雜散電流是指在設計或規定迴路以外流動的電流，也被稱為“迷流”。它在土壤中流動，且與被保護管道系統無關。該電流從管道的某一部位B進入管道，該部分稱為陰極，電流沿管道流動一段距離後，又從管道C中流出，該部分稱為陽極，此處管道產生陽極氧化，即雜散電流腐蝕。雜散電流腐蝕本質上是電化學腐蝕，陽極腐蝕較為嚴重。如圖以直流牽引系統為例。
基本介紹
- 中文名：雜散電流
- 外文名：Stray Current
- 意義：在設計或規定迴路以外流動的電流
- 別稱：迷流
介紹,危害,干擾判斷,雜散電流防護,排流保護,陰極保護,其他防護措施,
介紹
雜散電流主要指不按照規定途徑移動的電流，它存在於土壤中，與需要保護的設備系統沒有關聯。這種在土壤中的雜散電流會通過管道某一部位進入管道，並在管道中移動一段距離後在從管道中離開回到土壤中，這些電流離開管道的地方就會發生腐蝕，也因此被稱為雜散電流腐蝕。雜散電流的輸出點有很多包括有外加電流陰極保護系統，DC電車系統，DC開礦以及焊接系統，高壓DC、AC傳輸線路。雜散電流有動態與靜態之分，隨時間變化大小或方向的為動態雜散電流，不發生改變的為靜態雜散電流。在雜散電流進入管道的部分，管道為陰極而得到保護，但是過大的電流進入時，這部分管道就會發生過保護。同時雜散電流離開管道的地方就會因為失去電子而腐蝕。確定管道是否已經受到雜散電流的干擾，可以通過檢測管道電位的變化與歷史數據比較來判斷。
分類
根據干擾源的性質，可以將雜散電流分為靜態干擾源和動態干擾源。靜態雜散電流指其他外加電流系統的電流被強制施加到埋地管線上，例如其他管道的陽極地床電流。動態雜散電流是指某電力傳輸系統（如火車、捷運、採礦作業等）通過管道外防腐層失效的區域進入埋地管道的電流。
根據干擾源的來源可以分為直流雜散電流、交流直流電流和地電流。直流雜散電流主要來源於直流電氣化鐵路、直流電解系統、直流電焊系統、高壓直流輸電線路、其他管道外加的陰極保護系統等。交流雜散電流主要來源於交流電氣化鐵路，高壓交流輸電線路等。而地電流是由於地磁場的變化感應產生的，它也會腐蝕埋地管線、對電氣設備和操作人員安全有一定的影響，但是相對而言數量比較小。
原因
雜散電流產生的原因很多也很複雜，並且容易受到外界環境因素的影響，但主要可以歸納為以下兩點：
（1）電位梯度。如果電場分布不均勻，存在電位梯度，那么金屬內部的自由電子會在電場力的作用發生定向移動，使金屬陽離子與電子分離，從而造成對埋地金屬管線的腐蝕。另外由於存在著電位梯度，電場會迫使部分電流從鐵軌中流出並流入土壤和埋地金屬管線中，然後再使電流從埋地金屬物中流出，流向大地再返回到牽引變電所的負極，形成對埋地管線的雜散電流腐蝕。
（2）電流泄露。電流泄露是雜散電流形成的一個主要原因，電流泄露主要是因為絕緣不良或接觸不好等原因造成的。電流泄露到埋地管道中時，由於電流的流動迫使金屬內部的自由電子發生定向移動，使金屬離子與電子分離，使得埋地金屬管線遭受腐蝕。
存在環境
雜散電流就是一種因外界條件影響而產生的一種電流.例如在電氣的高壓試驗中,直流泄漏或直流耐壓試驗中,因為高壓部分對地存在電容,從而有電流從這個電容流過.
由於電氣化鐵路、礦山、工廠、港口各種用電設備接地與漏電，在土壤當中也會形成雜散電流的循環。
指存在於預設的電源網路之外的電流，其主要來源一般為：1.電氣牽引網路流經金屬物（指鋪軌以外的金屬物）或大地返回直流變電所的電流；2.動力和照明交流電路的漏電；3.大地自然電流；4.雷電和電磁輻射的感應電流等。
電化學腐蝕過程
當雜散電流從走行軌泄露出去再通過道床、大地流入埋地金屬管線中，其中走行軌的A區是陽極，管道的B區為陰極；當雜散電路從管道中流出並通過大地、道床流入走行軌中時，管道的C區為陽極，走行軌的D區為陰極。由此可知，雜散電流所經過的通路實質上就是構成了兩個串聯的腐蝕電池。即：
電池1：A走行軌（陽極區）→道床、大地→B埋地金屬管線（陰極區）
電池2：C埋地金屬管線（陽極區）→大地、道床→D走行軌（陰極區）
根據電化學腐蝕特點，可知埋地管線的陰極區帶負電，一般不會受到腐蝕的而影響，但是若電位過負，有可能發生析氫腐蝕，造成管線防腐層的剝離；而在埋地管線的陽極區則會發生激烈的電化學腐蝕，若管道上比較潮濕，可以很明顯的看見反應現象。
當外界環境不同時，在管道上會發生不同的電化學反應，其腐蝕反應方程如下：
（1） 析氫腐蝕
陽極：2Fe→2Fe+4e
陰極：4H+4e→2H2↑ （無氧酸性）
4H2O+4e→4OH+2H2↑ （無氧中性、鹼性）
（2） 吸氧腐蝕
陽極：2Fe→2Fe+4e
陰極：O2+2H2O+4e→4OH （有氧酸性）
上述兩種反應通常都會生成Fe(OH)2,但是Fe(OH)2很不穩定，從管道表面析出時很容易受到氧化變成Fe(OH)3。生成的Fe(OH)2會繼續被介質中的氧氣氧化成棕色的Fe2O3·2xH2O（紅鐵鏽的主要成分），而Fe(OH)3可以進一步生成Fe3O4（黑鐵鏽的主要成分）。雜散電流會將金屬電解分解成氧化物或鹽類，雜散電流具有集中腐蝕的特點，若雜散電流集中於管道的某一點，那么經過很長的時間後，管道很容易被腐蝕形成貫穿性小孔，導致管道的腐蝕穿孔。若防腐層破損點面積越小，管道越容易被腐蝕穿孔。
危害
對走行軌及其附屬檔案的腐蝕
牽引電流通過走行軌回流到牽引變電所，如圖2-1所示，由於走行軌對地不能完全絕緣，所以會有部分電流從走行軌泄漏到大地中去，此時走行軌處於腐蝕電池的陽極，很容易受到腐蝕。資料表明，軌道的雜散電流腐蝕在隧道內及岔道等地方更為明顯，有些地方2～3年就需要重新換軌。
走行軌及其附屬檔案的腐蝕一般都發生在與其它物體的接觸面上，這些腐蝕很難從外面發現，等到發現時就需要更換鋼軌等等，因此危害很大。
對鋼筋混凝土結構的破壞
雜散電流會腐蝕鋼筋混凝土結構中的鋼筋，但並不對混凝土本身產生影響。當雜散電流流入鋼筋混凝土結構中時，鋼筋為陰極，會發生析氫腐蝕，而產生的氫氣無法逸出，所以會形成等靜壓力，使鋼筋與混凝土脫開。當雜散電流流出鋼筋時，鋼筋為陽極，會發生腐蝕產生鐵鏽等產物，會增加鋼筋本身的體積，使混凝土內部形成很大的壓力而促使其開裂。要維修與更換遭受破壞的鋼筋混凝土結構是非常困難的。
對埋地管線的腐蝕
目前埋地管線主要有天然氣管道、自來水管、供暖管道、石油管道、電纜等，很容易聚集雜散電流，遭受腐蝕。若管線距離捷運系統或輸電線路比較近時，很容易受到雜散電流的影響，所以在設計與建設過程中應加以重視。
對人身安全的威脅
當埋地管道與高壓交流輸電線路接近或交叉時，交流輸電線路產生的電流通過磁耦合在管道上產生感應電壓，使管道對地電位不為零。若管道電壓過高，可能會對操作和維護人員的人身安全構成威脅。
在捷運系統中，當牽引電流回流不暢，並且造成大量的雜散電流流入大地中時，會導致鋼軌與結構鋼筋之間電壓升高，對站台乘客的人身安全造成威脅。
影響電氣設備的正常工作
在雜散電流嚴重的地段，可能導致陰極保護電位儀報警、工作中斷，也可能使某些電氣設備發生誤動作等，影響電氣設備的正常工作。如果軌道與軟枕之間絕緣損壞，將會產生很大的雜散電流，可能會燒毀排流櫃。
對通信產生的影響
受電弓（靴）產生的電猝發與浪涌是組成城市雜波的重要組成部分，會對周圍的通信設備造成干擾。另外車輛內的接觸導線是高次諧波的發射天線，其產生的敷設會污染近距離的電磁環境。
異常腐蝕
當把線路引入運轉庫、修理庫及交檢庫等建築物時，如果絕緣施工不良會使鋼軌與建築物之間發生某種程度的電連線，從而使泄露電流變大，產生異常劇烈的雜散電流腐蝕。
干擾判斷
直流雜散電流干擾的判別方法有外觀判別法和電氣判別法。
（1）外觀判斷法
對埋地管道來說，如果受到直流雜散電流的腐蝕，其外觀是：孔蝕傾向大，創面光滑、邊緣比較整齊，有時有金屬光澤，腐蝕產物似炭黑色粉末，無分層現象，有水存在且腐蝕激烈時，可以明顯觀察到電解過程。但是在土壤電阻率大於10000 的情況下，一般很難發生雜散電流腐蝕。
相比而言，自然腐蝕的外觀特徵是：腐蝕產物為黑色或黃色，銹層比較鬆弛，孔蝕傾向小，創面不光滑，邊緣不整齊，清除腐蝕產物後表面粗糙。
（2）電氣判斷法
由於雜散電流難以直接測量，所以對於管道是否受到雜散電流影響，目前通常是按管地電位較自然電位正向偏移值來判斷，如果管地電位較自然電位正向偏移值難以測量時，可採用土壤電位梯度來判定雜散電流強弱程度。根據我國石油行業標準《埋地鋼製管道直流排流保護技術標準》（SY/T 0017-2006）規定：當管道任意點上的管地電位較自然電位正向偏移20mV或管道附近的土壤電位梯度大於0.5mV/m時，則認為有直流雜散電流干擾；當管道任意點上的管地電位較自然電位正向偏移100mV或管道附近的土壤電位梯度大於2.5mV/m時，應及時採取防護措施。歐盟標準EN50162規定可以使用管地電位較自然電位偏移值、管地電位波動、管道附近的土壤電位梯度和管道中的電流值四種方法判斷是否存在雜散電流干擾。
表1 我國直流干擾程度判斷標準
管地電位正向偏移值（mV） | 直流干擾程度 |
<20 | 弱 |
20～200 | 中 |
﹥200 | 強 |
表2 我國雜散電流強弱判斷標準
土壤電位梯度 （mV/m） | 雜散電流強弱程度 |
﹤0.5 | 弱 |
0.5～5 | 中 |
﹥5 | 強 |
交流雜散電流干擾判斷：在《埋地鋼製管道交流排流保護技術標準》SY/T 0032-2000中根據土壤酸鹼性來確定排流效果的指標：在弱鹼性條件下，交流干擾電壓應≤10V；在中性條件下，交流干擾電壓≤8V；在酸性條件性，交流干擾電壓≤6V。而國外則是從人身安全和管道腐蝕角度進行評價，歐洲標準CEN/TS 15280使用交流電流密度、交直流電流密度比等作為評價標準
雜散電流防護
排流保護
方式 | 直接排流 | 極性排流 | 強制排流 | 接地排流 |
適用範圍 | 被干擾管道存在確定的陽極區 | 被干擾管道上管地電位正負交變 | 軌道與管道之間電位差較小 | 不能直接向干擾源排流的被干擾管道 |
優點 | 簡單經濟 效果好 | 安裝簡便 套用範圍廣 | 保護範圍大 其他排流方式不能套用的特殊場合 | 套用範圍廣 對其他設施干擾較小 |
缺點 | 套用範圍有限 | 管道距離鐵軌較遠時保護效果差 | 需要使用電源 加劇鐵軌腐蝕 | 效果較差 需要輔助接地床 |
陰極保護
方法 | 強制電流 | 犧牲陽極 |
優點 | 保護範圍大 不受土壤電阻率的限制 工程量越大越經濟 保護裝置壽命長 | 不需要外部電源 對鄰近金屬構築物干擾較小 管理工作量小 工程量小時比較經濟 |
缺點 | 需要外部電源 對鄰近金屬構築物有干擾 管理維護的工作量大 | 高電阻率環境不經濟 防腐層差時不適用 輸出電流有限 |
其他防護措施
對於船舶停泊的港口附近有發電廠，直流電氣化鐵路和過江電纜時，應注意監測有無雜散電流的存在，並通過測量判斷雜散電流源的方向和位置。
不允許利用海水、江水放電、降壓，不得使用破損的電纜線，以免產生雜散電流。
在大船上進行長期的電焊作業時，應將電焊機全套搬到船體上。
船舶供電系統、電氣設備等必須絕緣良好，定期檢查，防止漏電。
