Mebelhoff.ru

Мебель HOFF
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое блуждающие токи и как от них избавиться

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.

Виды коррозии кабельной продукции

Применяемые способы защиты кабелей от коррозии зависят от того, какому именно типу коррозионного воздействия подвержена линия электропередачи. Это определяется местом ее прокладки, условиями эксплуатации и материалами кабеля.

Коррозия металлической оболочки кабеля

Коррозия металлической оболочки кабеля

Различают следующие основные виды коррозии:

  1. электрохимическая (почвенная);
  2. электрическая;
  3. межкристаллитная.

Причиной почвенной коррозии металлических оболочек и брони кабелей является воздействие агрессивных веществ, содержащихся в грунте. В почве постоянно присутствуют соли, щелочи, кислоты, которые выступают в качестве электролита. При контакте этих веществ с металлом на его поверхности образуются микроскопические гальванические элементы, в которых в качестве электродов выступают разные по структуре зерна металла или зерна металла и содержащиеся в его составе примеси. Протекание токов между этими электродами обуславливает быструю коррозию. Свинцовая кабельная оболочка быстрее всего разрушается при наличии в почве нитратов, извести и известняка, уксусной кислоты, доменных шлаков и каменноугольной смолы, большой концентрации перегноя. Стальная броня плохо переносит присутствие в грунте серных и сернокислых соединений, а также соединений хлора. Алюминиевые оболочки быстро корродируют во влажной почве, независимо от ее состава.

Электрическая коррозия протекает в результате воздействия на металлическую оболочку или броню кабеля блуждающих токов. Эти токи образуются в результате эксплуатации рельсового транспорта на электрическом ходу. Рельсы выступают в качестве обратных проводов, по которым ток возвращается на тяговую подстанцию. При этом существенная доля тока уходит в землю, образуя блуждающие токи. При наличии в зоне их действия кабеля с металлической оболочкой или броней возникает коррозия. За год блуждающий ток силой 1 А способен разрушать 3 кг алюминия, 9 кг стали, 35 кг свинца. При этом в некоторых случаях сила блуждающих токов может составлять несколько десятков ампер.

Читайте так же:
Как проверить есть ли ток в кабеле

Межкристаллитная коррозия характерна для свинцовой брони и кабельных оболочек. Она возникает в результате длительного воздействия вибрации. Наибольшей угрозе подвержен кабель, проложенный вблизи железнодорожных и автомобильных магистралей, трамвайных путей, на мостах и т.д. При длительном воздействии вибрационных нагрузок свинцовая оболочка может растрескиваться. Причем трещины проходят, как правило, по границам зерен металла (кристаллитов), вследствие чего между ними начинают протекать коррозионные процессы, которые дополнительно усиливаются образованием окиси свинца.

Катодная защита

Метод, достаточно часто используемый для защиты металлоконструкций от коррозии. Применяется в тех случаях, когда металл не имеет склонности к пассивации. Суть метода проста: к изделию подается внешний электроток от отрицательного полюса, который обеспечивает поляризацию катодных участков коррозионных составляющих и поднимает значение потенциала до анодных. После прикрепления положительного полюса источника тока к аноду коррозия защищаемого изделия становится почти нулевой.

Катодная защита от коррозии

Анод требует периодической замены, так как со временем происходит его разрушение.

  • Способы катодной защиты: поляризация от внешнего источника электротока, торможение развития катодного процесса, связь с металлом, имеющим более электроотрицательный потенциал свободной коррозии в определенной среде (протекторная защита).
  • С помощью поляризации от внешнего источника электротока защищают конструкции, находящиеся в почве и в воде, цинк, олово, алюминий и его сплавы, титан, медь и ее сплавы, свинец, высокохромистые, углеродистые, низколегированные и высоколегированные стали.
  • Роль внешнего источника электротока выполняют станции катодной защиты. Их главные составляющие — выпрямитель, токоподвод к защищаемому объекту, анодные заземлители, электрод сравнения и анодный кабель.
  • Катодная защита может быть использована в качестве самостоятельного или дополнительного способа коррозионной защиты.

Основной показатель результативности метода – защитный потенциал. Защитным называют тот потенциал, при котором быстрота коррозионного процесса металлического изделия становится минимальной.

Однако катодная защита обладает определенными недостатками. Один из них – опасность перезащиты. Такой эффект может наблюдаться в случае большого смещения потенциала защищаемого изделия в отрицательную сторону. Вследствие этого разрушаются защитные оболочки, начинается водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание.

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии

Электрохимическая защита от коррозии состоит из катодной и дренажной защиты. Катодная защита трубопроводов осуществляется двумя основными методами: применением металлических анодов-протекторов (гальванический протекторный метод) и применением внешних источников постоянного тока, минус которых соединяется с трубой, а плюс — с анодным заземлением (электрический метод).

3.jpg

Рис. 1. Принцип работы катодной защиты

Гальваническая протекторная защита от коррозии

Читайте так же:
Кабель каналы напольные с розетками

Наиболее очевидным способом осуществления электрохимической защиты металлического сооружения, имеющего непосредственный контакт с электролитической средой, является метод гальванической защиты, в основу которого положен тот факт, что различные металлы в электролите имеют различные электродные потенциалы. Таким образом, если образовать гальванопару из двух металлов и поместить их в электролит, то металл с более отрицательным потенциалом станет анодом-протектором и будет разрушаться, защищая металл с менее отрицательным потенциалом. Протекторы, по существу, служат портативными источниками электроэнергии.

В качестве основных материалов для изготовления протекторов используются магний, алюминий и цинк. Из сопоставления свойств магния, алюминия и цинка видно, что из рассматриваемых элементов магний обладает наибольшей электродвижущей силой. В то же время одной из наиболее важных практических характеристик протекторов является коэффициент полезного действия, показывающий долю массы протектора, использованной на получение полезной электрической энергии в цепи. К.П.Д. протекторов, изготовленных из магния и магниевых сплавов, редко превышают 50 % в, в отличие от протекторов на основе Zn и Al с К.П.Д. 90 % и более.

1.jpg2.jpg

Рис. 2. Примеры магниевых протекторов

Обычно протекторные установки применяются для катодной защиты трубопроводов, не имеющих электрических контактов со смежными протяженными коммуникациями, отдельных участков трубопроводов, а также резервуаров, стальных защитных кожухов (патронов), подземных резервуаров и емкостей, стальных опор и свай, и других сосредоточенных объектов.

В то же время протекторные установки очень чувствительны к ошибкам в их размещении и комплектации. Неправильный выбор или размещение протекторных установок приводит к резкому снижению их эффективности.

Катодная защита от коррозии

Наиболее распространенный метод электрохимической защиты от коррозии подземных металлических сооружений — это катодная защита, осуществляемая путем катодной поляризации защищаемой металлической поверхности. На практике это реализуется путем подключения защищаемого трубопровода к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, называемого станцией катодной защиты. Положительный полюс источника соединяют кабелем с внешним дополнительным электродом, сделанным из металла, графита или проводящей резины. Этот внешний электрод размещается в той же коррозионной среде, что и защищаемый объект, в случае подземных промысловых трубопроводов, в почве. Таким образом, образуется замкнутая электрическая цепь: дополнительный внешний электрод — почвенный электролит — трубопровод — катодный кабель — источник постоянного тока — анодный кабель. В составе данной электрической цепи трубопровод является катодом, а дополнительный внешний электрод, присоединенный к положительному полюсу источника постоянного тока, становится анодом. Данный электрод называется анодным заземлением. Отрицательно заряженный полюс источника тока, присоединенный к трубопроводу, при наличии внешнего анодного заземления катодно поляризует трубопровод, при этом потенциал анодных и катодных участков практически выравнивается.

Читайте так же:
Как проверить кабель по току короткого замыкания

Таким образом, система катодной защиты состоит из защищаемого сооружения, источника постоянного тока (станции катодной защиты), анодного заземления, соединительных анодной и катодной линий, окружающей их электропроводной среды (почвы), а также элементов системы мониторинга — контрольно-измерительных пунктов.

Дренажная защита от коррозии

Дренажная защита трубопроводов от коррозии блуждающими токами осуществляется путем направленного отвода этих токов к источнику или в землю. Установка дренажной защиты может быть нескольких видов: земляной, прямой, поляризованный и усиленный дренажи.

4.jpg

Рис. 3. Станция дренажной защиты

Земляной дренаж осуществляется заземлением трубопроводов дополнительными электродами в местах их анодных зон, прямой дренаж — созданием электрической перемычки между трубопроводом и отрицательным полюсом источника блуждающих токов, например рельсовой сетью электрифицированной железной дороги. Поляризованный дренаж в отличие от прямого обладает только односторонней проводимостью, поэтому при появлении положительного потенциала на рельсах дренаж автоматически отключается. В усиленном дренаже дополнительно в цепь включается преобразователь тока, позволяющий увеличивать дренажный ток.

Причины появления утечки

Появление блуждающих токов происходит из-за плохой изоляции в системах электропроводки, обрывов проводов линий электропередач, недостаточной изоляции рельсов трамвайных путей и железных дорог. Блуждающие токи в водопроводных трубах вызывают электрохимическую коррозию и ускоряют их разрушение. Коррозии подвергаются и проложенные в земле металлоконструкции и кабели.

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.
Читайте так же:
Выбивает автомат при включении света выключателем

Защита от блуждающих токов

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.

Пластиковые трубы нарушают целостность заземлённого контура, а вода, которая является проводником, проводит ток по трубам. Внутри труб создаётся довольно высокое напряжение, и это опасно. Бывали случаи поражения в ванной током даже с напряжением всего 4 В. Опасен ток, а не напряжение.

Защита от блуждающих токов

На самом деле, полноценной защиты от этой проблемы нет. Ее просто не может быть с точки зрения физики. Единственный действенный метод — подсунуть всепожирающим блуждающим токам иную жертву, которую не так жалко. Мало того, у этого приспособления и название соответствующее: «жертвенный анод». А методика именуется катодной защитой.

Принцип работы в исключении анодных зон на защищаемом объекте. Вместо них используются те самые жертвенные аноды, которые меняют по мере их электрохимического разрушения. А вокруг объекта формируются лишь безопасные для него катодные зоны.

Для того, чтобы система функционировала, требуется дополнительная энергия. В критических местах устанавливаются так называемые станции катодной защиты, которые запитаны от линий электропередач.

Блуждающие токи 9

Это связано с некоторыми затратами, которые несравнимы с потерями на ремонт и восстановление испорченных объектов (трубопровода, кабеля и прочего).

А если защищаемый объект относится к опасной категории (например, нефтехранилище, в котором в результате электрохимической коррозии может произойти утечка продукта), то стоимость защитных устройств вообще не берется во внимание.

Блуждающие токи 10

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.

Читайте так же:
32lf592u уменьшение тока подсветки

корозия

Под воздействием проходящего через трубу тока происходит образование гальванической пары в месте его выхода в почву. При этом железо, которое обладает меньшим окислительно-восстановительным потенциалом в результате процесса разрушается. И чем больше вокруг аварийного участка образуется солей, тем быстрее проходят все эти химические процессы.

В отличие от обычной коррозии, связанной с окислительными свойствами кислорода, интенсивность появления ржавчины зависит от величины разницы потенциалов. Поэтому бороться с электрохимической коррозией можно только путём устранения предпосылок, способствующих её появлению.

Методы измерений

При прокладке трубопровода, блуждающие токи вычисляются путем измерения разности потенциалов между двумя точками поверхности земли, перпендикулярных друг другу и находящимся на равно удалении в 100 м. Измерения производятся через каждый километр.

Приборы для измерений должны обладать классом точности не менее 1,5 и собственным сопротивлением от 1 МОм. Разность потенциалов между измерительными электродами не должна превышать 10 мВ. По времени одно измерение должно продолжаться не менее 10 мин, с фиксированием результата каждые 10 с.

Измерения в зоне действия электротранспорта нужно проводить во время наибольшей нагрузки. Если разность показаний потенциалов будет превышать 0,04В, то это является признаком наличия блуждающих токов.

В качестве приборов для измерения можно использовать пару электродов сравнения: медно-сульфатный переносной и соединительный. Помимо этого понадобится цифровой мультиметр для выполнения замеров, а также гибкий изолированный провод, длина которого должна быть не менее 100 метров.

Несмотря на свои небольшие значения, это явление может нанести существенный урон подземным (и не только) коммуникациям. Источники блуждающих токов могут быть самые различные. Поэтому необходимо предпринимать все профилактические мероприятия по устранению этого нежелательного эффекта.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, на котором наглядно показывается, как защититься от данного явления:

Вот мы и рассмотрели причины возникновения блуждающих токов и защита от них. Теперь вы знаете, что это такое и как избавиться от данного явления даже в домашних условиях!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector