- Що таке блукаючий струм?
- Причини і джерела виникнення
- Механізм утворення блукаючих струмів
- Зв'язок блукаючого струму і корозії на металі
- Способи захисту від блукаючих струмів
- Як виміряти блукаючі струми?
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Останні 10-20 років у багатьох мегаполісах спостерігається різке зниження терміну служби підземних металевих споруд (трубопроводів гарячого і холодного водопостачання, системи опалення і т.д.). Після проведення ряду експертиз було встановлено, що основна причина руйнування металу - електрохімічна корозія, яку викликають блукаючі струми. З даної статті Ви дізнаєтеся про природу цього явища, а також отримаєте уявлення про способи захисту підземних споруд та інженерних комунікацій від гальванічної корозії.
Що таке блукаючий струм?
Як відомо, земля є провідником електричного струму, що дозволяє застосовувати цю властивість для створення заземлюючих пристроїв. Але в той же час, коли грунт виступає в якості струмопровідної середовища, в ній утворюються витоку. Оскільки не можна спрогнозувати в який час почнеться процес, і де він буде протікати, то такі прояви отримали термін «блукаючі».
Причини і джерела виникнення
Як ми пам'ятаємо зі шкільного курсу фізики, для освіти електричного струму необхідно, щоб виникла різниця потенціалів між двома ділянками ланцюга. Принцип виникнення блукаючих струмів - аналогічний. Тільки роль провідника в даному випадку виконує земля.
На території сучасних міст і населених пунктів знаходиться безліч електрифікованих об'єктів, починаючи від ЛЕП і закінчуючи рейковим транспортом, включаючи обладнання тягових підстанцій. Їх об'єднує один фактор - розташування на землі. Це призводить до досить специфічного взаємодії з останньої, що виявляється у вигляді появи блукаючих струмів. Нижче представлена таблиця, якій наводяться їх потенційні джерела і умови освіти електрозв'язку зв'язку з грунтом.
Таблиця 1. Потенційні джерела.
| Назва об'єкту | Взаємозв'язок з землею |
| Різні види розподільних пристроїв, обладнання підстанцій, ВЛ з нульовим провідником (глухозаземленою нейтраллю), підключеним до повторних заземлювачів. | При наявності на об'єкті ЗУ. |
| ВЛ мереж з ізольованою нейтраллю, кабельні магістралі. | Виникає при пошкодженні ізоляційного покриття струмопровідних елементів кабелів. |
| Рейковий електротранспорт, системи з заземленою нейтраллю. | Наявність технологічного зв'язку між одним з провідників і землею. |
Механізм утворення блукаючих струмів
У таблиці ми навели як приклад кілька джерел, тепер розглянемо докладно, як у них утворюється цікавий для нас процес. Як уже згадувалося вище, щоб він з'явився, між двома точками на землі повинно статися виникнення різниці потенціалів. Такі умови створюються контурами ЗУ систем з глухоізолірованной нейтраллю.
Нульовий провід (PEN) одним кінцем з'єднаний з ЗУ електропідстанції, а другим підключений до шини PEN споживача, яка з'єднана з заземлювальним пристроєм об'єкта. Відповідно, різниця електричних потенціалів між висновками нульового провідника буде передаватися ЗУ, що створить умови для утворення ланцюга. Величина витоку буде незначною, оскільки основне навантаження піде по шляху найменшого опору (нульового провідника), але, тим не менше, частина її піде по землі.
Практично аналогічні умови утворюються, коли виникають проблеми з ізоляцією проводів (руйнування оболонок) кабельних магістралей або ВЛ. При виникненні КЗ на землю, в цій точці потенціал рівний або близький до фази. Це викликає утворення струму витоку до найближчого ЗУ з потенціалом PEN-дроти.
У наведеному прикладі про постійну витік змінних струмів мова не йде, оскільки згідно з діючими нормами на пошук і усунення пошкодження відводиться дві години. При цьому, в більшості випадків, відключення пошкодженої лінії або локалізація ділянки з КЗ проводиться автоматично. Процес може істотно затягнутися, якщо сила струму КЗ нижче аварійного порогу.
Як показує практика, найбільша частка джерел струмів постійної витоку доводиться на міський і приміський рейковий електротранспорт. Механізм їх утворення продемонстрований нижче.
позначення:
- Контактний провід, від якого живиться силова установка електротранспорту.
- Живить фідер (підключений до контактного проводу).
- Одна з тягових підстанцій, що живить мережі трамваїв.
- Дренажний фідер (підключений до рейок).
- Рейки.
- Трубопровід на шляху проходження блукаючих струмів.
- Анодна зона (позитивні потенціали).
- Катодна зона (негативні потенціали).
Як видно з малюнка, постійна напруга в тягову мережу надходить з підстанції і по рейках повертається назад. При недостатньому опорі рейкових шляхів щодо землі, в грунті виникають електричні блукаючі струми. Якщо на шляху поширення витоку блукаючих струмів знаходиться трубопровід або інша металева конструкція, то вона стає провідником електрики.
Це пов'язано з тим, що струм поширюється по шляху найменшого опору. Відповідно, як тільки з'являється провідник, струм буде поширюватися по металу, оскільки його електричний опір менше, ніж у землі. В результаті ділянку трубопроводу, через який проходить електрострум, буде більшою мірою схильний до корозії металу. Про причини цього розказано нижче.
Зв'язок блукаючого струму і корозії на металі
Зважаючи на наявність в землі води і розчинених в ній солей будь-яка металева конструкція в грунті піддається корозії. Але якщо метал крім цього піддається впливу блукаючих струмів, то процес набуває велектролітичні природу. Відповідно до закону Фарадея швидкість електрохімічної реакції безпосередньо залежить від струму, що протікає між анодом і катодом. Отже, на швидкість корозії металевої труби (покладеної в грунті) буде впливати електричний опір ґрунту, а також складна природа процесів, що протікають в катодного і анодного зоні.
В результаті металева конструкція крім звичайної корозії піддається впливу струмів витоку. Це може стати причиною утворення гальванічної пари, що істотно прискорить процес корозії. На практиці були випадки, коли ділянку трубопроводу системи водопостачання, піддавався гальванічної корозії виходив з ладу через два роки, при розрахунковому терміні експлуатації 20 років. Приклад такого впливу представлений нижче.
Способи захисту від блукаючих струмів
Для запобігання згубного впливу електрохімічного потенціалу застосовуються методи захисту, які можуть відрізнятися в залежності від особливостей металевих конструкцій. Розглянемо як приклад способи захисту водопровідних труб, клапанів і газопроводів, почнемо в порядку даної черговості.
Відео про різні захисту від блукаючих струмів
Захист водопровідних труб
Для прокладених в землі металоконструкцій, зокрема водопровідних труб, застосовуються дві методики захисту: пасивна та активна. Детально опишемо кожну з них.
пасивний захист
Дана методика передбачає нанесення на поверхню металоконструкцій спеціального ізолюючого шару, що утворює захисний бар'єр між землею і металевою оболонкою. В якості ізоляційного матеріалу використовуються полімери, різні види епоксидних смол, бітумне покриття і т.д.
На жаль, сучасна технологія не дозволяє створити захисний бар'єр, що забезпечує повну ізоляцію. Будь-яке покриття має певну дифузійної проникністю, тому при даному способі можлива лише часткова ізоляція від грунту. Крім цього слід враховувати, що в процесі транспортування і монтажу може бути нанесено ушкодження захисного шару. В результаті на ньому утворюються різні дефекти ізоляції у вигляді мікротріщин, подряпин, вм'ятин і наскрізних пошкоджень.
Оскільки розглянутий метод не володіє достатньою ефективністю, він застосовується в якості доповнення активного захисту, про яку піде мова далі.
Активний захист
Під даним терміном мається на увазі управління механізмами електрохімічних процесів, які протікають в місцях контакту металевих конструкцій з утворюється в грунті електролітом. Для цієї мети застосовується катодний поляризація, при якій негативний потенціал зміщує природний.
Реалізувати такий захист можна гальванічним методом або використовуючи джерело постійного струму. У першому випадку застосовується ефект гальванічної пари, в якій анод, піддається руйнуванню (жертовний анод), захищаючи при цьому металоконструкцію, у якій потенціал трохи нижче (див. 1 на рис.5). Описаний спосіб ефективний для грунтів з низьким опором (не більше 50, 0 Ом * м), при більш низькому рівні провідності даний метод не застосовується.
Застосування джерела постійного струму катодного захисту дозволяє не залежати від опору грунту. Як правило, джерело виготовлений на базі перетворювача, живиться від електричного кола змінного струму. Конструктивне виконання джерела дозволяє задати рівень захисних струмів у відповідності зі сформованими умовами.
позначення:
- Застосування жертовного анода.
- Метод поляризації.
- Прокладена в землі металоконструкція.
- Закладка в грунті жертовного анода.
- Джерело постійного струму.
- Підключення до джерела малорастворимого анода.
захист полотенцесушителей
Полотенцесушителям і іншим кінцевим металевим пристроїв на водопровідних трубах (змішувачів) корозія, викликана блукаючими струмами, не загрожувала до тих пір, поки в побуті не стали широко застосовуватися пластикові труби. Навіть, якщо у Вашому стояку встановлені металеві труби, не факт, що у сусіда знизу вони не пластикові, так і для відводів в ванну і кухню напевно використовується пластик.
Щоб забезпечити захист від аварійних витоків струму і не допустити електрокорозії, необхідно вирівняти потенціали, заземливши полотенцесушитель, водопровідні труби в стояку, а також батарею опалення.
захист газопроводів
Захист підземних газопроводів від блукаючих струмів, які викликають корозію, здійснюється точно так же, як і для водопровідних труб. Тобто застосовується один з двох варіантів активної катодного захисту, принцип роботи якої розглядалося вище.
Як виміряти блукаючі струми?
Для оцінки небезпеки від струмів витоку проводиться комплекс вимірювальних робіт, куди входить:
- Вимірювання рівня струму і напрямок його руху по оболонок кабелів магістральної лінії.
- Вимірювання різниці потенціалів між контактних рейок (рейкової мережею) і прокладеними в землі металевими конструкціями.
- Вимірювання ізоляції рейок від грунту на контрольних ділянках рейкового полотна.
- Оцінка щільності струму витоку з оболонки кабельних ліній в грунт.
Вимірювання величини блукаючих струмів виробляються спеціальними приладами. При цьому зазначається термін, на який припадає максимальний трафік рейкового електротранспорту.
Процес вимірювання блукаючих струмів виконується в трансформаторних і тягових підстанціях розташованих поруч з рейковими шляхами. При цьому один з електродів, підключених до вимірювального приладу, з'єднують з ЗУ, а другий, встромляється в землю в 10-і метрах від тягової підстанції. Якщо між потенціалами на електродах з'являється різницю, вона фіксується приладом.
Рекомендуємо також почитати:
- Токи Фуко і їх застосування
- Заземлення та занулення: в чому різниця?
- Як зробити заземлення на електроплиту?