Что такое блуждающие токи и как от них избавиться?

Блуждающие токи — это такой вид направленного движения заряженных частиц, возникновение которых происходит в земле, когда она выступает в качестве проводника. Данное явление приводит к разрушению металла, находящегося в почве или даже просто соприкасающегося с ней, в чем и заключается основная опасность. Далее будет подробно рассмотрен физический феномен под названием блуждающие токи, причины возникновения этого явления и меры защиты от него.

Содержание:

• Причины возникновения
• Воздействие на металлические объекты
• Способы защиты
• Методы измерений

Причины возникновения

Современную жизнь невозможно представить без электрифицированных объектов. Энергопотребление растет с каждым годом, что влечет за собой строительство новых трансформаторных и распределительных подстанций, кабельных и воздушных ЛЭП, внешних контактных сетей для электропоездов и контактных рельсов для метро. Так как земля сама по себе является проводником, а все эти объекты находятся на ее поверхности или под ней, то между ними возникает определенный вид связи.

Для возникновения электрического тока необходима разность потенциалов между двумя точками проводника. То же самое утверждение справедливо и для блуждающих токов, за исключением того, что проводником в этом случае выступает земля. В системе с изолированной нейтралью, разность потенциалов обеспечивается контурами заземления. В случае если нулевой проводник соединен с контуром заземления, его собственное сопротивление, при прохождении заряда по нему, будет причиной падения напряжения. Такой проводник обозначается PEN.

Основание PEN-проводника соединяется с контуром заземления трансформаторной подстанции. На входе к потребителю он соединяется с ЗУ здания. Оба этих ЗУ на противоположных концах кабеля обеспечивают разность потенциалов, которая, в свою очередь, приводит к образованию блуждающего тока между ними.

Сходный процесс наблюдается при повреждении изоляции ЛЭП. Если происходит замыкание на землю, то земля на этом участке становится носителем этого потенциала. Большинство повреждений такого рода устраняется автоматикой. Но это в том случае, если происходит большая утечка. При малых значениях, локализовать и нейтрализовать причину довольно проблематично.

Транспортные средства, работающие на электрической тяге (за исключением автомобилей, которые работают с помощью автономных электродвигателей) являются основной причиной возникновения этого нежелательного явления. Троллейбусы подключаются к электрической сети посредством специальных штанг, которые соединяются с нулевым и фазным проводами и расположены на самом транспортном средстве. Поэтому данный вид транспорта не генерирует большие блуждающие токи.

Питание электропоезда осуществляется несколько по иному принципу. Нулевой проводник подключается к рельсам, а фазный – монтируется над путями. С помощью пантографов, располагающихся на крыше и непосредственно контактирующих с питающим кабелем, осуществляется подача электроэнергии к двигателю.

Питание этих сетей обеспечивают тяговые подстанции, которые располагаются по всему маршруту примерно на одинаковом расстоянии друг от друга. Основной причиной возникновения блуждающих токов в данной системе является искривленность маршрута. Электрический заряд проходит по пути наименьшего сопротивления. Соответственно, если представится возможность «резать углы», то он будет идти по земле, а не по рельсам.

На видео ниже подробно рассматривается, что это за явление и как оно возникает:

Воздействие на металлические объекты

В земле находится множество металлических объектов, таких как: различные системы трубопроводов, бронированные кабельные линии, железобетонные фундаменты строений. Так как металл является лучшим проводником по сравнению с землей, то электроток будет проходить по нему, а не по грунту. Место входа называется «катодная зона». Место выхода – «анодная зона».

Отдельно хотелось бы рассмотреть коррозийные процессы в водопроводных трубах. Подземные воды содержат в себе множество растворимых веществ и являются хорошим проводником. Например, в трубопроводе, находящемся в грунте, образуется коррозия в результате процесса электролиза. Это особенно выражено на участке анодной зоны. В катодной зоне поражения конструкций носят менее разрушительный характер.

Способы защиты

Самым распространенным способом борьбы с этим явлением является установка катодной защиты. Для этого нужно исключить образование анодной зоны на защищаемой конструкции и оставить лишь катодную. Станция катодной защиты генерирует постоянный ток, подключаясь отрицательным полюсом к металлоконструкции, которую необходимо защитить, а положительным – к так называемым «жертвенным» анодам, которые забирают на себя основную часть разрушительной силы. Также на защищаемый объект наносятся специальные защитные покрытия, которые препятствуют образованию коррозийного слоя.

Схема СКЗ:

Недостатками данной схемы являются:

• так называемая «перезащита» — когда превышается защитный потенциал и защищаемая металлоконструкция подвергается коррозии;
• неправильный расчет защиты, при котором происходит ускоренное коррозийное поражение близ расположенных металлических объектов.

К сожалению, данная проблема затрагивает не только промышленные объекты, но и обычных людей. В полотенцесушителе, как и в системе отопления в целом, циркулирует горячая вода, которая является отличным проводником (если, конечно, она не дистиллированная). Если трубопроводы и примыкающие к ним элементы, которые находятся в жилом помещении, должным образом не заземлены, то они могут быть подвержены появлению на их поверхности нежелательного потенциала и, соответственно, пятен ржавчины. Грамотное заземление поможет предотвратить все эти негативные последствия, поэтому на сегодняшний день такой способ защиты от блуждающих токов в квартире и частном доме является одним из наиболее эффективных.

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: