в чем опасность блуждающих токов
Блуждающие токи: причина возникновения и защита от них
Что такое блуждающий ток?
Металлические изделия, применяемые в электрике, быстро изнашиваются и теряют свои высокие технические характеристики из-за такого явления, как блуждающие токи.
Блуждающие токи: причина возникновения
Ежедневно и даже ежечасно люди в современном мире находятся в окружении различных электрических средств. Следовательно, объемы потребляемой электроэнергии неумолимо растут, что приводит к необходимости строительства большего количества КТП (комплектных трансформаторных подстанций) и распределительных установок, а также к монтажу все новых линий электропередач, электросетей для поездов, контактных рельсов метрополитенов и т.п. Известно, что земля не является электропроводной, а все вышеперечисленные объекты электроэнергии, так или иначе, взаимосвязаны с ней, и данная связь очень специфична.
В ситуации повреждения линий электропередач происходит практически аналогичная ситуация. То есть, земля является носителем разности потенциалов в случае возникновения замыканий. Как правило, львиная доля подобных повреждений ликвидируется при помощи автоматики. Важно, что устранение таким способом возможно лишь при масштабных утечках. Нейтрализация данной проблемы при небольших значения более проблематична.
Небольшие блуждающие токи появляются как раз из-за обилия электротранспорта. Например, троллейбус подключен к электросети при помощи специальных конструкций, которые называются «штанги». Они соединены с нулевыми и фазными проводниками и, как известно, находятся на самом троллейбусе. Именно поэтому данное транспортное средство характеризуется невозможностью производства больших блуждающих токов.
Электропитание поездов отличается от приведенного выше примера с троллейбусом. В данном случае, нулевой проводник имеет соединение с рельсами, фазный, в свою очередь, находится над путями. Специальные токосъемники (пантографы) подают электрическую энергию к двигателю данного транспортного средства. Располагается пантограф на крыше электровоза, электропоезда или трамвая и имеет прямой контакт с кабелем питания. Тяговые подстанции – основа электропитания данного типа электросетей. Расстояние между подстанциями одинаковое и неизменное. Блуждающие токи появляются из-за искривленности маршрутов. В данном случае заряженные частицы идут по траектории с наименьшим сопротивлением. То есть, при появлении возможности «срезать угол» заряд пройдет не через рельсы, а по земле.
Блуждающие ток: влияние на металл
Под землей расположено огромное число различных объектов и изделий из металла: трубопроводы, кабельные линии, железобетон и др. Известно, что металл – это хороший проводник электрического тока, следовательно, заряд в данной ситуации пройдет не через почву, а по имеющемуся в ней металлу. Зона, через которую электрический ток входит в грунт, называется «катодной зоной», а через которую выходит – «анодной зоной».
Относительно водопровода стоит поговорить подробнее. Известно, что процесс коррозии в них неизбежен, а подземные воды отличаются большим содержанием растворимых микроэлементов и служат отличным проводником электричества. Таким образом, в металлических трубах под землей из-за процесса электролиза происходят коррозийные процессы. Очень хорошо коррозия выражается в анодной зоне, а в катодной разрушения менее выражены.
Подводя итог, стоит отметить, что блуждающие токи оказывают разрушительное влияние на металлические изделия, являясь при этом причиной серьезных экономических потерь.
Как избежать пагубного влияния блуждающего тока?
Блуждающие токи устраняются таким способом, как катодная защита. Для того, что борьба с данным явлением происходила с минимумом препятствий, необходимо нейтрализовать вероятность возникновения анодной зоны на объекте защиты.
Катодная защита производит электроток постоянного характера и при этом подключается к металлическим объектам полюсом с отрицательным значением. Положительный полюс присоединяется к анодам («жертвенные аноды»), забирающим львиную долю разрушительного влияния на себя. Кроме того, объекты защиты покрываются специальными антикоррозийными покрытиями.
Минусы катодной защиты:
Как измерить блуждающий ток?
Прежде, чем осуществляется монтаж трубопровода под землей, происходит вычисление блуждающих токов путем измерения разности потенциалов, о которой говорилось выше. Измерение осуществляется через каждые 1000 метров.
Используемые измерительные приборы должны иметь степень точности не меньше 1,5, а минимальное собственное сопротивление равняется 1 МОм. Максимальный показатель разности потенциалов – 10 мВ. Продолжительность одного измерения должна быть не меньше 10 минут, а фиксация должна осуществляться каждые 10 секунд.
Стоит отметить, что измерения в области действия электрического транспорта необходимо осуществлять в период пиковых нагрузок. Разность потенциалов, превышающая 0,04 В, говорит от том, что присутствуют блуждающие токи.
Блуждающие токи таят в себе опасность даже при самых незначительных показателях и подразумевают под собой разрушительное воздействие подземных и других коммуникаций. Во избежание подобных ситуаций необходимо осуществлять профилактику по выявлению и последующему устранению данного явления.
Блуждающие токи: причина возникновения и защита от них
Отправим материал на почту
Электрическая энергия активно используется на каждом шагу. Однако в некоторых случаях её действие происходит скрыто. Поскольку почва способна проводить ток, то он возникает каждый раз, когда имеется разность потенциалов. В некоторых ситуациях блуждающие токи могут приводить к разрушительным последствиям. Чтобы этого избежать, важно знать, что такое блуждающий ток и эффективные методы защиты, применяемые в таких случаях.
Что представляют собой блуждающие токи
Люди используют электроэнергию для различных целей:
Повсеместное использование электричества порождает дополнительные проблемы для человека. Одной из них является появление блуждающих токов. Каждый раз, когда электричество попадает в почву, оно создаёт возможность для их возникновения и разрушительного воздействия.
Обычно в грунте присутствует влага с растворёнными в ней веществами. Она является хорошим проводником. Как только на участке земли образуется в силу тех или иных причин разность потенциалов, то через землю начинает течь ток. Его силу и направление предугадать трудно, так как он носит случайный характер.
Как известно из курса физики, ток протекает там, где сопротивление минимально. Поскольку в земле находится большое количество металлических труб различного назначения, то ток часто протекает через их различные участки. Это способно привести к существенному разрушению трубопроводных магистралей. Например, за год может неожиданно образоваться дыра размером с ладонь даже в крепкой и качественной трубе.
Блуждающие токи так называются потому, что они протекают по случайным участкам грунта. Сложно заранее предвидеть, где именно пройдёт их путь. Схема прохождения выглядит следующим образом.
Существуют разного рода источники электрической энергии, непосредственно контактирующие с грунтом. Если в непосредственной близости имеется трубопровод, то ток сначала пройдёт через почву, затем через трубу и после этого в определённой точке выйдет из неё. Далее по почве он пройдёт к предмету с меньшим потенциалом, установленному на земле.
Нужно учитывать, что ток проходит от более высокого к меньшему потенциалу. В описанной схеме начало и окончание пути — это места, где произошла протечка электроэнергии.
Особое внимание нужно обратить на участки, где блуждающие токи входят в трубу и выходят из неё. Первый называют анодным, второй — катодным. В этих местах к процессу коррозии добавляется электролитическое воздействие тока.
При этом нужно помнить, что анодный участок является более опасным для трубы по сравнению с катодным. Дело в том, что на нём из-за блуждающего тока произойдёт перенос молекул металла в окружающий грунт. В результате оболочка быстро станет более тонкой, а затем образуется отверстие.
Предвидеть, в каком конкретно месте образуется анодный участок, практически невозможно. Это существенно зависит от химического состава и влажности почвы. На практике для борьбы с этим явлением применяются различные методы пассивного или активного характера. Вред, который приносят блуждающие токи, состоит также в том, что они представляют собой утечки электроэнергии, которые иногда могут достигать значительных размеров.
О каких утечках электроэнергии идёт речь
В сетях электропитания используются фазный и нулевой провод. Последний многими рассматривается как заземление, но на самом деле он устроен более сложно. Этот провод соединён не с грунтом, а с питающей подстанцией. На ней он в конечном счёте подключается к заземлению. К нему подсоединены нулевые провода всех потребителей подстанции.
Такое заземление имеет ненулевой потенциал и непосредственно соединено с грунтом. Оно может стать одним из источников блуждающих токов.
Другой широко распространённый вариант — это электротранспорт. При его движении вверху расположен фазный провод. Разность потенциалов создаётся между ним и рельсами, непосредственно контактирующими с землёй. Этот грунт является ещё одним источником электроэнергии для блуждающих токов.
Если потенциал нулевого проводника одинаковый на всём протяжении пути, то разность потенциалов не возникнет. Когда это не так, возникает блуждающий ток. На рельсах образуются анодные и катодные участки. В первых из них активно разрушаются рельсы вследствие электролитических реакций. Если не контролировать такие ситуации, они могут приводить к катастрофам.
В земле проходят кабели электропитания. Они имеют мощную изоляцию. Однако с течением времени она может начать разрушаться. В результате через оголённые участки энергия станет уходить в почву. Иногда в таких кабелях имеется очень высокое напряжение, которое может достигать нескольких тысяч вольт.
Здесь рассказано о наиболее важных видах утечек. Однако существуют также и другие варианты.
Блуждающие токи в быту
Это явление обладает сходным действием, но имеет другие причины появления. В квартире или частном доме обязательно используется водопроводная система и отопление. Случайным образом в трубах и окружающих их стенах может накапливаться статическое электричество. Здесь также существуют блуждающие токи, и могут возникать анодные и катодные зоны, которые приводят к разрушению труб.
Возникновение таких проблем связано с отсутствием заземления в некоторых случаях. Если используются металлопластиковые трубы, то они изолируют металлическую часть системы от контакта с почвой. При этом статическое электричество не уходит, а оказывает разрушительное воздействие. Для защиты от блуждающих токов необходимо принимать соответствующие меры.
Иногда такие трубы появляются у соседей вследствие проведённого ими ремонта. В некоторых случаях в подъезде с самого начала установлены металлопластиковые стояки. В таком случае образование блуждающих токов — это вопрос времени. В таких ситуациях важно обеспечить заземление всех труб, используемых в квартире или частном доме. При этом соединяют все имеющиеся металлические элементы таких систем: батареи, полотенцесушители, краны, смесители и другие. Блуждающие токи — это может стать серьёзной проблемой, если с ними не бороться.
Какие объекты подвергаются максимальной опасности
Полностью контролировать образование блуждающих токов невозможно. Для защиты от их воздействия необходимо в первую очередь обращать внимание на наиболее уязвимые для них объекты:
Фактически рассматриваемая опасность может угрожать любым металлическим элементам, непосредственно контактирующим с землёй. Понимание того, что же такое «блуждающие токи», поможет понять, как избежать их появления.
Способы защиты
Для защиты могут применяться различные методы Их разделяют на две основных разновидности: пассивные и активные. В первом случае речь идёт о надёжной изоляции труб от окружающего грунта. Для этого можно использовать несколько слоёв защиты.
Когда нужно исключить блуждающие токи в водопроводных трубах, могут применяться битумные мастики, специальные оболочки, изоляционные ленты. Работы нужно проводить с осторожностью, так как механические повреждения защитного слоя могут стать местами, где происходит активное разрушение объекта.
Эффективным способом защиты является замена металлических труб на пластиковые. После этого они перестанут быть местом, где протекает ток. В результате прекратятся электролитические процессы, разрушающие конструкцию.
Для изоляции рельсов от грунта прокладывают специальную защиту. В результате пути располагаются выше, чем обычно. Обычно для этой цели используются насыпи из не проводящего электричество материала. Это приводит к увеличению затрат и не всегда приемлемо для электротранспорта, маршрут которого находится в городской черте.
При проектировании трубопроводов, расположения электрических кабелей, маршрутов электротранспорта стараются по возможности разнести их на значительное расстояние.
На практике редко удаётся сделать пассивную защиту от блуждающих токов достаточно надёжной. Поэтому наибольшее распространение получили активные методы. Их использование требует установки дополнительных рабочих конструкций и связано с дополнительными затратами электроэнергии. Действие такой защиты охватывает всего несколько десятков метров.
Принцип работы таких методов связан с ликвидацией анодных зон на защищаемых объектах. При этом разрушительное воздействие тока переключается на специальные объекты, разрушение которых не причинит вреда защищаемой конструкции. Для этого в нужных местах устанавливают станции катодной защиты. Знание того, что такое блуждающие токи, позволяет выстроить эффективную защиту от них.
Стоимость их использования пренебрежимо мала по сравнению с возможными проблемами. Поэтому их применение считается очень выгодным.
При использовании катодных станций подают положительный потенциал на защищаемый объект. Недалеко от него располагают катоды. На них дают отрицательный. Вследствие перераспределения энергии анодные зоны создаются на дополнительно установленных катодах. Металлические молекулы с них активно испарятся, постепенно приводя детали в негодность. В этом случае их сразу заменяют.
На объекте из-за блуждающих токов исключается образование анодных зон и разрушение не происходит. При установке защиты важно правильно произвести расчёты. При ошибке конструкция станет действовать противоположным образом — станет источником разрушения защищаемого объекта. Поэтому для каждого объекта планирование нужно производить с учётом его особенностей.
Защита от блуждающих токов может быть создана следующим образом. Для этого нужно подать определённый потенциал на защищаемый объект. В результате прекратится протекание через него блуждающих токов.
Для защиты может быть использован электродренажный метод. В этом случае в месте, где ожидается появление анодной зоны трубу соединяют проводником с местом, которой является источником проблемы и создаёт соответствующий потенциал. В этом месте исчезает разность потенциалов, которая была причиной для образования анодной зоны.
Методы измерения
Для того чтобы определить места, где наиболее вероятно образование блуждающих токов, необходимо выполнять измерения. Полученная информация о блуждающих постоянных токах позволяет более эффективно построить защитные мероприятия. Измерения представляют собой систему мероприятий, включающую такие элементы:
При выполнении замеров на путях электротранспорта нужно выбирать время наибольшей активности. Используемые приборы должны иметь класс точности не менее 1,5.
При прокладке подземных трубопроводов измерения блуждающих токов проводят через каждые 1000 м. Если аналогичные конструкции расположены параллельно, то измерения выполняют с промежутком 200 м. В этом случае проводят сравнение показателей вдоль каждого трубопровода. Дополнительно проводят измерение разности потенциалов между ними.
Заключение
Образование блуждающих токов приводит к ускоренному разрушению металлических конструкций. Для того, чтобы их защитить, необходимо комплексно применять методы пассивной или активной защиты. Необходимо регулярно проводить измерения для определения степени опасности рассматриваемой проблемы.
Блуждающие токи
Блуждающие токи — электрический ток, возникающий в толще грунта, при использовании его в качестве токопроводящей среды. Простейший пример, при пробое изоляции электрических силовых кабелей происходит утечка на землю. Грунт обладает высоким удельным сопротивлением, поэтому, если в процессе растекания заряда на его пути встречается металлический трубопровод, возникает электрический ток, который начинает двигаться по пути наименьшего сопротивления.
Опасность связана с тем, что в месте выхода блуждающего тока из металлического проводника активизируются коррозионные процессы. Причём ущерб, получаемый в данном случае, достигает такой величины, что приходится продумывать и реализовать системы защиты от воздействия.
Виды и появления блуждающих токов
Одна из причин связана с массовым применением рельсового электротранспорта. Электрифицированные ЖД магистрали, трамваи и метро, рудничная локомотивная контактная откатка становятся причиной появления блуждающих токов и наносят ущерб газовым трубопроводам, водопроводным линиям, бронированным кабельным сетям, металлоконструкциям.
Общая схема происходящего в этом случае следующая:
В результате таких процессов в анодных зонах, участки выхода токов из рельсов и трубопровода, возникает процесс электрохимической коррозии. При этом скорость разрушения металлов может достигать десятка миллиметров в год. Для рельсового пути такие повреждения несущественны из-за большой толщины стали, хотя также снижают срок службы конструкции.
А вот для труб с небольшой стенкой такие повреждения становятся критичными. Выглядят они как сквозные отверстия небольшого диаметра. Если трубопровод находится в зоне длительного воздействия блуждающих токов без надлежащей защиты, может возникнуть ситуация, когда его поверхность напоминает решето.
Среди двух других потенциальных источников возникновения блуждающих токов выделяют:
Объяснение схемы выше: 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.
Понятно, что в большинстве случаев разрушающее воздействие в таких условиях будет меньше, чем в зонах расположения рельсовых путей электротранспорта, но оно также оказывает своё влияние.
Причина появления тока в домашнем быту
Существует ещё один вид блуждающего тока, который правда не связан с процессами, происходящими в земле. Речь идёт о появлении аналогичных повреждений на стальных полотенцесушителях, радиаторов отопления, установленных в обычных зданиях. Основной причиной становится разница потенциалов на этих устройствах и заземлённых участках водопровода или системы отопления.
Раньше все эти сети монтировались из металлических труб и обязательно заземлялись. Поэтому в пределах одного здания разницы потенциалов на отдельных участках или элементах системы не существовало или она была настолько минимальной, что не приносила никакого вреда.
Сейчас ситуация кардинально изменилась, и причиной этого стало массовое применение полипропиленовых и металлопластиковых труб. Полимерные материалы обладают высоким удельным сопротивлением, поэтому их можно считать хорошими диэлектриками. В результате получают изолированные друг от друга участки сети. При этом вода остаётся хорошим проводником, она отлично переносит скапливающийся статический заряд.
Поэтому и происходит появление эффекта блуждающих токов, вызванного разницей потенциалов на заземлённом участке сети и отдельных полотенцесушителях или батареях. В этом случае электрохимическая коррозия быстро разрушает тонкостенные металлические устройства.
Как измерить величину блуждающего тока
Наличие потенциальной опасности в обязательном порядке проверяют при проектировании новых трубопроводов в зоне их предполагаемой укладки. Для этого используют мультиметры высокого класса точности, внутренне сопротивление которых должно быть не менее 1 МОм, и специальные электроды, с минимальной паспортной разницей потенциалов.
Измерения проводят по следующей схеме:
Основная задача — определить существующую разницу потенциалов между точками. Если этот показатель превышает 0,04 В, на участке действуют блуждающие токи.
В районе расположения действующих рельсовых путей электротранспортной системы контроль выполняют за счёт следующих замеров:
Весь комплекс измерений выполняют при помощи специального оборудования.
Более подробно про измерения можете прочитать в инструкции(откроется в новой вкладке): Читать инструкцию
Коррозия от блуждающих токов
Под воздействием блуждающих токов происходит процесс электрохимической коррозии. Его интенсивность зависит от состава почвы, степени обводнённости и характеристик грунтовых вод. Разрушение металла происходит из-за разности окислительно-восстановительных потенциалов, присущих стали и окружающей её почвы.
Под воздействием проходящего через трубу тока происходит образование гальванической пары в месте его выхода в почву. При этом железо, которое обладает меньшим окислительно-восстановительным потенциалом в результате процесса разрушается. И чем больше вокруг аварийного участка образуется солей, тем быстрее проходят все эти химические процессы.
В отличие от обычной коррозии, связанной с окислительными свойствами кислорода, интенсивность появления ржавчины зависит от величины разницы потенциалов. Поэтому бороться с электрохимической коррозией можно только путём устранения предпосылок, способствующих её появлению.
Способы устранения
Единственный способ предотвращения появления блуждающих токов — убрать возможность утечки из проводников, в качестве которых выступают те же рельсы, в землю. Для этого и устраивают насыпи из щебня, устанавливают деревянные шпалы, которые нужны не только для получения прочного основания под рельсовый путь, но и повышают сопротивление между ним и грунтом.
Дополнительно практикуется монтаж прокладок из диэлектрических материалов. Но все эти способы больше подходят для ЖД магистралей, трамвайные пути изолировать таким способом сложно, так как это приводит к увеличению уровня рельсов, что в городских условиях нежелательно.
В случае с распределительными пунктами и подстанциями, ЛЭП, ситуацию можно исправить применением более совершённых систем автоматического отключения. Но возможности такого оборудования ограничены, да и постоянное отключение электроснабжения, особенно в промышленных условиях, нежелательно.
Поэтому в большинстве случаев прибегают к защите трубопроводов, бронированных кабелей и металлических конструкций, расположенных в зоне действия блуждающих токов.
Активная и пассивная защита
Существует два основных способа защиты:
Активная защита
В различных условиях применяют отличающиеся способы защиты от электрохимической коррозии. Рассмотрим несколько основных примеров.
Защита полотенцесушителей
Главное отличие — находятся на открытом воздухе, поэтому изоляция не поможет, а отвести блуждающие токи некуда. Поэтому единственно допустимый вариант — выравнивание потенциалов.
Для решения этой проблемы применяют простое заземление. То есть восстанавливают те условия, которые были до разрыва цепи при помощи полимерных труб. При этом требуется заземление каждого полотенцесушителя или радиатора отопления.
Защита водопроводных труб
В этом случае больше подходит протекторная защита с применением дополнительного анода. Такой способ применяется и для предотвращения образования накипи в электрических водонагревательных баках.
Анод, чаще всего магниевый, соединяется с металлической поверхностью трубы, образуя гальваническую пару. При этом блуждающие токи выходят не через сталь, а через такой жертвенный анод, постепенно разрушая его. Металлическая труба при этом остаётся целой. Следует понимать, что время от времени требуется замена защитного анода.
Защита газопроводов
Для защиты этих объектов применяют два способа:
Отметим, что ощутимый ущерб, наносимый металлическим конструкциям, требует применения комплексных мер. Они включают защиту и предотвращение появления опасных факторов.