Блуждающие токи: причины и способы защиты от них

Блуждающие токи: причины и способы защиты от них

Что такое блуждающие токи и как от них избавиться?

За последние 10-20 лет во многих мегаполисах произошло резкое сокращение срока службы подземных металлических конструкций (трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, систем отопления и др.). После проведения ряда экспертных заключений это произошло. Установлено, что основной причиной износа металла является электрохимическая коррозия, вызванная блуждающими токами. В этой статье вы узнаете о природе этого явления, а также о том, как защитить подземные конструкции и сооружения от гальванической коррозии.

Что такое блуждающий ток?

Как известно, земля является проводником электрического тока, что позволяет использовать это свойство для создания заземляющих устройств. Но при этом, когда почва выступает в роли проводящей среды, в ней появляются протечки. Мы не можем предсказать, когда и где этот процесс начнется, и такие события называют «блужданием».

Причины и источники возникновения

Как мы помним из школьного курса физики, для генерации электрического тока между двумя частями цепи должна быть разность потенциалов. Принцип действия паразитных токов аналогичен. В этом случае земля – ​​только проводник.

В современных городах и микрорайонах много электрифицированных объектов, от линий электропередач до рельсового транспорта, включая оборудование для тяговых подстанций. Их объединяет один общий фактор – расположение на земле. Это приводит к довольно специфическому взаимодействию с последними, которое проявляется блуждающими токами. Ниже представлена ​​таблица с их потенциальными источниками и условиями для установления электрического соединения с почвой.

Таблица 1. Возможные источники.

Имя объектаСцепление с землей
Различные типы распределительных устройств, устройств на подстанциях, воздушных линий с нулевым (глухим нейтральным) проводом, подключенным к заземлителям.Различные типы распределительных щитов и подстанционного оборудования.
Воздушные линии сетей с изолированной нейтралью, кабельные линии.Возникает в результате повреждения изоляционного покрытия токоведущих частей кабелей.
Электрельсовые транспортные средства, системы с заземленной нейтралью.Наличие технологической связи между одним из проводов и землей.

Механизм образования блуждающих токов

В таблице мы привели несколько источников в качестве примеров, теперь давайте подробно рассмотрим, как в них формируется интересующий нас процесс. Как упоминалось выше, для этого должна быть разность потенциалов между двумя точками на земле. Эти условия возникают из-за контура заземления в системах с массивными нейтральными точками.

Нейтральный проводник (PEN) подсоединяется одним концом к трансформаторной подстанции, а другим концом – к потребителю PEN, который заземлен. Соответственно, разность электрических потенциалов между проводниками нейтрального проводника будет передаваться на PEN, тем самым создавая условия для образования цепи. Величина тока утечки не будет иметь значения, поскольку нагрузка выберет путь с наименьшим сопротивлением (нейтраль), но некоторые выберут путь к земле.

Образование блуждающих токов между заземляющими выводами нейтрального проводника.

Практически аналогичные условия возникают, когда возникает проблема с изоляцией жил (повреждение оболочки) длинного кабеля или воздушной линии. При замыкании на землю потенциал в этой точке равен фазному потенциалу или близок к нему. Это создает ток утечки на ближайший заземляющий электрод с потенциалом PEN-проводника.

В приведенном выше примере отсутствуют постоянные токи утечки переменного тока, поскольку действующие правила позволяют в течение двух часов найти и устранить неисправность. В этом случае в большинстве случаев отключение поврежденной линии или обнаружение поврежденного участка происходит автоматически. Этот процесс может быть значительно замедлен, если ток повреждения ниже порога повреждения.

Как показывает практика, наибольшая доля источников постоянных токов утечки приходится на городской и пригородный рельсовый электротранспорт. Механизм их образования представлен ниже.

Электрельсовые транспортные средства как источник паразитных токов

Приметы:

Контактный провод, от которого запитывается силовая установка электротранспорта. Питатель (подключается контактным проводом). Одна из тяговых подстанций, питающих трамвайную сеть. Дренажный питатель (подключается к рельсам). Рельсы. Трубопровод на пути блуждающих токов. Анодная зона (положительные потенциалы). Катодная зона (отрицательные потенциалы).

Как видно на рисунке, постоянное напряжение подается на контактную линию электропередачи от подстанции и возвращается по рельсам. Если сопротивление рельсов относительно земли недостаточно, в земле возникают паразитные электрические токи. Если на пути распространения паразитного тока находится трубопровод или другая металлическая конструкция, она становится электрическим проводником.

Читайте также:  Гипсовый декоративный камень для внутренней отделки, виды гипсового декоративного камня как установить

Это потому, что ток идет по пути наименьшего сопротивления. Следовательно, как только появляется проводник, ток будет распространяться через металл, потому что его электрическое сопротивление меньше, чем у земли. В результате участок трубопровода, по которому протекает электрический ток, будет более подвержен коррозии металла. Причины этого обсуждаются ниже.

Связь блуждающего тока и коррозии на металле

Из-за наличия воды и растворенных солей в грунте любая металлическая конструкция в грунте подвержена коррозии. Однако, если металл также подвергается воздействию паразитных токов, процесс является электролитическим. Согласно закону Фарадея скорость электрохимической реакции напрямую зависит от силы тока, протекающего между анодом и катодом. Следовательно, на скорость коррозии металлической трубы (проложенной в земле) будет влиять электрическое сопротивление почвы, а также сложный характер процессов, происходящих в катодной и анодной зонах.

В результате металлическая конструкция подвергается воздействию токов утечки в дополнение к нормальной коррозии. Это может вызвать гальваническую связь, которая значительно ускоряет процесс коррозии. На практике были случаи, когда участок водопровода, подвергшийся гальванической коррозии, выходил из строя через два года, а расчетный срок службы составлял 20 лет. Пример такой выдержки приведен ниже.

Труба после воздействия блуждающих токов

Способы защиты от блуждающих токов

Для предотвращения вредного воздействия электрохимического потенциала используются методы защиты, которые могут различаться в зависимости от свойств металлических конструкций. Давайте в качестве примеров рассмотрим способы защиты водопроводных труб, полотенцесушителей и газопроводов, начиная с этого порядка.

Видео о различных защитах от блуждающего тока

Защита водопроводных труб

Есть два метода защиты уложенных в грунт металлических конструкций, в частности водопроводных труб: пассивная и активная защита. Мы подробно опишем каждый из них.

Пассивная защита

Этот метод заключается в нанесении на поверхность стальных конструкций специального изоляционного слоя, который создает защитный барьер между основанием и металлическим покрытием. В качестве изоляционного материала используются полимеры, различные виды эпоксидных смол, битумные покрытия и т. Д.

Пример защитного покрытия для подземной трубы

К сожалению, современные технологии не позволяют создать защитный барьер, обеспечивающий полную изоляцию. Каждое покрытие имеет определенный коэффициент диффузии, поэтому с помощью этого метода возможна только частичная изоляция от земли. Кроме того, необходимо учитывать, что защитный слой может быть поврежден при транспортировке и установке. Это вызывает разного рода повреждения изоляции в виде микротрещин, царапин, вмятин или проколов.

Поскольку этот метод малоэффективен, его используют как дополнение к активной защите, о которой будет сказано ниже.

Активная защита

Этот термин относится к контролю электрохимических процессов, происходящих в точке контакта металлической структуры с электролитом, образовавшимся в подложке. Для этого используется катодная поляризация, при которой отрицательный потенциал смещает естественный потенциал.

Эта защита может быть реализована гальваническим методом или с использованием источника постоянного тока. В первом случае мы имеем дело с эффектом гальванического пара, при котором анод разрушается (жертвенный анод) при защите металлической конструкции, которая имеет немного более низкий потенциал (см. 1 на рис. 5). Описанный метод эффективен для грунтов с низким удельным сопротивлением (не более 50,0 Ом * м), метод не применим при более низких уровнях проводимости.

Использование источника постоянного тока в катодной защите делает его независимым от сопротивления почвы. Как правило, источник выполняется на базе преобразователя, питающегося от цепи переменного тока. Конструкция источника позволяет устанавливать уровень токов защиты в зависимости от преобладающих условий.

Рисунок 5. Варианты развертывания катодной защиты.

Приметы:

Использование жертвенного анода. Метод поляризации. Закопанная конструкционная сталь. Закопанный жертвенный анод. Источник питания постоянного тока. Подключение к источнику анода с низким растворением.

Защита полотенцесушителей

Полотенцесушители и другие металлические концы водопроводных труб (смесителей) не подвергались коррозии блуждающими токами, пока пластиковые трубы не стали широко использоваться в доме. Даже если стояк металлический, нельзя быть уверенным, что у соседа внизу нет пластиковых труб и, вероятно, он использует пластик в ванных комнатах и ​​на кухне.

Читайте также:  10 советов по выбору паркета

Чтобы обеспечить защиту от случайной утечки тока и предотвратить электрическую коррозию, выровняйте потенциалы, заземлив полотенцесушитель, водопроводные трубы стояка и радиатор.

Защита газопроводов

Защита подземных газопроводов от блуждающих токов, вызывающих коррозию, осуществляется так же, как и для водопроводных труб. Это означает, что используется один из двух вариантов активной катодной защиты, принцип которой был рассмотрен выше.

Как измерить блуждающие токи?

Для оценки риска возникновения токов утечки проводится комплекс измерений, в который входит

    Измерение уровня тока и направления его протекания в оболочках магистральных кабелей. Измерение разности потенциалов между рельсами (железнодорожной сетью) и металлическими конструкциями, уложенными в землю. Измерение изоляции рельсов от земли на контрольных участках железнодорожного пути. Оценка плотности тока утечки от оболочки кабеля на землю.

Измерение величины паразитных токов производится специальными приборами. При этом выбирается время, в течение которого происходит максимальное движение электрорельсового транспорта.

Комплект инструментов для измерения паразитных токов

Блуждающие токи измеряются на трансформаторных и тяговых подстанциях, расположенных рядом с путями. В этом случае один из электродов, подключенных к измерительному прибору, подключается к щупу, а другой вбивается в землю на расстоянии 10 метров от тяговой подстанции. Если между электродами есть разность потенциалов, она регистрируется измерителем.

Также рекомендуем прочитать:

Что такое блуждающие токи и как от них избавиться?

    Причины возникновения Воздействие на металлические предметы Как защитить Методы измерения

Причины возникновения

Современная жизнь немыслима без электроустановок. С каждым годом увеличивается потребление энергии, что приводит к строительству новых трансформаторных и распределительных станций, кабельных и воздушных линий электропередач, внешних тяговых сетей для электропоездов и железнодорожных путей для метрополитена. Поскольку сама земля является проводником, и все эти объекты находятся на поверхности или под ней, между ними существует какая-то связь.

Разность потенциалов между двумя точками проводника необходима для возникновения электрического тока. То же верно и для блуждающих токов, за исключением того, что проводником в этом случае является земля. В системе с изолированным нулевым проводом разность потенциалов обеспечивается контурами заземления. Если нейтраль подключена к цепи заземления, ее собственное сопротивление при прохождении заряда вызовет падение напряжения. Такой проводник именуется PEN.

База PEN-проводника подключается к земле трансформаторной подстанции. На входе в приемник он подключен к заземлению здания. Обе эти заземляющие клеммы на противоположных концах кабеля создают разность потенциалов, которая, в свою очередь, порождает блуждающий между ними ток.

Аналогичный процесс происходит и при повреждении изоляции ЛЭП. В случае замыкания на землю заземление в этой секции становится носителем этого потенциала. Большинство неисправностей такого типа устраняются автоматикой. Однако это так в случае большой утечки. При низких значениях найти и нейтрализовать причину довольно проблематично.

Транспортные средства с электрическим приводом (за исключением автономных электромобилей) являются основной причиной этого нежелательного явления. Троллейбусы подключаются к электрической сети с помощью специальных рельсов, которые подключаются к нейтральному и фазному проводам и располагаются на самом транспортном средстве. Следовательно, этот вид транспорта не генерирует больших блуждающих токов.

Электропоезд приводится в движение по несколько иному принципу. Нейтральный провод подключается к рельсам, а фазный провод монтируется над рельсами. Пантографы, расположенные на крыше и находящиеся в непосредственном контакте с кабелем питания, подают энергию в двигатель.

Эти сети питаются от тяговых подстанций, которые расположены по всей трассе примерно на одинаковом расстоянии друг от друга. Основная причина возникновения блуждающих токов в этой системе – кривизна трассы. Электрический заряд следует по пути наименьшего сопротивления. Следовательно, если появится возможность «сократить путь», он будет ходить по земле, а не по рельсам.

Читайте также:  Выбираем очиститель воздуха для дома: отличная инструкция 7 основных критериев лучшие модели по ценовой категории

В следующем видео подробно рассказывается, что это за явление и как оно возникает:

Воздействие на металлические объекты

В земле находится множество металлических предметов, таких как: различные типы трубопроводов, армированные кабельные линии, железобетонные основы конструкции. Поскольку металл является лучшим проводником, чем земля, электричество будет проходить через него, а не через землю. Точка входа называется «катодной зоной». Отправной точкой является «анодная зона».

Отдельно хотелось бы рассмотреть коррозионные процессы в водопроводных трубах. Подземные воды содержат много растворимых веществ и являются хорошим проводником. Например, в подземных трубопроводах коррозия возникает в результате процесса электролиза. Особенно ярко это проявляется в области анодной зоны. В катодной зоне структурные повреждения менее разрушительны.

Из-за крайне разрушительного воздействия на все вышеперечисленные объекты паразитные токи могут нанести значительный экономический ущерб.

Способы защиты

Самый распространенный способ борьбы с этим явлением – установка катодной защиты. Для этого необходимо исключить анодную зону на защищаемой конструкции и оставить только катодную зону. Станция катодной защиты вырабатывает постоянный ток, подключая отрицательный полюс к защищаемой металлической конструкции, а положительный полюс – к так называемому. «жертвенные» аноды, которые принимают на себя большую часть разрушительной силы. Кроме того, на защищаемый объект наносятся специальные защитные покрытия, предотвращающие образование коррозионного слоя.

Система PPC:

Недостатки этой программы следующие:

    так называемые «сверхзащита» – когда защитный потенциал превышен и защищаемая металлическая конструкция подвергается коррозии; Неправильный расчет защиты при ускоренной коррозии близлежащих металлических предметов.

К сожалению, эта проблема затрагивает не только промышленные предприятия, но и простых людей. Горячая вода циркулирует как в полотенцесушителе, так и по всей системе отопления, что является отличным проводником (конечно, если она не дистиллированная). Если трубы и соседние части в доме не заземлены должным образом, они могут быть восприимчивы к нежелательным потенциалам и, как следствие, к образованию пятен ржавчины на их поверхностях. Правильное заземление поможет предотвратить все эти негативные последствия, поэтому на сегодняшний день этот способ защиты от блуждающих токов в квартире и частном доме является одним из самых эффективных.

Методы измерений

При прокладке трубопровода блуждающие токи рассчитываются путем измерения разности потенциалов между двумя точками, перпендикулярными друг другу на расстоянии 100 метров. Замеры производятся через каждый километр.

Измерительные приборы должны иметь класс точности не ниже 1,5 и иметь омическое сопротивление 1 МОм. Разность потенциалов между измерительными электродами не должна превышать 10 мВ. Одно измерение должно длиться не менее 10 минут, а результат должен регистрироваться каждые 10 секунд.

Измерения в области электротранспорта следует проводить в момент наибольшей нагрузки. Если разность потенциалов превышает 0,04 В, это признак паразитных токов.

Пара электродов сравнения, переносной электрод из сульфата меди и электрод связи, могут использоваться в качестве измерительных устройств. Кроме того, вам понадобится цифровой мультиметр для измерения, а также гибкий изолированный провод длиной не менее 100 метров.

Несмотря на низкую стоимость, это явление может нанести значительный ущерб подземным (и не только) коммуникациям. Источники блуждающих токов могут быть самыми разными. Поэтому необходимо принимать все профилактические меры для устранения этого нежелательного эффекта.

Наконец, мы рекомендуем посмотреть это удобное видео, которое наглядно показывает, как защитить себя от этого явления:

На этом этапе мы рассмотрели причины возникновения паразитных токов и способы защиты от них. Теперь вы знаете, что это такое и как избавиться от этого явления даже в домашних условиях!

Вы, наверное, не знаете:

Оцените статью
Добавить комментарий