Меню

Проверка защиты от блуждающих токов что это

Измерение блуждающих токов — Испытание кабелей

Производится при М у кабелей, проложенных в районах нахождения электрифицированного транспорта (метрополитена, трамвая, железной дороги), 2 раза в первый год эксплуатации кабеля или электрифицированного транспорта, далее — согласно мест ным инструкциям. Измеряются потенциалы и токи на оболочках кабелей в контрольных точках, а также параметры установки электрозащит.

Опасными считаются токи на участках линий в анодных и знакопеременных зонах со следующих случаях:

1) бронированные кабели, проложенные в малоагрессивных грунтах (удельное сопротивление почвы р > 20 Ом·м), при среднесуточной плотности тока утечки в землю более 15 мА/м;

2) бронированные кабели, проложенные в агрессивных грунтах (р 2 . Земля вокруг этого электрода утрамбовывается и увлажняется. Между оболочкой (броней) кабеля и вспомогательным электродом включается с помощью изолированных проводников миллиамперметр с внутренним сопротивлением 1-5 Ом.

Плотность тока утечки с поверхности кабеля вычисляется, мА/мм 2

где iср — средняя плотность тока утечки; Iср — среднее значение миллиамперметра за период измерения, мА; s — поверхность ленты вспомогательного электрода, м 2 ; к — коэффициент, характеризующий отношение среднесуточной тяговой нагрузки ближайшей к месту измерения тяговой подстанции к ее среднему значению за 1 ч в период измерения тока утечки.

Ток, проходящий по оболочке кабеля, может быть определен двумя способами — измерением падения напряжения на ней или методом компенсации. В первом способе используют милливольтметр, выводы которого электрически соединяют с оболочкой кабеля в двух точках, во втором случае к измеряемым точкам подсоединяют дополнительный источник питания и с помощью переменного резистора добиваются, чтобы показания милливольтметра сводились к нулю.

Измерение плотности тока утечки

Рис. 9. Измерение плотности тока утечки.

1 — обследуемый кабель;

2 — вспомогательный электрод.

Определение химической коррозии.

Производится при М, если имеет место повреждение кабелей коррозией и нет сведений о коррозионных условиях трассы.

Оценку коррозионной активности грунтов и естественных вод рекомендуется производить по данным химического анализа среды или методом потери массы металла.

Характеристики коррозийной активности грунтов относительно свинца и алюминия приведены в табл. 14 и 15. Коррозийная активность грунтов относительно стали, определяется по табл. 11.

Таблица 14. Характеристика коррозийной активности грунтов относительно свинца

Количество органических веществ, %

Количество водородных ионов (рН)

Количество азотных веществ, %

Глинистые, солончаковые, известковые, слабочерноземные

С ильночерноземные, торфяные; грунты, засоренные посторонними веществами (мусором, известью, шлаком)

Менее 5 и более 9

Таблица 15. Характеристика коррозийной активности грунтов относительно алюминия

Показатели коррозийной активности

Количество веществ в грунтах, %; содержание ионов в водах, мг/л

Все грунты, кроме засоренных посторонними

Измерение нагрузки.

Производиться при М ежегодно не менее 2 раз, в том числе 1 раз в период максимальной нагрузки линии.

Токовые нагрузки должны удовлетворять требованиям ПУЭ.

Измерение температуры кабелей.

Производится при М по местным инструкциям на участках трассы, где имеется опасность перегрева кабелей.

Температура кабелей должна быть не выше допустимых значений определяемых ПУЭ.

Проверка срабатывания защиты линии до 1000 В с заземленной нейтралью.

Производится при К и М у металлических концевых заделок непосредственным измерением тока однофазного короткого замыкания на корпус с помощью специальных приборов или измерением полного сопротивления петли фаза-нуль с последующим оп ределением тока однофазного короткого замыкания. Полученный ток сравнивается с номинальным током защитного аппарата линии с учетом коэффициентов, определяемых ПУЭ.

При замыкании на корпус концевой заделки должен возникнуть ток однофазного короткого замыкания, превышающий номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или расцепителя автоматического выключателя. Превышение должно быть не меньше, чем указано в ПУЭ.

О порядке проведения измерений следует руководствоваться соответствующими указаниями.

Отыскание мест повреждения силовых кабелей.

Процесс отыскания мест повреждения кабелей в общем случае состоит из трех этапов: этап прожигания поврежденного места кабеля с целью снижения переходного сопротивления в месте повреждения; этап отыскания участка кабеля, на котором произошло повреждение; этап отыскания места повреждения кабеля на определенном на предыдущем этапе участке.

Прожигание кабеля.

При пробое кабеля, например при проведении испытаний, повышенным напряжением, в канале разряда происходит разложение маслоканифольной массы с образованием газов, способствующих погасанию дуги и деионизации разрядного промежутка. Последнее приводит к затеканию в разрядный канал разогретой под действием электрической дуги кабельной массы и восстановлению электрической прочности. Такой вид повреждения, называемый «заплывающий пробой», существенно затрудняет отыскание места повреждения. Для снижения переходного сопротивления применяют прожигание.

В зависимости от применяемого метода отыскания места повреждения кабеля, требуемые переходные сопротивления составляют от долей и единиц Ом до сотен и тысяч кОм.

Прожигание производят как на переменном, так и на постоянном токе. Для успешного прожигания места повреждения силового кабеля на постоянном токе требуется напряжение в 1,3-1,5 раза больше, чем на переменном токе. Кроме того, установки на постоянном токе по массе в 1,5-2 раза больше установок на переменном токе. Тем не менее, на практике находят применение обе установки.

а) Прожигание на постоянном (выпрямленном) токе.

Для успешного прожигания мест повреждения на постоянном токе необходимо напряжение 30-50 кВ в начале процесса и ток до 3А в конце процесса, причем напряжение и ток должны регулироваться. Этим условиям удовлетворяют комбинации кенотрон — газотрон, кенотрон — тиратрон, кенотрон — полупроводниковый выпрямитель, высоко вольтный полупроводниковый выпрямитель — полупроводниковый выпрямитель на ток до 3А. Промышленность специальных установок достаточной мощности не выпускает. На практике находит применение установки МКС Мосэнерго, принципиальная схема которых приведена на рис. 10.

Установка состоит из выпрямителя ВП-60 (11) для испытания и предварительного прожигания изоляции в месте повреждения кабеля; выпрямителя ВП-10/5 (12, 13) для прожигания изоляции до малых переходных сопротивлений; генератора звуковой часто ты АТО-8 с согласующим трансформатором для окончательного дожигания места по
вреждения.

Прожигание изоляции в месте повреждения кабеля начинают выпрямителем ВП60 (11) и проводят в режиме допустимого тока установки (75 мА) до снижения напряжения прожигания до 15 кВ. Затем рубильником 1 подключают выпрямитель ВП-10/5 (12, 13) и дальнейшее прожигание проводят параллельно включенными выпрямителями. При снижении напряжения пробоя до 10 кВ и достижении тока выпрямителя ВП-10/5 1 А, выпрямитель ВП-60 отключают. После того как напряжение пробоя снизится до 5 кВ обмотки трансформатора выпрямителя ВП-10/5 (6) переключают с последовательного на параллельное соединение переключателем 10, встроенного в корпус трансформатора и продолжают прожигание током 3 А. Окончание прожигания определяется включением заземляющего рубильника 2. Если при замыкании рубильника показания амперметра выпрямителя ВП-10/5 практически не изменяется, то это означает, что переходное со противление в месте повреждения кабеля достаточно мало. При необходимости дальнейшего снижения сопротивления включают третью ступень прожигания генератором звуковой частоты.

Процесс прожигания существенно зависит от места и характера повреждения, а также параметров кабельной линии.

При повреждении вне муфт процесс прожигания проходит спокойно и через 5-10 мин переходное сопротивление резко снижается до нескольких десятков Ом. Если при увеличении тока прожигания стрелка амперметра (миллиамперметра) начинает сильно колебаться, то необходимо во избежание разрушения проводящего мостика резко снизить ток до получения устойчивого режима прожигания и только через 3-5 мин продолжить плавное увеличение тока.

схема прожигания кабеля

Рис. 10. Принципиальная схема установки МКС Мосэнерго.

1 — рубильник однополюсный 5А; 2 — заземляющий нож; 3 — амперметр на 80 А; 4 — трансформатор ВП-60 0,22/42,5 кВ, 6 кВА; 5 — регулировочный трансформатор напряжения 250 В, 7 кВА; 6- трансформатор ВП-5/10, 7 кВА; 7 — генератор звуковой частоты АТО-8; 8 — трансформатор согласования 8 кВА, 1000/500/380/220/110 В; 9 — переключатель; 10 — переключатель ВП10/5; 11- выпрямитель ВП-60; 12, 13- выпрямитель ВП-10/5.

При повреждениях в муфтах прожигание зависит от соотношения мощности выпрямительной установки и длины кабеля. При неизменной мощности выпрямительной установки с увеличением длины кабеля увеличивается время для заряда его емкости до напряжения пробоя. По этой причине частота разрядов уменьшается, и место повреждения успевает «заплывать». Прожигание длится намного дольше, чем в предыдущем случае. Переходное сопротивление колеблется в широких пределах. Прожигание может оказаться не успешным. В этом случае для отыскания места повреждения используют метод колебательного разряда (определение участка повреждения) и акустический метод (определение места повреждения).

При прожигании места повреждения кабеля желательно прожечь изоляцию неповрежденной жилы с целью получения замыкания между жилами. Данное повреждение относительно легко отыскивается известными методами. Для получения межфазного замыкания к неповрежденным жилам прикладывается испытательное напряжение, а по поврежденной жиле пропускают ток от понижающего трансформатора. При этом про исходит разогрев изоляции в месте повреждения, что приводит к снижению сопротивления изоляции неповрежденных жил и, как следствие, к пробою. Для защиты понижающего трансформатора при пробое с неповрежденной жилы на поврежденную, между последней и землей устанавливается разрядник на напряжение 1,5-2 кВ.

Читайте также:  Амперметры постоянного тока в казани

б) Прожигание на переменном токе.

При прожигании изоляции кабелей на переменном токе используется явление резонанса на частоте 50 Гц, что позволяет существенно снизить мощность установки и сократить время достижения необходимого переходного сопротивления. Особенно эффективны эти установки при прожигании мест повреждения в кабелях значительной длины (до 5 км) и в соединительных муфтах. Эффект достигается за счет того, что у резонансных установок после пробоя напряжение восстанавливается значительно быстрее, чем у установок постоянного тока. Частота следования пробоев столь велика, что изоляция в месте пробоя не успевает восстанавливаться ( «заплывать») и возникает устойчивый проводящий мостик.

В установках переменного тока применяют специальные резонансные трансформаторы, вторичная обмотка которых образует с емкостью кабеля резонансный контур (см. рис. 11а). При этом в резонансном контуре возбуждается реактивная мощность до 200-300 квар при потребляемой активной мощности до 10 кВт. В представленной схеме используется резонанс токов в контуре индуктивность (вторичная обмотка транс форматора) и емкость кабеля. Напряжение на резонансном контуре регулируют переключением на соответствующие выводы вторичной обмотки трансформатора, а также изменением емкости за счет параллельного включения с поврежденной жилой других жил кабеля. Процесс прожигания проходит автоматически до достижения режима короткого замыкания трансформатора (показание амперметра 1-2 А).

схемы резонансного метода прожигания мест повреждения изоляции силовых кабелей

Рис. 11. Принципиальные схемы резонансного метода прожигания мест повреждения изоляции силовых кабелей.

а) — прожигание с помощью резонансного трансформатора типа РА-2; б)прожигание при параллельном включении дросселя; в) — прожигание при последовательном включении дросселя.

Резонансное прожигание осуществляется также регулируемыми установками, в которых роль индуктивного сопротивления выполняют вторичная обмотка трансформа тора и регулируемый дроссель. Последний может включаться параллельно или последовательно емкости кабеля. При параллельном включении дросселя и кабеля (рис. 11б) в схеме возникает резонанс токов и для установки необходим повышающий трансформатор с вторичным напряжением, равным максимально возможному напряжению пробоя. При последовательном включении дросселя и кабеля (рис. 11в) в схеме возникает резонанс напряжений, что позволяет использовать источник питания с пониженным напряжением.

На практике используется резонансный трансформатор типа РА-2 и его модификации ранее выпускавшийся Московским опытным заводом электромонтажной техники. Трансформатор состоит из двух катушек, сердечника и корпуса (см. рис. 3.12).

Обмотка низкого напряжения L1 намотана на бакелитовый каркас размером 230х220х90 мм и содержит 320 витков из провода ПДС сечением 16 мм; между слоями намотки имеется воздушный зазор 3 мм (обеспечен с помощью деревянных клиньев). Обмотка высшего напряжения L2 намотана на бакелитовом каркасе размером 125х115х430 мм, содержит 10000 витков из провода ПЭВ диаметром 0,86 мм и состоит из трех последовательно соединенных катушек. Верхняя и средняя катушки содержат по 3200 витков с выводом Xl от начала обмотки верхней катушки. Нижняя катушка содержит 3600 витков с выводом Х2 от начала обмотки. Сердечник набран из трансформаторной стали 70х80х400 мм, а каркас — из немагнитного сплава на основе алюминия. Крышка и дно каркаса изготовлены из текстолита. Небольшие размеры и масса делают трансформатор удобным для транспортировки, а простота конструкции дает возможность изготовить его силами пусконаладочных и эксплуатационных организаций.

резонансный трансформатор РА-2

Рис. 12. Общий вид резонансного трансформатора РА-2.

1 — катушка L1; 2 — катушка L2; 3 — сердечник; 4-каркас; 5 — выводы 220-380 8; 6 — выводы заземления; 7- крышка; 8 — дно.

Основным недостатком резонансных трансформаторов является трудность настройки в резонанс и неуправляемость процессом прожигания. Для того чтобы по возможности свести до минимума негативное влияние указанных недостатков, необходимо, учитывать, что, напряжение, возбуждаемое на кабеле, зависит от напряжения пробоя, емкости кабеля и переходного сопротивления в месте повреждения.

Таблица 16. Значение коэффициента схемы kсх в зависимости от схемы соединения жил и оболочки кабеля

При работе с резонансными трансформаторами типа РА-2 для успешного прожигания изоляции в месте повреждения, необходимо определить напряжение пробоя, переходное сопротивление в месте повреждения и емкость кабеля. С достаточной степенью точности емкость кабеля можно определить по формуле

где kсх , Суд ,1- соответственно коэффициент схемы (см. табл. 16); удельная емкость одной жилы, мкФ/км (см. табл. 17); длина кабеля, км.

Таблица 17. Емкость одной жилы трехжильного кабеля с секторными жилами и пропитанной бумажной изоляцией по отношению к двум другим жилам и металлической оболочке, мкФ/км

Источник

Испытание кабелей — Проверка защиты от блуждающих токов

Содержание материала

Производится проверка действия установленных катодных защит.

Для кабельных линий наиболее опасным источником коррозии оболочек является электрифицированный на постоянном токе транспорт, рельсы которого используются как токопроводы. Питание такого транспорта осуществляется от тяговых подстанций. Положительный полюс тяговой подстанции подключается к троллейному проводу, отрицательный полюс — к различным точкам рельсовых путей кабельными линиями. Точки присоединения называются отсасывающими пунктами. Так как рельсы электрически не изолированы от земли, часть тока ответвляется от них и к отсасывающим пунктам возвращается по пути наименьшего сопротивления. Хорошим проводником на пути та ких токов служат металлические оболочки кабелей. Зона, в которой блуждающие токи входят в оболочку кабеля, называется катодной, а зона, в которой они выходят из оболочки — анодной. Разрушение кабеля в катодной зоне возможно лишь при наличии в ней щелочных веществ. Для определения вида зоны измеряется потенциал по отношению к земле. Для катодной зоны потенциал отрицательный, для анодной — положительный. Основное разрушение оболочек кабелей происходит в анодной зоне и зависит от плот ности тока, стекающего с кабеля в землю. Значение тока, протекающего по оболочкам кабелей, определяется взаимным расположением кабельных линий и рельсовых путей, состоянием рельсовых путей и количеством отсасывающих пунктов.

Для защиты металлических оболочек кабелей применяют катодную поляризацию, электрический дренаж и протекторную защиту.

При катодной поляризации на оболочке кабелей от внешнего источника постоянного тока создается отрицательный потенциал, для чего отрицательный полюс источника соединяется с оболочкой, а положительный полюс заземляется. Катодная поляризация обеспечивается катодными станциями.

Принципиальная схема катодной защит

Рис. 3. Принципиальная схема катодной защиты.

1 — защищаемый объект;

2 — анодный электрод (заземлитель); катодная станция.

схема дренажной защиты

Рис. 4. Принципиальная схема дренажной защиты.

а — прямой дренаж; б — поляризованный дренаж; в — усиленный дренаж; 1 — защищаемый объект; 2 — источник блуждающих токов; 3 — плавкий предохранитель; 4 — шунт для присоединения измерительного прибор; регулируемое сопротивление; 6 — вентиль (применяются также релейно-контакторные и комбинированные схемы — регулируемое выпрямительное устройство, питаемое от общих сетей переменного тока.

Электрический дренаж обеспечивает отвод блуждающих токов от металлических оболочек кабелей к источнику этих токов. Протекторная защита обеспечивается соединением металлических оболочек кабелей с электродом, заложенным в земле и имеющим более высокий потенциал, чем оболочки кабелей.

При проведении наладочных работ по устройствам защиты от коррозии следует руководствоваться рабочим проектом защиты. В объем наладочных работ по устройствам защи ты входят:

— измерение сопротивления растекания анодных заземлений и контроль заземления катодных станций;

— измерение сопротивления изоляции дренажных кабелей;

— наладка и испытание катодных станций;

— измерение сопротивления между электродами сравнения и оболочками кабелей;

— определение зоны действия катодных станций и выбор их рабочих режимов;

— измерение потенциалов оболочек кабелей, снятие потенциальных диаграмм при включенных катодных станциях.

схема протекторной защиты

Рис. 5.Принципиальная схема протекторной защиты.

1 — защищаемый объект; 2 — пластина проварная; 3 — анодный электрод (протектор); — активирующий заполнитель из смеси сернокислого магния, сернокислого кальция глины; 5 — соединительный изолированный провод (типа ВРГ сечением 2,5-4 кв. мм.

Измерение сопротивления растекания анодных заземлений и контроль заземления катодных станций осуществляется в соответствии с приведенными рекомендациями.

Измерение сопротивления изоляции дренажных кабелей относительно земли осуществляется мегаомметром напряжением 1000 В. При этом дренажная линия должна быть отключена с обеих сторон.

Наладка и испытание катодных станций, определение зоны их действия и выбор рабочих режимов осуществляется в соответствии с технической и проектной документацией. При включении катодной станции начальное напряжение на выходе должно быть минимальным, затем напряжение повышают до проектных значений. Необходимо проверить, чтобы напряжение в точке дренажа не превышало максимально допустимых значений и при этом, обеспечивалась защитная зона, предусмотренная проектом. Если протяженность защитной зоны превышает проектную, следует уменьшить напряжение на выходе станции. Нужный режим работы должен быть обеспечен без перегрузки стан ции. Во избежание искажения результатов измерения разности потенциалов за счет явления поляризации, измерения следует производить не раньше чем через 24 ч после включения катодной станции.

Читайте также:  В чем заключается опасность электрического тока пути его прохождения через тело человека

Измерение потенциалов оболочек кабелей относительно земли осуществляют вольтметром с большим внутренним сопротивлением. При измерениях используют медно-сульфатные не поляризующие, стальные или свинцовые электроды. Если абсолютные значения показаний прибора не превышает 1 В, то следует применять медносульфатный не поляризующий электрод, эскиз которого представлен на рис. 6. При этом электрод следует располагать над обследуемым объектом по возможности ближе к нему. Потенциалы кабеля относительно земли измеряют через каждые 200 м.

Запись показаний в каждой точке следует проводить в течение 10-15 мин. с интервалом 10-15 с. По полученным данным вычисляют средние значения отдельно для положительных и отрицательных показаний прибора по формулам

где Uср(+), Uср(-), ΣU(+), ΣU(-), n — средние положительное и отрицательное значения потенциалов кабеля относительно земли, суммы положительных и отрицательных показаний прибора и общее число показаний, включая нулевые.

По результатам измерений строят потенциальную диаграмму (см. рис. 7).

Неполяризующий электрод

форма потенциальной диаграммы кабеля

Рис. 6. Неполяризующий электрод.

1 — наконечник; 2 — пластмассовые крышки; 3 — пластмассовый цилиндрический корпус; 4 — стержень из красной меди; 5 — полость, заполненная насыщенным раствором медного купороса; 6- пористая (деревянная) контактная пробка.

Рис. 7. Примерная форма потенциальной диаграммы кабеля.

При больших значениях показаний прибора измерения производить можно с помощью стальных или свинцовых электродов. В первом случае используется вольтметр с внутренним сопротивлением не менее 20000 Ом на 1 В шкалы, во втором случае — не менее 10000 Ом на 1 В шкалы.

При применении катодной поляризации создаваемые потенциалы не должны выходить за пределы значений, указанных в табл. 9, 13.10.

Для проверки эффективности действия протекторов определяют разность потенциалов между кабелями через 24 ч после включения протекторов. При этом защитный потенциал должен находиться в интервале значений, установленных для металла оболочки кабеля.

Таблица 9. Минимальные значения защитных потенциалов металлических подземных объектов

Значения минимальных защитных потенциалов по отношению к неполяризующимся электродам, В

Источник



Блуждающие токи, защита от блуждающих токов

Блуждающие токи, защита от блуждающих токовТоковедущие элементы транспортной инфраструктуры, например рельсы поездов и трамваев, не имеют надежной электрической изоляции от земли. А поскольку ток возвращается по рельсам на тяговую подстанцию, то часть этого тока проходит и по земле.

Заземленные сильноточные установки, а также утечки от линий электропередач аналогичным образом способствуют возникновению токов по земле. Такие токи, попросту уводящие электричество в землю, не имеют постоянной формы, амплитуды и направления, их пути распространения по земле разнообразны, потому они и называются блуждающими токами .

Блуждающие токи — вредные электрические токи в земле при использовании её в качестве токопроводящей среды (например, в установках электросвязи, системах электроснабжения трамваев, рудничной электровозной откатки и др.). Под их действием возникает электролиз и происходит быстрое окисление и разрушение металлических подземных устройств (оболочек кабелей, трубопроводов, строительных конструкций).

Трамвай

Понятно, что в этих случаях земля играет роль токопроводящей среды, и не только грунт является здесь проводником, но и металлические конструкции, находящиеся полностью или частично под землей, такие как трубопроводы, кабельные линии, опоры контактных сетей и т.д. Даже просто соприкасающиеся с землей металлические конструкции подвержены действию блуждающих токов.

По отношению к расположенным в земле токопроводящим конструкциям, сама земля имеет потенциал более низкий. И если, например, сильноточная установка использует заземление или ток от нее отводится в землю, то он идет по пути наименьшего сопротивления, то есть проходит по находящимся в земле металлоконструкциям, что приводит к возникновению на них коррозии.

Это же касается и тягового тока протекающего по ходовым рельсам. Разность потенциалов между рельсами и землей, с учетом отсутствия изоляции, обуславливает протекание части тяговых токов по земле с аналогичными, для попадающихся на пути этих токов металлических конструкций, последствиями.

Трубопровод

Встречая на своем пути канализационную трубу, газопровод, или оболочку кабеля, которые имеют намного меньшее удельное сопротивление, чем окружающий их грунт, блуждающие токи натекают на них, и такие места называются катодными зонами. Пройдя по металлическому пути малого сопротивления, блуждающий ток выходит из него, и это место называется анодной зоной, здесь и происходит вызывающая коррозию электрохимическая реакция.

Аналогичная коррозия имеет место и в анодной зоне при входе тока в землю из самого источника блуждающего тока, например из самих рельс, и рельсы тоже поэтому страдают. Таким образом, рельсы разрушаются в местах выхода из них токов в землю, а подземные коммуникации – в местах возвращения тока в рельсы.

Электрокоррозия

Проблема в том, что когда утечка блуждающего тока имеет постоянный характер, металл постепенно будет разрушаться, и такая электрокоррозия может быть довольно интенсивной. Новые стальные трубопроводы могут прийти в негодность за три года, а кабели связи повреждаются еще быстрее. Аналогичным образом разрушаются рельсовые скрепления на мостах и рельсы различного назначения. Особенно опасны в коррозийном отношении источники постоянного или выпрямленного токов. В анодных зонах скорость разрушения металла может достигать 10 мм в год.

Как правило, металлические конструкции оснащены специальным защитным покрытием, призванным уберечь от коррозии, однако в случае повреждения покрытия порча коммуникаций неизбежна, и в местах небольших анодных зон возникают характерные язвы и дыры.
Для борьбы с описанными негативными явлениями специалисты проводят электроразведку, используя специализированное оборудование. Места повреждений изоляции определяют специальным искателем и применяют электрический дренаж — отвод электричества от трубопроводов к источнику тока.

Схема установки поляризованного дренажа

Схема установки поляризованного дренажа: 1 — защищаемый газопровод, 2 — дренажный кабель, 3 — дренажная установка (вентильного типа), 4 — реостат, 5 — вентильный (выпрямительный) элемент, 6 — амперметр, 7 — предохранитель, 8 — генератор тяговой подстанции, 9 — фидер питающий, 10 — контактный троллейный провод, 11 — пути движения блуждающих токов

В простейшем случае защитные мероприятия сводятся к следующему. Для предотвращения стекания токов с установок, подверженных потенциально опасному воздействию, в окружающий грунт, делают кабельное соединение между защищаемым сооружением и какой-либо точкой установки — источником блуждающих токов, имеющей достаточно отрицательный потенциал. Теперь ток, протекавший ранее через грунт, возвращается к своему источнику по кабельному соединению, не вызывая опасности коррозии.

Для защиты стальных трубопроводов от воздействия блуждающих токов применяют катодную защиту . Она осуществляется при помощи постоянного электрического тока внешнего источника. Отрицательный полюс источника тока подключается к защищаемому трубопроводу, а положительный к специальному заземлению – аноду. Схема катодной защиты — Как защитить металлические оболочки кабелей от коррозии

Для уменьшения блуждающих токов связанных с рельсами, увеличивают проводимость рельсовых путей и повышают переходное сопротивление между рельсами и землёй. Для этого на главных путях укладывают рельсы тяжёлых типов, осуществляют переход на бесстыковой путь, а рельсовые стыки шунтируют медными перемычками повышенного сечения, многопутные участки соединяют параллельно.

Рельсы укладывают на щебёночном или гравийном балласте, устанавливают изолирующие детали между рельсами и арматурой железобетонных шпал, а деревянные шпалы пропитывают масляными антисептиками и т.д.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на нее в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту

Источник

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.

Читайте также:  Доклады по теме электрический ток в газах вакууме

Таблица 1. Потенциальные источники.

Название объекта Взаимосвязь 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

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

Рельсовый электротранспорт в качестве источника блуждающих токов

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

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

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.

Варианты реализации катодной защиты

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

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:

Источник