Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

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.

Важно! Рельсы не отделены от почвы диэлектриком. Значит, в грунте появляется потенциал, такой же, как и на них. При нормальном положении дел этот потенциал должен быть одинаковым на всей протяжённости.

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).

Образование катодных и анодных зон

Образование катодных и анодных зон

Что надо знать о блуждающих токах?

Гальванической

Она связана с реакцией между разными металлами. Так, например, гальваническую пару, ведущую к разрушению, могут создать сталь и латунь или сталь и алюминий. Реакция начинается сразу, как только складывается «дуэт» из разных металлов и получившийся узел соприкасается с электролитом. В ситуации с полотенцесушителем роль электролита играет обычная водопроводная вода, вступающая в реакцию с металлами благодаря содержанию значительного количества минеральных веществ (такая же реакция будет и с морской водой, богатой солью).

Связь между БТ и коррозией на металле

Как известно из школьного курса физики, для любого тока какие-либо металлические объекты служат лучшим проводником, нежели земля. Именно по этой причине блуждающий ток проходит по металлу, а не по почве. Токи, встречая на своём пути любой металлический объект, имеющий меньшее удельное сопротивление, чем окружающий его грунт, натекают на него.

Блуждающие токи

Место входа называется катодной зоной. Пройдя по металлическому пути, блуждающий ток выходит из него. И это место выхода принято называть анодной зоной. Именно здесь и происходит реакция, вызывающая коррозию. Такая коррозия может встречаться и в месте входа тока в землю из источника блуждающего тока.

Главная проблема заключается в том, что, в основном, блуждающий ток носит постоянный характер. Это служит причиной быстрого разрушения металлических объектов. Таким образом, разрушаются не только рельсы, но и, например, их скрепления.

Если повреждено защитное покрытие металлических конструкций, то в местах таких анодных зон возникают дыры. Читая всё вышеперечисленное, можно сделать вывод, что блуждающий ток может нанести не только достаточно серьёзные повреждения изделиям из металла, но и существенный экономический ущерб.

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.

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 сведению. Страдают не только подземные сооружения, уложенные параллельно. Коррозийному разложению подвергаются подошвы рельс, плашки шпал и костыли. Это связано с тем, что каждой катодной зоне соответствует анодная зона конструктивных элементов ж/д.

Пример коррозии рельсов и труб от БТ

Пример коррозии рельсов и труб от БТ

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них
Коррозия блуждающих токов

Любой водопровод, находящийся в почве, повреждается коррозией за счет воздействия на него влаги и солей, однако если сюда еще подключить и активность токов, то возникает электролитический процесс. При этом на скорость электрохимической реакции воздействует заряд, протекающий между анодом и катодом. Отсюда следует, что на активность повреждения изделий из металла будет влиять сопротивление почвы движению зарядов, а также сложность течений, находящихся в анодной и катодной зоне.

В такой обстановке система водоснабжения подвержена обычной коррозии под влиянием токов утечки. Воздействие формирует гальваническую пару, ускоряющую развитие коррозии. В истории существует немало моментов, когда укладываемый трубопровод должен был служить 20 лет, а на самом деле разрушение происходило через 2 года.

Возникновение тока в проводнике обусловлено разностью потенциалов на его концах. Блуждающие токи возникают, когда токопроводящей средой становится земля. Это явление оказывает разрушающее влияние на металлические предметы, находящиеся в земле или имеющие с ней точки соприкосновения.

В многоквартирных домах блуждающие токи появляются из-за утечек в системах электроснабжения. Это ускоряет коррозию труб в несколько раз по сравнению с проектной. Природа блуждающих токов в том, что потенциалы заземлённых конструкций различны. Причинами появления токов утечки могут быть:

  • Неправильная эксплуатация электрических сетей, применение водопроводных и отопительных труб вместо нулевого проводника.
  • Не соответствующее требованиям безопасности подключение бытовых приборов: стерилизаторов, стиральных машин, посудомоек, при котором система электроснабжения дома оказывается связанной с трубами водоснабжения и отопления.
  • Повреждения изоляции проводников в процессе эксплуатации.

Неправильные подключения в 3-проводниковых схемах, где, кроме фазного и нулевого рабочего проводников, имеется ещё нулевой защитный, приводит к растеканию тока по металлоконструкциям. Следует избегать ошибок подключения. Не подключать в одно место нулевой рабочий и нулевой защитный проводники, не использовать защитный вместо рабочего. Кроме коррозии, это может вызвать электротравмы у людей.

Возникновение блуждающих токов может вызываться заменой металлических труб на пластиковые. Сами пластиковые трубы коррозии не подвержены, но металлическая арматура в квартирах, такая как полотенцесушители и смесители может ржаветь. Объясняется это тем, что когда все трубы были металлическими, в подвалах их заземляли специальными контурами.

Под землёй проходит большое количество трубопроводов и кабелей, которые нуждаются в антикоррозионной защите. Для защиты магистральных трубопроводов применяются следующие методы:

  • Метод катодной защиты. Он основан на формировании с помощью катодных станций на подземных сооружениях потенциалов, увеличивающих сопротивление блуждающему току.
  • Создание диэлектрической изоляции.
  • Возможно увеличивать продольное сопротивление трубопроводов, используя врезку изоляционных муфт.
  • Замена металлических труб на пластмассовые.

На заправках появление блуждающих токов наиболее опасно. Там следует предотвратить малейшую возможность возникновения искры. Для защиты используется заземляющий контур и тщательное заземление всех металлических частей.

Следует опасаться и статического электричества, источником которого может явиться водитель. Блуждающие токи на теле могут образоваться в результате трения о синтетические покрытия внутри машины. Этого иногда бывает достаточно, чтобы воспламенился пистолет.

Нужно при выходе из машины выровнять потенциалы, взявшись одной рукой за машину, а другой за бензоколонку.

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Статическое электричество накапливается не только на одежде. Опасным может быть мобильный телефон и включённый двигатель. Не рекомендуется держать топливо в пластмассовых канистрах.

Трение бензина о поверхность пластика тоже создаёт статическое электричество. Это может вызвать искру при попытке залить бензин в бензобак.

Лучше использовать для перевозки бензина железные канистры.

Блуждающие токи опасны. Они вызывают коррозию и выход из строя подземных коммуникаций. В многоквартирных домах они выводят из строя раньше срока инженерное оборудование, разрушают водопроводные трубы и системы отопления.

В некоторых случаях они даже представляют угрозу для жизни людей.

Определить, что ваш полотенцесушитель стал «жертвой» коррозионных процессов, можно по внешнему виду оборудования. Первыми признаками разрушения металла являются:

  • вздутие декоративного слоя (краски) – сначала это происходит в местах соединений и на острых гранях конструкции;
  • появление на пострадавшей поверхности заметного белесого налета, напоминающего мелкий порошок;
  • образование на поврежденных участках небольших вмятин и углублений – создается впечатление, что металл поеден жучком.

Незначительные повреждения, как правило, являются результатом гальванической коррозии, вызванной разностью электрических потенциалов разнородных металлов, один из которых выступает в качестве катода, а другой – анода. А если добавить к этому еще и блуждающие токи, разрушения будут намного серьезней.

Чтобы предотвратить возникновение в системе блуждающих токов и защитить полотенцесушитель от электрохимической коррозии, нужно воссоздать устойчивую связь между ним и трубой стояка. Другими словами, нужно просто заземлить периферическое устройство, соединив полотенцесушитель проводом с металлическим стояком, или же смонтировать систему уравнивания потенциалов.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Лепнина в интерьере - использование в различных стилях отделки на стенах

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Это важно сделать еще и потому, что некоторые недобросовестные жильцы многоквартирных домов, желая сэкономить, ставят на свои электросчетчики жучки, а в качестве заземления используют трубопроводы систем отопления или водоснабжения. И тогда их соседям грозит реальная опасность, ведь даже простое прикосновение к металлической батарее даст человеку «шанс» получить смертельный удар током.

Блуждающие токи и их воздействие на трубопровод

В последнее десятилетие участились случаи немотивированной ускоренной коррозии трубопроводов систем водоснабжения и отопления зданий.

При соблюдении основных требований к составу воды (включая содержание растворенного кислорода), материалу труб и температурному режиму коррозия ускоряется в 2-10 раз по сравнению с проектными расчетными данными.

Опыт работы специалистов Центра электромагнитной безопасности (ЦЭМБ) позволяет утверждать, что одной из причин ускоренной коррозии трубопроводов в современных условиях являются несанкционированно протекающие по ним токи промышленной частоты, источниками которых являются токи утечки системы электроснабжения этих же зданий.

Термин «коррозия, вызванная токами (блуждающими токами)» обычно связывают с постоянным током в подземном металлическом сооружении.

Источники таких токов находятся вне поврежденной конструкции: электрифицированный транспорт (трамваи, метрополитен, железная дорога), системы катодной защиты, шахтные системы электроснабжения постоянным током и т.д.

[1-5] При этом интенсивные коррозионные разрушения происходят в местах стекания постоянного тока с внешней поверхности металла в электролит (воду или грунт). Отечественная и мировая практика эксплуатации систем водоснабжения признает эту проблему и учитывает ее.

Однако на внутренней поверхности определенных участков трубопроводов, проложенных внутри зданий и находящихся вне зоны растекания блуждающих токов в обычном их понимании, также возникают и повторяются характерные «свищи», что требует специального рассмотрения и объяснения.

В период с 1996 по 2002 год были выполнены прямые осциллографические измерения токов, протекающих по внутренним трубопроводам систем отопления и водоснабжения зданий на более чем 200 объектах г. Москвы.

Измерения проводились с помощью специально разработанной методики «Проведение работ по определению наличия источников и основных путей попадания токов утечки от системы электроснабжения на металлоконструкции и трубопроводные системы зданий» и аппаратуры на основе многоканального аппаратурно-компьютерного комплекса регистрации токов.

Рис. 1

Анализ полученных данных позволил установить корреляцию между величиной протекающего тока и скоростью коррозии трубопроводов. В таблице 1 приводятся типичные данные о сроках службы трубопроводов до начала проявившегося выраженного коррозионного процесса (критерий – появление первого «свища») в сопоставлении с зафиксированными токами, протекающими по трубопроводам.

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Таблица 1

На основании данных, приведенных в таблице 1, а также экспертных заключений ВНИИ Коррозии и Ассоциации разработчиков и производителей средств противокоррозионной защиты для топливно-энергетического комплекса (КАРТЭК) [6,7], можно сделать вывод о прямой корреляции между скоростью коррозии внутренних трубопроводов зданий и величиной протекающих по ним переменных и постоянных токов.

Типичный пример измерения тока, протекающего по трубопроводу, приведен на рис. 2. Характерные причины попадания токов утечки на трубопроводы показаны на рис. 2-5.

Основными причинами возникновения токов утечки и попадания их на трубопроводы являются:

  • непрофессиональная эксплуатация действующей системы электроснабжения, например, преднамеренное использование трубопроводных систем в качестве нулевых рабочих проводников (см. рис. 3,4);
  • некорректное подключение электропотребителей (стерилизаторы, стиральные машины гидромассажные ванны, душевые кабины, водонагревательные котлы, посудомоечные машины и т.д.), связывающих трубопроводные системы с системой электроснабжения зданий (см. рис. 5);
  • возникающие в процессе эксплуатации повреждения изоляции кабельных линий и/или электрооборудования, ослабление, отгорание и механические повреждения нулевых рабочих проводников.

При реконструкции старых систем электроснабжения и монтаже новых в соответствии с требованиями [6,7] внедряется 3-х и 5-ти проводная схема подключения электрооборудования, то есть фактически к фазным и нулевому рабочему проводникам добавляется нулевой защитный проводник.

Любая неочевидная ошибка в подключении электрооборудования в этих схемах (чаще встречается подключение нулевого рабочего проводника к клемме нулевого защитного и наоборот, либо подключение под один контактный зажим обоих проводников) приводит к неконтролируемому растеканию токов по металлоконструкциям и трубопроводам систем водоснабжения и отопления, которое не только увеличивает скорость точечной коррозии трубопроводов, но и представляет опасность поражения людей электрическим током.

Рис. 2

Рис. 3, 4

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Рис. 5

Обычно для решения проблемы неконтролируемого растекания токов электрически изолируют все внутренние водопроводные линии от подводяшей магистрали или проводят замену подверженных ускоренной электрохимической коррозии металлических труб на пластиковые.

Однако нельзя забывать, что трубопроводы фактически являются элементами системы электроснабжения, поэтому при замене металлических труб на пластиковые решается вопрос об устранении их электрохимической коррозии, но одновременно может существенно возрасти нагрузка на нулевые рабочие проводники и в значительной степени увеличиться сопротивление петли «фаза-ноль», что приводит к уменьшению величины токов короткого замыкания.

Вышеуказанные обстоятельства могут привести к отгоранию нулевых рабочих проводников, вследствие чего напряжение у потребителей наименее нагруженных фаз резко возрастает, что зачастую приводит к выходу из строя электрооборудования и пожарам.

ПУЭ допускает использование водопроводных труб в качестве защитного заземляющего проводника. Поэтому в целях обеспечения электробезопасности при замене металлических труб на пластиковые требуется особенно тщательная проверка наличия и измерения величины сопротивления цепей заземления электропотребителей.

Мы считаем, что наиболее технически грамотным и эффективным методом борьбы с вышеуказанными является не ликвидация последствий, а устранение первопричины возникновения токов утечки, т.е. полное обследование системы электроснабжения зданий с определением источников и конкретных мест возникновения таких токов.

Очевидно, что исследования связи коррозии с протекающими по трубопроводам токами промышленной частоты должны быть продолжены, как в направлении разработки физической модели механизма, так и в направлении накопления фактического статистически значимого материала.

Однако для эксплуатирующих служб, по нашему мнению, в первую очередь целесообразно выполнять работы по обследованию системы электроснабжения зданий, в целях выявления ошибок в подключении электрооборудования и их устранения, что, несомненно, приведет к существенному снижению скорости интенсивной точечной коррозии трубопроводов систем водоснабжения и отопления зданий.

г. Москва

Литература:

  1. Исаев Н.И. «Теория коррозионных процессов». – М., Металлургия, 1997.
  2. Стрижевский И.В. и др. «Защита подземных металлических сооружений от коррозии». Справочник. – М., Стройиздат, 1990.
  3. Michael Horton. «Corrosion effects of electrical grounding on water ipe». Corrosion 91 The NACE Annual Conference and Corrosion Show . – March 11-15 1991 Cincinnati, Ohio.
  4. W.F. Bennett, Albert C. Holler, William D. Hurst C.M. //An Unusual Form of Corrosion. Journal AWWA. – 1977, № 1. – pp.26-30.
  5. Петухов В.С. и др. «Коррозионные повреждения трубопроводов зданий, вызванные протеканием по ним токов». – М.: Практика противокоррозионной защиты, №4 (10), 1998.
  6. Письмо Всероссийского НИИ коррозии № 87 от 06.11.2001.

Немного о природе блуждающих токов и их опасности

Причина появления блуждающих токов, действующие на ваш полотенцесушитель, в разности потенциалов заземленных конструкций. А чтобы уравнять потенциалы, необходимо создать систему, в которой все металлические элементы будут контактировать с нулевым проводником в имеющемся вводно-распределительном устройстве.

Такая система позволит максимально обезопасить пользователя (если вы возьметесь рукой за трубу и заземленное оборудование, то не получите смертельный разряд). И это очень важно, ведь чем больше разность потенциалов, тем более серьезная опасность угрожает человеку. Так, например:

  1. Если эта величина составляет 4 или 6B, вы можете получить удар тока силой 5 мА. Это будет чувствительно, но не смертельно.
  2. Если же его сила будет 50 мА, может развиться фибрилляция сердца.
  3. А при воздействии на тело человека тока 100 мА наступает смерть.

Но известны случаи, когда причиной летального исхода становилась даже небольшая разность потенциалов в 4B.

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.
Набор для измерения БТ

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.

Электрические токи, время и место появления которых пока не поддается предварительному прогнозу называются блуждающими.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Да будет свет… или что делать, если падает напряжение в сети

В отличие от тех электрических токов, которые действуют стационарно и влияние которых на объект можно скомпенсировать с помощью тех или иных мер, блуждающие токи появляются непредсказуемо в произвольном месте.

От направления этих токов зависит какой процесс происходит в объекте, через который протекает ток. Если объект имеет положительный потенциал относительно другого объекта или среды, при контакте с которой возникают электрические токи, то наблюдается коррозия (окисление).

Так как химическая активность элементов, находящихся в контакте с жидкой средой, представляющей электролит, как правило, неизвестна, то не представляется возможным предсказать время и место появления блуждающего тока.

Как принято считать, наличие блуждающего тока приводит к коррозии того объекта, который имеет положительный потенциал относительно жидкой среды, по которой протекает ток ионов.

В качестве основной меры, обеспечивающей устранение коррозии в протяженных трубопроводах, применяют так называемую катодную защиту.

Считается, что при любых реальных значениях среды и электролита в цепи отсутствует положительный ток, который может вызывать коррозию. Происходит, так называемая катодная защита трубы от коррозии, которая достаточно эффективна, но имеет один недостаток: компоненты, входящие в состав прокачиваемой среды, осаждаются на ее внутренней поверхности.

Это различные парафины, которые существенно уменьшают реально используемый диаметр трубы и увеличивают затраты энергии, необходимой для перекачки единицы продукта.

Для восстановления исходного внутреннего диаметра трубы необходимо удалять образовавшиеся отложения парафина, для этого применяют механические методы очистки, с помощью специальных «ершей».

«Уравнительный» ток между участками будет протекать по трубе, и не будет вызывать коррозию. Причем нулевое значение тока между трубой и окружающей средой можно поддерживать автоматически, с помощью, специально разработанных средств аналоговой электроники.

Значение выходного напряжения у операционных усилителей будет зависеть от значений блуждающих токов и расстояния, на котором они размещены.

При значительном количестве источников блуждающего тока, количество участков между усилителями их компенсации будет существенно больше и больше динамический диапазон изменений их выходных напряжений. Усилители должны быть охвачены стопроцентной отрицательной обратной связью и иметь малый собственный дрейф нуля.

При динамическом диапазоне усилителей, выходное напряжение которых может достигать десятков вольт, возможен случай, когда коррозия от электрических токов и осаждение на стенку перекачиваемого продукта будут практически сведена к нулю (при использовании усилителей мало чувствительных к синфазному сигналу).

Уравнительный ток между участками будет протекать по трубе и по «земле», не вызывая коррозии у трубы.

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Уровень блуждающих токов зависит: – от электрохимического потенциала объектов, между которыми протекает электрический ток; – от состава среды (электролита) между объектами; – от расстояния, по которому протекает электрический ток;

– от наличия электромагнитных полей, пронизывающих объекты и электролит, которые могут создавать выделение радианной энергии (феномен Тесла).

Автор Гусев. В.Г.

Блуждающие токи вычисляются путём измерения разности потенциалов точек земной поверхности, перпендикулярных друг другу и находящихся на расстоянии в 100 метров. Такие измерения проводятся каждый километр. Для них необходимы специальные приборы, которые должны обладать классом точности не менее 1,5 и иметь собственное сопротивление от 1 Ом.

Также для данных измерений используются медно-сульфатные электроды сравнения. В их конструкцию входят неметаллические корпусы, внутри которых находятся стержни из красной меди и насыщенный раствор медного купороса. Стоит отметить, что измерения должны проводиться в каждой точке не менее 10 минут, с ручной или компьютерной записью результатов каждые 10 секунд. Если наибольший размах колебаний потенциалов превышает отметку 0,4 В, то это подтверждает наличие блуждающих токов.

Блуждающие токи – разновидность тока, возникающая в земле, которая является и проводником. При попадании блуждающего тока на металлическую оболочку проложенных в земле кабелей происходит постепенное разрушение оболочки. В этом и заключается основная проблема этого явления. В этой статье мы рассмотрим это явление в целом, причины его возникновения, а также способы защиты.

Любой современный город имеет сложнейшую сеть различных электрических коммуникаций, многие из которых проложены в земле. Более крупные города имеют также контактные рельсы для трамваев и метро. Так как земля сама по себе способна проводить электрический ток, то зачастую между различными коммуникациями возникают определенные связи.

Напомним, что для появления электрического тока, то есть направленного движения заряженных частиц, необходима разность потенциалов между двумя различными точками проводника.

В данном случае, проводником является земля, а разность потенциалов возникает благодаря наличию контуров заземления в системах с изолированной нейтралью.

Один его конец соединен с системой заземления подстанции, а другой – с контуром заземления здания, куда ведет ЛЭП. В итоге обе системы заземления, к которым подключен PEN-проводник, обеспечивают разность потенциалов между его концами. Что в свою очередь вызывает блуждающие токи.

Подобное же явление можно увидеть при нарушении изоляции силового кабеля, проложенного в земле. В этом случае если происходит замыкание с землей, то земля получает определенный электрический потенциал.

Если это серьезная авария, то неисправность будет быстро устранена автоматическими устройствами защиты.

Но при малых значения утечки тока найти подобную проблему достаточно сложно, поэтому она может существовать достаточно долго.

Одной из основных причин появления блуждающих токов являются сети трамваев и метро. Троллейбусы, в свою очередь, подключаются к электросети с помощью «вилки», которая расположена на самом троллейбусе. Поэтому этот вид транспорта блуждающие токи не генерирует.

А вот электропитание для электричек подается немного по-другому. Нейтральный проводник присоединяется к рельсам, а фазный – прокладывается над ж/д дорогой. Электропоезд соединяется с ним с помощью пантографов.

Питание для электропоездов генерируют тяговые подстанции, расположенные вдоль всей трассы. При наличии поворотов ток как бы «срезает угол», то есть идет не по рельсам, а напрямую, через землю.

Как уже говорилось выше, в земле расположено множество металлических конструкций, устройств и объектов: инженерные коммуникации, кабельные линии, ж/б строения.

Так как металлы гораздо лучше проводят ток, чем земля, то блуждающие токи тут же перейдут на эти металлические конструкции. Зона входа токов на конструкцию называется катодной. Зона выхода – анодной.

Обычно наибольшие разрушения происходят в анодной зоне.

Помимо грунта и металлических конструкций в земле есть и подземные воды, которые также являются отличным проводником тока.

Наиболее популярным средством защиты от блуждающих токов является установка катодной защиты (на фото ниже). Для этого необходимо предотвратить возникновение анодной зоны, оставив лишь катодную. Установка катодной защиты подает постоянный ток, будучи подключена своим «минусом» к металлоконструкции, а «плюсом» — к анодам, которые и получают на себя основной удар тока.

Для дополнительной защиты поверхность конструкции покрывается специальным составом, который защищает ее от коррозии.

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Минусами установки катодной защиты являются:

  • «перезащита», когда потенциал установки оказывается слишком высок, и в итоге защищаемая конструкция все равно подвергается воздействию токов;
  • неправильный расчет или монтаж станции, вследствие чего также усиливаются процессы коррозии.

Стоит также сказать, что эта проблема актуальна не только для промышленных и коммерческих конструкций и трубопроводов, но и для обычных жилых домов.

Например, в системе отопления постоянно циркулирует горячая вода, которая, как мы уже говорили, является отличным проводником тока. И если трубы, и примыкающие к ним элементы не заземлены, то с течением времени на их наружной поверхности может появиться ржавчина.

Разность потенциалов: причины возникновения

Но откуда берется разность потенциалов, если дом построен с учетом всех действующих норм? В теории при соблюдении строительных правил разности потенциалов быть не должно. Но на практике часто бывает так, что при сборке конструкций и инженерных систем сварные соединения заменяют сгонами. Еще один распространенный вариант – интеграция в схему дополнительных сопротивлений или металлических деталей.

Не стоит забывать и о «конфликте» между металлом и пластиком, который тоже играет важную роль в разрушении различных периферических устройств (к ним относятся и полотенцесушители). Из-за того, что между сантехническим оборудованием из нержавеющей стали и металлическим стояком часто ставятся пластиковые трубы (их используют для выполнения разводки по квартире), связь между этими частями системы разрывается.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Чем утеплить в бане потолок, стены и пол: лучшие материалы и технологии

И хотя стояк в любом случае будет заземлен (в новых многоэтажках это делается посредством системы уравнивания, а в домах старого фонда – через расположенный в подвале здания контур заземления), разность потенциалов все равно образуется. А при движении по трубам воды, которая демонстрирует отличную токопроводность, возникает еще и микротрение, гарантированно ведущее к появлению блуждающих токов. А они, в свою очередь, провоцируют коррозию. Круг замкнулся!

Почему раньше не возникало подобных сложностей?

Рассмотрим блуждающие токи на примере электрифицированной железной дороги, под которой проложен трубопровод.

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Питание электропоезда осуществляется с помощью двух контактных линий: фазный провод — это контактная сеть, расположенная на опорах-столбах и подвешенная на массивных изоляторах.

А нулевой «провод» — это рельсы.

На всем пути следования располагаются тяговые подстанции, которые работают по одинаковому принципу: нулевой потенциал соединен с физической «землей» в качестве заземления (зануления).

Поскольку рабочее заземление в любом случае имеет физический контакт с грунтом, это абсолютно безопасно.

Не следует путать прохождение виртуальной линии проводника заземления с шаговым напряжением, возникающим из-за разности потенциалов на небольшом участке. Точки разности потенциалов в ситуации с блуждающими токами разнесены на сотни метров, а то и километры.

Между нулевым и фазным проводниками (рельсы и контактный провод) протекает рабочий электрический ток. Он штатно возникает при соединении колес с рельсами и пантографа электровоза с контактной линией.

Поскольку рельсы непосредственно связаны с грунтом, можно предположить, что в земле также возникает потенциал, равный потенциалу нулевого проводника. Если он одинаковый на всем протяжении рельсового пути – нет проблем, это нормальная и безопасная ситуация.

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Но железная дорога редко прокладывается по прямой. Кроме того, электрическая связь между физической землей и металлом ж/д пути не всегда стабильна.

Получается, что от одной тяговой подстанции до рядом стоящей (несколько десятков километров) электрический ток может протекать как по рельсу, так и по грунту. То есть, электроны могут блуждать по кратчайшему пути.

  • Вспоминаем про кривизну ж/д пути, и получаем те самые блуждающие токи, протекающие в толще грунта.
  • А если в этом месте проложены коммуникации (например, стальной трубопровод), то электроны протекают по его стенкам (смотреть иллюстрацию).

Где проблема

По аналогии с обычными электрическими процессами, возникает электрохимическая реакция. Блуждающий ток стремится по пути наименьшего сопротивления (мы же понимаем, что грунт в сравнение с металлической трубой является худшим проводником).

В том месте, где проводимость между рельсами и трубопроводом самая высокая (мокрая земля, железистый грунт, и другие причины), возникает так называемая катодная зона с точки зрения трубопровода. Электрический ток как бы «затекает» в трубу.

Пока еще это не опасно: трубопровод расположен в грунте, разницы потенциалов нет, у вас из крана не потечет вода под напряжением 3000 вольт.

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

По всем законам протекания электрохимических процессов, на этом участке интенсивно развивается коррозия.

Водопроводчики недоумевают: труба из качественной стали, прошла все возможные антикоррозийные обработки, уложена согласно техническим условиям, срок эксплуатации минимум 50 лет. И вдруг прорыв и проржавевшая дыра размером с ладонь.

И это все за каких-то пару лет. Причем электрохимической коррозии подвергается любой металл, будь то сталь, медь или алюминий.

Никакой связи с влажностью почвы нет, разве что блуждающие токи выбирают «мокрое место» для формирования анодной и катодной зоны. Это страшный сон аварийных бригад водоканала. Если не согласовывать проекты между отраслевыми ведомствами — проблема становится неконтролируемой.

Напротив катодной зоны «жертвы», то есть трубопровода, возникает анодная зона рельсового пути. Это логично: если электроток куда-то входит, он должен откуда-то выходить, точнее вытекать.

Это ближайшее с точки зрения электропроводности грунта место, где рельс имеет электрический контакт с физической землей (грунтом). В этой точке происходят аналогичные электрохимические разрушения металла железнодорожного полотна.

А вот это уже проблема, связанная с безопасностью людей.

Кстати, эта ситуация характерна не только для магистральных железных дорог и трубопроводов. Да и прокладываются они не всегда параллельно друг другу. А вот в городе, где рядом с многочисленными подземными коммуникациями проходят трамвайные пути, возникает такое количество разнонаправленных блуждающих токов, что впору задуматься о комплексных мерах защиты.

На примере железной дороги, мы разобрали принцип негативного влияния паразитных токов. Эти процессы запрограммированы (если можно так сказать) самой конструкцией,

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Там, где генерируется электрическая энергия (что довольно логично). Разумеется, в эту «группу риска» входят не только электростанции. Там более, что на таких объектах подобных проблем практически не существует. Блуждающие токи возникают на пути следования электроэнергии к потребителю. Точнее, в точках преобразования напряжения: в зонах действия трансформаторных подстанций.

Нам уже понятно, что для появления этих самых паразитных токов необходима разность потенциалов. Представим типовую трансформаторную подстанцию, в которой применяется система заземления TN-C. При изолированной нейтрали, заземляющие контуры соединены между собой нулевым проводником, обозначаемым аббревиатурой PEN.

Получается, что по этому проводнику протекает рабочий ток всех потребителей на линии, с одновременным их заземлением. Эта линия (PEN) имеет собственное сопротивление, соответственно в разных ее точках происходит падение напряжения.

PEN (он же заземляющий проводник) получает банальную разность потенциалов между ближайшими контурами заземления. Возникает «неучтенный» ток, который по описанному выше принципу протекает и по физической земле, то есть в грунте.

Если на его пути появляется попутный металлический проводник, блуждающий ток ведет себя так же точно, как в трубе под железнодорожным полотном.

То есть, в анодной зоне разрушает металл проводника (трубопровод, арматура железобетонных конструкций, оболочка кабеля), а в катодной зоне уничтожает PEN-проводник.

Пробой изоляции

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Ситуация с нарушением изолирующей оболочки кабеля может возникнуть где угодно. Вопрос в том, какие будут последствия.

Предположим утечку фазы в грунт на значительном расстоянии от рабочего контура заземления.

Если сила тока достаточно большая (точка пробоя большой площади), созданы «благоприятные» условия: влажный грунт, и прочее — достаточно быстро сработает защитная автоматика, и линия будет отключена.

А если сила тока меньше, чем ток «отсечки» автомата? Тогда между «пятном» утечки и «землей» возникают долгоиграющие блуждающие токи. А дальше вы знаете: попутный трубопровод, кабель в металлической оболочке, анодная зона, электрохимическая коррозия…

Собственно, группа риска определена:

  • Трубопроводы с металлическими стенками. Это может быть вода, канализация, нефте- или газопроводы.
  • Кабельные линии (силовые, сигнальные, информационные) с металлической оболочкой.
  • Металлическая арматура в конструкциях дорог или зданий.
  • Габаритные цельнометаллические сооружения. Например, емкость (танк) для хранения нефтепродуктов.

Блуждающие токи: причины возникновения и способы защиты от них

Как ни странно это прозвучит, но причиной появления такой проблемы, как разность потенциалов в инженерных системах, стал прогресс. А именно, повсеместная замена металлических труб на пластиковые. Пока трубопроводы ГВС, ХВС и отопления были полностью металлическими, сложностей не возникало. Да и необходимости отдельно заземлять каждый радиатор, смеситель или полотенцесушитель тоже не было – все трубы заземлялись централизованно в подвале дома, в двух местах. И все металлические приборы в ванных комнатах и санузлах автоматически становились безопасными и защищенными от блуждающих токов.

Переход же на пластик все изменил: с одной стороны, трубопроводы стали служить дольше, а с другой стороны, возникла необходимость в дополнительной защите сантехнического оборудования. И тут дело не только в самих трубах, ведь по проводимости металлопластик близок к традиционному металлу, а еще и в фитингах – соединительных элементах.

Полимерная обработка – решение проблемы без заземления

Но можно решить проблему и по-другому, обработав внутреннюю поверхность водяного полотенцесушителя из нержавеющей стали специальным полимерным составом. Он создаст изолирующее покрытие, которое будет эффективно «работать», препятствуя образованию разности потенциалов и возникновению коррозии.

Полимерная обработка водяных полотенцесушителей – дополнительная услуга, которая выполняется нашей компанией по запросу покупателя. А заказать ее можно онлайн на сайте ZIGZAG.

Перейти к услуге «Полимерная защита полотенцесушителя»

Оцените статью
MALIVICE.RU
Adblock
detector