交流电流知识点总结

交流电流知识点总结（精选4篇）

交流电流知识点总结 篇1

一、部分电路欧姆定律 电功和电功率

(一)部分电路欧姆定律

1．电流

(1)电流的形成：电荷的定向移动就形成电流。形成电流的条件是：

①要有能自由移动的电荷；

②导体两端存在电压。

(2)电流强度：通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值，叫电流强度。

①电流强度的定义式为：

②电流强度的微观表达式为：

n为导体单位体积内的自由电荷数，q是自由电荷电量，v是自由电荷定向移动的速率，S是导体的横截面积。

(3)电流的方向：物理学中规定正电荷的定向移动方向为电流的方向，与负电荷定向移动方向相反。在外电路中电流由高电势端流向低电势端，在电源内部由电源的负极流向正极。

2．电阻定律

(1)电阻：导体对电流的阻碍作用就叫电阻，数值上：。

(2)电阻定律：公式：，式中的为材料的电阻率，由导体的材料和温度决定。纯金属的电阻率随温度的升高而增大，某些半导体材料的电阻率随温度的升高而减小，某些合金的电阻率几乎不随温度的变化而变化。

(3)半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间，如锗、硅、砷化镓等。

半导体的特性：光敏特性、热敏特性和掺杂特性，可以分别用于制光敏电阻、热敏电阻及晶体管等。

(4)超导体：有些物体在温度降低到绝对零度附近时。电阻会突然减小到无法测量的程度，这种现象叫超导；发生超导现象的物体叫超导体，材料由正常状态转变为超导状态的温度叫做转变温度Tc。

3．部分电路欧姆定律

内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比。

公式：

适用范围：金属、电解液导电，但不适用于气体导电。

欧姆定律只适用于纯电阻电路，而不适用于非纯电阻电路。

伏安特性：描述导体的电压随电流怎样变化。若件叫线性元件；

图线为过原点的直线，这样的元若图线为曲线叫非线性元件。

(二)电功和电功率

1．电功

(1)实质：电流做功实际上就是电场力对电荷做功，电流做功的过程就是电荷的电势能转化为其他形式能的过程。

(2)计算公式：

适用于任何电路。

2．电功率 只适用于纯电阻电路。

(1)定义：单位时间内电流所做的功叫电功率。

(2)计算公式：适用于任何电路。

3．焦耳定律 只适用于纯电阻电路。

电流通过电阻时产生的热量与电流的平方成正比，与电阻大小成正比，与通电时间成正比，即

(三)电阻的串并联

1．电阻的串联

电流强度：

电 压：

电 阻：

电压分配：，功率分配：

2．电阻的并联

电流强度

电 压，电 阻

电流分配，功率分配即P=P1+ P2+…+Pn，注意：无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率P是等于各个电阻耗电功率之和，二、闭合电路欧姆定律

(一)电动势

电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，例如一节干电池的电动势E=1.5V，物理意义是指：电路闭合后，电流通过电源，每通过lC的电荷，干电池就把1.5J的化学能转化为电能。

(二)闭合电路的欧姆定律

1．闭合电路欧姆定律

闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比：。

常用表达式还有：

和

2．路端电压U随外电阻R变化的讨论

电源的电动势和内电阻是由电源本身决定的，不随外电路电阻的变化而改变，而电流、路端电压是随着外电路电阻的变化而改变的：

(1)外电路的电阻增大时，I减小，路端电压升高；

(2)外电路断开时，R=

。路端电压U=E；

(3)外电路短路时，R=0，U=0，(短路电流)．短路电流由电源电动势和内阻共同决定．由于r一般很小。短路电流往往很大，极易烧坏电源或线路而引起火灾。

路端电压随外电阻变化的图线如图所示。

3．电源的输出功率随外电阻变化的讨论

(1)电源的工作功率：电功率。

(2)内耗功率：

(3)输出功率：

。，这个功率就是整个电路的耗电功率，通常叫做电源的供，式中U为路端电压。

特别地，当外电路为纯电阻电路时，由大，且最大值 得，故R=r（内、外电阻相等）时最为，图线如图所示。

可见，当R＜r时，R增大，输出功率增大。

当R＞r时，R增大，输出功率减小。

三、电阻的测量

(一)伏安法测电阻

1．原理

，其中U为被测电阻两端电压，I为流经被测电阻的电流。

2．两种测量电路——内接法和外接法

(1)内接法

电路形式：如图所示。

误差：

适用条件：当R＞＞RA，即内接法适用于测量大电阻。

(2)外接法

电路形式：如图所示。

测量误差：

3．怎样选择测量电路

，即R测＜Rx

适用条件：R＜＜Rv即外接法适用于测小电阻。

(1)当被测电阻Rx的大约阻值以及伏特表和电流表内阻RVRA已知时；

若，用内接法。

若，用外接法

(2)当Rx的大约阻值未知时．采用试测法，将电流表、电压表及被测电阻Rx按下图方式连接成电路；接线时，将电压表左端固定在a处，而电压表的右端接线柱先后与b和c相接，与b相接时，两表示数为(U1，I1)，当与c接触时，两表示数变为(U2，I2)；

若即电压表示数变化大．宜采用安培表外接法。

若即电流表示数变化较显著时，宜采用安培表内接法。

4．滑动变阻器的两种接法——限流式和分压式

(1)限流式：如图所示，即将变阻器串联在电路中。在触头P从变阻器左端移动到右端过程中，电阻Rx上的电压变化范围为：

（忽略电源内阻）

(2)分压式：如图所示，当触头P从变阻器左端移动到右端过程中，电阻Rx上的电压变化范围是0～E(忽略电源内阻)。

若要求待测电阻的电压从0开始变化时，变阻器一定采用分压式。

(二)用欧姆表测电阻

1．欧姆表的构造

欧姆表构造如图所示，其内部包括电流表表头G、电池E和调零电阻R

2．原理

当红、黑两表笔短接时．如图(甲)所示，调节R，使电流表指针达到满偏电流(即调零)，此时指针所指表盘上满刻度处．对应两表笔间电阻为0，这时有：笔间的电阻相当于无穷 大，R=。

当两表笔间接入待测电阻R，时，如图(丙)所示，电流表的电流为：

当红、黑表笔断开，如图(乙)所示，此时，指针不偏转，指在表盘最左端，红、黑表

当Rx改变，Ix随之改变，即每一个Rx都有一个对应的Ix，将电流表表盘上Ix 处标出对应Rx的Rx值，就制成欧姆表表盘，只要两表笔接触待测电阻两端，即可在表盘上直接读出它的阻值。由于Ix 不随Rx均匀变化，故欧姆表表盘刻度不均匀。

3．合理地选择挡位

由于欧姆表表盘中央部分的刻度较均匀，读数较准，故选用欧姆表挡位时，应使指针尽量靠近中央刻度。

4．欧姆表使用时须注意

(1)使用前先机械调零，使指针指在电流表的零刻度。

(2)要使被测电阻与其他元件和电源断开，不能用手接触表笔的金属杆。

(3)合理选择量程，使指针尽量指在刻度的中央位置附近。

(4)换用欧姆挡的另一量程时，一定要重新调零。

(5)读数时，应将表针示数乘以选择开关所指的倍数。

(6)测量完毕，拔出表笔，开关置于交流电压最高挡或OFF挡。若长期不用，须取出电池。[典型例题]

例

1、如图所示电路中，电阻R1、R2、R3的阻值都是1Ω，R4、R5的阻值都是0.5Ω，ab端输入电压U=6V，当cd端接伏特表时，其示数是________V；ab端输入电压U=5V，当cd端接安培表时，其示数是_________A。

例

2、如图所示，E=6V，r=1Ω，当R1=5Ω，R2=2Ω，R3=3Ω时，平行板电容器中的带电微粒正好处于静止状态，当把R1、R2、R3的电阻值改为Rˊ1=3Ω，Rˊ2=8Ω，Rˊ3=4Ω，带电微粒将做什么运动？

例

3、如图所示的电路中，R1为滑动变阻器，电阻的变化范围是0～50Ω, R2=1Ω，电源的电动势为6V，内阻

为2Ω，求滑动变阻器R1为何值时，（1）电流输出功率最大；

（2）消耗在R1上的功率最大；

（3）消耗在R2上的功率最大；

说明：

对于电源，有三种意义的电功率：

（1）总电功率P总=P出+P内=EI。

（2）输出功率P出=UI

（3）电源内阻发热损耗的电功率P内=I2r

电源的效率则是=×100%=×100%=×100%

电源的输出功率最大时是否是效率最高呢？

下面我们来讨论这个问题

当电源电动势E和内电阻r一定时，电源的输出功率（外电路的总功率）P出=I2R

随负裁电阻R的变化是非单调的变化。

将I=代入上式可得P出=I2R=

R==，由上式可得，当R=r时，P出最大，且P出m=有两个可能的外电阻值。

=。

P出随负载电阻及变化的曲线，如图所示，由图可见，对于同一输出功率（P出m除外），当电源有最大输出功率时，电源的效率=

而当R

当R时（外电路断路），0时（外电路短路），0 1，×100%=50%

所以并非电源有最大输出功率时，效率就高。

例

4、如图所示的电路中，R1与R3为定值电阻，R2是滑动变阻器。若变阻器的滑动端向右移动，使R2的阻值增大，则安培表的示数将_________。

例

5、阻值较大的电阻R1、R2串联后，接入电压U恒定的电路，如图所示。现用同一电压表分别测量R1、R2的电压，测量值分别为U1和U2，则：（）

A、U1+U2=U

B、U1+U2＜U

C、U1/U2=R1/RD、U1/U2≠R1/R例

6、在如图所示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电阻器R1、R2及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某学生想先将万用表的红表笔连接在电源的正极a, 再将黑表笔分别连接在电阻器R1的b端和R2的c端，并观察万用表指针的示数，在下列选挡中，符合操作规程的是：（）

A、直流10V挡

B、直流0.5A挡

C、直流2.5V挡

交流电流知识点总结 篇2

电流是摸不着，看不着的，电流的强弱只有间接地通过电流效应的大小来判断。课本是通过“流过手电筒的电流和流过汽车灯的电流，强弱是不一样的”来引出电流的强弱。通过可观察到的现象来获得不可直接感受的信息，这是一种很重要的科学研究问题的方法。

1、从能量的角度认识电源和用电器的作用

2、会读、会画简单的电路图

知识和技能基本要求：

1、初步认识电流、电路及电路图

2、知道电源和用电器

3、从能量转化的角度认识电源和用电器

1、电源和用电器：电源是在电路中提供电能的装置，用电器是消耗电能的装置。常见的电源有干电池，铅蓄电池，发电机等；常见的用电器：灯泡、音乐门铃

2、电路的组成及各部分的基本作用把电源、开关、用电器用导线连接起来组成的电流的路径叫电路。一个完整电路应该包括电源、开关、用电器、导线四种电路元件。其中电源是提供电能的装置，它能维持电路中有持续的电流；用电器是利用电流工作的设备，如电灯、电视机、电动机等，它能将电能转化为其他形式的能量；开关用来控制电路的通与断，起着控制电流的作用，当开关闭合时，电路中有电流，用电器工作；当开关断开时，电路中没有电流，用电器停止工作。注意：开关不是用电器，它不消耗电能；导线是将电源、用电器、开关连接起来，形成电流的路径，用来输送电能。

注意：在连接电路时不能把电池的两端直接连在一起

＊电路的三种状态

“通路”就是在一个完整的电路中，有电流通过。“断路”就是电路中没有电流通过，造成断路的原因，可能是开关没有闭合、接线处松动、导线断了，也可能是用电器损坏。“短路”就是电源的正负两极间没有用电器，而用导线直接相连。短路时因为电阻小，电流会很大，电源和导线会因发热过多而烧坏，甚至会引起火灾，烧毁电器设备，这是绝对避免的。但是，部分电路的短路则可以用来控制某一段电路中电流的有无。

3、正确认识导体和绝缘体

导体和绝缘体的区别是由于其内部的导电机制不同。导体容易导电是因为导体中有大量的自由电荷，电荷能从导体的一个地方移动到另外一个地方；例如：金属导体内部有大量的自由电子，酸、碱、盐的水溶液中有大量的正、负离子。当导体两端接入电源的正、负极时，这些做无规则运动的自由电荷就会发生定向移动形成电流。在绝缘体中，电荷几乎都被束缚在原子范围内，不能自由移动，可以移动的自由电荷很少，一般情况下即使将绝缘体接在电源的两极之间，也不能形成电流。但是，绝缘体不是绝对的，是有条件的，当条件改变时，绝缘体就可能导电，例如玻璃是绝缘体，但把玻璃加热到红炽状态时，它就成了导体，所以导体和绝缘体之间没有绝对的界限。

4、电流的方向：

当把用电器连接在电池的正负两极时，电流沿着：正极 →用电器→负极，发光二极管是既有单向导电性，又有发光功能的电子元件

＊从科学的角度解释：电流是由电荷的定向移动形成的。形成电流的电荷可以是正电荷，也可以是负电荷。在金属导体中能自由移动的电荷是自由电子，在酸、碱、盐溶液中能自由移动的电荷是正、负离子。

通常情况下，自由电荷做无规则运动，此时，并不形成电流，只有当这些自由电荷发生了定向移动时才能形成电流。当用金属导体将电源两极连接起来时，金属导体中的每一个自由电子都受到正电荷的吸引，结果自由电子向某一方向定向移动形成了电流。

5、怎样画好电路图

应完整地反映电路的组成，即要把电源、用电器、导线和开关都画在电路之中，不能遗漏某一种电路元件，要特别注意电源的极性及导线交叉时是否相连。

规范地使用电路元件的符号，熟悉课本中电路元件的符号，并在画电路图时正确地使用它们。

合理地安排电路元件的符号，应尽可能让这些元件符号均匀地分布在电路图中，使画成的电路图清楚美观。

交流电流知识点总结 篇3

吴长访

李荣光

刘玲莉

摘要：随着经济建设的开展，管道遭受到交流杂散电流干扰的危害将日益严重，并必将引起普遍重视。本文介绍了交流杂散电流的危害以及国内目前检测方法和评价指标；参照目前的行业标准对铁秦线管道交流杂散电流干扰问题进行了研究，分析了目前的排流减缓措施，采取钳位式排流装置较好的解决了现场实际问题；最后结合国内外的研究成果对管道交流杂散电流干扰的检测和评价技术进行了总结分析。

关键词：管道

交流杂散电流

排流

腐蚀

一、交流杂散电流干扰的危害

随着经济建设的快速开展，管道与交流输电线路、交流电气化铁路及其它电气设施交叉、接近或共用公共走廊的现象越来越普遍，交流杂散电流流入管道的情况越来越多，交流干扰造成埋地管道干扰腐蚀破坏的风险越来越大。管道和交流线路并行通过，必然会对附近埋地管道产生交流杂散电流干扰影响，并引起交流腐蚀。交流杂散电流干扰问题变得日益严重并引起大家的普遍重视，交流杂散电流干扰对埋地管道的影响主要包括：

1〕容性耦合〔电感应〕：施工期间的管道与强电线路会产生容性耦合作用，由于管道与强电线路间电容小、容抗大，因此会产生很强的纵向电势，但是管道通常有良好的绝缘防腐层，内阻很高，因此产生的威胁一般不大，在施工期间采取适当的接地就可以防止。

2〕阻性耦合：当管道与强电线路的接地体邻近时，接地体上的电流流入地下，会通过管道与接地体之间电阻产生耦合作用，可能产生电弧击穿管道防腐层，严重的可能烧穿管道，击穿绝缘法兰和阴极保护设备。对阻性耦合的防护主要是加大管道与接地体的距离，并采取措施防止雷电和故障电流对管道的有害影响，以保护管道和人身平安。

3〕磁感应耦合〔电磁场感应〕：对与强电线路近间距长距离平行的管道，磁感应耦合方式是产生危害的最主要方式。当管道与强电线路平行时，根据法拉第电磁感应定律，处于交变磁场中的管道上会产生感生电压和感生电流，从而产生危险，轻者产生持续干扰造成管道交流腐蚀，严重的会威胁到管道和操作人员的平安。对磁感应耦合的防护除了在设计阶段与强电线路保持适当距离外，还应从管道本身采取防护措施主要有接地排流。

二、交流杂散电流干扰的检测及评价指标

交流杂散电流干扰的检测主要是干扰电压测试，需要进行管道交流参数现场测量，遵照石油行业标准SY/T

0032-2000?埋地钢质管道交流排流保护技术标准?，测试方法如图1所示。

吴长访、男、工程师、中国石油管道公司科技研究中心防腐所〔检测中心〕、腐蚀防护、河北廊坊金光道51号、065000、0316-2170719、cfwu@petrochina

对于交流杂散电流干扰的评价指标，石油行业标准SY/T

0032-2000?埋地钢质管道交流排流保护技术标准?中规定了交流排流保护效果评价指标：在弱碱性土壤中，管道交流干扰电压≤10V；在中性土壤中，管道交流干扰电压≤8V；在酸性土壤或盐碱性环境时，管道交流干扰电压≤6V。

图1

管道干扰电压测试原理示意图

三、交流杂散电流干扰的减缓措施

对于管道交流杂散电流干扰问题可采用的措施：1〕在有干扰的管段，加强防腐涂层质量；2〕正在施工的管道，为消除静电干扰，需做接地处理；3〕在管道工作人员可接触部位，安装接地栅极或电解接地电池；4〕接地排流。

接地排流就是将管道上感应的交流电排放到大地中去，消除交流电压对人身及设备的危害，排流接地极与阴极保护的辅助接地极没有任何区别。一般接地体材料使用废钢即可，无特殊要求，但其接地电阻应尽可能地小，不宜大于0.5Ω，可以通过增加接地体的并联根数，或采用盐等减阻剂进行处理，接地体埋设在距防护管道30m以外的管道一侧。

〔1〕直接接地排流：直接接地排流的优点是设备比拟简单，缺点是阴极保护电流将在接地点入地，大大缩短保护距离，降低保护效果。

〔2〕排流节排流：如果将排流接地体直接与管道连接，由于接地电阻很小，保护电流流失，相当大面积的防腐层破坏，阴极保护电流量增加，以致破坏阴极保护正常运行，所以必须增加排流节，排流节排流通常采用钳位式排流法。

钳位式排流法原理如图2所示，在排流节的分支电路中，其中一分路串入一只硅二极管，另一分路中反向串入两只硅二极管。一般硅二极管的正流结压降为0.7V，当交流电压为上正下负时，整流模块ZLl导通，管道对地电压为正0.7V。当交流电压为上负下正时，整流模块ZL2导通，管道对地电压稳定在负1.4V左右，此值与阴极保护电位要求相符合，不仅不会使阴极保护电流增加，相反还利用干扰电流的局部，不会对阴极保护正常运行造成损害。这种作用是利用硅二极管的“钳位〞特性，所以称钳位排流法。

图2

钳位式排流装置

四、现场检测与评价

铁秦线管道在锦州附近与秦沈客运专线铁路接近，近距离平行段有大约10km〔266#～276#〕。图3为铁秦线管道干扰段管道走向示意图，检测结果管道交流电位最大值如图4所示。干扰段除276#桩外，管地交流电位最大值均超过6V，其中271#桩最大值到达167V，远远超出标准规定，靠近锦州变电所附近管道受到的干扰尤为严重。

图3

铁秦线干扰管段走向示意图

图4干扰管段交流干扰电位最大值

由于钳位式排流装置接于管道和大地之间，既能将管道上产生的感应电压以电流的方式排放掉，又保证了管道阴极保护所需的负电位,可以解决管道正常运行和感应电压危及人身设备平安的问题。因此针对现场交流干扰实际情况，在干扰段设置6处钳位式排流装置，具体分布如图5所示。

图5干扰段排流装置分布图

图6

排流后管地交流电位分布图

图6为干扰段排流后的交流电位分布，最大值从167V降低到缺乏30V，干扰段交流电位平均值均低于5V，满足石油行业标准SY/T

0032-2000?埋地钢质管道交流排流保护技术标准?中的规定值，干扰段管道存在的交流干扰问题得到较好的解决。

五、总结分析

对于交流杂散电流干扰问题，目前还没有形成统一一致的机理认识，不同国家和行业的处理方式存在很大不同。我们国家石油行业标准SY/T

0032-2000?埋地钢质管道交流排流保护技术标准?中规定的交流排流保护效果评价指标开始仅适用于石油沥青涂层，对于目前的主流涂层3PE、FBE的适用性还有待于加强研究。

交流电流知识点总结 篇4

陈 亮 中国石油天然气管道局管道投产运行公司

【摘要】：本文重点阐述了电气化铁路交流杂散电流对埋地燃气管道腐蚀的基本原理，分析杂散电流的特点，并根据这些特点提出对埋地燃气管道采取的防护措施。

【关键词】：电气化铁路、交流杂散电流、干扰腐蚀、管道防护

一、前言

铁路是国家的重要基础设施，大众化的交通工具和综合运输体系的骨干，肩负着为全面建设小康社会提供运力支持，当好国民经济发展先行的重任。随着《中国铁路中长期发展规划》的出台，各地纷纷兴起高铁投资热潮。至2020年，中国将建成“四纵四横”高铁网，贯穿环渤海地区、长三角、珠三角三大城市群，这意味着，我国已正式步入高铁时代！

管道运输是当今油气工业重要的运输手段，其输量大、运费少的优点非常突出，为满足各地不断增长的能源需求，中国的许多省份也在加快速度建设天然气管道项目，天然气行业的发展同时带来了机遇，省级天然气管网的里程也与日俱增。在管道与铁路的设计建设过程中，不可避免出现并行、交叉、穿跨越敷设的情况，埋地天然气金属管道将会受到电气化铁路的交流干扰，若处理不当，将会形成较大危害。因此，探索电气化铁路对埋地天然气金属管道的干扰规律并采取相应的预防措施，降低电气化铁路对埋地金属管道的干扰

影响，对于保证天然气管道的安全、平稳运行具有十分重要的意义。以山西省太原为例，目前在建的“大西铁路客运专线”以及建成的“石太铁路客运专线”存在多处穿跨越或近距离平行于山西省高压天然气管道。本文结合对“大西铁路客运专线”与山西省高压天然气管道近距离平行或交叉穿跨越路段所进行的工程安全咨询评估的相关研究内容以及在实际建设过程中所采取的解决方案，浅析电气化铁路对钢质燃气管道的交流干扰与防护技术。

二、电气化铁路牵引供电方式

我国电气化铁路采用的牵引供电方式有：有自耦变压供电（简称AT供电）、直接供电（简称TR供电）、吸流变压器供电（简称BT供电）和带回流线的直接供电（简称DN供电）等供电方式。牵引网是由馈电线、接触网、钢轨及回流线组成的供电网络。目前，在建的“大西铁路客运专线”；“原平—西安段”即为正线采用AT 供电方式，联络线及既有线改线部分采用带回流线的直接供电方式。

最简单的牵引网是由馈电线、接触网、轨道和大地、回流线构成的供电网的总称。如：（图1所示），牵引电流从牵引变电所主变压器流出，经由馈电线送到接触网后，由受电弓引入机车，而后经机车接地电刷、轮轴，沿轨道和大地、回流线流回牵引变电所。

三、电气化铁路对埋地钢质燃气管道的交流干扰

3.1 交流干扰的产生

按照电磁场理论分析，强电线路（含电气化铁路牵引系统）对金属管道的交流干扰主要是通过阻性耦合、容性耦合、感性耦合3种方式来进行。

（1）阻性耦合的产生

阻性耦合主要是由于故障电流和杂散电流流过干扰源的接地体，造成大地电位上升，当管道通过这个区域时，管道本身相当于远方零电位，这样就在管道上产生一个电压差，以离接地体最近为最高。上产生一个电压差，以离接地体最近为最高。

在正常供电方式时，干扰源杂散电流一般很小，但对“二线一地”或“一线一地”的供电方式，其接地极是工作电流的通道，当管道靠近接地电极时，由于金属管道本身良好的导电性能，管道上将有杂散电流存在。

在故障情况下，由于故障电流引起的大地电位上升是很危险的。由于故障电流大，几百安培或几千安培通过接地体入地，在其周围形成一个强大电场，它可能产生电弧烧穿金属管道，击毁管道防腐绝缘层和阴极保护设备，当强大的电场作用在管道覆盖层的缺陷处时更会导致电弧的形成，当电弧达到足够的量和较长时间的流通时便会造成钢管融化。如果钢管离接地体的距离太小，可能会直接引起相当于高电流的电弧击穿，而钢管上的覆盖层限制了电弧的转移，这样，电弧作用集中在微小的一块面积上，增加了融化的危险。

（2）容性耦合的产生

容性耦合是由于交流电场的影响在导体中产生的电位而形成的。容性耦合主要发生在管道施工期间，因为管道本身带有防腐绝缘层，使得输电系统的相线和管道、管道和大地之间存在电容，如果输电线路和金属管道平行，管道就有可能存在容性耦合电压。

（3）感性耦合的产生

感性耦合是当管道和强电线路近距离平行接近或斜接近时，当电流在一条相导线中流动时，在导线周围即可产生交变磁场，该磁场作用在管道上产生干扰电压。在三相输电系统中，若三相电流相等，且三相架空导线与管道轴线距离相等，则在管道上产生的综合感应电压为零。但在大多数结构中，三相导线与管道是不对称的，管道中会形成一定的感应电压。感应电压的大小和平行于强电线路的管道长度、输电线路不平衡电流的大小、输电线路的频率、导线和线路的距

离、管道覆盖层的电阻、管道周围的土壤电阻率、管道的纵线电阻、干扰源的系统性质等有关。

根据上述分析，当管道埋入地下后，电气化铁路对钢质燃气管道的容性耦合干扰可以忽略不计，只存在着一定程度的阻性耦合干扰和感性耦合干扰。

3.2 交流干扰的危害

交流电力线路对埋地钢制燃气管道的电磁影响主要涉及对人身安全的影响、对管道及其阴极保护设备安全的影响以及对管道的交流腐蚀等问题。3.2.1对人身安全的影响

当管道与交流输电线路接近且输电线路正常运行时，线路中工作电流会通过磁耦合长时间在管道上产生纵向感应电动势，使得金属管道的对地电压升高。若该电压较高，可能影响施工、维修或测量人员的正常工作，当交流输电线路发生短路故障时，产生的交流干扰可能危及人身安全。3.2.2 对管道安全影响

在管道的金属表面一般都会敷设防腐层，具有较高电阻和较高介电常数，以防止土壤中有害物质腐蚀金属管道。当交流输电线路发生短路故障时，短路电流通过感性耦合和阻性耦合的综合影响在管道上产生较高的对地电压，可能击穿防腐层。

3.2.3 对管道阴极保护设备影响

在管道上设臵阴极保护设备是为避免防腐层漏敷及破损处的金属表面产生腐蚀。交流输电线路正常运行情况下，工作电流通过感性耦合在油气管道上产生电压，可能干扰强

制电流阴极保护的恒电位仪和牺牲阳极阴极保护的牺牲阳极的正常工作。例如：强制电流阴极保护的KKG-3 型和KKG-3BG 型恒电位仪的抗交流干扰能力分别为12V 和30V；牺牲阳极阴极保护的镁牺牲阳极的抗交流干扰能力为10V。这在目前的新建管道已经几乎不适用。3.2.4 管道的交流腐蚀

研究表明，管道的交流腐蚀主要发生在绝缘性能较高的涂层上。铺设在同一环境下的管道，当管道外防腐层选用石油沥青等级别的防腐层时，即便有交流干扰电压的产生，一者是由于其绝缘性能较低，所以干扰电压不会太高，另一方面则由于管道防腐层上所存在的较多的漏点而会使感应的交流电压随时排入地下，因此，管道反而不会产生交流腐蚀。近几年国外的腐蚀调查报告中与研究文献中，每年都有大量有关交流腐蚀导致管线腐蚀的报道与案例。在国内的管道中，也同样存在交流腐蚀及电磁耦合对管道监测设施与阴极保护设施带来危害的案例。但是关于交流腐蚀的机理，目前尚未有统一的解释。国外研究表明，交流电流密度是决定交流腐蚀的一个主要因素而不是平常的交流电压。

虽然交流电流腐蚀可以通过提高阴极保护的保护电位得到抑制，在交流干扰下，阴极保护电位应控制在什么水平目前仍存在争议。之前，一般认为根据行业标准施加阴极保护，能有效控制交流腐蚀。然而最近国内外发现，虽然阴极保护电位有效在标准规定范围内，但由于交流干扰的存在，管道仍发生了腐蚀。研究还表明，但当交流电流密度较大时，增加阴极保护的保护电位可能导致PH值增加，减小涂层缺陷

处的接触电阻，可能导致相反的作用——即加速腐蚀，其发生腐蚀的风险越高，与一般的理论相反。

四、西气东输交流干扰腐蚀实例

西气东输管道宁陕西段管道在宁-GX-18～宁-GX-65约52km的管段上受到来自包兰电气化铁路的交流干扰，ECDA直接评价过程中，开挖检测验证点NS-39位于该区域宁-GX-59测试桩上游约104.6m处，防腐层缺陷发生在弯头的FBE涂层上，时钟位臵为12点，磕伤形状为长形3.0cm，黄褐色锈迹从FBE涂层下渗出，清除松动涂层后管体有黑色腐蚀产物，并呈现椭圆形腐蚀坑，蚀坑面积为1.2×0.6cm2，蚀坑深度0.9mm。开挖检测时测得的交流干扰电位为23V，管道保护电位为-1.11～-1.16V。该地段的土壤电阻率为18.85Ω·m

五、埋地钢质燃气管道交流干扰判断指标

能最直接反映出电气化铁路对埋地钢质燃气管道交流干扰腐蚀的是交流杂散电流的大小，但由于实际条件限制，电气化铁路交流杂散电流无法直接测出。因此，管道受干扰腐蚀程度的主要判据为管地电位差、土壤电位梯度，该方法称为电气判别法。其中管地电位是最重要的参数，因为它既可以反映管道的腐蚀特性，又可以反映杂散电流的干扰特性。

在没有增加电流源的情况下，管地电位的提高是杂散电流进入点的迹象，管地电位的下降通常为杂散电流放电点的 7

指示。通过电压测量发现管地电位不稳定、管地电位严重偏离正常值或土壤电位梯度反常等问题时，说明有杂散电流存在，并通过土壤电位梯度能够分析出杂散电流流入、流出点及电流大小。

对电气化铁路而言，管地电位随机车负荷变化，机车运行时管地电位交变激烈，但深夜时波动可能明显减弱。阴极保护系统等的干扰比较稳定，所以，引起管地电位的变化亦很稳定，在机车停运时，干扰则消失。因此，埋地管道受到干扰与否，通常用管地电位的变化来进行判定。我国标准中规定：对于交流干扰，当管道任意点上管地电位持续1V以上时，确定为存在交流干扰；当中性土壤中的管道任意点上管地交流电位持续高于8V、碱性土壤中高于10V或酸性土壤中高于6V时，管道应采取交流排流保护或相应的其它保护措施。具体干扰程度判定指标见表1。

表1 埋地管道交流干扰判定指标

另外，土壤中若存在大量杂散电流，必然会引起大地电位梯度的变化。因此，可根据地电位梯度来判定土壤中是否存在杂散电流及其严重程度，并据此推断管道受干扰的可能性。地电位梯度与杂散电流干扰强度的关系见表2。

表2 地电位梯度与杂散电流干扰强度的关系

六、交流干扰的防护措施

6.1 相关规范及标准

目前，国内已制定管道交流干扰保护的相关规范及标准，在电气化铁路和埋地钢质管道建设过程中主要采用的技术标准如下：《埋地钢质管道交流排流保护技术标准》SY/T0032-2000、《交流电气化铁道对油（气）管道（含油库）的影响容许值及防护措施》TB/T2832-1997、《油气管道管理与维护规程》（Q/SY GD0008－2001）、《钢质管道穿越铁路和公路推荐做法》SY/T 0325-2001、《原油、天然气长输管道与铁路相互关系的若干规定》（石油部（87）油建第505 号文、铁道部铁基（1987）780 号文）、《城镇燃气设计规（GB50028-2006）、《输气管道工程设计规范》（GB50251-2003）及《石油库设计规范》（GB50074-2002）。

6.2 防护措施

总体来说，对交流干扰的防护，铁路方面可采取尽量减少电流流失的相关措施；管道方面可采取屏蔽、分段隔离、直接接地、钳位式排流等综合治理措施。目前，对交流干扰的防护已向干扰方、被干扰方及其他有关方面按“四统一分”

（统一测试、统一设计、统一管理、统一评价、分别实施）原则联合防护的方向发展。

6.2.1尽量避开被干扰对象

在新建电气化铁路线路方案设计过程中，应以满足铁路功能定位为前提，合理选择走向，优化线路方案，尽量避开地埋金属管道，尤其是诸如西气东输这样的长大干线管道。一般认为，交流电气化铁路杂散电流干扰的判据如下：（1）管道与交流电气化铁路牵引系统的距离大于1000m 时，接近长度不受限制，认为不受干扰；

（2）管道与交流电气化铁路牵引系统的距离小于1000m 时，如果两者接近长度小于1000m，或接触网上的电流不超过400A，发生短路事故时不超过10000A，则认为不受干扰。如果接近长度在1000m 到3000m 之间，在满足上述条件的同时，当管道距牵引变电所的围墙大于50m，距接触网支柱大于10m 时，也可认为管道不受干扰。

6.2.2 防护措施

随着电气化铁路和燃气管道建设里程的增加，以及受到地理环境的制约，不可避免会发生电气化铁路与管道平行接近或交叉，那么必须要有针对杂散电流对管道干扰的防护措施。

（1）对交流电气化铁路采取的措施

电气化铁路可采用带回流线的直接供电或自耦变压器

供电方式。带回流线的直接供电方式使原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵引变电所，其方向与接触网中电流方向相反，从而牵引网阻抗和轨道电位都有所降低。该方式的吸流效果比直接供电方式约增加10%-20%。自耦变压器供电方式（也称AT 供电方式），其吸流效果约为90%-95%，即地中电流约占接触网电流比例的5%-10%。此外，加强铁轨与枕木间的绝缘,以减少入地电流，也可以降低电气化铁路对埋地管道的阻性耦合干扰。（2）对管道采取的措施

对于管道交流杂散电流干扰问题可采用的措施：

1）在有干扰的管段，加强防腐涂层质量，降低交流电气化铁路对管道的容性耦合干扰；

2）加大管道与铁路接地体的距离，并采取措施防止雷电或故障电流对管道的有害影响，降低阻性耦合干扰； 3）对管道本身采取接地排流，降低感性耦合烦扰。接地排流是将管道上感应的交流电排放到大地中去，消除交流电压对人身及设备的危害。一般接地体材料使用废钢即可，无特殊要求。但其接地电阻应尽可能小，不宜大于0.5欧，可以通过增加接地体的并联根数，或采用盐等减阻剂进行处理，接地体埋设在距防护管道30m 以外的管道一侧。接地排流一般分为直接接地排流、排流节排流和牺牲阳极排流。直接接地排流是将受干扰管道通过接地线直接与接地体相连，其优

点是设备比较简单，缺点是阴极保护电流将在接地点入地，大大缩短保护距离，降低保护效果。如果将排流接地体直接与管道连接，由于接地电阻很小，保护电流流失，相当大面积的防腐层破坏，阴极保护电流量增加，以致破坏阴极保护正常运行，所以需要增加排流节。排流节排流又分为电容排流、二极管排流和钳位式排流，通常采用钳位式排流。

根据实际工程运行经验及检测结果，当电气化铁路单纯跨越埋地管道时，一般杂散电流很小，在埋地管道与交流接地体的安全距离符合表3的要求时，一般不需要增加排流防护措施，但需在管道穿越处增加一处综合测试桩，以检测铁路投运后管道电位的变化。若测得电压值超过规范《埋地钢质管道交流排流保护技术标SY/T 0032-2000》管道交流干扰判断指标，或超过阴极保护设备交流干扰能力则必须采取排流保护的措施。因此，对于交流干扰下的管道，正常的阴极保护非常重要，阴极保护设备应具有一定的交流抗干扰力。

表3 埋地管道与交流接地体的安全距离

当电气化铁路与埋地管道近距离平行时，必须增加排流防护措施。其中，德国标准给出了涂敷良好的管道与50HZ电气

化铁路平行时的限制长度，它是平行间距和干扰电流的函数。如表4所示。

表4 涂敷良好的管道与50HZ电气化铁路平行时的限制长度（km）

管道本身交流干扰防护措施，主要有接地排流，但直接排流会对原有的阴极保护产生影响，因此，需要在管道和接地体间串隔直环节，主要有钳位式排流器、电容排流器、二极管排流器。

其次，我国的排流技术经过长期进步，已经向微型化，智能化方向转变。排流设备从过去的人工采集数据，手工分析，再进行排流，已转变为能够在技术上实现实时采集、监制和排流一体化操作。纵观多数排流设备，大都利用硅二极管正向导通反向截止的特性，消除交流电压，对杂散电流进行极性排流，实现了自动排流和自动控制电流大小。其特点表现在：核心由单片机智能控制系统控制，数据传输、监测、分析同步进行；使用标准RS一485或RS一232串口；使用开放式通讯协议。

但是，目前的排流技术还存在如下问题：主要以直流排

流为主，交流排流为辅；交流排流和混合排流研究少，检测和排流缺乏同步性；在排流过程中，没有排流效果反馈系统，排流误差较大；在进行排流电流整定后，固化不变，强电流流入大地时，只能局部保护管道，对防腐层破损的区域，将加速管道的腐蚀破坏；这些问题都需要腐蚀研究工作者深入解决。

七、结语

交流电气化铁路产生的杂散电流是一种有害的电流，会对埋地金属燃气管道造成危害，必须加以治理。因此，弄清杂散电流对管道干扰腐蚀的原理和特点，并有针对性的采取防治措施，在实际工程实践中具有指导性的意义。参考文献