Блуждающие токи
Содержание
Электрическим током считается организованное движение отрицательно заряженных частиц – электронов. Принято, что направление движения частиц – от плюса к минусу. Но есть такое явление, которое называется блуждающие токи. Направление и появление их не всегда предсказуемы.
Блуждающие токи
Что такое блуждающий ток (БТ)
Это движение электронов, возникающее тогда, когда происходит эксплуатация почвы для создания условий работы электроустановок (ЭУ). В этом случае грунт играет роль проводника электричества.
Пример использования земли для работы ЭУ
Причины возникновения
Основной причиной появления БТ является непосредственный контакт электрических элементов с землёй. Это обусловлено техническими решениями схем электроснабжения на следующих отраслях транспорта:
- электрифицированного железнодорожного;
- рудничного или карьерного;
- трамвайного.
Там, где рельсы, по которым движутся вагоны или вагонетки, являются электрическими проводниками и составляют часть цепи.
Наземный контактный электрический транспорт
Механизм образования блуждающих токов
Рассмотреть алгоритм формирования БТ можно на примере электрической цепи, по которой осуществляется работа двигателя электровоза.
Электрическая подстанция, через линию электропитания (ЛЭП), передаёт ток на контактный (фазный) провод. Провод подвешен на электрических опорах на протяжении всего пути. Токоприёмник электровоза снимает его с провода и подаёт на двигатель, а оттуда – на колёса и рельсы (нулевой провод). Далее по рельсам цепь замыкается снова на электросеть подстанции.
К сожалению, на практике это не так. Геометрические изломы реальной железной дороги неидеальны. Связь между металлом и грунтом не всегда одинаковая. Поэтому токи то растекаются по земле, то возвращаются в рельс. Там, где они сталкиваются с подземными коммуникациями: трубопроводами, металлоконструкциями, кабелями, проходят по ним (зона катода). Выходя из металлических проводников (зона анода), попадают снова в грунт. Потом блуждающие токи через землю опять возвращаются в рельс и далее уже попадают на подстанцию.
Образование катодных и анодных зон
Связь между БТ и коррозией на металле
Такое разрушение металла называют электрокоррозией. Она не связана с воздействием на металл атмосферных или почвенных факторов. Электрохимическая реакция происходит в результате того, что БТ стараются двигаться по направлению наименьшего сопротивления. В анодной зоне БТ «затекает» в металл. Область металла в этом месте является катодом. Встретив по пути благоприятный участок перехода в рельсы, постоянный ток «вытекает» из металла в почву. При этом область металла на этом участке становится анодом, и молекулы металла с этого анода утекают следом. Это является причиной образования коррозии.
Воздействие на металлические объекты
Образование на металлических сооружениях, лежащих в зоне действия блуждающих постоянных токов, анодных участков приводит к коррозии металла в этих местах. При этом электрохимическому разрушению подвержены все металлы, даже цветные. Экономический урон в пересчёте на срок службы, отпущенный заводом изготовителем на металлическое изделие, смонтированное в земле, огромный. К примеру, труба из высококачественной стали, прошедшая все антикоррозийные обработки, в результате воздействия БТ может прослужить вместо 50 лет, всего два-три года и проржаветь.
Пример коррозии рельсов и труб от БТ
Способы защиты
Блуждающие токи – явление вредное для металлов и опасное для человека. Существуют два вида защиты:
- пассивная;
- активная.
Названия говорят сами за себя, но только сочетание обоих видов помогает, если не свести на «нет», то хотя бы намного ослабить негативные влияния БТ.
Пассивная защита
Суть такого метода заключается в нанесении специальных защитных покрытий на металлические элементы, находящиеся в земле. В частности, поверхности трубопроводов покрываются специальными изоляционными покрытиями:
- битумными мастиками;
- смолами и полимерными соединениями;
- грунтовками;
- изоляционными лентами.
Монтаж защищённых таким способом конструкций требует особой осторожности. Механические повреждения защитного слоя превратятся в места активного электрокоррозирования.
Активная защита
В этом варианте контролируют протекание БТ, который сам по себе неуправляем изначально. Для этого используют катодную поляризацию. Устраивают катодную защиту, при которой выполняют замещение естественного отрицательного потенциала на искусственный. Отрицательный потенциал подаётся на защищаемую конструкцию.
Схема устройства катодной защиты
Гальваническое решение подразумевает использование анода, на котором собирается весь БТ. Подвергаться коррозии будет этот «жертвенный анод», а не сама конструкция. Материал для такого анода берётся с электроотрицательностью выше, чем у металла объекта.
Использование ИТ позволяет подавать разноимённые потенциалы непосредственно на конструкцию и анодный контур. При этом возможна регулировка величины потенциалов для различных видов почвы.
Применение ИПТ (источника постоянного тока) для защиты
Защита водопроводных труб
Строительство водоводов при водоснабжении объектов выполняется с обязательным определением локации блуждающих токов в водопроводных трубах. Это реализуется при помощи замеров разности потенциалов. Для этого берутся (выборочно) две точки на поверхности грунта с перпендикулярным взаиморасположением. Для защиты водопроводов применяют оба способа: активный и пассивный.
Защита полотенцесушителей
В последнее время разводка воды в квартире выполняется пластиковыми трубами, но полотенцесушитель всегда выполнен из нержавеющего металла. В случае использования металлопластиковых труб алюминий, находящийся внутри, может быть соединён с сушилкой и подводит к ней БТ. Даже частичные вставки в контур водопровода, выполненный из изоляционного материала, может вызвать коррозию от БТ. Чтобы избавиться от таких токов и не допустить коррозии, выполняют следующее:
- соединяют между собой проводниками все металлические элементы в квартире: батарею, кран, смеситель, полотенцесушитель и др.;
- далее полученный контур присоединяют к заземляющим устройствам.
Подобным образом получают выравнивание потенциалов.
Защита полотенцесушителя
Защита газопроводов
Устранить влияние БТ на газопроводы помогает пассивная защита, наносимая на газовые трубы. Состояние изоляции периодически проверяется. Однако такая антикоррозийная броня – это дополнение к катодной защите, которая повсеместно используется в газовом хозяйстве.
Недостатки систем катодной защиты
Кроме главного плюса – наличия защитного потенциала, который позволяет снизить скорость коррозии трубопроводов до минимума, есть минусы. К недостаткам можно отнести то, что при неправильно выполненных расчётах возможна перезащита. В этом случае завышенное смещение потенциала только ускорит процесс разрушения. Сама установка становится источником БТ.
Дополнительные способы снижения действия БТ
К таким способам можно отнести следующие мероприятия:
- насыпи под рельсы выполнять материалами, имеющими низкую электропроводность;
- прокладывать подземные коммуникации и наружные ж/д ветки с максимальным разносом друг от друга;
- в системах энергообеспечения при проектировании переходить на типы заземлений ТN-S.
Применение неметаллических трубопроводов и запорной арматуры при новых прокладках и капитальных ремонтах убирает сам факт электрокоррозии.
Методы измерений
Чтобы проверить наличие БТ, используют устройства, позволяющие определить их присутствие и величину. Комплекс измерений включает в себя:
- тестирование напряжения и направления тока по оболочкам магистральных кабелей;
- нахождение разности потенциалов между точками: подземные коммуникации – рельсы;
- замеры на отдельных участках ж/д величины изоляции рельс от подсыпки;
- анализ степени утечки энергии с оболочек кабелей в землю.
Важно! Замеры на железнодорожных объектах проводят в часы наибольшей плотности потока составов поездов.
Набор для измерения БТ
Применение комплекса защиты от БТ и правильный расчёт потенциала позволят свести к минимуму негативное воздействие токов. Немаловажную роль играет точное определение мест локализации БТ. Электрокоррозийная защищённость объектов снижает затраты на ремонт и замену пришедших в негодность трубопроводов и других подземных коммуникаций.
