БЛУЖДАЮЩИЕ ТОКИ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ НИХ

Аннотация: в данной статье рассматривается природа возникновения блуждающих токов и их воздействие на подземные энергетические сооружения. Производится анализ существующих систем защиты от блуждающих токов и коррозии, вызванной ими, с целью выявления их эффективности. Определяются основные и дополнительные меры защиты. Ключевые слова: блуждающие токи, подземные энергетические сооружения, коррозия, анодная зона, электрохимическая защита, катодная поляризация, гальваническая защита, кабельные линии.

 Abstract: this article examines the nature of the emergence of stray currents and their impact on underground energy facilities. The analysis of existing systems of protection against stray currents and corrosion caused by them performed, in order to identify their effectiveness. The main and additional protection measures are identified.
Keywords: stray currents, underground energy facilities, corrosion, anode zone, electrochemical protection, cathodic polarization, galvanic protection, cable lines.

 
Как известно, электрифицированные объекты играют важную роль в современной жизни. Количество потребляемой электроэнергии непрерывно увеличивается, для удовлетворения потребности в ней необходимо возведение новых трансформаторных и распределительных подстанций, распределительных пунктов, сооружение новых кабельных и воздушных линий электропередачи, линий электропередачи для электроснабжения сетей городского и пригородного электрифицированного рельсового транспорта, такого как трамваи, электропоезда, контактных рельсов метрополитена и т.д.

Токоведущие линии электрифицированного рельсового транспорта, заземляющие контуры сильноточных электроустановок, таких как подстанции, питающие нефтенасосы, расположенные вдоль нефтегазопроводов, заземленные опоры воздушных линий электропередачи не имеют надежной электрической изоляции и способствуют образованию токов утечки в землю.

Блуждающие токи – вид направленного движения заряженных частиц, распространяющихся и использующих землю в качестве токопроводящей среды. Под действием электролиза, металлические подземные энергетические сооружения подвергаются интенсивному окислению и разрушаются.

Подземными энергетическими сооружениями названы энергетические сооружения, внешняя поверхность которых соприкасается с грунтом или ка-кой-либо водной средой. К ним относятся кабельные линии напряжением 6-500 кВ, магистральные теплосети канальной и бесканальной прокладки, рабочее и защитное заземление, заземление молниезащиты и опор воздушных линий электропередачи, различные подземные коммуникации и сооружения (в частности, трубопроводы, фундаменты) электростанций, преобразова-тельных подстанций и промышленных площадок [1].

Воздействию блуждающих токов также подвергаются другие инженерные сети: водостока, водоснабжения, дренажа, водоотведения бытовых, производственных и атмосферных загрязненных вод, газификации, линии радиотелефонной и телеграфной связи.

Для возникновения блуждающего тока необходима разность потенциалов между двумя точками проводника, в качестве которого в данном случае выступает грунт.

Встречая на своем пути оболочку кабеля, нефтегазопровод, трубопровод, которые имеют намного меньшее  удельное сопротивление, чем окружающая их среда, блуждающие токи входят в них, образуя при этом катодную зону. Пройдя через металлический объект, имеющий меньшее сопротивление, чем окружающая его среда, блуждающий ток выходит из него, образуя анодную зону, именно здесь происходит вызывающая интенсивную коррозию электрохимическая реакция.

Особенно опасны в коррозийном отношении источники постоянного или выпрямленного токов. В анодных зонах скорость разрушения металла может достигать 10 мм в год [2].

Для предотвращения разрушительных воздействий, вызванных блуждающими токами, специалистами производится электроразведка с использованием специализированного оборудования, призванная обнаружить анодные зоны. Такие же исследования проводятся и при проектировании трубопроводов для определения опасного воздействия блуждающего переменного или постоянного тока. Места повреждений изоляции определяют специальным искателем.

Для защиты подземных энергетических сооружений от действия блуждающих токов применяется электрохимическая защита, включающая катодную поляризацию и гальваническую (протекторную) защиту, электродренажная защита (электродренажные установки), используются защитные изолирующие покрытия усиленного и весьма усиленного типа, отличающиеся толщиной и значениями удельного электрического сопротивления, установка защитных экранов, удаление подземных сооружений от источников блуждающих токов, установка контрольно-измерительных пунктов, используются электроизолирующие фланцевые соединения.

Катодная поляризация достигается за счет воздействия внешнего источника постоянного тока на поверхность металла. Отрицательный полюс источника подключается к защищаемому сооружению, а положительный к специальному электроду – анодному заземлителю, расположенному в среде вблизи от защищаемого сооружения. Минусами установки катодной защиты являются:

– слишком высокий потенциал установки, в результате чего защищаемое сооружение подвергается еще большему воздействию блуждающих токов;
– ошибочные расчеты или несоблюдение монтажных инструкций, при-водящие к усилению коррозийных процессов.

При установке электродренажа защитные мероприятия сводятся к предотвращению стекания токов с поверхности подземных энергетических сооружений, подвергающихся опасному воздействию блуждающих токов, на тяговый рельс. Производится кабельное соединение между защищаемым сооружением и какой-либо точкой источника блуждающих токов, имеющей достаточно отрицательный потенциал. Таким образом, ток, протекавший ранее через грунт, возвращается к своему источнику по кабельному соединению, не вызывая опасности коррозии защищаемого энергетического сооружения. В настоящее время применяются прямые, поляризованные и усиленные электродренажные устройства [3].

При протекторной защите подземные энергетические сооружения соединяются с протекторами, изготовленными из металлов, имеющих более отрицательный потенциал, чем защищаемый металл (обычно из цинка, магния, алюминия или их сплавов), образуя при этом гальваническую пару.

В качестве материалов защитных изолирующих покрытий усиленного и весьма усиленного типа используются напыленный полиэтилен, полимерные ленты, битумная мастика в сочетании со стеклохолстом и оберточные защитные материалы. Эффективность покрытий определяется в первую очередь их удельным поперечным сопротивлением, значение которого зависит от типа и продолжительности эксплуатации покрытия, наличия локальных повреждений, а также параметров внешней среды [1].

Для защиты кабельных линий производится установка контрольно-измерительных пунктов для контроля воздействия блуждающих токов на изоляцию кабельных линий, сопровождающаяся измерением разности потенциалов оболочки кабеля по отношению к земле, рельсам, другим подземным сооружениям, измерением поверхностной плотности тока, сходящего с оболочки кабеля в землю, величины и направления тока, проходящего по оболочке кабеля. Производится монтаж изолирующих муфт из эпоксидного компаунда, соединение металлических оболочек кабельных линий между собой в целях снижения плотности блуждающих токов.

Для снижения блуждающих токов, связанных с рельсами, увеличивается число тяговых подстанций, проводимость путей и повышается переходное сопротивление между рельсами и почвой, т. е. улучшается электрическая изоляция между рельсами и почвой, посредством балласта. Улучшаются стыки между рельсами, путем бесстыковой сварки, устанавливаются шунтирующие медные перемычки. Составляются карты анодных и катодных зон.


Дополнительными мерами защиты от блуждающих токов являются:

– применение сшитого полиэтилена в качестве материала для изготовления кабелей, покрытых непроводящей защитной оболочкой;
– использование непроводящих материалов в качестве основы трубопроводов или покрытие их диэлектрическими веществами.

Дальнейший анализ существующих систем защиты позволит обосновать целесообразность применения каждого их них и разработать комплекс мероприятий по повышению эффективности защиты подземных энергетических сооружений от воздействия блуждающих токов.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Руководящие указания по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозии [Текст] : РД 31.20.132 / под ред. Ю. Я. Иоссель : утв. Департаментом науки и техники РАО «ЕЭС России» 10.11.1996. ‒ Санкт-Петербург : АО "НИИПТ", 1996. ‒ 128 c.
2. СП 72.1330.2016. «СНиП 3.04.03-85 Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии». ‒ Москва : Издательство стандартов, 2016. ‒ 70 c.
3. Вячеслаев Д. С. Электродренажная защита трубопроводов от коррозии / Д. С. Вячеслаев / Академический журнал Западной Сибири. / Тюменский индустриальный ун-т. ‒ Тюмень, 2018. ‒ Т. 14. ‒№4. ‒ С. 47‒49.

 

Авторы:
Маньков Д. К. - студент гр. 8Э-91 АлтГТУ, Грибанов А. А. - к.т.н., доцент АлтГТУ, Сташко В. И. - к. т. н., доцент АлтГТУ.

Ссылка для цитирования:
Маньков Д. К., Грибанов А. А., Сташко В. И. Блуждающие токи и методы защиты от них // Электронный журнал «Энерджинет». – 2020. – E20002. URL: http://nopak.ru/e20002