Блуждающие отеки на теле
Последние 10-20 лет во многих мегаполисах наблюдается резкое снижение срока службы подземных металлических сооружений (трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, системы отопления и т.д.). После проведения ряда экспертиз было установлено, что основная причина разрушения металла — электрохимическая коррозия, которую вызывают блуждающие токи. Из данной статьи Вы узнаете о природе этого явления, а также получите представление о способах защиты подземных сооружений и инженерных коммуникаций от гальванической коррозии.
Что такое блуждающий ток?
Как известно, земля является проводником электрического тока, что позволяет применять это свойство для создания заземляющих устройств. Но в тоже время, когда почва выступает в качестве токопроводящей среды, в ней образуются утечки. Поскольку нельзя спрогнозировать в какое время начнется процесс, и где он будет протекать, то такие проявления получили термин «блуждающие».
Причины и источники возникновения
Как мы помним из школьного курса физики, для образования электрического тока необходимо, чтобы возникла разность потенциалов между двумя участками цепи. Принцип возникновения блуждающих токов – аналогичный. Только роль проводника в данном случае исполняет земля.
На территории современных городов и населенных пунктов находится множество электрифицированных объектов, начиная от ЛЭП и заканчивая рельсовым транспортом, включая оборудование тяговых подстанций. Их объединяет один фактор – расположение на земле. Это приводит к довольно специфичному взаимодействию с последней, проявляющемуся в виде появления блуждающих токов. Ниже представлена таблица, которой приводятся их потенциальные источники и условия образования электросвязи связи с почвой.
Таблица 1. Потенциальные источники.
| Название объекта | Взаимосвязь с землей |
| Различные виды распределительных устройств, оборудование подстанций, ВЛ с нулевым проводником (глухозаземленная нейтраль), подключенным к повторным заземлителям. | При наличии на объекте ЗУ. |
| ВЛ сетей с изолированной нейтралью, кабельные магистрали. | Возникает при повреждении изоляционного покрытия токонесущих элементов кабелей. |
| Рельсовый электротранспорт, системы с заземленной нейтралью. | Наличие технологической связи между одним из проводников и землей. |
Механизм образования блуждающих токов
В таблице мы привели в качестве примера несколько источников, теперь рассмотрим подробно, как в них образуется интересующий нас процесс. Как уже упоминалось выше, чтобы он появился, между двумя точками на земле должно произойти возникновение разности потенциалов. Такие условия создаются контурами ЗУ систем с глухоизолированной нейтралью.
Нулевой провод (PEN) одним концом соединен с ЗУ электроподстанции, а вторым подключен к шине PEN потребителя, которая соединена с заземляющим устройством объекта. Соответственно, разница электрических потенциалов между выводами нулевого проводника будет передаваться ЗУ, что создаст условия для образования цепи. Величина утечки будет незначительной, поскольку основная нагрузка пойдет по пути наименьшего сопротивления (нулевому проводнику), но, тем не менее, часть ее пойдет по земле.
Образование блуждающих токов между ЗУ нулевого провода
Практически аналогичные условия образуются, когда возникают проблемы с изоляцией проводов (разрушение оболочек) кабельных магистралей или ВЛ. При возникновении КЗ на землю, в этой точке потенциал равный или близкий к фазе. Это вызывает образование тока утечки к ближайшему ЗУ с потенциалом PEN-провода.
В приведенном примере о постоянной утечке переменных токов речь не идет, поскольку согласно действующим нормам на поиск и устранение повреждения отводится два часа. При этом, в большинстве случаев, отключение поврежденной линии или локализация участка с КЗ производится автоматически. Процесс может существенно затянуться, если сила тока КЗ ниже аварийного порога.
Как показывает практика, наибольшая доля источников токов постоянной утечки приходится на городской и пригородный рельсовый электротранспорт. Механизм их образования продемонстрирован ниже.
Рельсовый электротранспорт в качестве источника блуждающих токов
Обозначения:
- Контактный провод, от которого получает питание силовая установка электротранспорта.
- Питающий фидер (подключен к контактному проводу).
- Одна из тяговых подстанций, питающая сети трамваев.
- Дренажный фидер (подключен к рельсам).
- Рельсы.
- Трубопровод на пути прохождения блуждающих токов.
- Анодная зона (положительные потенциалы).
- Катодная зона (отрицательные потенциалы).
Как видно из рисунка, постоянное напряжение в тяговую сеть поступает с подстанции и по рельсам возвращается обратно. При недостаточном сопротивлении рельсовых путей относительно земли, в грунте возникают электрические блуждающие токи. Если на пути распространения утечки блуждающих токов находится трубопровод или другая металлическая конструкция, то она становится проводником электричества.
Это связано с тем, что ток распространяется по пути наименьшего сопротивления. Соответственно, как только появляется проводник, ток будет распространяться по металлу, поскольку его электрическое сопротивление меньше, чем у земли. В результате участок трубопровода, через который проходит электроток, будет в большей степени подвержен коррозии металла. О причинах этого рассказано ниже.
Связь блуждающего тока и коррозии на металле
Ввиду наличия в земле воды и растворенных в ней солей любая металлическая конструкция в почве подвержена коррозии. Но если металл помимо этого подвергается воздействию блуждающих токов, то процесс приобретает электролитическую природу. Согласно закону Фарадея скорость электрохимической реакции напрямую зависит от тока, протекающего между анодом и катодом. Следовательно, на скорость коррозии металлической трубы (уложенной в грунте) будет влиять электрическое сопротивление почвы, а также сложная природа процессов, протекающих в катодной и анодной зоне.
В результате металлическая конструкция помимо обычной коррозии подвергается воздействию токов утечки. Это может стать причиной образования гальванической пары, что существенно ускорит процесс коррозии. На практике отмечались случаи, когда участок трубопровода системы водоснабжения, подвергавшийся гальванической коррозии выходил из строя через два года, при расчетном сроке эксплуатации 20 лет. Пример такого воздействия представлен ниже.
Труба после воздействия блуждающих токов
Способы защиты от блуждающих токов
Для предотвращения пагубного воздействия электрохимического потенциала применяются методы защиты, которые могут отличаться в зависимости от особенностей металлических конструкций. Рассмотрим в качестве примера способы защиты водопроводных труб, полотенцесушителей и газопроводов, начнем в порядке данной очередности.
Видео про различные защиты от блуждающих токов
Защита водопроводных труб
Для проложенных в земле металлоконструкций, в частности водопроводных труб, применяются две методики защиты: пассивная и активная. Подробно опишем каждую из них.
Пассивная защита
Данная методика предусматривает нанесение на поверхность металлоконструкций специального изолирующего слоя, образующего защитный барьер между землей и металлической оболочкой. В качестве изоляционного материала используются полимеры, различные виды эпоксидных смол, битумное покрытие и т.д.
Пример защитного покрытия трубы для подземной укладки
К сожалению, современная технология не позволяет создать защитный барьер, обеспечивающий полную изоляцию. Любое покрытие обладает определенной диффузионной проницаемостью, поэтому при данном способе возможна только частичная изоляция от грунта. Помимо этого следует учитывать, что в процессе транспортировки и монтажа может быть нанесено повреждение защитному слою. В результате на нем образуются различные дефекты изоляции в виде микротрещин, царапин, вмятин и сквозных повреждений.
Поскольку рассмотренный метод не обладает достаточной эффективностью, он применяется в качестве дополнения активной защиты, о которой пойдет речь далее.
Активная защита
Под данным термином подразумевается управление механизмами электрохимических процессов, которые протекают в местах контакта металлических конструкций с образующимся в грунте электролитом. Для этой цели применяется катодная поляризация, при которой отрицательный потенциал смещает естественный.
Реализовать такую защиту можно гальваническим методом или используя источник постоянного тока. В первом случае применяется эффект гальванической пары, в которой анод, подвергается разрушению (жертвенный анод), защищая при этом металлоконструкцию, у которой потенциал несколько ниже (см. 1 на рис.5). Описанный способ эффективен для грунтов с низким сопротивлением (не более 50,0 Ом*м), при более низком уровне проводимости данный метод не применяется.
Применение источника постоянного тока в катодной защите позволяет не зависеть от сопротивления грунта. Как правило, источник изготовлен на базе преобразователя, запитанного от электрической цепи переменного тока. Конструктивное исполнение источника позволяет задать уровень защитных токов в соответствии со сложившимися условиями.
Рисунок 5. Варианты реализации катодной защиты
Обозначения:
- Применение жертвенного анода.
- Метод поляризации.
- Проложенная в земле металлоконструкция.
- Закладка в грунте жертвенного анода.
- Источник постоянного тока.
- Подключение к источнику малорастворимого анода.
Защита полотенцесушителей
Полотенцесушителям и другим оконечным металлическим устройствам на водопроводных трубах (смесителям) коррозия, вызванная блуждающими токами, не угрожала до тех пор, пока в быту не стали широко применяться пластиковые трубы. Даже, если в Вашем стояке установлены металлические трубы, не факт, что у соседа снизу они не пластиковые, да и для отводов в ванную и кухню наверняка используется пластик.
Чтобы обеспечить защиту от аварийных утечек тока и не допустить электрокоррозии, необходимо выровнять потенциалы, заземлив полотенцесушитель, водопроводные трубы в стояке, а также батарею отопления.
Защита газопроводов
Защита подземных газопроводов от блуждающих токов, которые вызывают коррозию, осуществляется точно так же, как и для водопроводных труб. То есть применяется один из двух вариантов активной катодной защиты, принцип работы которой рассматривался выше.
Как измерить блуждающие токи?
Для оценки опасности от токов утечки производится комплекс измерительных работ, куда входит:
- Измерение уровня тока и направление его движения по оболочкам кабелей магистральной линии.
- Измерение разности потенциалов между контактных рельсов (рельсовой сетью) и проложенными в земле металлическими конструкциями.
- Измерение изоляции рельсов от грунта на контрольных участках рельсового полотна.
- Оценка плотности тока утечки с оболочки кабельных линий в грунт.
Измерения величины блуждающих токов производятся специальными приборами. При этом выбирается время, на которое приходится максимальный трафик рельсового электротранспорта.
Набор инструментов для измерения блуждающих токов
Процесс измерения блуждающих токов выполняется в трансформаторных и тяговых подстанциях расположенных рядом с рельсовыми путями. При этом один из электродов, подключенных к измерительному прибору, соединяют с ЗУ, а второй, втыкается в землю в 10-и метрах от тяговой подстанции. Если между потенциалами на электродах появляется разность, она фиксируется прибором.
Рекомендуем также почитать:
- Токи фуко и их применение
- Заземление и зануление: в чем разница?
- Как сделать заземление на электроплиту?
Источник
Вы когда-нибудь слышали такое выражение как «Блуждающие токи»? Нет? Так вот это направленное движение заряженных частиц, возникающее в естественном проводнике. И на самом деле это очень опасное и крайне нежелательное явление. В этой статье я расскажу, каким образом они появляются и как с ними ведут борьбу. Итак, поехали.
yandex.ru
Что такое блуждающие токи и как они формируются
Все мы с вами знаем, что условием для формирования электрического тока является наличие разности потенциалов между двумя точками и наличие специально предназначенного для передачи электроэнергии проводника.
Так вот, блуждающие токи формируются по такому же принципу, только вот для транспортировки энергии используется естественный проводник (земля) либо металлическая конструкция, помещенная в эту землю.
С принципом появления этих токов вроде все просто, теперь давайте узнаем, что формирует их.
Источники блуждающих токов
Если мы с вами посмотрим на современный мегаполис, то найдем там просто огромное количество электрифицированных объектов, начиная от крупных питающих подстанций с отходящими линиями электропередач, заканчивая электричками и метро.
И все эти энергообъекты расположены на земле или под землей, что, безусловно, приводит к их довольно сложному взаимодействию через землю и формированию блуждающих токов.
yandex.ru
Выше в таблице представлены основные источники блуждающих токов, давайте для лучшего понимания механизма формирования рассмотрим пример.
Итак, для формирования точек с разными потенциалами идеально подходят заземляющие контура в системе с глухо заземленной нейтралью.
При этом нулевой провод PEN с одной стороны соединен с ЗУ на подстанции, а с другой к заземляющей шине у потребителя.
Конечно, практически вся нагрузка нагрузка будет идти по пути наименьшего сопротивления, то есть через нулевой проводник, но незначительная часть все равно будет стекать в заземляющий контур, так и появится блуждающий ток.
yandex.ru
Повреждение изоляции кабелей, проложенных в земле так же создают условия для формирования этих токов. Ну, сформировались они и что дальше? А вот затем начинается самое интересное.
Влияние блуждающих токов на металл
Скажите, что происходит с куском металла, если его закопать в землю? Правильно, под действием влаги и растворенных в ней солей запускается процесс коррозии.
А ток сформировался и отправился впить от одного заземления к другому и если на его пути появится металлический предмет, то блуждающий ток потечет именно по нему, так как металл обладает гораздо меньшим сопротивлением, чем грунт.
yandex.ru
А сочетание: растворенные соли, протекающий электрический ток и металл (играющий роль электродов) запускают электролитический процесс, причем скорость протекания электрохимической реакции, по закону Фарадея, имеет прямую зависимость от величины тока проходящего между анодом и катодом.
А это значит, что на скорость коррозии, например, металлической водопроводной трубы будет оказывать влияние электрическое сопротивление грунта и сложные процессы, проходящие, в анодной и катодной зоне.
Что происходит в катодно-анодной зоне
Итак, наш ток по земле дошел до металлической трубы и нашел «точку входа» (свободные электроны втекают в проводник), эта область называется катодной и для металлической конструкции не представляет угрозы.
Но наш ток продолжает путь к другому полюсы разностей потенциалов и рано или поздно выходит из металла обратно в почву, так вот место выхода блуждающего тока называется анодной областью и вылетающие электроны «вымывают» атомы металла в данной области, тем самым в значительной степени ускоряя процесс коррозии.
И труба, которая должна по всем нормативам прослужить минимум 20 лет через пару лет может приобрести такой вид
yandex.ru
Как защититься от блуждающих токов
Как вы уже поняли блуждающие токи крайне опасное и нежелательное явление и от него существуют два способа защиты:
1. Пассивная защита.
2. Активная защита.
Пассивная защита
Итак, к пассивной защите, например, трубопровода относят нанесение на трубу специального изоляционного материала, который отгораживает металл от агрессивной среды. В качестве изоляции обычно используются разнообразные полимерные соединения, эпоксидные смолы, битумная пропитка и т.п.
yandex.ru
Но такая изоляция не дает стопроцентной защиты, да и при укладке и в процессе эксплуатации можно повредить оболочку и тем самым процесс коррозии будет протекать в этом месте очень интенсивно.
Гораздо эффективней себя показала активная защита
Активная защита
В таком варианте защиты берется под контроль изначально неуправляемый процесс протекания блуждающих токов. Здесь используется катодная поляризация, при которой отрицательный потенциал смещает естественный.
yandex.ru
А в зависимости от сопротивления грунта используется гальванический метод или применяется источник постоянного тока.
В первом варианте используется так называемый «жертвенный» анод, который принимает на себя весь блуждающий ток, тем самым сохраняя от разрушения защищаемую металлоконструкцию. Но такой вариант используется для грунтов с сопротивлением не более 50 Ом на метр. Если сопротивление больше этого значения, то используется источник постоянного тока.
Активная защита позволяет более качественно защитить металлические конструкции, расположенные в земле.
yandex.ru
Это все что я хотел вам рассказать о том, что такое блуждающие токи, как они формируются и как с ними борются, если статья оказалась вам полезна, то оцените ее лайком и не забудьте подписаться на канал. Спасибо за уделенное время, процветания и удачи вам!
Источник
Под блуждающими токами понимается направленное перемещение электронных зарядов, появляющееся в проводниках за счет действия посторонних электрических сил. В практике эксплуатации электросетей этот эффект классифицируется как очень нежелательное явление, приводящее к их ускоренному разрушению.
Вот почему крайне важно ознакомиться с особенностями этого явления и методами борьбы с ним.
Что это за эффект и в чем его особенности
Известно, что основное условие протекания заряда в цепи – наличие разности электрических потенциалов в двух точках, разделенных проводящей средой. Так называемые «блуждающие токи» как раз и формируются по этому принципу в ситуации, когда в качестве проводника используется или земля, либо находящаяся в ней металлическая конструкция.
Причины появления
Жизнь современных мегаполисов с системой транспортных и других коммуникаций невозможна без развитой сети электрифицированных объектов. К последним относят:
- Местные питающие подстанции с отходящими от них линиями электропередач.
- Электрифицированные трассы (электрички, метро и т. п.).
- Кабельные линии осветительных сетей, прокладываемые под землей.
Все эти энергетические объекты, как правило, располагаются глубоко в грунте, что и является причиной появления разности потенциалов в различных точках. А это инициирует нежелательные для человеческих нужд блуждающие токи.
Принцип образования
Отмечено, для формирования разницы потенциалов оптимально подходят электрические сети, в которых предусмотрена не изолированная, а наглухо заземленная сетевая нейтраль.
При такой организации защиты нулевой проводник PEN одним своим концом соединен с ЗУ на подстанции, ну а другим – к шине заземления в оборудовании потребителя. При этом весь нагрузочный ток потечет по пути, где сопротивление минимально (фото ниже).
Необходимое и достаточное условие для его разрушающего действия – повреждение изоляции рабочих кабелей, проложенных глубоко в земле С этого момента в них начинают происходить нежелательные явления.
Опасность блуждающих токов и методы защиты
На находящийся в земле металл влажная среда с растворенными солями уже оказывает разрушающее действие. В случае, если прокладываемый металлический кабель оказывается на пути блуждающих зарядов – они потекут по пути, где сопротивление меньше (то есть по его стальной оплетке).
Обратите внимание: В данном случае она выполняет функцию электрода, отводящего токи в землю.
При этом воздействие влаги и солей на оплетку только усиливается (за счет сочетания опасных факторов), что в итоге приводит к ускорению ее разрушения.
Как защититься от блуждающих токов
Для защиты от этого явления существуют два проверенных способа. Первый из них относится в пассивным методам и предполагает нанесение на защищаемое изделие особого материала, изолирующего металл от действия агрессивных сред. Эту функцию выполняют такие полимерные соединения, как эпоксидная смола или битумная пропитка. Большей эффективности удается достичь применением активной защиты, состоящей в установке рядом с контролируемым объектом дополнительной металлической конструкции. Последняя выполняет функцию анода, «отвлекающего» на себя блуждающие токи (фото ниже).
Источник