Блуждающие токи — это потенциал, который появляется в земле при ее использовании в качестве проводника. При длительном протекании он имеют разрушительную силу и негативно воздействуют на металлические изделия в почве или на ее поверхности.
Появление блуждающих токов наиболее вероятно около электрифицированного транспорта, из-за утечки на ЛЭП или по другим причинам.
Ниже рассмотрим источники такого явления и причины, поговорим о влиянии блуждающих токов на металл и объектах, которые подвергаются наибольшему риску. Отдельно поговорим о таком явлении в быту, особенностях его появления и устранения в случае необходимости.
СОДЕРЖАНИЕ:
Причины и источники блуждающих токов
Вне зависимости от источника блуждающих токов главная причина — появление разницы потенциалов в двух разных точках. При этом во всех случаях главным проводником выступает земля.
Если говорить о самих источниках, их несколько: электрифицированный транспорт, ЛЭП и даже некоторые элементы быта.
Как выглядит блуждающий ток – видео.
Разные виды транспорта
Один из основных источников блуждающих токов считаются виды транспорта, работающие на электричестве:
- трамваи;
- электрички на железной дороге;
- транспорт, используемый на карьерах, рудниках и в промышленности;
- метрополитен и т. д.
Основным источником является тяговая подстанция, которая выдает ток и передает его на контактный провод, а далее — через токовый приемник к электрическому двигателю.
Дальнейший цикл подразумевает прохождение потенциала через колеса, а после к рельсам и обратно к тяговой подстанции.
При прохождении через рельсы ток сталкивается с определенным сопротивлением, из-за чего некоторые элементы конструкции имеют потенциал. По ходу приближения к подстанции он уменьшается до нуля.
Схема распределения токов показана ниже.
Где:
- a – контактный провод, по которому поступает напряжение к силовой установке электротранспорта;
- b – питающий филлер, подключенный к питающему проводу;
- c – одна из тяговых подстанций, питающая сети электротранспорта;
- d – дренажный филлер, который подключен к рельсам;
- e – рельсы;
- f – трубопровод на пути прохождения блуждающих токов;
- g – положительные потенциалы в анодной зоне;
- h – отрицательные потенциалы в катодной зоне.
Металлические рельсы установлены на поверхности без дополнительной изоляции, что приводит к появлению блуждающих токов.
Последние растекаются по почве и повреждает все, что попадается на пути:
- газопроводы;
- металлические конструкции;
- водопроводные и канализационные трубы;
- металл кабельной продукции и т. д.
Под «удар» попадают все металлические элементы, имеющие низкое удельное сопротивление. Параметр последнего должен быть меньше, чем у почвы.
Негативное воздействие испытывают и рельсы в точках, где ток протекает в землю. Результатом становится появление коррозии.
Линия электропередач
Еще одним источником блуждающих токов может быть ЛЭП с изолированной нейтралью. Чаще всего к такой категории относятся линии 6, 10 и 35 киловольт.
Их особенность состоит в отсутствии заземления нейтрали трансформатора, что в случае падения одного из проводов на землю не приводит к появлению короткого замыкания и работе защиты.
В этом случае через землю протекают сравнительно небольшие блуждающие токи, величина которых зависит от сопротивления линии до места заземления и мощности источника.
При появлении таких повреждений, как правило, срабатывает автоматика, после чего бригада работников выезжает на объект для осмотра и устранения проблемы.
Из-за повышения напряжения на двух целых фазах возникает риск повреждения еще одного провода. В случае падения второго проводника появляется двухфазное КЗ, что приводит к срабатыванию защиты.
Кроме того, блуждающие токи возле упавшего провода ЛЭП могут привести к появлению шагового напряжения.
В случае приближения человека между стопами ног может появиться потенциал, который может оказаться смертельным для жизни. Вот почему такие ситуации должны устраняться в максимально сжатые сроки.
Статическое электричество в быту
Нельзя расслабляться и в обычной жизни, ведь на металлических элементах (батареи, водопровод, ванная и прочие) может накапливаться статическое электричество.
В результате появляются блуждающие токи, которые могут привести к повреждению металла.
Причиной проблем чаще всего становится отсутствие заземления, ошибки в монтаже проводки по стояку и т. д.
Влияние на металл
Главный недостаток блуждающих токов — их негативное влияние на металлические элементы. В зоне риска находятся трубы, кабельные линии, железобетонные конструкции и т. д.
Металл является отличным проводником электричества, поэтому заряд идет не в землю, а через него. Место, где ток входит в земную поверхность, можно сравнить с катодом, а точку выхода — с анодом.
В основе негативных процессов лежит Закон Фарадея. В нем сказано, что скорость электрохимического процесса тем больше, чем выше ток между анодным и катодным элементом. Следовательно, на скорость повреждения металла влияет сопротивление земли и текущий потенциал.
Дополнительным фактором, кроме коррозии, является появление токов утечки. Этот процесс ускоряет разрушительные процессы.
Известны случаи, когда трубопровод в системе подачи воды разрушался под действием блуждающих токов за два года при официальном сроке службы не меньше 20 лет.
В подземных водопроводах ситуациях усугубляется «тяжелым» составом воды, в которую входит множество микроэлементов. Это приводит к улучшению проводимости и ускорению разрушительных процессов. Наибольший «удар» приходится по анодной зоне, где токи выходят.
Какие объекты подвергаются максимальной опасности
Особенность блуждающих токов состоит в сложности выявления и контроля, поэтому в зоне риска все металлические подземные конструкции.
Действию коррозии подвержены следующие конструкции:
- Кабели, проложенные под землей, и имеющие оболочку из металла.
- Металлические трубопроводы. Как уже отмечалось, блуждающие токи в водопроводных трубах быстрее всего разрушают изделие и снижают срок службы почти в десять раз. Эта особенность касается не только водопровода. Опасность также несут блуждающие токи в газовых трубах и канализации.
- Металлические пути электрического транспорта: ж/д, трамваев.
- Элементы домов и других объектов, изготовленные из металла.
- Цельнометаллические элементы, к примеру, бак для бензина или дизельного горючего.
- Подземный электрический транспорт, используемый при создании метрополитена.
Иными словами, в зоне риска находятся все металлические изделия под землей, что требует отдельного контроля и защиты от такого явления.
Измерения блуждающих токов
Единственный способ, позволяющий определить источник входа тока в землю, является проведение измерений.
Применяемое оборудование:
- Электроды сравнения. Могут быть соединительного или переносного типа. Главное, чтобы в основе лежала медно-сульфатная технология.
- Цифровой мультиметр.
- Провод с надежной изоляцией. Длина — не меньше 100 м.
После получения информации можно быстрее выработать комплекс мер и защитить металлические элементы.
Измерения проходят в несколько этапов:
- Контроль сопротивления между рельсами и грунтом.
- Определение разности потенциалов между металлическими элементами под землей и рельсами.
- Анализ вероятных утечек электричеств с кабельной линии в течение всей ее длины.
В процессе измерений на путях рекомендуется выбирать период минимальной периодичности движения транспорта. Что касается оборудования, оно должно иметь высокий класс точности — не меньше 1,5.
Параметры измерений:
- нижний порог сопротивления — 1 Мом;
- максимальная разность потенциалов — 10 мВ;
- время проверки — 10 мин;
- запись параметров — раз в 10 секунд.
Появление напряжения равного 0,04 Вольта свидетельствует о присутствии блуждающих токов.
В отношении блуждающих токов для трубопроводов измерения проводятся через каждый километр. В случае параллельного размещения измерения проводятся через каждые 0,2 км. также измеряется разность потенциала между трубами.
Защита от блуждающих токов
Все способы защиты условно делятся на два типа: пассивные и активные. Первые подразумевают изолирование труб от земли, а вторые — применение дополнительных конструкций, требующих затрат на монтаж и электричество.
Рассмотрим каждый из вариантов защиты подробнее.
Пассивная
Наиболее распространенным вариантом является применение пассивной защиты.
Ее суть в том, чтобы изолировать почву от металлических элементов на поверхности и таким способом снизить негативное влияние блуждающих токов.
Базовые варианты:
- Применение изоляционных материалов: изолента, специальная защита на поверхность, битум. Такой метод применяется для водопроводных конструкций. При выполнении работ нужно действовать осторожно, ведь при механическом повреждении металла коррозия может ускориться.
- Разнесение труб или кабельных линий на большее расстояние. Такие работы лучше выполнять еще на этапе проектирования. Этот же метод касается линий электротранспорта, расстояние между которыми также нужно увеличить.
- Замена элементов из металла на пластик. В таком случае оборудование выходит из зоны риска и не реагирует на действующие блуждающие токи. Это обусловлено отсутствием электрохимических процессов.
- Применение специальной «прокладки» между рельсами и землей. Это приводит к незначительному подъему конструкции над уровнем земли. Как правило, для этих целей применяются насыпи из материала, который не проводит электрический ток. Подобное решение влечет удорожание конструкции и не всегда может использоваться для трамваев или метро, находящихся в пределах города.
Активная
Бывают ситуации, когда пассивные методы защиты не работают, малоэффективны или не могут быть реализованы в конкретных условиях.
В таком случае используются методы активной защиты, подразумевающие монтаж дополнительных конструкций и требующие расхода электричества.
Особенность активной защиты:
- Небольшой радиус действия, достигающий всего лишь нескольких десятков метров.
- Цель — устранение анодных областей, а именно мест выхода токов из почвы.
- Принцип работы — установка катодной защиты, которая «гасит» блуждающие токи путем подачи «плюсового» потенциала к защищаемому сооружению. Рядом ставятся катоды, на которые подаются «минус».
Стоимость такой конструкции незначительно в сравнении с пользой, которую может принести ее применение. Со временем установленная защита изнашивается, поэтому требует замены.
Устранение анодных зон возможно при правильных расчетах. Если ошибиться в вычислениях, эффект может быть обратным и создаваемые токи приведут к еще большим разрушениям.
Вот почему для всех объектов планирование проводится индивидуально с учетом конструктивных особенностей.
В качестве дополнительного метода может использоваться электродренажный вариант защиты.
В таком случае в проблемном месте появляется потенциал, который «гасит» появление разности потенциалов и защищает металлические элементы от действия блуждающих токов на выходе (в анодной точке).
Блуждающие топи в быту (в квартире)
При рассмотрении вопроса нельзя исключать появление блуждающих токов в жилых объектах. Они могут появиться в полотенцесушителях, водопроводных трубах, отопительной системе, газовой колонке и даже бойлере. Рассмотрим основные варианты.
Блуждающие токи в полотенцесушителе
При правильном строительстве появление блуждающих токов исключено. Это связано с тем, что все конструкции по стояку являются металлическим и заземляются в подвальном помещении.
Проблема появилась с постепенной заменой металлических труб на пластиковые. В таком случае цепочка разрывается и появляются блуждающие токи.
Получается, что действующий потенциал делится, и между стояком и полотенцесушителем может появиться напряжение.
Существуют и другие причины появления блуждающих токов в таких конструкциях:
- близкое применение двух видов стали: нержавейки и черной;
- плохая изоляция проводки;
- обрыв сети;
- выполнение заземления на систему отопления и т. д.
Лучшее решение проблемы — заземление полотенцесушителя. Если изделие сделано из нержавеющей стали, алгоритм действий такой:
- Подготовьте провод сечением 2,5 кв. мм.
- Объедините все металлические части ванной с помощью провода.
- Сделайте перемычку, а именно соедините проводник и провод на распредщитке.
- Зафиксируйте заземление на полотенцесушитель с помощью хомута из металла.
Блуждающие токи в системе отопления
В любом доме или квартире имеется системы отопления и водопроводная.
Сами по себе они не могут быть источниками блуждающих токов и безопасны. Но со временем в трубах и стенах появляется статическая электроэнергия и, как результат, появляется разность потенциалов.
Это ведет к появлению входящих и исходящих блуждающих токов, негативно влияющих на металл.
Кроме того, к причинам возникновения блуждающих токов в трубах стоит отнести:
- повреждение изоляции в стиральной машинке;
- проблемы скрытой / открытой проводки;
- нарушение целостности ТЭНов;
- попадание крепежных элементов в электропроводку;
- нахождение рядом ЛЭП и т. д.
Для защиты от блуждающих токов пройдите такие шаги:
- Замените трубы из металла пластиковыми (в системе отопления).
- Если первый вариант не подходит, используйте пластиковые вставки.
- Выполните заземление.
- Установите катодную защиту (может монтироваться в многоэтажных домах).
- Проверьте электропроводку, чтобы избежать утечек.
В бойлере
Водонагреватель имеет повышенные риски для здоровья человека, ведь он изготовлен из металла и постоянно контактирует с водой.
Влага является хорошим проводником электричества, поэтому в случае пробоя оборудование может стать источником опасности для жизни.
Нельзя исключать и появление блуждающих токов, возникающих в электрооборудовании большой мощности.
Единственный способ защиты — заземление бойлера. Наиболее простой способ состоит в соединении корпуса с каким-либо металлическим элементом, к примеру, трубопроводом. Но такой способ рискован и применять его нельзя.
Правильный способ, следующий:
- Сделайте розетку с заземляющим контактом. Она должна быть установлена на высоте от пола более 80 см, от нагревателя — 50 см.
- Используйте 3-жильный кабель, в котором одна жила имеет желто-зеленую изоляцию. Именно ее и нужно заземлить. Провод от розетки должен быть доведен до щитка и подведен к заземлению.
- При прокладке кабеля сделайте штробу или используйте наружный способ прокладки.
- Отключите общий выключатель и выполните подсоединение.
Использовать бойлер без заземления нельзя. Это правило обязательно и указывается в инструкции по эксплуатации такой техники.
В газовой колонке
Еще одним местом возникновения блуждающих токов может быть газовая колонка. Причиной такого явления может быть наличие рядом ЛЭП или электрического транспорта, а также неправильное заземление.
Для устранения проблемы рекомендуется использовать в месте соединения шланга к газовой трубе изолирующий переходник-вставку (диэлектрическая муфта).
Ее монтаж является обязательным условием по СП 402.1325800.2018. Может также потребоваться поиск места неправильного заземления для устранения проблемы.
Итоги
Блуждающие токи — это не миф или выдумка физиков, а реальная проблема, с которой необходимо бороться. Если ничего не предпринимать, повышается вероятность коррозии металлов, находящихся в зоне действия потенциала.
В зоне риска не только подземные металлические конструкции, находящиеся в зоне ЛЭП, электрофицированных железных дорог, метрополитена и трамваев, но и элементы быта: водонагреватель, полотенцесушитель, водопроводная / отопительная система и даже газовая колонка.
Вот почему нужно знать, как измерить и защититься от такого явления.
Литература:
1 Привезенцев, В.А. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии / В.А. Привезенцев,
Э.Т. Ларина. – М.: РАГС, 1995. – 120 с.
2 Фридкин, И.А. Эксплуатация кабельных линий 1–35 кВ / И.А. Фридкин. – М.: Энергия, 1972.
– 88 с.
