Блуждающий ток в системе водоснабжения

Все об блуждающих токах

Блуждающие токи — это те, которые возникают на земле в момент их нахождения под землей или на ней. Они разрушают систему водопровода и приводят к другим неприятным последствиям. Более точное определение, характеристика токовых источников в водопроводе и то, как происходит защита трубопроводов от блуждающих токов, далее.

Описание явления

Блуждающими токами называются те, которые появляются в земле, когда ее используют как токопроводящую среду. Создают коррозию металла, который целиком или частично находится под поверхностью земли, а иногда только соприкасается с земельными наделами. Наблюдаются на трамвайном и железнодорожном пути, электрифицированной дороге. Иногда становятся причиной короткого замыкания и аварийной ситуацией.

Отличаются от обычных стационарных электротоков тем, что они появляются внезапно и в самом непредсказуемом участке. От того, какое они имеют направление, зависит происходящий процесс на объекте, через который начинает протекать электроток. Если объект обладает положительным потенциалом относительно иного объекта, при контакте с ним появляется электроток с коррозией и окислением проводов. Если объект обладает отрицательным потенциалом, то на нем восстанавливаются параметры того вещества, которое находится в жидкости состава среды, где течет электроток.

Обратите внимание! Поскольку химактивность элементов, которые контактируют с жидкой средой или электролитом, не понятна, то сложно предугадать время с местом появления блуждающего типа электротока. В настоящее время его наличие приводит к коррозии объекта с положительным потенциалом.

Источники в водопроводе

Главные источники блуждающего земельного электротока это электрифицированная железная магистральная и пригородная железная дорога, трамвай, промышленный с карьерным и рудным транспортом.

Уровень их зависит от того, какой имеется электрохимический потенциал у объекта протекания электротока. Также он зависит от того, какой есть электролит у объекта, есть ли электромагнитное поле, которое бы пронизывало объект и его электролит. Кроме того, блуждающий ток в системе водоснабжения зависит от расстояния, изменения электромагнитного поля и радианной энергии.

Защита водопровода

Для защиты водопровода используется пассивный и активный метод. Активный состоит в постановке устройства, которое генерирует встречный электрический сигнал. Пассивный способ заключается в применении изолятора. Кроме того, как метод защиты водопровода от блуждающего электротока используется профилактика и комплексная трубопроводная защита. Специалисты покрывают трубы полимерным составом. В результате не происходит коррозия металла.

Пассивный вариант

Пассивный вариант — основная мера избавления любой установки от блуждающего электротока. Носит название катодная защита. Благодаря ей устраняется коррозия в протяженных трубопроводах. Чтобы сделать катодную защиту, на трубопровод подается высокий отрицательный потенциал. Он гарантирует сохранение отрицательного трубного потенциала, вне зависимости от параметровых значений, вызываемых блуждающими электротоками в трубопроводных системах. Как правило, подается потенциал, равный 6 киловатт.

Обратите внимание! Считается, что в таком случае, вне зависимости от среды и электролита, положительного заряда нет. Так защищается трубопровод.

Этот способ эффективный, но обладает одним существенным недостатком: элементы, которые находятся в среде, осаждаются на ее внутренней поверхности. Это элементы в виде парафинов, существенно уменьшающих диаметр трубы и увеличивающих затраты энергии, которая нужна, чтобы перекачать содержимое труб. Чтобы восстановить исходный внутренний трубный диаметр и удалить парафиновые отложения, обычно используют механическую чистку ершиком.

Активная защита

Единственным эффективным способом защитить трубопровод от коррозии, создаваемой блуждающей энергией, считается сведение к нулю токов, протекающих на разных участках. Для этого трубу мастер разбивает на участки. На них он подает напряжение. Благодаря такому уравнительному способу электричество не вызывает коррозию. При этом возникающий ноль от уравнения поддерживается автоматическим образом аналоговой электроникой.

Воздействие на водопровод

Блуждающий электроток разрушает водопровод, поскольку частицы электричества съедают металлические молекулы. Когда трубы постоянно подвергаются воздействию энергии, их стенки истончаются. В результате появляется повреждение, которое приводит к необходимости делать полную замену водопровода. Для исключения проблемы необходимо правильно выбрать способ защиты изделий.

Как их убрать

Убрать блуждающие токи можно перечисленными выше методами. Самым радикальным способом защиты водопровода является замена на пластик. Тогда магистрали служат в течение долгих лет, и менять трубы не требуется из-за стойкости к агрессивной внешней среде. Кроме того, они прекрасные диэлектрики. Убрать блуждающие токи также помогут мастера, используя современные материалы для защиты труб.

Блуждающие токи — те, что приводят к истончению стенок труб водопровода и мешают нормальной работе системы водоснабжения. Появляются они при соприкосновении земли и проводника. Избавиться от них можно, действуя пассивно, активно и радикально.


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:

  1. Рельсовый путь используется в качестве проводника, по которому ток возвращается к обратному фидеру тяговой подстанции.
  2. На участках, которые плохо изолированы от земной поверхности, происходит утечка части энергии в грунт. Так как потенциал в этой точке максимален, появляется блуждающий ток, который движется в зону с небольшим потенциалом. А таким участком и становится труба или кабель в оплётке, любая металлическая конструкция, расположенная в земле.
  3. Пройдя по металлу, как по пути наименьшего сопротивления, в зону, где потенциал существенно уменьшается, ток выходит в грунт и возвращается в рельсовый путь.

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:

  1. Трансформаторные подстанции, распределительные устройства с заземляющим оборудованием, линии ЛЭП с глухозаземлённой нейтралью. В случае постоянных небольших утечек на землю, уровень которых не достигает предела срабатывания защитных устройств, в зоне вокруг этих сооружений также возникают паразитные блуждающие токи.
  2. Электрокабельные сети подземного заложения также становятся причиной подобного эффекта при снижении диэлектрических свойств изоляции или её пробое.

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:

  • Вдоль всей будущей трассы, устанавливая электроды через 1000 м.
  • По двум перпендикулярным направлением, с установкой электрода на расстоянии 100 м от точки пересечения линий.

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:

  • Сопротивления изоляции между рельсами и грунтом.
  • Разницы потенциалов между рельсовым полотном и расположенными в земле металлическими конструкциями.
  • Плотности утечек через оболочки кабельных проводников.

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.

Читайте также:  Разморозка системы отопления последствия

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:

    Пассивная — предупреждает контакт металла за счёт применения покрытий из диэлектрических материалов. Именно для этой цели применяют обмазку битумными мастиками, обмотку диэлектрическими изолентами, комбинацию этих способов. Но такие трубы стоят дороже, а проблема полностью не решается, потому что при глубоких повреждениях подобных покрытий защита практически не работает.

Пассивная защита
Активная — основана на отводе блуждающих токов от защищаемых магистралей. Может быть выполнена несколькими способами. Считается наиболее эффективным решением.

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:

  • Катодная защита, при которой трубе придают отрицательный потенциал за счёт применения дополнительного источника питания.
  • Электродренажная защита предполагает соединение газопровода с источником проблем проводником. При этом предотвращается образование гальванической пары с окружающим магистраль грунтом.

Отметим, что ощутимый ущерб, наносимый металлическим конструкциям, требует применения комплексных мер. Они включают защиту и предотвращение появления опасных факторов.

Блуждающие токи в водопроводных трубах: как устранить проблему

Согласно исследованиям, ускоренное разрушение подземных коммуникаций из металла происходит по причине возникновения электрохимической коррозии. Ее причиной является целенаправленное перемещение заряженных частиц, являющихся блуждающими токами. Такая ситуация указывает на то, что для обеспечения сохранности металлоконструкций необходимо разобраться, как устранить блуждающие токи под землей в трубах для водоснабжения.

Определение понятия

Блуждающие токи – это заряженные электрочастицы с определенной траекторией движения, возникающие в земле, являющейся проводником. Термин блуждающие возник из-за того, что невозможно предугадать локализацию частиц и начало возникновения процесса. Влияние блуждающих электрочастиц крайне негативно сказывается на металлических изделиях, находящихся над землей и под ней.

Подобные процессы возникают из-за растущего количества электрифицированных объектов, являющихся основой современных стран. А так как почва проводник для электричества, происходит взаимодействие между элементами.

Возникают блуждающие частицы подобно электрическим, для взаимодействия которых требуется сопоставление разности потенциалов в 2-х произвольных точках, только для блуждающего варианта проводник – это земля. В результате находящийся металлический материал вблизи процесса разрушается быстрее из-за коррозии.

Процесс формирования

Причиной для возникновения блуждающих токов служит большое количество оборудования, работающего от электрического заряда, в результате потенциальными источниками являются следующие элементы:

  • наличие ЗУ в таких объектах как подстанции, ВЛ с нулевым проводником, распределители;
  • возникновение активности, как результат разрушения изоляционного слоя проводов, несущих ток в кабелях и ВЛ сетях, где нейтраль изолирована;
  • присутствие связующего технологического звена между проводником и почвой в конструкциях с заземленной нейтралью и рельсовых транспортах, движимых током.

Механизм возникновения спонтанных разрядов можно рассмотреть на примере одного из приведенных пунктов.

Один конец нулевого провода соединен с ЗУ электростанции, а другой присоединен к шине PEN потребляющего энергию, обладающей присоединением к ЗУ. Отсюда следует, что разница потенциалов электрического значения между выводами формирует блуждающие токи, так как энергия станет передаваться на ЗУ, что в свою очередь сформирует цепь.

В данном случае объем потерь не имеет большого процента, так как пройдет по пути самого малого сопротивления, однако определенная часть попадет в землю.

Аналогично происходит утечка энергии и в случае с повреждением изоляции проводки.

При этом постоянная бесперебойная утечка не имеет места, так как о ее возникновении сигнализирует система и происходит автоматическая локализация участка, а также согласно нормативам, существует определенный период времени, отведенный на устранение неполадок.

Важно! Cогласно статистике, основные места формирования утечки электроэнергии и образования блуждающих токов приходятся на городские и пригородные зоны, где существует наземный транспорт, зависящий от энергосети.

При использовании городского электрифицированного транспорта, подается напряжение из подстанции в тяговую систему, переходящее на рельсы и совершающее обратный цикл. Если рельсы как железная основа относительно проводника недостаточно устойчивы, это ведет к образованию в почве локаций блуждающих токов, тогда любая металлоконструкция, появившаяся на их пути, например, сантехнические изделия, выступают в качестве проводника.

Важно! Происходит такое взаимодействие из-за того, что ток перемещаясь, выбирает путь наименьшего сопротивления, которое у металла ниже, чем у земли.

Все это приведет к ускоренному разрушению металлических изделий.

Взаимосвязь токов и коррозийных процессов

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.

Варианты возможной защиты

Чтобы защитить изделия из металла от пагубного воздействия применяются различные методы, разделяющиеся по природе их применения на пассивные и активные.

Пассивный вариант

Этот вариант является применением различного изолирующего материала, формирующего защиту между проводником и металлом. В качестве изоляции применяется:

  • эпоксидная смоляные смеси;
  • включение в состав полимеров;
  • покрытие из битума.

Но если ограничиться только этим вариантом, то полноценной защиты не получится, так как изоляционный материал не является стопроцентным барьером из-за наличия диффузионной проницаемости. Поэтому изоляция происходит в частичный способ. Кроме этого в процессе перемещения труб такой слой может быть поврежден, в результате чего возникают значительные царапины, надрезы, сквозные дыры и прочие изъяны.

Важно! Поэтому использовать пассивный метод защиты можно только в качестве дополнения.

Активная защита

Указывает на применение активных способ локализации источника воздействия посредством применения катодной поляризации, где отрицательный заряд смещает естественный.

Чтобы подобную защиту реализовать необходимо применение одного из двух инструментов:

  • Гальванического метода – эффект гальванической пары, выполняется разрушение жертвенного анода, обеспечивая тем самым защиту металлоконструкции. Метод активен при сопротивляемости грунта до 50 Ом на метр, если сопротивляемость ниже метод не действенен.
  • Источника постоянного тока – обеспечивает избегание зависимости от силы сопротивляемости грунта. Используется катодная защита, источник которой заключен в сформированном преобразователе, подключенному к электрической цепи переменного тока. Так как источник специально сформирован посредством его регулирования можно задать необходимый уровень защиты тока, в зависимости от сложившихся обстоятельств.

Активная изоляция

Подобный способ может обеспечить и негативное воздействие:

  • перезащита – превышение необходимого потенциала, как результат происходит разрушение металлического изделия;
  • неверный расчет защиты – приводящий к ускоренному коррозийному разрушению близ расположенных металлических объектов.

Приведенные примеры можно рассмотреть на защите такого изделия как полотенцесушитель.

Коррозийные процессы на таких изделиях или прочих оконечных водопроводных изделиях никогда не происходили, но это было реально до начала применения металлопластиковой трубы, где существует контакт с алюминием внутри стенки. В результате формирование блуждающих элементов происходит не только из-за применения пластиковых труб в непосредственном помещении, но и в прочих, так как в многоквартирном доме они могут быть применены у соседа с другого этажа.

Важно! Чтобы избежать негативного влияния образовавшихся токов на собственную конструкцию необходимо выровнять потенциалы, за счет обеспечения полотенцесушителя, батареи и водопроводных труб элементом заземления.

При этом использование так необходимого заземления происходит в отношении любой коммуникации, которая выполнена из металлических труб, например, газопровода в земле.

Правила выполнения замеров

Чтобы оценить всю степень сложившейся ситуации с утечкой электрозарядов необходимо выполнить ряд мероприятий:

  • измерение напряжения и устремление тока по оболочкам кабелей магистрали;
  • определение разности потенциалов между контактными рельсами и находящимися в почве трубопроводами;
  • проверка уровня изоляции рельсов от грунтового покрытия, использовав для эксперимента участок полотна;
  • оценка плотности утечки энергии с оболочки кабелей в грунт.

Чтобы выполнить замеры, применяется специальный прибор, если мероприятия проводить на железнодорожных полотнах необходимо выбирать час пик движения транспорта.

Инструменты для замера

Для проверки применяют трансформаторы и подстанции у линии движения – электрод, подключенный к прибору, соединяют с ЗУ и втыкают в 10 метрах от подстанции. Вся возникающая разность фиксируется прибором.

Если предстоит укладка линии труб для водоснабжения важно выявить локацию блуждающих токов, с этой целью определяется разность потенциалов между двумя выборочными точками поверхности земли, размещенными перпендикулярно друг к другу с соблюдением равного расстояния. Такое определение важно выполнять систематически с разрывом в километр.

Читайте также:  Гидравлическое испытание трубопроводов систем отопления

При этом используемые приборы обязательно должны иметь класс точности не ниже 1,5, а сопротивление оборудования от 1 МОм. Применение измеряющих электродов с разностью потенциалов выше 10 мВ. Время проведения одного замера обязательно проходит в пределах 10 мин, а разрыв между процессами 10 сек.

Заключение

Вычислением потенциала и определением места локализации блуждающих электрических частиц не следует пренебрегать, так как от этого зависит качество работы водопроводной системы, кроме этого следует применять одновременно оба способа защиты, которые урегулируют возникающее напряжение и обеспечат полную защиту трубопровода.

ликбез от дилетанта estimata

Новичку об основах в области экстремальных и чрезвычайных ситуаций, выживания, туризма. Также будет полезно рыбакам, охотникам и другим любителям природы и активного отдыха.

четверг, 13 февраля 2020 г.

Что такое блуждающие токи

Блуждающие токи — токи, возникающие в земле при её использовании в качестве токопроводящей среды.

Вызывают коррозию металлических предметов, полностью или частично находящихся под землёй, а иногда и лишь соприкасающихся с поверхностью земли (трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, системы отопления и т.п.). Характерны, в частности, для трамвайных и железнодорожных путей электрифицированных железных дорог, не обслуживаемых должным образом.
В ряде случаев блуждающие токи являются следствием аварийной утечки с линий электропередачи.

Причины образования блуждающих токов

Чтобы появился блуждающий ток между двумя точками на земле должно произойти возникновение разности потенциалов. Такие условия создаются контурами заземляющих устройств.

Нулевой провод (PEN) одним концом соединен с заземляющим устройством электроподстанции, а вторым подключен к шине PEN потребителя, которая соединена с заземляющим устройством объекта. Соответственно, разница электрических потенциалов между выводами нулевого проводника будет передаваться заземляемому устройству, что создаст условия для образования цепи. Величина утечки будет незначительной, поскольку основная нагрузка пойдет по пути наименьшего сопротивления (нулевому проводнику), но, тем не менее, часть ее пойдет по земле.

Образование блуждающих токов между заземляющих устройств (ЗУ) нулевого провода

Практически аналогичные условия образуются, когда возникают проблемы с изоляцией проводов (разрушение оболочек) кабельных воздушных линий электропитания. При возникновении короткого замыкания на землю, в этой точке потенциал равный или близкий к фазе. Это вызывает образование тока утечки к ближайшему заземляющему устройству с потенциалом PEN-провода.

В приведенном примере о постоянной утечке переменных токов речь не идет, раньше срабатывает защита (автоматический выключатель и т.п.). Хотя процесс может существенно затянуться, если сила тока короткого замыкания ниже аварийного порога.

Как показывает практика, наибольшая доля источников токов постоянной утечки приходится на городской и пригородный рельсовый электротранспорт: постоянное напряжение в тяговую сеть поступает с подстанции и по рельсам возвращается обратно. При недостаточном сопротивлении рельсовых путей относительно земли, в грунте возникают электрические блуждающие токи. Если на пути распространения утечки блуждающих токов находится трубопровод или другая металлическая конструкция, то она становится проводником электричества.
Это связано с тем, что ток распространяется по пути наименьшего сопротивления. Соответственно, как только появляется проводник, ток будет распространяться по металлу, поскольку его электрическое сопротивление меньше, чем у земли. В результате участок трубопровода, через который проходит электроток, будет в большей степени подвержен коррозии металла.

Связь блуждающего тока и коррозии на металле

Так как в земле есть вода и растворенные в ней соли, то любая металлическая конструкция в почве подвержена коррозии. Но если металл помимо этого подвергается воздействию блуждающих токов, то процесс приобретает электролитическую природу. Скорость электрохимической реакции напрямую зависит от тока, протекающего между анодом и катодом. Следовательно, на скорость коррозии уложенной в грунте металлической трубы будет влиять электрическое сопротивление почвы, а также сложная природа процессов, протекающих в катодной и анодной зоне.

В результате металлическая конструкция помимо обычной коррозии подвергается воздействию токов утечки. Это может стать причиной образования гальванической пары, что существенно ускорит процесс коррозии. На практике отмечались случаи, когда участок трубопровода системы водоснабжения, подвергавшийся гальванической коррозии выходил из строя через два года, при расчетном сроке эксплуатации 20 лет.

Труба после воздействия блуждающих токов

Способы защиты от блуждающих токов

Для предотвращения пагубного воздействия электрохимического потенциала применяются методы защиты, которые могут отличаться в зависимости от особенностей металлических конструкций. Их можно разделить на пассивную и активную.

Пассивная защита от блуждающих токов

На поверхность металлоконструкций наносится специальный изолирующий слой, образующий защитный барьер между землей и металлической оболочкой. В качестве изоляционного материала используются полимеры, различные виды эпоксидных смол, битумное покрытие и т.д.

К сожалению, современная технология не позволяет создать защитный барьер, обеспечивающий полную изоляцию. Любое покрытие обладает определенной проницаемостью, поэтому при данном способе возможна только частичная изоляция от грунта. Помимо этого следует учитывать, что в процессе транспортировки и монтажа может быть нанесено повреждение защитному слою. В результате на нем образуются различные дефекты изоляции в виде микротрещин, царапин, вмятин и сквозных повреждений.

Активная защита от блуждающих токов

Под активной защитой подразумевается управление механизмами электрохимических процессов, которые протекают в местах контакта металлических конструкций с образующимся в грунте электролитом. Для этой цели применяется катодная поляризация, при которой отрицательный потенциал смещает естественный.

Реализовать такую защиту можно гальваническим методом или используя источник постоянного тока.
В первом случае применяется эффект гальванической пары, в которой анод, подвергается разрушению (жертвенный анод), защищая при этом металлоконструкцию, у которой потенциал несколько ниже (см. рисунок ниже, 1). Описанный способ эффективен для грунтов с низким сопротивлением (не более 50,0 Ом*м), при более низком уровне проводимости данный метод не применяется.
Применение источника постоянного тока в катодной защите позволяет не зависеть от сопротивления грунта. Как правило, источник изготовлен на базе преобразователя, запитанного от электрической цепи переменного тока. Конструктивное исполнение источника позволяет задать уровень защитных токов в соответствии со сложившимися условиями.

Защита металлическим устройствам на водопроводных трубах в домах и квартирах

К ним относятся, например, полотенцесушители, смесители и т.п.. На этих устройствах коррозия, вызванная блуждающими токами, не угрожала до тех пор, пока в быту не стали широко применяться пластиковые трубы. Даже, если в вашем стояке установлены металлические трубы, не факт, что у соседа снизу или сверху они не пластиковые, да и для отводов в ванную и кухню наверняка используется пластик.

Чтобы обеспечить защиту от аварийных утечек тока и не допустить электрокоррозии, необходимо выровнять потенциалы, заземлив полотенцесушитель, водопроводные трубы в стояке, а также батарею отопления.

Что такое блуждающие токи и как от них избавиться?

Последние 10-20 лет во многих мегаполисах наблюдается резкое снижение срока службы подземных металлических сооружений (трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, системы отопления и т.д.). После проведения ряда экспертиз было установлено, что основная причина разрушения металла — электрохимическая коррозия, которую вызывают блуждающие токи. Из данной статьи Вы узнаете о природе этого явления, а также получите представление о способах защиты подземных сооружений и инженерных коммуникаций от гальванической коррозии.

Что такое блуждающий ток?

Как известно, земля является проводником электрического тока, что позволяет применять это свойство для создания заземляющих устройств. Но в тоже время, когда почва выступает в качестве токопроводящей среды, в ней образуются утечки. Поскольку нельзя спрогнозировать в какое время начнется процесс, и где он будет протекать, то такие проявления получили термин «блуждающие».

Причины и источники возникновения

Как мы помним из школьного курса физики, для образования электрического тока необходимо, чтобы возникла разность потенциалов между двумя участками цепи. Принцип возникновения блуждающих токов – аналогичный. Только роль проводника в данном случае исполняет земля.

На территории современных городов и населенных пунктов находится множество электрифицированных объектов, начиная от ЛЭП и заканчивая рельсовым транспортом, включая оборудование тяговых подстанций. Их объединяет один фактор – расположение на земле. Это приводит к довольно специфичному взаимодействию с последней, проявляющемуся в виде появления блуждающих токов. Ниже представлена таблица, которой приводятся их потенциальные источники и условия образования электросвязи связи с почвой.

Таблица 1. Потенциальные источники.

Название объектаВзаимосвязь с землей
Различные виды распределительных устройств, оборудование подстанций, ВЛ с нулевым проводником (глухозаземленная нейтраль), подключенным к повторным заземлителям.При наличии на объекте ЗУ.
ВЛ сетей с изолированной нейтралью, кабельные магистрали.Возникает при повреждении изоляционного покрытия токонесущих элементов кабелей.
Рельсовый электротранспорт, системы с заземленной нейтралью.Наличие технологической связи между одним из проводников и землей.

Механизм образования блуждающих токов

В таблице мы привели в качестве примера несколько источников, теперь рассмотрим подробно, как в них образуется интересующий нас процесс. Как уже упоминалось выше, чтобы он появился, между двумя точками на земле должно произойти возникновение разности потенциалов. Такие условия создаются контурами ЗУ систем с глухоизолированной нейтралью.

Нулевой провод (PEN) одним концом соединен с ЗУ электроподстанции, а вторым подключен к шине PEN потребителя, которая соединена с заземляющим устройством объекта. Соответственно, разница электрических потенциалов между выводами нулевого проводника будет передаваться ЗУ, что создаст условия для образования цепи. Величина утечки будет незначительной, поскольку основная нагрузка пойдет по пути наименьшего сопротивления (нулевому проводнику), но, тем не менее, часть ее пойдет по земле.

Образование блуждающих токов между ЗУ нулевого провода

Практически аналогичные условия образуются, когда возникают проблемы с изоляцией проводов (разрушение оболочек) кабельных магистралей или ВЛ. При возникновении КЗ на землю, в этой точке потенциал равный или близкий к фазе. Это вызывает образование тока утечки к ближайшему ЗУ с потенциалом PEN-провода.

В приведенном примере о постоянной утечке переменных токов речь не идет, поскольку согласно действующим нормам на поиск и устранение повреждения отводится два часа. При этом, в большинстве случаев, отключение поврежденной линии или локализация участка с КЗ производится автоматически. Процесс может существенно затянуться, если сила тока КЗ ниже аварийного порога.

Как показывает практика, наибольшая доля источников токов постоянной утечки приходится на городской и пригородный рельсовый электротранспорт. Механизм их образования продемонстрирован ниже.

Рельсовый электротранспорт в качестве источника блуждающих токов

Читайте также:  Фитинги для гидравлических систем

Обозначения:

  1. Контактный провод, от которого получает питание силовая установка электротранспорта.
  2. Питающий фидер (подключен к контактному проводу).
  3. Одна из тяговых подстанций, питающая сети трамваев.
  4. Дренажный фидер (подключен к рельсам).
  5. Рельсы.
  6. Трубопровод на пути прохождения блуждающих токов.
  7. Анодная зона (положительные потенциалы).
  8. Катодная зона (отрицательные потенциалы).

Как видно из рисунка, постоянное напряжение в тяговую сеть поступает с подстанции и по рельсам возвращается обратно. При недостаточном сопротивлении рельсовых путей относительно земли, в грунте возникают электрические блуждающие токи. Если на пути распространения утечки блуждающих токов находится трубопровод или другая металлическая конструкция, то она становится проводником электричества.

Это связано с тем, что ток распространяется по пути наименьшего сопротивления. Соответственно, как только появляется проводник, ток будет распространяться по металлу, поскольку его электрическое сопротивление меньше, чем у земли. В результате участок трубопровода, через который проходит электроток, будет в большей степени подвержен коррозии металла. О причинах этого рассказано ниже.

Связь блуждающего тока и коррозии на металле

Ввиду наличия в земле воды и растворенных в ней солей любая металлическая конструкция в почве подвержена коррозии. Но если металл помимо этого подвергается воздействию блуждающих токов, то процесс приобретает электролитическую природу. Согласно закону Фарадея скорость электрохимической реакции напрямую зависит от тока, протекающего между анодом и катодом. Следовательно, на скорость коррозии металлической трубы (уложенной в грунте) будет влиять электрическое сопротивление почвы, а также сложная природа процессов, протекающих в катодной и анодной зоне.

В результате металлическая конструкция помимо обычной коррозии подвергается воздействию токов утечки. Это может стать причиной образования гальванической пары, что существенно ускорит процесс коррозии. На практике отмечались случаи, когда участок трубопровода системы водоснабжения, подвергавшийся гальванической коррозии выходил из строя через два года, при расчетном сроке эксплуатации 20 лет. Пример такого воздействия представлен ниже.

Труба после воздействия блуждающих токов

Способы защиты от блуждающих токов

Для предотвращения пагубного воздействия электрохимического потенциала применяются методы защиты, которые могут отличаться в зависимости от особенностей металлических конструкций. Рассмотрим в качестве примера способы защиты водопроводных труб, полотенцесушителей и газопроводов, начнем в порядке данной очередности.

Видео про различные защиты от блуждающих токов

Защита водопроводных труб

Для проложенных в земле металлоконструкций, в частности водопроводных труб, применяются две методики защиты: пассивная и активная. Подробно опишем каждую из них.

Пассивная защита

Данная методика предусматривает нанесение на поверхность металлоконструкций специального изолирующего слоя, образующего защитный барьер между землей и металлической оболочкой. В качестве изоляционного материала используются полимеры, различные виды эпоксидных смол, битумное покрытие и т.д.

Пример защитного покрытия трубы для подземной укладки

К сожалению, современная технология не позволяет создать защитный барьер, обеспечивающий полную изоляцию. Любое покрытие обладает определенной диффузионной проницаемостью, поэтому при данном способе возможна только частичная изоляция от грунта. Помимо этого следует учитывать, что в процессе транспортировки и монтажа может быть нанесено повреждение защитному слою. В результате на нем образуются различные дефекты изоляции в виде микротрещин, царапин, вмятин и сквозных повреждений.

Поскольку рассмотренный метод не обладает достаточной эффективностью, он применяется в качестве дополнения активной защиты, о которой пойдет речь далее.

Активная защита

Под данным термином подразумевается управление механизмами электрохимических процессов, которые протекают в местах контакта металлических конструкций с образующимся в грунте электролитом. Для этой цели применяется катодная поляризация, при которой отрицательный потенциал смещает естественный.

Реализовать такую защиту можно гальваническим методом или используя источник постоянного тока. В первом случае применяется эффект гальванической пары, в которой анод, подвергается разрушению (жертвенный анод), защищая при этом металлоконструкцию, у которой потенциал несколько ниже (см. 1 на рис.5). Описанный способ эффективен для грунтов с низким сопротивлением (не более 50,0 Ом*м), при более низком уровне проводимости данный метод не применяется.

Применение источника постоянного тока в катодной защите позволяет не зависеть от сопротивления грунта. Как правило, источник изготовлен на базе преобразователя, запитанного от электрической цепи переменного тока. Конструктивное исполнение источника позволяет задать уровень защитных токов в соответствии со сложившимися условиями.

Рисунок 5. Варианты реализации катодной защиты

Обозначения:

  1. Применение жертвенного анода.
  2. Метод поляризации.
  3. Проложенная в земле металлоконструкция.
  4. Закладка в грунте жертвенного анода.
  5. Источник постоянного тока.
  6. Подключение к источнику малорастворимого анода.

Защита полотенцесушителей

Полотенцесушителям и другим оконечным металлическим устройствам на водопроводных трубах (смесителям) коррозия, вызванная блуждающими токами, не угрожала до тех пор, пока в быту не стали широко применяться пластиковые трубы. Даже, если в Вашем стояке установлены металлические трубы, не факт, что у соседа снизу они не пластиковые, да и для отводов в ванную и кухню наверняка используется пластик.

Чтобы обеспечить защиту от аварийных утечек тока и не допустить электрокоррозии, необходимо выровнять потенциалы, заземлив полотенцесушитель, водопроводные трубы в стояке, а также батарею отопления.

Защита газопроводов

Защита подземных газопроводов от блуждающих токов, которые вызывают коррозию, осуществляется точно так же, как и для водопроводных труб. То есть применяется один из двух вариантов активной катодной защиты, принцип работы которой рассматривался выше.

Как измерить блуждающие токи?

Для оценки опасности от токов утечки производится комплекс измерительных работ, куда входит:

  • Измерение уровня тока и направление его движения по оболочкам кабелей магистральной линии.
  • Измерение разности потенциалов между контактных рельсов (рельсовой сетью) и проложенными в земле металлическими конструкциями.
  • Измерение изоляции рельсов от грунта на контрольных участках рельсового полотна.
  • Оценка плотности тока утечки с оболочки кабельных линий в грунт.

Измерения величины блуждающих токов производятся специальными приборами. При этом выбирается время, на которое приходится максимальный трафик рельсового электротранспорта.

Набор инструментов для измерения блуждающих токов

Процесс измерения блуждающих токов выполняется в трансформаторных и тяговых подстанциях расположенных рядом с рельсовыми путями. При этом один из электродов, подключенных к измерительному прибору, соединяют с ЗУ, а второй, втыкается в землю в 10-и метрах от тяговой подстанции. Если между потенциалами на электродах появляется разность, она фиксируется прибором.

Рекомендуем также почитать:

Как заземлить полотенцесушитель из нержавеющей стали

Заземление полотенцесушителя необходимо для нескольких целей. Во-первых, чтобы защититься от блуждающих токов, тем самым сделав сушилку безопасной в эксплуатации. Во-вторых, заземление позволяет избежать электрохимической и гальванической коррозии, что продлевает срок службы полотенцесушителя.

Блуждающие токи

Блуждающими называют токи, появляющиеся в грунте при его использовании в качестве проводящей среды. Причины появления таких токов в отопительной системе и водопроводах разнообразны:

  • неправильно созданное или отсутствующее заземление электроустановок, имеющих связь с сушилкой;
  • близкое расположение токоведущих магистралей (к примеру, железной дороги, трамвайных путей);
  • короткие замыкания.

Теоретически короткие замыкания не должны возникать при правильно построенной системе. Однако бывает, что вместо сварки используют обычные сгоны или вместо металлической трубы ставят металлопластиковую. В результате этого и возникают блуждающие токи, ведущие к коррозийным процессам электрического или электрохимического типа.

Блуждающие токи возникают, если стояк выполнен из металла и заземлен, а в квартирах установлены пластиковые трубы. В зданиях новой постройки заземление осуществляется через систему уравнивания потенциалов, а в старых домах — по заземлительному контуру. Если трубы пластиковые, металлосвязь между ними и сушилкой теряется, что приводит к возникновению блуждающих токов: имеющийся потенциал разрывается. Из-за этого на стояке один потенциал, а на “полотенчике” — совсем другой.

Другая частая причина появления блуждающих токов — разные потенциалы двух разных металлов, находящихся в плотном контакте. Особенно активно токи возникают, когда соседствуют обычная сталь и нержавейка.

Наиболее распространенные причины утечки тока на полотенцесушитель:

  1. Неправильное использование системы электроснабжения, когда трубы задействуются в качестве рабочих нулей.
  2. Непрофессиональное подключение гидромассажных ванн, душевых кабин, стиральных и посудомоечных машин, стерилизаторов. В таких случаях трубы связаны с электропитанием здания.
  3. Нарушение целостности кабельных сетей, электроустановок.
  4. Ослабление, отгорание, физическое повреждение проводки.

к содержанию ↑

Типы коррозии нержавеющей стали

Владельцы сушилок из нержавейки часто жалуются, что устройство стало покрываться ржавчиной. Постепенно на поверхности полотенцесушителя появляется все больше пятен диаметром с пару спичечных головок. Если место ржавления протереть, останется едва заметная отметина, которая со временем захватывает все большую поверхность.

Будучи пораженным коррозией, водяной полотенцесушитель начинает протекать. Первопричина разрушительного процесса — блуждающие токи. Металлоконструкции, постоянно контактирующие с водой, подвержены двум типам коррозии: электрохимической и гальванической.

Электрокоррозия развивается, когда металл, по которому проходит электричество, контактирует с водой. Из-за высокой нагрузки возникают так называемые пробои металла, что ведет к развитию коррозийных процессов.

Гальваническая коррозия появляется вследствие взаимодействия разнородных металлов, одному из которых свойственна более высокая химическая активность. При этом электролитом выступает вода вместе с содержащимися в ней минералами и солями. Особенно усиливает электропроводимость горячая вода. В этом случае металл разрушается намного быстрее.

Необходимость заземления

В многоэтажных домах старого (советского) образца металлические отопительные стояки изначально заземлены в следующих случаях:

  1. Полотенцесушитель связан с отопительной системой посредством металлической трубы.
  2. В ходе реконструкции установлена индивидуальная система отопления.

Если все трубы изготовлены из стали, с заземлением батарей проблем не возникало, так как все трубопроводы обычно заземлены в двух местах подвала. Кроме того, ванная заземлена отдельными проводниками, имеющими электросвязь с водопроводной системой.

В заземлении полотенцесушителя есть необходимость в таких случаях:

  1. Устройство подключено к отопительной системе через металлопластиковую трубу, которая оснащена алюминиевой прослойкой, проводящей токи. Однако на участке фитинга происходит разрыв электроцепи.
  2. Домовой стояк изготовлен из металлопластиковых труб.

Создание заземлительной системы

Необходимо создать прочную металлосвязь между трубами стояка и полотенцесушителем. Заземлить его сможет даже начинающий мастер. Простота работы объясняется устройством сушилок для полотенец, изначально приспособленных для подключения к заземленной розетке. Если розетка установлена в ванной, понадобится специальный водоустойчивый корпус.

Работа выполняется в следующем порядке:

  1. Определить надежность соединения сушилки с водопроводом.
  2. Проверить, из какого материала изготовлены трубы горячего водоснабжения. Если это сталь, в заземлении обычно нет необходимости. В случае с пластиковыми трубами понадобится заземление.
  3. С помощью стального проводника соединить все металлические предметы в помещении.
  4. Сделать перемычку для заземления. Присоединить провод из распредщита с перемычкой.
  5. Зафиксировать заземленный проводник к змеевику. Для этого использовать хомут.

На этом создание заземлительной системы закончено. После проверки уровня сопротивления она готова к эксплуатации.

Добавить комментарий
×
×