Устранение анодных зон возможно при условии, что будут выполнены корректные расчёты. Однако, если в вычислениях будет допущена ошибка, эффект может оказаться противоположным, и создаваемые токи приведут к ещё более серьёзным разрушениям.
Блуждающие токи
Блуждающие токи — это электрический ток, который возникает в грунте, когда он используется в качестве токопроводящей среды. Основной пример возникновения блуждающих токов происходит при пробое изоляции электросиловых кабелей, что в свою очередь вызывает утечку тока в землю. Грунт, как правило, обладает высоким удельным сопротивлением. Таким образом, если на пути растекающегося заряда встречается металлический трубопровод, возникает ситуация, когда электрический ток начинает двигаться по маршруту с наименьшим сопротивлением.
Опасность таких токов заключается в том, что в местах, где блуждающий ток выходит из металлического проводника, активизируются коррозионные процессы. Ущерб, который они наносят, может достигать таких величин, что потребуются серьёзные меры по защите от их разрушительного воздействия.
Виды и причина появления блуждающих токов
Одной из основных причин появления блуждающих токов является повсеместное использование рельсового электротранспорта. Электрифицированные железнодорожные магистрали, трамвайные и метро, а также рудничные локомотивы создают условия для возникновения блуждающих токов, которые наносят вред газопроводам, водопроводным линиям, бронированным кабельным сетям и металлическим конструкциям.
Общая схема этого процесса выглядит следующим образом:
- Рельсовый путь выступает в роли проводника, по которому ток возвращается к обратному фидеру тяговой подстанции.
- На участках, где изоляция слаба или отсутствует, часть энергии утекает в грунт. В этих точках наблюдается высокий потенциал, что и приводит к возникновению блуждающего тока, который стремится переместиться в зону с более низким потенциалом. Таковыми являются, к примеру, трубопроводы, кабели с экраном и любые другие металлические конструкции, находящиеся под землёй.
- Двигаясь по металлу, как по пути наименьшего сопротивления, ток попадает в зону, где потенциал значительно снижается, после чего выходит в грунт и вновь возвращается в рельсовый путь.
В результате этих процессов, создаются анодные зоны, в которых токи выходят из рельсов и трубопроводов, что запускает процессы электрохимической коррозии. При этом скорость разрушения металлов может достигать десятков миллиметров в год. В случае рельсовой конструкции такие повреждения не критичны, благодаря их большой толщине, но всё же тоже могут сократить срок службы. Однако для труб с тонкими стенками такие повреждения становятся действительно серьёзными. Они могут проявляться в виде небольших сквозных отверстий. Если трубопровод подвергается длительному воздействию блуждающих токов без должной защиты, его поверхность может начать напоминать решето.
Также читайте: Как и какими огнетушителями тушить проводку
Кроме того, существуют и другие потенциальные источники возникновения блуждающих токов:
- Трансформаторные подстанции, распределительные устройства, обладающие заземляющим оборудованием, а также линии ЛЭП с глухозаземлённой нейтралью. В случае постоянных незначительных утечек на землю, уровень которых не достигает предела срабатывания защитных устройств, вокруг этих объектов также возникают паразитные блуждающие токи.
- Электрокабельные сети, помещённые под землю, также могут способствовать данному эффекту при снижении диэлектрических свойств изоляции или её пробое.
Объясняя схему выше: нулевой провод (PEN) одним концом соединён с заземляющим устройством электроподстанции, а другим — с шиной PEN потребителя, которая в свою очередь подключена к заземляющему устройству. Соответственно, разница электрических потенциалов между выводами нулевого проводника передаётся на заземляющее устройство, что создаёт условия для образования электрической цепи. Уровень утечки будет достаточно незначительным, так как основная нагрузка будет следовать по пути наименьшего сопротивления (нулевому проводнику), тем не менее, часть тока всё же пойдёт по земле.
Очевидно, что в большинстве случаев разрушительное воздействие в таких условиях окажется менее значительным по сравнению с областями, где расположены рельсовые пути электротранспорта, однако оно всё равно будет оказывать влияние.
Причина появления тока в домашнем быту
Существует ещё один вид блуждающего тока, который, правда, недостаточно изучен и не связан с процессами, протекающими в земле. Это проявляется в повреждениях, которые могут происходить на стальных полотенцесушителях и радиаторах отопления, установленными в обычных зданиях.Основной причиной этого является разница потенциалов между этими устройствами и заземлёнными участками водопровода или системы отопления.
Причины и источники блуждающих токов
Вне зависимости от источника блуждающих токов, основная причина их возникновения заключается в появлении разницы потенциалов в двух различных точках. При этом земельное пространство обычно выступает в качестве главного проводника.
Если говорить о конкретных источниках, то их можно выделить несколько: электрифицированный транспорт, линии электропередач, а также некоторые бытовые элементы.
Как выглядят блуждающие токи — смотрите в видео.
Разные виды транспорта
Одним из основных источников блуждающих токов считаются транспортные средства, работающие на электричестве:
- трамваи;
- электрички на железной дороге;
- транспорт, используемый в карьерах, рудниках и на производстве;
- метрополитен и т. д.
Основным источником является тяговая подстанция, которая выдаёт ток и передаёт его на контактный провод, а затем через токоприёмник к электрическому двигателю.
Далее процесс включает прохождение потенциала через колеса, а затем через рельсы и обратно к тяговой подстанции.
Когда ток проходит через рельсы, он сталкивается с определённым сопротивлением, по причине чего некоторые элементы конструкции имеют электрический потенциал. Этот потенциал по мере приближения к подстанции уменьшается до нуля.
Схема распределения токов изображена ниже.
- a – контактный провод, по которому подаётся напряжение к силовой установке электротранспорта;
- b – питающий филлер, который соединен с питающим проводом;
- c – одна из тяговых подстанций, обеспечивающих электроэнергией сети электротранспорта;
- d – дренажный филлер, который соединён с рельсами;
- e – рельсы;
- f – трубопровод, через который проходит блуждающий ток;
- g – положительные потенциалы в анодной зоне;
- h – отрицательные потенциалы в катодной зоне.
Металлические рельсы установлены на грунте без дополнительной изоляции, что приводит к образованию блуждающих токов.
Эти токи растекаются по земле, повреждая всё на своём пути:
- газопроводы;
- металлические конструкции;
- водопроводные и канализационные трубы;
- металлическая кабельная продукция и т. д.
В зоне риска находятся все металлические элементы, имеющие более низкое удельное сопротивление, чем земля.
Негативное воздействие также испытывают рельсы на участках, где ток выходит в землю, что приводит к возникновению коррозии.
Линия электропередач
Ещё одной причиной возникновения блуждающих токов могут стать линии электропередачи с изолированной нейтралью. Обычно это линии напряжением 6, 10 и 35 киловольт.
Суть этого явления заключается в отсутствии заземления нейтрали трансформатора, что в случае обрыва одного из проводов не приводит к короткому замыканию и не вызывает срабатывание защитных устройств.
В подобных условиях через землю протекают незначительные блуждающие токи, величина которых зависит от сопротивления линии до точки заземления и мощности источника.
Влияние на металл
Основной недостаток блуждающих токов заключается в их пагубном воздействии на металлические объекты. В группу риска попадают трубы, кабельные линии, железобетонные конструкции и многое другое.
Металл является превосходным проводником электричества, поэтому заряд движется не в землю, а по нему. Место, где ток входит в землю, можно сравнить с катодом, в то время как точка выхода обозначает анод.
Негативные процессы основываются на Законе Фарадея, который гласит, что скорость электрохимических процессов тем больше, чем выше ток между анодным и катодным элементом. Таким образом, на скорость повреждения металла влияют сопротивление земли и текущий потенциал.
Помимо коррозии, дополнительным фактором становятся токи утечки, которые усиливают разрушительные процессы.
Существуют случаи, когда трубопровод в системе подачи воды разрушался под действием блуждающих токов всего за два года, хотя его официальный срок службы составлял не менее 20 лет.
В системах подземного водоснабжения ситуация усугубляется неблагоприятным составом воды, включая множество микроэлементов, что улучшает её проводимость и ускоряет разрушительные процессы. Наибольшие разрушения происходят именно в анодной зоне, где токи выходят.
Воздействие на металлические объекты
В глубинах земли располагаются множество металлических объектов, таких как различные трубопроводные системы, бронированные кабельные линии, а также железобетонные фундаменты строений. Поскольку металл является лучшим проводником по сравнению с землёй, электрический ток будет проходить по металлу, а не по грунту. Место входа тока называется катодной зоной, а место выхода — анодной зоной.
Особенно стоит рассмотреть коррозионные процессы, происходящие в водопроводных трубах. Подземные воды содержат множество растворимых веществ и являются хорошими проводниками. Например, в трубопроводе, находящемся под землёй, возможно развитие коррозии в результате процесса электролиза, что особенно выражено в области анодной зоны. В катодной зоне повреждения конструкций чаще оказываются менее разрушительными.
В результате крайне разрушительного воздействия блуждающих токов на все вышеперечисленные объекты может быть нанесён значительный экономический ущерб.
Способы защиты
Наиболее распространённым способом борьбы с этим явлением является установка катодной защиты. Для её реализации необходимо исключить образование анодной зоны на защищаемой конструкции и оставить лишь катодную зону. Станция катодной защиты генерирует постоянный ток, подключая отрицательный полюс к защитной металлической конструкции, а положительный – к так называемым жертвенным анодам, которые берут на себя основную долю разрушительной силы. Поверхности защищаемых объектов дополнительно обрабатываются специальными защитными покрытиями, препятствующими образованию коррозионного слоя.
Схема СКЗ:
Недостатками данной схемы являются:
- так называемая перезащита — когда защитный потенциал превышен, и защищаемая металллоконструкция становится подверженной коррозии;
- неправильный расчёт защиты, который может вести к ускоренному коррозийному поражению соседних металлических объектов.
К сожалению, эта проблема затрагивает не только промышленные объекты, но и обычных людей. В полотенцесушителях и в системе отопления, как правило, циркулирует горячая вода, являющаяся отличным проводником (если, конечно, она не дистиллированная). В случае, если трубопроводы и ближайшие к ним элементы, находящиеся в жилом помещении, не были должным образом заземлены, они могут оказаться под воздействием нежелательного потенциала, что проявится в виде потёков ржавчины. Конструктивное заземление может помочь предотвратить эти негативные последствия, поэтому в современных условиях оно остаётся одним из наиболее эффективных способов защиты от блуждающих токов как в квартирах, так и в частных домах.
Способы защиты
Существует несколько методов для защиты от блуждающих токов, которые могут возникать в электрических сетях:
- Использование устройств защиты от остаточного тока (RCD) — таких устройств, которые срабатывают при возникновении небольшой разности между входящим и выходящим токами. Они оперативно прерывают подачу электроэнергии и способствуют предотвращению возможных повреждений и несчастных случаев.
- Установка защитных заземлителей и проводников заземления — эти действия могут эффективно устранить блуждающие токи, направляя их в землю.
- Применение экранирующих устройств — специальные установления, которые предотвращают нежелательное распространение токов и электрических полей.
- Правильная установка и грамотное сопряжение электрооборудования — очень важный фактор, который позволяет избежать образования блуждающих токов. Необходимо следить за корректным соединением проводов и правильно выполнять установку всех компонентов.
- Регулярные проверки и техническое обслуживание электрических установок — такая практика позволяет заранее выявить возможные проблемы и провести профилактические меры, заменив старое или повреждённое оборудование.
- Обеспечение надежного заземления — это гарантирует эффективное разведение тока в случае его блуждания.
- Контроль и обучение персонала — это важное звено в снижении рисков возникновения блуждающих токов. Обученный и осведомлённый в своей работе персонал способен принять необходимые меры предосторожности.
Важно осознавать, что защита от блуждающих токов — это сложный и многоаспектный процесс, требующий системного подхода и применения нескольких методов одновременно. Комплексная защита поможет минимизировать риски и обеспечить безопасность электротехнических систем.
Использование фильтров и стабилизаторов
Блуждающие токи могут вызывать сбои в работе электронного оборудования и даже могут навредить этим устройствам. Но есть способы защиты от таких токов, одним из которых является использование фильтров и стабилизаторов.
Фильтры электропитания позволяют подавать на устройство чистый и стабильный электрический ток, избавляя его от помех и перепадов напряжения. Они оснащены специальными компонентами, предназначенными для фильтрации нежелательных сигналов, таких как шумы или высокочастотные помехи. Таким образом, фильтры помогают предотвратить возникновение блуждающих токов и защищают электронное оборудование.
Стабилизаторы напряжения также служат защитой устройств от блуждающих токов. Они отвечают за регулирование напряжения, которое подаётся на электронику, и компенсируют перепады в сетевом питании. В результате стабилизаторы обеспечивают стабильное напряжение и предотвращают возникновение блуждающих токов, которые могут повредить оборудование.
Фильтры и стабилизаторы можно установить как на отдельные системы, так и на индивидуальные устройства. Они активно применяются в самых различных сферах, включая домашнее использование, коммерческие и промышленные нужды. Их использование считается эффективным способом защиты от блуждающих токов и способствует надежной работе электронных устройств.
Популярные статьи: Источник питания 12В и 24В: принцип действия и выбор
Применение защитных реле и предохранителей
Защитные реле и предохранители представляют собой незаменимые компоненты системы защиты от блуждающих токов. Они играют важную роль в обеспечении безопасности оборудования и предотвращении возможных аварийных ситуаций. Использование данных элементов позволяет защитить электрические сети и устройства от перегрузки, короткого замыкания и других нежелательных электрических явлений.
Методы измерений
При прокладке трубопроводов блуждающие токи измеряются путём вычисления разности потенциалов между двумя точками на поверхности земли, расположенными перпендикулярно друг другу и находящимися на одинаковом расстоянии — 100 метров. Измерения проводятся каждые километры.
Приборы для этих измерений должны иметь класс точности не менее 1,5 и собственное сопротивление от 1 МОм. Разность потенциалов между измерительными электродами не должна превышать 10 мВ. Время одного измерения должно составлять не менее 10 минут, с фиксированием результатов каждые 10 секунд.
Измерения в зоне действия электротранспорта рекомендуется проводить в период наибольшей нагрузки. Если разность значений потенциалов превышает 0,04 В, это служит признаком наличия блуждающих токов.
Для измерений можно использовать пару электродов сравнения: медно-сульфатный переносной и соединительный. Также потребуется цифровой мультиметр для проведения измерений и гибкий изолированный провод, длина которого должна быть не менее 100 метров.
Несмотря на свои относительно небольшие значения, это явление способно нанести значительный урон подземным (и не только) коммуникациям. Источники блуждающих токов могут быть самыми различными, поэтому необходимо предпринимать все меры по профилактике этого нежелательного эффекта.
В завершение, предлагаем вам просмотр полезного видео, которое наглядно демонстрирует, как защититься от данного явления:
Таким образом, мы рассмотрели причины возникновения блуждающих токов и способы защиты от них. Теперь вы имеете общее представление о том, что это такое и как с этим справляться, даже в условиях домашнего хозяйства!
Наверняка вы не знаете:
Если вы живёте в многоэтажном доме, в котором проложены километры коммуникаций, таких как электрические провода, металлические трубы, вентиляционные короба, металлорукава и т. д., то в ваших квартирах присутствуют разные металлические элементы, такие как ванны, мойки, полотенцесушители и трубы отопления. В общем, любой многоэтажный дом переполнен элементами и конструкциями, способными проводить электрический ток, в то время как трубопроводы не предназначены для этого.
Каждый проводник тока имеет электрический потенциал относительно потенциала земли. Потенциал — это относительная величина. Это значит, что электрический потенциал, скажем, металлического корпуса холодильника или раковины, сам по себе не имеет значения. Разница потенциалов между холодильником и водопроводной трубой влияет на величину напряжения и силу проходящих блуждающих токов.
Имело бы смысл предположить, что напряжение между корпусом холодильника, стиральной машины и водопроводной или отопительной трубой не опасно: ведь и корпус электроприбора, и водопроводная труба не должны находиться под фазой. Однако не стоит спешить с выводами.
Причины образования потенциала на корпусе бытовой техники могут крыться в старении изоляции, статическом электричестве и других факторах. Разница потенциалов между отопительными или водопроводными трубами приводит к возникновению такого явления, как блуждающие токи.
Источники блуждающих токов
Основные источники блуждающих токов, воздействующих на подземные металлические сооружения, в первую очередь, включают в себя электрифицированные железные дороги (как магистральные, так и пригородные), трамваи, а также промышленный, карьерный и рудничный транспорт. Тяговая подстанция получает ток из энергосистемы и через питающую линию передаёт его контактному проводу, откуда через токоприёмник он поступает к электродвигателю. Затем, пройдя через колёса, ток возвращается к тяговой подстанции по рельсам.
Поскольку рельсовый путь не изолирован от земли, он становится источником блуждающего тока. Этот ток, распространяясь в земле и сталкиваясь с металлическими сооружениями, такими как водопроводы и газопроводы, каналы для канализации, оболочки кабелей и т. д., сталкивается с удельным сопротивлением, значительно меньшим, чем у земли, и натекает на них (катодная зона). В течение времени блуждающие токи выходят из подземного сооружения (анодная зона) в землю, а затем по ней снова попадают в рельс и далее на тяговую подстанцию.
В результате рельсы разрушаются в местах выхода токов в землю, тогда как подземные коммуникации повреждаются в тех участках, где ток возвращается в рельсы. Если блуждающий ток протекает через подземное металлическое сооружение всего один раз, это не приведёт к значительным разрушениям, однако в условиях постоянной утечки блуждающего тока (например, от трамваев или поездов) металл постепенно подвергается коррозии. В качестве меры защиты подземные сооружения часто оснащаются дренажной защитой.
