，合适的预防措施以及补救措施。
下列信息应该交换：
1）新埋地金属构筑物的详细情况；
2）阴极保护设置或重要的改造；
3）直流牵引系统设置或重要的改造；
4）HVDC运输线路设置或改造。
协议和合作可以更有效地实现，并且通过定期的会议得以维持（与会者包括当事方，委员会或其它可以指定信息交换程序和规程的协会）。
5.杂散电流干扰的确认和测定
5.1确认
在由于直流干扰而可能存在腐蚀危险的地方，对这种情况的分析应该考虑电学性能，可能的干扰源的位置，以及阴极保护例行测量过程中记录的异常状况。
确认杂散电流干扰有四种中主要方法，即测量下列一项或多项：
——构筑物相对电解质的电位波动；
——构筑物相对电解质的正常电位的偏离；
——电解质中的电压梯度；
——管道试片或金属电缆护套的线电流。
杂散电流干扰确认后，必须进行进一步的测定以评估腐蚀的危险。
5.2测量
5.2.1总则
为了评估杂散电流引起的金属构筑物腐蚀的危险，应该考虑受影响构筑物的正电位转移（见6.1）。
如果金属构筑物的阴极腐蚀（见附录A和EN12954）可能发生，则腐蚀危险也应该以构筑物的电位的负转移做参考进行评估（见6.2）。
构筑物相对土壤的电位应该相对参考电极（直接设置于被干扰的构筑物之上）进行测量。
为了确定杂散电流的极性和/或大小，可以采用两个参考电极的电位梯度进行测量。
其中一个参考电极应该直接设置在暴露于干扰中的构筑物之上，另一个（理想地）设置于距离不少于10m远处。
测量埋片或测试探针上的电流大小和/或方向以及电位转移，可以帮助评估可能的腐蚀危险。
测量技术，取样间隔和读数的次数应能提供代表性数据。
为了确保精确测量，应仔细选择合适的电压记录仪器，并考虑输入阻抗，取样间隔（或图移速率）以及信号调节和过滤。
测量技术记载于EN13509。
5.2.2非波动干扰
如果是非波动干扰的情况，电解质中的构筑物相对电解质的电位或电压梯度应当在杂散电流源运行中和不运行时进行测量。
这两种条件下的测量值应该互相比较。
如果杂散电流源不能暂时关闭，干扰应该由不同杂散电流源运行条件下的测试外推得到。
5.2.3波动干扰
在测量的电位或电压降波动的地方，例如由来自直流牵引系统的干扰引起的波动，测量应采用连续图标记录器或数字数据记录仪来进行。
记录应当包括预期最大干扰的时期，以及（如果可能的话）无干扰的时期。
许多干扰源会在24h内显示出最大和最小水平。
还建议记录受影响系统的测量值，并同时记录杂散电流源的运行参数，从而使杂散电流和其源头之间呈现清楚的联系。
干扰系统的非运行期间记录的值应该被认为是正常电位或未受影响电位。
注：
应该于非运行期间在干扰系统未断电的地方进行评断。
6.杂散电流干扰的标准
6.1阳极干扰
构筑物上的正电位转移造成了阳极干扰（见附录A）。
6.1.1无阴极保护的构筑物
如果正电位转移ΔU低于表1给出的标准，无阴极保护的构筑物上的阳极干扰（见附录B）是可接受的。
注1可接受的正电位转移ΔU（欧姆电压降，即IR降）与电解质电阻率有关，因为测得的电位转移的IR降部分随着电阻率的增加而增加（见附录C）
注2很难评估在电位迅速波动的地方阳极干扰是否满足表1的接受标准。
有关电位偏移的持续时间和程度超出标准的情况，应判断该偏移是否可以接受。
这种判断的基础可以是偏移的持续时间和频度，或者平均电位转移。
如果判断的结果是无定论的，则应该进行无IR的电位测量，并且表1第三栏的标准可以适用。
表1未受阴极保护的埋地或水下的金属构筑物的可接受的正电位转移ΔU
结构金属
电解质的电阻率
ρ（Ωm）
最大正电位转移ΔU（mV）
（包括IR降）
最大正电位转移ΔU（mV）
（不包括IR降）
钢，铸铁
≥200
300
20
15-200
1.5xρ*
20
<15
20
20
铅
1xρ*
埋地混凝土结构中的钢
200
*ρ的单位是Ωm
6.1.2具有阴极保护的构筑物
如果无IR的电位处于保护电位范围之外（见EN12954），处于阴极保护中的构筑物应该被认为是暴露在不可接受的杂散电流干扰中。
为了评价杂散电流干扰的可接受性，应考虑安装测试探针和试片。
在具有波动干扰的情况下，附录D记载的电流探针测量法也可以用来评价干扰的可接受性。
如果在特殊情况下（例如在直流牵引影响下），有原因质疑所使用的测量方法的精确性，可以使用其他测量技术（例如试片失重法）来确定该构筑物是受阴极保护的。
测量应在干扰系统正常运行期间进行。
6.2阴极干扰
如果干扰导致无IR的电位比限定的无IR的电位更负（见EN12954），则杂散电流引起的阴极干扰（见附录B）之高应该被认为是难以接受的。
在构筑物的某部分上由阴极干扰引起的负电位转移（通常）意味着存在遭受阳极干扰的其他部分（见6.1）。
如果测到了极负电位转移（例如ΔU>500mV，包括IR降），则推荐检测具有阳极电位转移的区域以证实符合6.1。
在干扰系统的非运行期间记录的值应被认为是正常电位或未影响的电位。
7.杂散电流干扰的减少——改造电流源
7.1总则
为了最小化杂散电流干扰效果而采取的措施应始于干扰源。
如果这些措施不实际或无效，则注意力应转移到被干扰的构筑物。
在有些情况下，有必要在构筑物和干扰源上同时采取干扰减少措施，从而达到一个可接受的干扰水平。
有时，干扰源来自被干扰的构筑物本身，即所谓的二次干扰。
在这种二次干扰存在的地方，建议首先改造干扰的最初源头。
如果不可能改造此最初源头的话，二次干扰的源头必须改造。
7.2原则
在正常运行条件下，大地不应该用于携带任何直流电流。
本原则的例外见7.5，7.7，7.8。
本身是干扰源的构筑物不应连接到外来的埋地或水下的金属构筑物上，除非出于安全或杂散电流腐蚀防护的因素的考虑这样的连接很有必要。
7.3工业区的直流系统
直流系统的所有导体（例如直流电源系统，直流焊接设备）应与大地绝缘。
当出于某些原因，如人员安全，有必要接地或等电位跨接时，应特别小心避免仅在一点上的杂散电流（如接地）。
焊接电流电路应尽可能短。
接地的金属构筑物，如铁路或起重机轨道，高架管道跨越或埋地管道，不应用来导流。
7.4港口的直流系统
7.4.1起重机
港口的新起重机设置应设计为交流运行，在使用时可以局部产生起重机运行需要的任何直流电流。
每个携带直流电流的导体应与大地绝缘。
如果直流电起重机系统不与地连接就无法运行的话（正如现有设置的情况），应采取特殊措施以避免由安装绝缘回流导体引起的杂散电流。
如果埋地金属构筑物的杂散电流干扰之高难以接受的话，应该提供杂散电流排流系统。
7.4.2码头边的直流电焊接站
每艘船应由一个或几个独立的码头边的焊接站进行服务。
服务几艘船的直流电焊接系统可能是存在于船之间的能引起系缆桩或挡泥板严重腐蚀损坏的一个杂散电流源，因为船之间的等电位跨接不能大大降低杂散电流干扰。
使焊接设备运行的连接应是直接跨接于船身，比如通过焊接。
注：
这些问题可以通过在船上设置焊接站来解决。
7.4.3船的直流电源
船上的直流电系统（特点在于完全与大地绝缘并具有大地保护继电器）可以从海岸上供应直流电。
如果船上的直流电系统的特点在于单相接地，则应向船提供交流电，并在船上整流以用于直流电系统。
7.5直流通信系统
所有通信系统应这样设计：
没有直流电流正常流经大地。
直流脉冲，例如拨号或接地脉冲，可以流经大地。
直流电流不应该是任何杂散电流干扰的源头（干扰附近的管道或电缆）。
管道或电缆不应该用于接地连接。
交通信号应该这样设计：
直流电流不会正常流经大地。
7.6直流牵引系统
牵引系统的设计应能减少流入大地的杂散电流，以便减少或消除对外来构筑物的影响。
直流牵引系统一般通过连在轨道上的负极运行。
极少的情况下，正极连接于轨道。
现代的直流电运行铁路在制动时使用电流反馈系统。
使用的方法应该符合EN50122-2给出的要求。
这些要求主要包括：
——电源系统的调节；
——回流回路的改进；
——回流回路与大地，接地金属构筑物（如管道，电缆，桥和隧道）以及其它轨道系统的隔离。
很有必要在直流铁路工程的最早期阶段就考虑抑制杂散电流的要求和方法，这样一来，在决定变电站的位置和大小时就应当考虑杂散电流的抑制。
7.7高压直流电运输系统
7.7.1总则
高压直流电（HVDC）运输系统有两种主要的构型，即单极型和双极型。
双极型HVDC系统应该优先使用以避免杂散电流干扰。
HVDC系统接地的设计应能避免在正常运行期间电流流经大地，并最小化故障或不平衡荷载条件下的大地电流。
整个系统设计应考虑这种情况：
即使在距离变电站的接地端很远的地方，埋地或水下的金属构筑物依然很有可能暴露于高水平的杂散电流中。
7.7.2接地端电极
接地端电极的设计应使其可以安装于低电阻率土壤或海水中，从而可以使接地电极周围的总接地电阻和近地表电压梯度最小化。
接地端电极的位置能明显影响埋地或水下的构筑物上的杂散电流干扰，因此必须仔细考虑。
计算的近地表电压梯度应在最终决定永久接地电极的位置之前通过采用测试电极的电流测试法来检测。
7.7.3调试之前的干扰测量
当接地电极已安装并且在调试之前，杂散电流暴露区域（即电位梯度可能致使其他构筑物被干扰的区域）应通过参考进一步的计算，最好是通过在减少电流的条件下的测试，进行确定。
杂散电流暴露区域的金属构筑物应该参考杂散电流干扰的情况进行定位和测试，从而可以估计最终调试时的干扰程度。
7.7.4调试后的干扰测量
调试后，应该对位于杂散电流暴露区域内的埋地或水下的金属构筑物进行进一步的测量。
对于具有接地系统的双极型系统，测试应当在单极型运行模式下进行，其中每个电极既可以作为阳极又可以作为阴极。
7.7.5保护措施
如果干扰是不可接受的（见条文6），应采取保护措施（见条文8）。
即使双极型系统内干扰只发生在故障或不平衡条件下，也需要采取保护措施。
除了保护措施，相关各方可以在双极型系统的故障或不平衡运行的限度上达成一致，例如电流的最高水平和运行的最大时长。
7.8阴极保护系统
7.8.1总则
阴极保护系统可以在埋于强制电流阳极附近的构筑物上引起阴极干扰。
埋于阴极保护构筑物附近的构筑物可能产生正电位转移（由保护构筑物的大面积涂层缺陷周围的电位梯度引起）。
减小或消除干扰的措施（见条文6）记录在下列各段中。
7.8.2整流变压器输出的调节
安装在干扰构筑物上的整流器的电流输出应该调节至提供阴极保护的最小水平。
特别是，应该考虑总电流被额外的整流器和地床分配的可能性。
7.8.3增加涂层电阻
具有高质量涂层的构筑物需要较少的阴极保护电流，因此使杂散电流干扰达到最小。
如果对附近构筑物的干扰减小的话，阴极保护构筑物上的涂层缺陷可能需要定位并修复。
7.8.4地床定位
来自强制电流阳极的干扰取决于电流输出，距离相邻构筑物的远近，以及包围介质的电阻率。
通过确保相邻的构筑物不在阳极场的区域内（该区域内，电位梯度可以引起电位转移至限度范围之外，详见6.1和6.2）可以减小干扰。
这一目标可以通过下列方法实现：
——增加阳极和相邻构筑物之间的距离（水平或垂直地增加）。
这是最有效的方法；
——通过扩大地床的几何尺寸或减小电流输出来减小地床周围的电压梯度（见7.8.2）；
——将分配的阳极定位至接近待保护的构筑物。
7.8.5排流
对于阳极干扰的情况，可以考虑在构筑物之间进行排流跨接来限制正电位转移至限度范围内（详见条文6）。
如果必要的话，应使用一个电阻器来限制电流（见条文8）。
7.9排流（二次干扰）引起的干扰
7.9.1总则
直流电源和构筑物之间的排流可以导致通过构筑物返回至电流源的较大直流电流。
这种情况下，构筑物本身变成了干扰源（见条文8和附录E）。
7.9.2排流电流的调节
排流电流应该最小化。
可以考虑使用自动控制排流。
7.9.3增加涂层电阻
7.8.3提到的原则适用。
7.9.4跨接
7.8.5提到的原则适用。
8.杂散电流干扰的减小——改造被干扰的构筑物
8.1总则
对被干扰构筑物的改造可以包括以下一项或多项：
a）安装减缓装置（见8.3）；
b）跨接干扰和被干扰的构筑物（见8.3.2，8.3.3，8.3.4）；
c）改造被干扰构筑物的电连续性（见8.3.7）；
d）增加到干扰构筑物的距离（见7.8.4）。
选择适合于被干扰构筑物的补救措施取决于有关干扰构筑物和被干扰构筑物的标准，例如：
——干扰源的位置，对寻找在经济上和技术上达到双重满意的解决方法非常重要；
——被干扰构筑物的电气状况，例如其绝缘性，电连续性以及是否实施了阴极保护；
——被干扰构筑物和干扰构筑物之间的环境的特性（土壤电阻率，附近存在金属构筑物）；
——杂散电流的影响水平。
电流可以在不足1安至几十安之间变化。
8.2设计前提
8.2.1涂层
由于构筑物相对土壤的电阻增加，被干扰构筑物上的涂层可以减小杂散电流的总体水平。
这就简化了所需要的应对措施的设计和运行（见8.3）。
8.2.2与其他构筑物隔离
与杂散电流源或可能被杂散电流影响的其他金属构筑物（如套管）之间不应该存在无意的直接的金属接触。
例如，钢筋混凝土结构不应该与杂散电流源存在直接的金属接触。
8.2.3距离最大化
因为干扰水平随着距离减小，所以新建构筑物应该设置在距离已知杂散电流源尽可能远的地方。
8.3减缓装置的安装
8.3.1总则
安装减缓轻装置旨在减小或消除杂散电流直接从被干扰构筑物流入环境，以便满足条文6提到的标准（见附录E）。
其实现可以通过：
——通过金属跨接（即排流）将杂散电流从被干扰构筑物返回至直流电流源（见8.3.2，8.3.3，8.3.4）；
——利用接地电极通过大地将杂散电流从被干扰构筑物返回至直流电流源（见8.3.5）；
——通过大地或水将直流电施加于被干扰系统（见8.3.6）。
无论何时，应调整减缓装置以便可以利用最小的电流实现预期的目标。
这些措施的实施需要有关各方的合作和批准（见条文4）。
在长埋地构筑物（如管道或电缆）和更负的构筑物（如变电站的负极母线）之间安装排流跨接增加了杂散电流的大小和程度，相应地增加了对其他埋地构筑物造成干扰的危险度。
这一举动还可以增加干扰构筑物（如直流牵引系统的轨道）的腐蚀速率。
所以，进行这样的关联调查应该在源头，以及附近或交叉的外来构筑物上进行。
如果必要的话，再进一步实施应对措施（见8.3.7）。
注：
应该注意到的是，在有些国家，NationalElectricaland/orSafetyRegulations可能禁止使用一些减缓技术。
所有情况下，实施中的NationalRegulations比杂散电流减缓需求更重要。
8.3.2直接排流跨接
在直接排流跨接中，电流可以向两个方向流动。
所以，直接排流跨接只可以用于这种情况：
当跨接与直流电流源的连接点处的电位比被干扰构筑物的电位更负时，即流入跨接的电流的方向绝不会逆转。
因为轨道和被干扰构筑物可以暂时的反转极性，所以在直流牵引系统上不应该安装直接排流跨接。
通过在跨接中使用电阻器，构筑物相对电解质的电位转移和电流便可以被限制。
也可以使用保险丝作为对抗过载的保护措施。
这种方法的目的不在于为被干扰构筑物提供阴极保护。
注：
举一个在某港口泊了很长时间的轮船的特例，该港口的钢板桩或设施（例如系缆桩或挡泥板）实施了阴极保护，轮船跨接于通过阴极保护或其他方式保护的构筑物上，这时应采取措施防止船体的杂散电流腐蚀。
应该注意到的是，这种做法不再为InternationalMarineOrganisation（IMO）所推荐，并且在危险区域或船装载/卸载可燃材料的地方需要特殊的预防措施。
（进一步的指导见“InternationalSafetyGuideforOilTankersandTerminals（ISGOTT）”,第四版，OilCompaniesInternationalMarineForum,1998。
）
8.3.3单向排流跨接
在单向排流跨接（即已知的极化电跨接）中，排流电流只朝一个方向流动。
所以，在被干扰构筑物的电位不比直流源的电位更正的地方（如直流牵引系统），则可以使用单向排流跨接。
如同直流排流跨接的情况，单向排流跨接中也有必要使用电阻器和保险丝来限制电流。
通过使用一个永久安装的感应电极，则可以对排流电流进行自动控制。
这种方法的目的也不在于为被干扰构筑物提供阴极保护。
8.3.4强制排流跨接
当直接或单向排流不足以从被干扰构筑物中排除所有杂散电流时，一般使用强制排流跨接（即已知的强制电排流），因为干扰构筑物不存在足够负的电位。
当杂散电流起源自直流牵引系统时，可以使用这项技术。
强制排流跨接在被干扰构筑物和干扰源之间包含了一个整流变压器。
当强制排流跨接用在管道和电缆上时，相比单向排流跨接，它可以保护更长的部分的杂散电流腐蚀。
对于轨道和被干扰构筑物之间较大且频繁的电压变化，排流电流和构筑物的电位也会大幅变化。
在这种情况下，使用自动控制的强制排流跨接，可以将被干扰构筑物的电位维持在比预设值更负的水平。
采用这项技术时，应仔细选择永久感应电极的适当位置。
8.3.5接地电极系统
接地电极系统可以提供与电解质（土壤）的金属的低电阻连接，从而减小电流直接从被干扰构筑物流入大地。
这种方法可以用于以下情况：
当干扰水平较低时，并且当被干扰构筑物被良好地电绝缘时，例如用在被来自HVDC传输系统或阴极保护系统的杂散电流干扰的长管道或电缆上。
使用牺牲阳极的接地电极系统一般不保护暴露于直流牵引系统的杂散电流中的构筑物。
8.3.6外加电流系统
当干扰水平较低时，可以使用外加电流系统来减轻杂散电流影响。
其目的在于减轻杂散电流的影响而不必要提供阴极保护。
当存在以下情况时，原则上应该考虑使用外加电流系统：
——被干扰构筑物具有涂层；
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