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管道交流排流對管地電位的影響
來源：未知 作者：glenn001 日期：2021-07-29 15:29 瀏覽：
摘要：當管道受到交流干擾時，最常用的排流方式是接地極加極性排流器或直流去耦合器。由于直流去耦合器的充放電或者極性排流器的整流作用，會導致管地電位的負向偏移，給管道的陰極保護以及電位測量造成影響，當管道受到動態(tài)直流干擾時，還會將雜散電流引入管道。交流排流裝置同時會影響管道PCM防腐層檢漏及管地斷電電位測量。關鍵詞：直流去耦合器 極性排流器
交流干擾 雜散電流
1.
極性排流對管地電位的影響
電磁感應導致管道上正負電荷向管道兩端移動，造成一段電壓正向偏移，另一端負向偏移。造成某一時刻，一個位置管地交流電壓升高，另一個位置管地交流電壓降低，在同一位置，管地電壓按著50Hz的頻率在波動。如果防腐層有漏點，交流電流將離開電壓正的一側，通過土壤向電壓負的一側流動。因此，在某一時刻，管道一側電流流出，另一側電流流入。
當采用極性排流方式進行交流電排流時，交流電的正半周通過二極管排向接地極，而負半周時二極管截止，電流只能通過土壤流入管道，其結果是脈動電流流向管道，為管道提供陰極保護作用。如圖所示，當存在交流干擾時，管地電位明顯低于沒有交流干擾時的管地電位。有交流干擾時，管道的斷電電位也略低于沒有交流干擾時的斷電電位。當測量管道自然電位并發(fā)現管地電位異常負時，這種交流排流裝置可能是一個原因。在防腐層質量良好地情況下，交流極性排流所產生的保護電流會足夠大，導致恒電位儀停止輸出并為管道提供足夠的陰極保護電流。
交流干擾極性排流導致管地電位總體負向偏移，盡管在動態(tài)直流干擾作用下，管地電位仍在波動，但管地電位始終低于二極管的導通電壓。在這種情況下，交流排流接地極加強了管道的陰極保護，但已經失去對動態(tài)直流干擾的排流作用，且接地材料電位的高低已經不再重要。交流極性排流相當于沿管道安裝了多個陰極保護站。這些陰極保護站除了提供陰極保護外，還起到一定的交流排流作用。如果管道沒有交流干擾，則采用犧牲陽極的極性排流接地極將起到排流和提供陰極保護電流的作用。
2.
恒電位儀的極性排流作用
恒電位儀內部的橋式整流電路，相當于一個單向排流裝置，如圖所示。當管道上的交流電壓在正半波時，電流通過整流二極管從管道流向陽極地床，當管道上為負半波時，整流二極管截止，這時，電流只能通過土壤及防腐層進入管道，其結果相當于一個半波整流電源，給管道施加一個單向脈沖直流電壓，導致管地電位負向偏移。
某一管道，直徑600mm，長度25km，采用3PE防腐層，沿線與高壓輸電線路有平行及交叉。陰極保護調試過程中，將恒電位儀的陰極電纜從設備上拆下來，測量的管地電位-1037mVCSE，管地交流電壓5.87V；陰極電纜與設備之間直流電流1.104A（從管道流向陽極）、交流電流1.37A；將陰極電纜與設備接通后，管地直流電位-1915mVCSE，交流電壓4.039V。如圖所示：
陰陽極之間安裝二極管
該測試證明，當恒電位儀濾波電容小或者設計不當時，恒電位儀自身的交流排流作用就可以將管地電位負向偏移900mV，因此，在雜散電流檢測時，恒電位儀交流排流對管地電位的影響不能忽視。這種整流作用有利于管道的陰極保護，無需整改，但會造成恒電位儀開機后無電流輸出甚至報警。當測量管道的自然電位時，得到的是虛假的值。
3.
恒電位儀半波整流為管道提供陰極保護
幾天后，在恒電位儀關閉，僅靠其內部整流電路對管道上的交流電壓進行半波整流，從管道流向地床的直流電流達到0.996A，該電流相當于陰極保護電流施加到管道上，導致管地電位從-0.903Vcse負向偏移到-1.706Vcse。管道沿線埋設了面積約6.5cm2的試片，試片的斷電電位滿足-850mVcse陰極保護指標。恒電位儀及地床同時具有交流排流作用，排除交流電流約1.28A，導致管道的交流電壓從5.205V降低到3.816V。試驗中發(fā)現，如果試片與土壤接觸密實，一般幾分鐘就接近充分極化，人工萬用表讀取的試片斷電電位比記錄儀記錄的試片斷電電位偏正約100mV。
4.
在恒電位儀陰、陽極電纜之間安裝二極管，仍然具有排流作用
恒電位儀電纜連接后，在陰陽極電纜之間安裝二極管，仍然有較大的交直流電通過該二極管。如圖所示，陰、陽極通過二極管跨接，有 1.03A交流電在管道與陽極之間流動，有0.91A直流電從管道流向陽極，相當于另外一個陰極保護電流。
陰、陽極直接跨接，有 3.12A交流電在管道流與陽極之間流動，有0.32A直流電從陽極流向管道。如果在陰、陽極電纜之間安裝電容，可以起到交流排流作用。
5.
直流去耦合器的直流漏電量
6.
交流排流對PCM測量的影響當管道上的交流排流接地通過直流去耦合器進行連接時，直流去耦合器能夠防止陰極保護電流的泄漏，因為直流去耦合器具有通交、隔直的作用。但直流去耦合器的這個性能是通過內部的電容來完成的。在管道陰極保護系統(tǒng)正常運行時，該電容的兩個極板處于充電狀態(tài)。而當通過對陰極保護電源的通斷進行管道斷電電位測量時，在陰極保護電源斷電的瞬間，該電容開始放電，該電流將施加到管道上。造成管道斷電電位測量的不準確，因為其中包含了電容放電產生的IR降。當管道受到動態(tài)直流干擾時，如果管道上安裝直流去耦合器，隨著管地直流電位的波動，直流去耦合器中的電容持續(xù)充放電，也會導致直流電流流入、流出管道。如圖所示，管電電位波動范圍2.0V～ -5.0VCSE,通過100mF電容器的直流電流達到160mA，引入直流電將加劇管地電位的波動。
利用管道電流法進行管道防腐層撿漏時，通過發(fā)射極給管道施加一個多頻率的信號，通過跟蹤該信號可以測量管道的走向和埋深。通過測量該信號在地表產生的電位梯度，可以檢測管道防腐層破損點。當管道上裝有交流排流裝置時，由于多頻率信號容易通過直流去耦合器漏失到接地極，造成外加信號的快速消耗。因此，管道防腐層撿漏時，通常需要拆除管道的交流排流裝置。
結論
管道交流干擾極性排流可以導致管地電位負向偏移，為管道提供陰極保護，相當于在管道沿線安裝了多個微型陰極保護站。這些微型陰極保護站不但提供陰極保護電流，還會排除一定的交流電流。但在管道自然電位、斷電電位測量時，要注意交流排流所帶來的誤差。管地電位負向偏移后，造成管地電位難以高出二極管的導通電位，導致管道上安裝的直流排流設施可能會失去作用。管地電位負向偏移會導致恒電位儀停止輸出甚至報警，嚴重時也可以導致管道的過保護。利用交流極性排流提供陰極保護電流時，可使用任何導電材料作為接地極材料，材料的電位對其陰極保護效率影響不大。
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