Что такое блуждающие токи и как от них избавиться. Блуждающие токи что это такое?

Измерения в зоне движения электромобилей проводятся в момент наибольшей нагрузки. Если разность потенциалов превышает 0,04 В, это свидетельствует о наличии блуждающих токов.

ликбез от дилетанта estimata

Руководство для начинающих по основам безопасности жизнедеятельности, личной безопасности, экстремальным ситуациям и чрезвычайным ситуациям, выживанию и туризму. Также полезен для рыболовов, охотников и других любителей природы и отдыха на природе.

Что такое блуждающие токи

Блуждающие токи — это токи, возникающие в земле, когда она используется в качестве проводящей среды.

Они вызывают коррозию металлических объектов, которые полностью или частично находятся под землей или иногда только касаются земли (трубы горячей и холодной воды, системы отопления и т.д.). Это особенно характерно для неухоженных трамвайных линий и линий электрических железных дорог. В некоторых случаях блуждающие токи являются результатом случайных утечек в линиях электропередач.

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 заземляющими клеммами нейтрального проводника (PE).

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 нет постоянного разряда переменного тока, а защита (автоматический выключатель и т.д.) срабатывает раньше. Однако процесс может быть значительно замедлен, если ток короткого замыкания ниже предела отказа.

На практике электромобили на городских и пригородных линиях имеют самый высокий процент источников постоянного тока утечки: Напряжение постоянного тока подается в тяговую сеть от подстанции и возвращается по рельсам. Если сопротивление рельсов относительно земли недостаточно, в земле возникают блуждающие электрические токи. Если на пути блуждающих токов находится проводник или другая металлическая конструкция, она становится проводником тока. Это происходит потому, что ток распространяется по пути наименьшего сопротивления. Поэтому, если есть проводник, ток будет распространяться через металл, потому что его электрическое сопротивление меньше, чем у земли. В результате участок трубы, по которому проходит электрический ток, более подвержен коррозии металла.

Связь блуждающего тока и коррозии на металле

Поскольку почва содержит воду и растворенные в ней соли, любая металлическая конструкция в почве подвержена коррозии. Однако если металл также подвергается воздействию блуждающих токов, процесс становится электролитическим. Скорость электрохимической реакции напрямую зависит от силы тока, протекающего между анодом и катодом. Следовательно, скорость коррозии заглубленной металлической трубы зависит от электрического сопротивления почвы и сложного характера процессов, происходящих в катодной и анодной зонах.

В результате металлическая конструкция подвергается воздействию токов утечки в дополнение к обычной коррозии. Это может привести к образованию гальванических паров, которые значительно ускоряют процесс коррозии. На практике были случаи, когда участок водопроводной трубы, подверженный гальванической коррозии, выходил из строя через два года, хотя срок службы составлял 20 лет.

Труба после воздействия блуждающих токов

Причины и источники возникновения

Как вы знаете из школьной физики, для образования электрического тока необходимо образование разности потенциалов между двумя электрическими цепями. Принцип действия блуждающих токов такой же. Только в этом случае земля играет роль проводника.

В современных городах и поселках имеется множество электрифицированных объектов, от линий электропередач до железнодорожного транспорта, включая оборудование трансформаторных подстанций. Общим фактором является их расположение на земле. Это приводит к довольно специфическому взаимодействию с последним в виде блуждающих токов. В таблице ниже приведены возможные источники и условия электрической связи с землей.

Таблица 1. Возможные источники.

Название объекта	Муфта заземления
Различные типы выключателей, оборудование на подстанциях, воздушные линии с нейтралью (нейтраль без заземления), соединенной со вторым заземлителем.	Если в помещении имеется замыкание на землю.
Воздушные линии с изолированной нейтральной точкой, кабельные каналы.	Возникает при повреждении изоляционного слоя токоведущих частей кабелей.
Электрический подвижной состав, системы с заземленной нейтральной точкой.	Наличие технического соединения между одним из проводников и землей.

Механизм образования блуждающих токов

В таблице мы привели некоторые источники в качестве примеров. Давайте теперь подробно рассмотрим, как в них устроен процесс интереса. Как уже говорилось, для этого между двумя точками на земле должна существовать разность потенциалов. Эти условия создаются контурами заземления систем с фиксированным нулем.

Нейтральный проводник (PEN) одним концом соединен с нейтральным проводником подстанции, а другим концом — с PEN-стержнем потребителя, который подключен к заземлителю системы. Следовательно, разность электрических потенциалов между проводниками нейтрали переносится на ЗО, создавая условия для возникновения цепи. Величина утечки незначительна, поскольку основная нагрузка следует по пути наименьшего сопротивления (нейтраль), но некоторая ее часть все же будет следовать через землю.

Практически аналогичные условия возникают при проблемах с изоляцией проводников (разрушение оболочки) кабельной канализации или воздушных линий. Когда происходит замыкание на землю, потенциал в этой точке равен или близок к фазе. Это приводит к возникновению тока утечки на ближайшем заземлителе при потенциале PEN-проводника.

В приведенном выше примере отсутствуют постоянные переменные токи утечки, поскольку действующие нормы требуют два часа на устранение неисправностей. Однако в большинстве случаев отключение неисправной линии или обнаружение неисправного участка происходит автоматически. Процесс может быть значительно замедлен, если ток повреждения ниже порога повреждения.

Опыт показывает, что большинство источников непрерывных токов утечки находятся в городских и массовых транспортных средствах. Механизм их возникновения показан ниже.

Легенда:

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 показано на рисунке, напряжение постоянного тока подается в тяговую сеть от подстанции и возвращается по рельсам. Если сопротивление рельсов относительно земли недостаточно, в земле будут возникать блуждающие электрические токи. Если на пути блуждающих токов находится проводник или другая металлическая конструкция, она становится проводником тока.

Это происходит потому, что ток распространяется по пути наименьшего сопротивления. Поэтому, если есть проводник, ток будет распространяться через металл, потому что его электрическое сопротивление меньше, чем у земли. В результате участок трубы, по которому проходит электрический ток, более подвержен коррозии металла. Причины этого объясняются ниже.

Связь блуждающего тока и коррозии на металле

Из-за наличия воды и солей, растворенных в почве, любая металлическая конструкция в почве подвергается коррозии. Однако если металл также подвергается воздействию блуждающих токов, то это электролитический процесс. Согласно закону Фарадея, скорость электрохимической реакции напрямую зависит от силы тока, протекающего между анодом и катодом. Следовательно, скорость коррозии металлической трубы (проложенной в земле) зависит от электрического сопротивления почвы и сложного характера процессов, происходящих в катодной и анодной зонах.

В результате металлическая конструкция подвергается воздействию токов утечки в дополнение к обычной коррозии. Это может привести к образованию гальванических паров, которые значительно ускоряют процесс коррозии. На практике были случаи, когда участок системы водоснабжения, подверженный гальванической коррозии, выходил из строя через два года, хотя срок службы составлял 20 лет. Пример такого отчета показан ниже.

Как измерить величину блуждающего тока

При планировании новых трубопроводов в районе их прокладки необходимо проверить наличие потенциальных опасностей. Для этого используются прецизионные мультиметры с внутренним сопротивлением не менее 1 МОм и специальные электроды с минимальной разностью потенциалов.

Читайте также: Как определить фазу и ноль с помощью измерительного прибора или без него.

Измерения проводятся 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 цель — определить существующую разность потенциалов между точками. Если это значение превышает 0,04 В, в этой области действуют блуждающие токи.

Следующие измерения проводятся в зоне активных рельсов сети электропередачи:

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

Все измерения проводятся с помощью специального оборудования.

Более подробную информацию о размерах см. в инструкции по применению (открывается в новом окне).

Коррозия от блуждающих токов

Блуждающие токи вызывают процесс электрохимической коррозии. Их интенсивность зависит от состояния почвы, степени влияния воды и свойств грунтовых вод. Ухудшение качества металла вызвано различиями в окислительно-восстановительном потенциале стали и окружающей почвы.

Под воздействием тока, протекающего по трубе, в месте ее входа в почву образуется гальванический пар. Железо, которое имеет более низкий окислительно-восстановительный потенциал, разрушается в процессе. И чем больше солей образуется вокруг зоны поражения, тем быстрее происходят все эти химические процессы.

В отличие от обычной коррозии, которая обусловлена окислительными свойствами кислорода, интенсивность ржавления зависит от величины разности потенциалов. Поэтому бороться с электрохимической коррозией можно только при условии устранения условий, способствующих ее возникновению.

Способы устранения

Единственный способ избежать блуждающих токов — устранить возможность утечки из проводников, которые сами являются рельсами, в землю. Для этого укладываются балластные насыпи и деревянные шпалы, которые не только придают железной дороге прочное основание, но и увеличивают сопротивление между ней и грунтом.

Кроме того, используются диэлектрические уплотнения. Однако все эти методы больше подходят для железнодорожных линий; трамвайные линии трудно изолировать таким образом, поскольку это приводит к повышению уровня путей, что нежелательно в городских районах.

Читайте также: Определение диэлектрических гильз в электроустановках.

В случае с выключателями и подстанциями, а также линиями электропередач ситуацию можно исправить с помощью более совершенных систем автоматического отключения. Однако возможности ограничены, а постоянные отключения электроэнергии нежелательны, особенно в промышленных условиях.

Поэтому в большинстве случаев проводники, экранированные кабели и металлические конструкции, расположенные в зоне блуждающих токов, защищены.

Активная и пассивная защита

Существует два основных метода защиты:

1. 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.
2. Активная — основана на отводе блуждающих токов от защищаемых магистралей. Может быть выполнена несколькими способами. Считается наиболее эффективным решением.

В различных средах для защиты от электрохимической коррозии используются различные методы. Существуют различные типы химических сред в различных типах электрохимических сред.

Защита полотенцесушителей

Главное отличие в том, что они находятся на открытом воздухе, поэтому изоляция не помогает, и блуждающим токам некуда разряжаться. Поэтому эквипотенциальное соединение является единственным приемлемым вариантом.

Для решения этой проблемы используется простое заземление. Другими словами, с помощью пластиковых труб восстанавливаются условия, существовавшие до прерывания цепи. В этом случае каждый полотенцесушитель или радиатор должен быть заземлен.

Защита водопроводных труб

В этом случае больше подходит защита с помощью дополнительного анода. Этот метод также используется для предотвращения образования солей в электрических баках для горячей воды.

Анод, обычно магниевый, прикрепляется к металлической поверхности трубы для образования гальванической пары. Блуждающие токи проходят не через сталь, а через этот жертвенный анод, постепенно разрушая ее. Однако металлическая труба осталась невредимой. Само собой разумеется, что защитный анод необходимо время от времени заменять.

Защита газопроводов

Существует два метода защиты этих объектов:

• 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.

Блуждающие токи в быту

Это явление имеет схожий эффект, но разные причины. В квартире или частном доме обязательно наличие водопровода и системы отопления. Статическое электричество может непреднамеренно накапливаться в трубах и окружающих стенах. Здесь также существуют блуждающие токи, и могут возникать зоны подъема и спада, вызывающие повреждение труб.

Возникновение таких проблем в некоторых случаях связано с отсутствием заземления. Если используются металлопластиковые трубы, они изолируют металлическую часть системы от контакта с землей. В этом случае статическое электричество не уходит, а оказывает разрушающее действие. Необходимо принять соответствующие меры для защиты от блуждающих токов.

Иногда у соседей такие трубы появляются в результате сделанного ими ремонта. В некоторых случаях металлопластиковые плинтусы были установлены в прихожей с самого начала. В таких случаях образование бродячих черновиков — лишь вопрос времени. В таких случаях важно, чтобы вся проводка, используемая в квартире или доме, была заземлена. Все металлические части таких систем, такие как радиаторы, полотенцесушители, краны, фитинги и другие, должны быть подключены. Блуждающие токи могут стать серьезной проблемой, если о них не позаботиться.

Какие объекты подвергаются максимальной опасности

Блуждающие сквозняки невозможно полностью контролировать. Чтобы защитить себя от его воздействия, необходимо в первую очередь обратить внимание на предметы, которые наиболее подвержены ему:

• Кабельные линии, имеющие металлическую оболочку.
• Трубопроводы, стенки которых сделаны из металла. Если трубы сделаны из других материалов, то блуждающие токи на них действовать не будут. Причём речь идёт о различных типах таких конструкций: водопроводных, канализационных, газовых.
• Металлические детали арматуры в зданиях и других конструкциях.
• Пути электротранспорта. Он может быть городским или железнодорожным электрифицированным.
• Подземный электротранспорт может использоваться, например, при строительстве метро.
• Разного рода цельнометаллические конструкции. Одним из примеров может быть бак, предназначенный для хранения нефтепродуктов.

Фактически, любой металлический предмет, непосредственно соприкасающийся с землей, может оказаться в зоне риска. Если вы знаете, что такое «блуждающие токи», вы сможете лучше их избежать.

Способы защиты

Они делятся на два основных варианта: пассивные и активные. В первом случае трубы надежно изолированы от окружающего грунта. Для этого можно использовать различные уровни защиты.

Если необходимо исключить блуждающие токи в водопроводных трубах, можно использовать битумные столбы, специальные оболочки или изоляционные ленты. Работы должны проводиться аккуратно, так как механические повреждения защитного слоя могут стать точками, в которых происходит активное разрушение объекта.

Эффективной защитой является замена металлических труб на пластиковые. Тогда они перестанут быть местом, где течет электричество. В результате электролитические процессы, разрушающие структуру, будут остановлены.

Для изоляции путей от земли устанавливается специальная защита. Поэтому дорожки расположены выше, чем обычно. Как правило, для этого используются насыпи из непроводящего материала. Это приводит к увеличению затрат и не всегда приемлемо для электромобилей, чей путь пролегает в городской черте.

При планировании линий, расположения силовых кабелей и трасс электропередач особое внимание уделяется соблюдению максимально возможного расстояния между ними.

На практике редко удается сделать пассивную защиту от блуждающего тока достаточно надежной. Поэтому активные методы являются наиболее распространенными. Их использование требует установки дополнительных функциональных конструкций и связано с дополнительными энергозатратами. Действие этой защиты распространяется только на несколько десятков метров.

Принцип действия этих методов основан на устранении анодных зон в защищаемых объектах. Разрушительное действие тока перенаправляется на определенные объекты, разрушение которых не повреждает защищаемую структуру. Для этого в соответствующих местах устанавливаются станции катодной защиты. Знание о блуждающих токах позволяет создать эффективную защиту от них.

Стоимость их использования ничтожно мала по сравнению с потенциальными проблемами. По этой причине их использование считается очень выгодным.

При использовании катодных станций к защищаемому объекту прикладывается положительный потенциал. Катоды расположены рядом с ним. На них подается отрицательный потенциал. Благодаря перераспределению энергии в дополнительно установленных катодах создаются зоны подъема. Молекулы металла активно испаряются с этих катодов и постепенно приводят компоненты в негодность. В этом случае их немедленно заменяют.

В этот момент предотвращается образование анодных зон из-за блуждающих токов и не наблюдается разрушения. При установке защиты важно произвести правильные расчеты. Если вы допустите ошибку, это приведет к обратному эффекту — разрушению защищаемого объекта. Поэтому планирование должно осуществляться для каждого участка в отдельности.

Измерения блуждающих токов

Единственный способ определить источник замыкания на землю — провести измерения.

1. Электроды сравнения. Могут быть соединительного или переносного типа. Главное, чтобы в основе лежала медно-сульфатная технология.
2. Цифровой мультиметр.
3. Провод с надежной изоляцией. Длина — не меньше 100 м.

После получения информации можно разработать ряд мер и ускорить процесс защиты металлических элементов.

Измерения проводятся в несколько этапов:

1. Контроль сопротивления между рельсами и грунтом.
2. Определение разности потенциалов между металлическими элементами под землей и рельсами.
3. Анализ вероятных утечек электричеств с кабельной линии в течение всей ее длины.

Рекомендуется выбрать период с минимальными интервалами движения во время измерений на рельсах. Что касается оборудования, то оно должно иметь высокий класс точности не менее 1,5.

• нижний порог сопротивления — 1 Мом;
• максимальная разность потенциалов — 10 мВ;
• время проверки — 10 мин;
• запись параметров — раз в 10 секунд.

Напряжение 0,04 вольта указывает на наличие блуждающих токов.

Блуждающие токи для трубопроводов измеряются на километр. В случае параллельной прокладки измерения должны проводиться на расстоянии 0,2 км, также измеряется разность потенциалов между трубопроводами.

Защита от блуждающих токов

Все методы защиты делятся на два типа: пассивные и активные. В первом случае трубы изолируются от земли; во втором случае используются дополнительные конструкции, требующие затрат на установку и электроэнергию.

Рассмотрим подробнее каждый вариант защиты.

Пассивная

Наиболее распространенным вариантом является использование пассивной защиты.

Он предназначен для изоляции грунта от металлических элементов на поверхности, тем самым снижая негативное влияние блуждающих токов.

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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 случаи, когда пассивные методы защиты не работают, неэффективны или не могут быть использованы при определенных обстоятельствах.

Затем используются активные методы защиты, требующие установки дополнительных конструкций и потребления электроэнергии.

Особенность активной защиты:

1. Небольшой радиус действия, достигающий всего лишь нескольких десятков метров.
2. Цель — устранение анодных областей, а именно мест выхода токов из почвы.
3. 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 структуры ничтожно мала по сравнению с выгодами, которые могут быть получены от ее использования. Со временем установленная защита изнашивается и поэтому требует замены.

Устранение анодных зон возможно при правильных расчетах. Если расчеты неверны, результат может быть обратным, и генерируемые токи приведут к еще большему ущербу.

По этой причине проектирование ведется отдельно для всех объектов с учетом конструктивных особенностей.

В качестве дополнительного метода может быть использован вариант электродренажной защиты.

В этом случае в проблемной зоне создается потенциал, который «гасит» возникновение разности потенциалов и защищает металлические элементы от воздействия блуждающих токов на выходе (анодная точка).

Блуждающие топи в быту (в квартире)

Блуждающие токи не могут быть исключены в жилых районах. Они могут возникать в полотенцесушителях, водопроводных трубах, системе отопления, газовом котле и даже бойлере. Давайте рассмотрим основные варианты.

Блуждающие токи в полотенцесушителе

При правильном проектировании блуждающие токи исключены. Это связано с тем, что все конструкции вдоль стояка выполнены из металла и заземлены в подвале.

Проблема возникла, когда металлические трубы постепенно заменили на пластиковые. В этом случае цепь разрывается и возникают блуждающие токи.

Получается, что эффективный потенциал разделен, и между стояком и радиатором полотенцесушителя может возникать напряжение.

Существуют и другие причины возникновения 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.

Лучшим решением этой проблемы является заземление полотенцесушителя. Если изделие изготовлено из нержавеющей стали, процедура выглядит следующим образом:

1. Подготовьте провод сечением 2,5 кв. мм.
2. Объедините все металлические части ванной с помощью провода.
3. Сделайте перемычку, а именно соедините проводник и провод на распредщитке.
4. Зафиксируйте заземление на полотенцесушитель с помощью хомута из металла.

Защита полотенцесушителя от блуждающих токов

Блуждающие токи в системе отопления

В каждом доме или квартире есть система отопления и водопровода.

Сами по себе они не могут быть источниками блуждающих токов и являются безопасными. Однако со временем в трубах и стенах накапливается статическое электричество, создавая разность потенциалов.

• повреждение изоляции в стиральной машинке;
• проблемы скрытой / открытой проводки;
• нарушение целостности ТЭНов;
• попадание крепежных элементов в электропроводку;
• нахождение рядом ЛЭП и т. д.

Чтобы защитить себя от блуждающих токов, выполните следующие действия:

1. Замените трубы из металла пластиковыми (в системе отопления).
2. Если первый вариант не подходит, используйте пластиковые вставки.
3. Выполните заземление.
4. Установите катодную защиту (может монтироваться в многоэтажных домах).
5. Проверьте электропроводку, чтобы избежать утечек.

В бойлере

Водонагреватель представляет повышенный риск для здоровья человека, поскольку он изготовлен из металла и находится в постоянном контакте с водой.

Влага является хорошим проводником электричества, поэтому в случае поломки прибора может возникнуть угроза жизни человека.

Нельзя исключать и блуждающие токи от высоковольтного электрооборудования.

Единственный способ защитить себя — заземлить котел. Самый простой метод — это соединение корпуса с металлическим элементом, например, трубой. Однако этот метод опасен и не должен использоваться.