Защита стальных трубопроводов от блуждающих токов

Обновлено: 18.05.2024

8.1.2 Дополнительные требования к электрохимической защите объектов магистральных трубопроводов определены в ГОСТ 25812.

Примечание. Для трубопроводов, транспортирующих углеводороды с давлением среды свыше 1,2МПа (категория 1а) рекомендуется применять требования к электрохимической защите, соответствующие требованиям ГОСТ 25812.

8.1.3 Средства электрохимической защиты, предусмотренные проектом, вводят в действие в зонах опасного влияния блуждающих токов не позднее одного месяца, а в остальных случаях - не позднее трех месяцев после укладки сооружения в грунт. Если предусматриваются более поздние сроки окончания строительства и ввода в эксплуатацию средств электрохимической защиты, то необходимо предусмотреть временную электрохимическую защиту с указанными в настоящем пункте сроками ввода в эксплуатацию.

8.1.4 Сооружения, температура металла которых весь период эксплуатации ниже чем 268К (минус 5°С), не подлежат электрохимической защите, при отсутствии опасного влияния блуждающих и индуцированных токов, вызванных сторонними источниками. Сбор исходных данных о коррозионной ситуации на проектируемом участке сооружения для принятия решения об отказе от применения электрохимической защиты сооружения должен осуществляться в период максимального растепления грунта и его естественного увлажнения.

8.1.5 Допускается не предусматривать электрохимическую защиту стальных вставок, стальных футляров (кожухов) в составе линейной части неметаллических трубопроводов, участков соединений неметаллических газопроводов со стальными вводами в дома (при наличии на вводе электроизолирующих вставок) с защитным покрытием усиленного типа, длиной не более 10м. При этом засыпку траншеи в той ее части, где проложена стальная вставка, по всей глубине заменяют на песчаную.

8.1.6 Для контроля эффективности электрохимической защиты сооружения измеряют потенциалы на защищаемом сооружении в контрольно-измерительных пунктах, на вводах в здания и других элементах сооружения, доступных для проведения измерения.

8.1.7 Места размещения контрольно-измерительных пунктов магистральных трубопроводов определены в ГОСТ 25812. Для остальных сооружений контрольно-измерительные пункты устанавливают с интервалом не более 200м в пределах поселения и не более 500м - вне пределов поселения, в том числе:

- в пунктах подключения дренажного кабеля к сооружению;

- на границах зоны защиты установки катодной защиты и границах зон защиты смежных установок катодной защиты;

- в местах максимального сближения сооружения с анодным заземлителем;

- в местах пересечения с автомобильными дорогами и железнодорожными путями с контролем параметров электрохимической защиты по обе стороны от пересечения;

- в местах подземного расположения электроизолирующих вставок.

Примечание. Для трубопроводов, транспортирующих углеводороды с давлением среды свыше 1,2 МПа (категория 1а) рекомендуется места размещения контрольно-измерительных пунктов определять в соответствии с требованиями ГОСТ 25812.

8.1.8 Измерение поляризационных потенциалов (потенциалов без омической составляющей) проводят следующими методами (см. приложение X):

- метод отключения тока поляризации датчика потенциала (вспомогательного электрода), имитирующего дефект в защитном покрытии;

- метод отключения тока защиты подземного сооружения;

- метод непосредственного измерения потенциала вспомогательного электрода через электролитический ключ, максимально приближенный к вспомогательному электроду.

Примечание. При использовании для измерения любых датчиков потенциала (вспомогательных электродов), рекомендуется определить соотношение размеров датчика (вспомогательного электрода) и среднего значения размеров дефектов защитного покрытия на контролируемом участке сооружения для учета при оценке результатов измерений согласно основным закономерностям теории электрического поля в грунте.

8.1.9 Катодную поляризацию сооружений осуществляют таким образом, чтобы защитные потенциалы металла относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения находились между минимальным и максимальным (по абсолютному значению) значениями в соответствии с таблицей 4. Допускается применение других неполяризующихся электродов сравнения с приведением результатов измерения к насыщенному медно-сульфатному электроду сравнения.

Таблица 4. Защитные потенциалы металла сооружения относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения

Сооружения и условия их эксплуатации	Минимальный защитный потенциал(1) относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения(2), В		Максимальный защитный потенциал(1) относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения(2), В
Сооружения и условия их эксплуатации	Поляризационный потенциал (без омической составляющей)	Суммарный (с омической составляющей)	Поляризационный потенциал (без омической составляющей)	Суммарный (с омической составляющей)
Действующие стальные сооружения до их реконструкции(3);
С температурой поверхности (транспортируемого продукта) не выше 40°С
	-0,85	-0,9	-1,15	-2,5
С температурой поверхности (транспортируемого продукта) свыше 40°С; сооружения при опасности биокоррозии	-0,95	-1,05	-1,15	-3,5
Вновь построенные и реконструированные сооружения:
С температурой поверхности (транспортируемого продукта) не выше 40°С	-0,85	- 0,95	-1,2	-3,5
С температурой поверхности (транспортируемого продукта) свыше 40°С, не имеющие теплоизоляции	-0,95	-1,05	- 1,1	-3,5

(1) Здесь и далее под минимальным и максимальным значениями потенциала подразумевают его значения по абсолютной величине.

(2) Электроды сравнения обеспечивают стабильность потенциала по отношению к образцовому электроду сравнения по ГОСТ 17792 в пределах ±15мВ.

(3) Показатели относятся к сооружениям, для которых проектными решениями не был предусмотрен контроль поляризационного потенциала. Допускается оценивать защищенность только по величине потенциала с омической составляющей, который для действующих стальных сооружений с температурой поверхности (транспортируемого продукта) не выше 40°С, с покрытием на основе битумной мастики не отрицательнее минус 2,5В относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения.

8.1.10 Катодную поляризацию трубопроводов с теплоизоляцией, в том числе тепловых сетей и горячего водоснабжения бесканальной прокладки, а также канальной прокладки при расположении анодного заземления за пределами канала, проводят таким образом, чтобы потенциал с омической составляющей (суммарный потенциал) трубопровода был в пределах от минус 1,1 до минус 2,5В по медно-сульфатному электроду сравнения. При отсутствии защитного изоляционного покрытия на наружной поверхности трубопровода, его потенциал с омической составляющей трубопровода должен находиться в пределах от минус 1,1 до минус 3,5В по медно-сульфатному электроду сравнения.

8.1.11 Катодную поляризацию трубопроводов тепловых сетей и горячего водоснабжения канальной прокладки применяют при расположении анодных заземлений в канале или вне канала. При расположении анодных заземлений в канале потенциал трубопровода, измеренный относительно установленного у поверхности трубы вспомогательного стального электрода, поддерживают на 0,3-0,8В отрицательнее потенциала трубы относительно этого электрода, измеренного при отсутствии катодной поляризации трубы. Измерение потенциала трубопровода при расположении анодного заземления в канале приведено в приложении Ш.

8.1.12 Катодную поляризацию подземных металлических сооружений осуществляют так, чтобы она не оказывала опасного влияния на смежные подземные металлические сооружения. Если при осуществлении катодной поляризации возникнет опасное влияние на смежные подземные металлические сооружения, то необходимо принять меры по его устранению или выполнить совместную защиту этих сооружений.

Примечание. Опасным влиянием катодной поляризации защищаемого сооружения на соседние металлические сооружения в соответствии с 5.11 считают:

- уменьшение по абсолютной величине минимального или увеличение по абсолютной величине максимального защитного потенциала на соседних металлических сооружениях, имеющих электрохимическую защиту;

- появление опасности коррозии на соседних подземных металлических сооружениях, ранее не требовавших защиты от нее.

8.1.13 Для повышения эффективности электрохимической защиты и ограничения опасного влияния на соседние металлические сооружения, а также электрического секционирования трубопроводов, проходящих в зонах воздействия блуждающих токов, необходимо предусматривать электроизолирующие вставки (фланцы, муфты и т.п.) в соответствии с нормативной документацией. Места их установки определяются проектом.

8.1.14 Контроль работы установок электрохимической защиты в эксплуатационных условиях заключается в периодическом осмотре, оценке технического состояния и проверке эффективности их работы. При значительных изменениях, связанных с развитием сети подземных металлических сооружений и источников блуждающих и индуцированных токов, проводят дополнительный контроль.

8.1.15 Контроль непрерывности работы (перерывов в работе) установок катодной защиты должен быть обеспечен с учетом времени на производство плановых регламентных и ремонтных работ в процессе эксплуатации. Перерывы в работе установок катодной защиты допускаются только для проведения плановых работ. Работу по внеплановому ремонту вышедших из строя установок электрохимической защиты классифицируют как аварийную.

8.1.16 Если в зоне действия вышедшей из строя установки электрохимической защиты защитный потенциал трубопровода обеспечивается соседними (смежными) установками защиты (перекрывание зон защиты), то срок устранения неисправности определяется техническим руководителем эксплуатационной организации.

8.1.17 Стальные трубопроводы, реконструируемые методом санирования (облицовки внутренней поверхности трубы) с помощью полимерных материалов, как правило, подлежат защите в соответствии с 8.1.9. Стальные трубопроводы, реконструируемые методом протяжки неметаллических труб, подлежат защите на тех участках, где стальная труба необходима как защитный футляр (под автомобильными, железными дорогами и др.) с учетом 8.1.5.

8.1.18 Стальные футляры (кожухи) трубопроводов под автомобильными дорогами, железнодорожными и трамвайными путями при бестраншейной прокладке (прокол, продавливание и другие технологии, разрешенные к применению), как правило, защищают защитными покрытиями и средствами электрохимической защиты в соответствии с 6.6 и 8.1.9.

8.1.19 В качестве футляров (кожухов) рекомендуется использовать трубы с внутренним защитным покрытием.

8.1.20 Если обеспечение защитных потенциалов по 8.1.9 на действующих трубопроводах, транспортирующих среды температурой не выше 40°С и длительное время находившихся в эксплуатации в коррозионно-опасных условиях, экономически нецелесообразно, по согласованию с проектной и обследующей организациями допускается применять в качестве минимального поляризационного защитного потенциала трубопровода его значение на 100мВ отрицательнее стационарного потенциала. Стационарный потенциал трубопровода определяют по датчику потенциала (вспомогательному электроду) (см. приложение Щ).

Примечание. Минимальный защитный поляризационный потенциал - более отрицательный, чем минус 0,65В.

8.2 Требования к электрохимической защите при наличии опасного влияния блуждающих токов и индуцированных переменных токов

8.2.1 Защиту стальных подземных трубопроводов от коррозии, вызываемой блуждающими постоянными токами от электрифицированного транспорта, а также переменными токами, в том числе индуцированными от высоковольтных линий электропередач, обеспечивают в опасных зонах, независимо от коррозионной агрессивности грунтов, средствами электрохимической защиты.

8.2.2 Защиту сооружений от опасного влияния блуждающих постоянных токов осуществляют так, чтобы исключить образование на сооружении знакопеременных или стационарных анодных зон.

Допускается кратковременное анодное смещение потенциала сооружения относительно стационарного потенциала, суммарной продолжительностью не более 4 мин в сутки.

8.2.3 Определение смещений потенциала (разность между измеренным потенциалом сооружения и стационарным потенциалом) проводят в соответствии с приложением Д.

Примечание. При отсутствии данных о стационарном потенциале его значение для стали принимают равным минус 0,70В.

8.2.4 В условиях опасного влияния блуждающих постоянных токов при защите стальных трубопроводов и резервуаров с температурой транспортируемого (хранимого) продукта не выше 40°С в грунтах высокой коррозионной агрессивности, трубопроводов оросительных систем и систем обводнения в грунтах средней коррозионной агрессивности, трубопроводов сельскохозяйственного водоснабжения и резервуаров траншейного типа, независимо от коррозионной агрессивности грунтов, средние значения поляризационных и суммарных потенциалов должны быть в пределах, указанных в 8.1.9.

8.2.5 Применение дренажной защиты должно обеспечивать выполнение требований 8.1.9. Если применение поляризованных дренажей неэффективно, то используют катодную защиту, защиту усиленными дренажами или катодную защиту совместно с поляризованным дренажом; электрическое секционирование трубопроводов с применением электроизолирующих вставок.

8.2.6 Подключение дренажных устройств к рельсовым путям производится в соответствии с требованиями НД. Не допускается непосредственно присоединять установки дренажной защиты к отрицательным шинам и к сборке отрицательных линий тяговых подстанций электрифицированного транспорта.

8.3 Требования к протекторной защите

8.3.1 Защиту с использованием протекторов (гальванических анодов) рекомендуется применять при обеспечении токоотдачи единичного протектора не менее 50мА:

- для отдельных участков трубопроводов небольшой протяженности (не имеющих электрических контактов с другими сооружениями) при отсутствии или при наличии опасности блуждающих постоянных токов, если вызываемое ими среднее смещение потенциала от стационарного не превышает плюс 0,3В;

- для участков трубопроводов, электрически отсоединенных от других коммуникаций электроизолирующими вставками;

- при относительно малых расчетных значениях токов (менее или равных 1А);

- как дополнительное средство защиты, когда действующие (предусмотренные проектом) средства электрохимической защиты не обеспечивают защиту отдельных участков трубопроводов;

- для защиты от опасного влияния переменного тока.

8.3.2 Протекторную защиту трубопроводов тепловых сетей и горячего водоснабжения применяют только при их прокладке в каналах с размещением протекторов (гальванических анодов) в канале или непосредственно на поверхности трубопроводов.

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.

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

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

Обозначения:

Контактный провод, от которого получает питание силовая установка электротранспорта.
Питающий фидер (подключен к контактному проводу).
Одна из тяговых подстанций, питающая сети трамваев.
Дренажный фидер (подключен к рельсам).
Рельсы.
Трубопровод на пути прохождения блуждающих токов.
Анодная зона (положительные потенциалы).
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

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

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.

Рисунок 5. Варианты реализации катодной защиты

Применение жертвенного анода.
Метод поляризации.
Проложенная в земле металлоконструкция.
Закладка в грунте жертвенного анода.
Источник постоянного тока.
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

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.

Защита металлических труб от блуждающих токов

Как правило, большинство труб находящихся в эксплуатации выполнены из металла и прокладываются под землей. Места, где могут они проходить бывают различными. Бывают они проходят под автодорогами, железнодорожными путями, трамвайными и пр. Проходя под железнодорожными путями либо же трамвайными они поддаются воздействию блуждающего тока, который в дальнейшем разрушает их основательно. Нужно отметить, блуждающий ток - обратный ток, который возвращается по рельсам вышеприведенного транспорта к источнику питания по пути наименьшего сопротивления. Иными словами - это вынос металла трубы, который может привести к разрушению участка трубной магистрали. Составить огромные убытки на восстановление. Поэтому магистраль трубы следует защитить от этого негативного воздействия катодной станцией.

Катодная станция – устройство, принцип работы которого заключается в подаче потенциала напряжения на трубу.
Таким образом, обязательная установка данного устройства защитит, как саму магистраль трубы, так и обслуживающий персонал выполняющий ремонтные работы от возможного смертельного исхода.

gontareven

Новичок

Я конечно же с вами согласен кое в чем, но не до конца. Ведь подумайте, сколько же в нашей стране труб которые проходят под землей рядом с трамвайными путями или под ними. И что, ничего не произошло существенного и очень опасного, но вы правы, что нужно предостерегаться от блуждающих токов, так как они могут навредить не только металлическим трубам, но и человеческой жизни, а это уже очень серьезно.

mishel80

Защита трубопроводов, расположенных под землёй, от блуждающих токов бывает активная и пассивная. При активной применяются защитные электрохимические средства, с помощью которых устанавливается катодная поляризация трубопровода. К пассивным методам защиты относят изоляционное покрытие трубопровода. Изоляция при этом должна иметь высокую биостойкость, термостойкость, высокие диэлектрические и механические свойства. Помимо этого необходимо проводить и противокоррозийную защиту полимерными покрытиями.

Продвинутый пользователь

Старо как мир. Имеет смысл ставить, если локомотив постоянного тока, то есть напряжение сети выше 2 кВ, а у него 3 кВ, то есть трамвай тут не уместен. Но дороги на постоянном токе только в центральной России, на остальном пространстве либо переменка 25 кВ, либо тепловозы, которые не вызывают блуждающих токов, а в центре тяжело с нефтью, там её просто не добывают, и трубопроводов большого диаметра под землёй не замечено. Так что игра не стоит свеч.

13579OS

Как защитить трубы от блуждающих токов

Блуждающие токи, которые возникают в почве при использовании ее в качестве токопроводящей среды, – одна из основных опасностей для металлических водопроводных труб. Они вызывают коррозию металла при полном или частичном его нахождении под землей, а в иных случаях, даже при соприкосновении с грунтом. Труба разъедается ржавчиной, образует течь, и, как результат, приходит в полную непригодность, не справляясь со своим функционалом. Основным критерием опасности блуждающих токов, вызывающих коррозию металлических водопроводных труб, является наличие знакопеременной или положительной разницы потенциалов между землей и трубопроводом.
Как же защитить металлические водопроводные трубы от блуждающих токов? Для этого можно использовать несколько методов.
Метод первый: изоляция трубопровода от контакта с почвой и ограничение проникновения в нее блуждающих токов из окружающей среды. Этот способ подразумевает нанесение на трубу защитных покрытий, рациональный выбор трасс, а также специальные варианты прокладки труб. Изоляционные покрытия, выступающие в качестве защиты от блуждающих токов, могут быть: мастичные (каменноугольные грунтовки или битумные), порошковые, оплавляемые на трубах, экструдированные из расплава, эмалевые и другие. Кроме того, допустимо выполнять изоляцию с помощью полимерных липких лент и грунтовок. Главное, они должны удовлетворять требованиям технической документации. То есть, иметь термостойкость, биостойкость, высокие механические и диэлектрические свойства.
Метод второй: катодная поляризация. Она может достигаться с помощью наложения тока от внешнего источника питания (катодная защита), или способом создания макрогальванической пары с алюминием, магнием, цинком, а также их сплавами (протекторная защита). При этом катодная поляризация должна быть устроена таким образом, чтобы поляризационные потенциалы не превышали значения для стали с защитным покрытием -1,1 В, без защитного покрытия – 0,85 В. Важно помнить, что защита труб не должна оказывать негативное влияние на соседние подземные металлические конструкции.
Существует и еще один метод, довольно радикальный, но недорогой – это замена металлических труб на пластиковые. В этом случае, конструкции будут надежно защищены от блуждающих токов и прослужат несколько десятков лет, исправно выполняя свои функции.

Блуждающие токи: причина возникновения и защита от них

Электрическая энергия активно используется на каждом шагу. Однако в некоторых случаях её действие происходит скрыто. Поскольку почва способна проводить ток, то он возникает каждый раз, когда имеется разность потенциалов. В некоторых ситуациях блуждающие токи могут приводить к разрушительным последствиям. Чтобы этого избежать, важно знать, что такое блуждающий ток и эффективные методы защиты, применяемые в таких случаях.

Что представляют собой блуждающие токи

Люди используют электроэнергию для различных целей:

Для создания комфорта (обогрев, применение кондиционеров).
Чтобы работать с информацией (компьютер, смартфон, телевизор).
Использование бытовой техники (посудомойка, стиральная машина, пылесос).
Выполнение хозяйственных работ (электродвигатели).

Повсеместное использование электричества порождает дополнительные проблемы для человека. Одной из них является появление блуждающих токов. Каждый раз, когда электричество попадает в почву, оно создаёт возможность для их возникновения и разрушительного воздействия.

Обычно в грунте присутствует влага с растворёнными в ней веществами. Она является хорошим проводником. Как только на участке земли образуется в силу тех или иных причин разность потенциалов, то через землю начинает течь ток. Его силу и направление предугадать трудно, так как он носит случайный характер.

Как известно из курса физики, ток протекает там, где сопротивление минимально. Поскольку в земле находится большое количество металлических труб различного назначения, то ток часто протекает через их различные участки. Это способно привести к существенному разрушению трубопроводных магистралей. Например, за год может неожиданно образоваться дыра размером с ладонь даже в крепкой и качественной трубе.

Блуждающие токи так называются потому, что они протекают по случайным участкам грунта. Сложно заранее предвидеть, где именно пройдёт их путь. Схема прохождения выглядит следующим образом.

Существуют разного рода источники электрической энергии, непосредственно контактирующие с грунтом. Если в непосредственной близости имеется трубопровод, то ток сначала пройдёт через почву, затем через трубу и после этого в определённой точке выйдет из неё. Далее по почве он пройдёт к предмету с меньшим потенциалом, установленному на земле.

Нужно учитывать, что ток проходит от более высокого к меньшему потенциалу. В описанной схеме начало и окончание пути — это места, где произошла протечка электроэнергии.

Особое внимание нужно обратить на участки, где блуждающие токи входят в трубу и выходят из неё. Первый называют анодным, второй — катодным. В этих местах к процессу коррозии добавляется электролитическое воздействие тока.

При этом нужно помнить, что анодный участок является более опасным для трубы по сравнению с катодным. Дело в том, что на нём из-за блуждающего тока произойдёт перенос молекул металла в окружающий грунт. В результате оболочка быстро станет более тонкой, а затем образуется отверстие.

Предвидеть, в каком конкретно месте образуется анодный участок, практически невозможно. Это существенно зависит от химического состава и влажности почвы. На практике для борьбы с этим явлением применяются различные методы пассивного или активного характера. Вред, который приносят блуждающие токи, состоит также в том, что они представляют собой утечки электроэнергии, которые иногда могут достигать значительных размеров.

О каких утечках электроэнергии идёт речь

В сетях электропитания используются фазный и нулевой провод. Последний многими рассматривается как заземление, но на самом деле он устроен более сложно. Этот провод соединён не с грунтом, а с питающей подстанцией. На ней он в конечном счёте подключается к заземлению. К нему подсоединены нулевые провода всех потребителей подстанции.

Такое заземление имеет ненулевой потенциал и непосредственно соединено с грунтом. Оно может стать одним из источников блуждающих токов.

Другой широко распространённый вариант — это электротранспорт. При его движении вверху расположен фазный провод. Разность потенциалов создаётся между ним и рельсами, непосредственно контактирующими с землёй. Этот грунт является ещё одним источником электроэнергии для блуждающих токов.

Если потенциал нулевого проводника одинаковый на всём протяжении пути, то разность потенциалов не возникнет. Когда это не так, возникает блуждающий ток. На рельсах образуются анодные и катодные участки. В первых из них активно разрушаются рельсы вследствие электролитических реакций. Если не контролировать такие ситуации, они могут приводить к катастрофам.

В земле проходят кабели электропитания. Они имеют мощную изоляцию. Однако с течением времени она может начать разрушаться. В результате через оголённые участки энергия станет уходить в почву. Иногда в таких кабелях имеется очень высокое напряжение, которое может достигать нескольких тысяч вольт.

Здесь рассказано о наиболее важных видах утечек. Однако существуют также и другие варианты.

Блуждающие токи в быту

Это явление обладает сходным действием, но имеет другие причины появления. В квартире или частном доме обязательно используется водопроводная система и отопление. Случайным образом в трубах и окружающих их стенах может накапливаться статическое электричество. Здесь также существуют блуждающие токи, и могут возникать анодные и катодные зоны, которые приводят к разрушению труб.

Возникновение таких проблем связано с отсутствием заземления в некоторых случаях. Если используются металлопластиковые трубы, то они изолируют металлическую часть системы от контакта с почвой. При этом статическое электричество не уходит, а оказывает разрушительное воздействие. Для защиты от блуждающих токов необходимо принимать соответствующие меры.

Иногда такие трубы появляются у соседей вследствие проведённого ими ремонта. В некоторых случаях в подъезде с самого начала установлены металлопластиковые стояки. В таком случае образование блуждающих токов — это вопрос времени. В таких ситуациях важно обеспечить заземление всех труб, используемых в квартире или частном доме. При этом соединяют все имеющиеся металлические элементы таких систем: батареи, полотенцесушители, краны, смесители и другие. Блуждающие токи — это может стать серьёзной проблемой, если с ними не бороться.

Какие объекты подвергаются максимальной опасности

Полностью контролировать образование блуждающих токов невозможно. Для защиты от их воздействия необходимо в первую очередь обращать внимание на наиболее уязвимые для них объекты:

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 рассматриваемая опасность может угрожать любым металлическим элементам, непосредственно контактирующим с землёй. Понимание того, что же такое «блуждающие токи», поможет понять, как избежать их появления.

Способы защиты

Для защиты могут применяться различные методы Их разделяют на две основных разновидности: пассивные и активные. В первом случае речь идёт о надёжной изоляции труб от окружающего грунта. Для этого можно использовать несколько слоёв защиты.

Когда нужно исключить блуждающие токи в водопроводных трубах, могут применяться битумные мастики, специальные оболочки, изоляционные ленты. Работы нужно проводить с осторожностью, так как механические повреждения защитного слоя могут стать местами, где происходит активное разрушение объекта.

Эффективным способом защиты является замена металлических труб на пластиковые. После этого они перестанут быть местом, где протекает ток. В результате прекратятся электролитические процессы, разрушающие конструкцию.

Для изоляции рельсов от грунта прокладывают специальную защиту. В результате пути располагаются выше, чем обычно. Обычно для этой цели используются насыпи из не проводящего электричество материала. Это приводит к увеличению затрат и не всегда приемлемо для электротранспорта, маршрут которого находится в городской черте.

При проектировании трубопроводов, расположения электрических кабелей, маршрутов электротранспорта стараются по возможности разнести их на значительное расстояние.

На практике редко удаётся сделать пассивную защиту от блуждающих токов достаточно надёжной. Поэтому наибольшее распространение получили активные методы. Их использование требует установки дополнительных рабочих конструкций и связано с дополнительными затратами электроэнергии. Действие такой защиты охватывает всего несколько десятков метров.

Принцип работы таких методов связан с ликвидацией анодных зон на защищаемых объектах. При этом разрушительное воздействие тока переключается на специальные объекты, разрушение которых не причинит вреда защищаемой конструкции. Для этого в нужных местах устанавливают станции катодной защиты. Знание того, что такое блуждающие токи, позволяет выстроить эффективную защиту от них.

Стоимость их использования пренебрежимо мала по сравнению с возможными проблемами. Поэтому их применение считается очень выгодным.

При использовании катодных станций подают положительный потенциал на защищаемый объект. Недалеко от него располагают катоды. На них дают отрицательный. Вследствие перераспределения энергии анодные зоны создаются на дополнительно установленных катодах. Металлические молекулы с них активно испарятся, постепенно приводя детали в негодность. В этом случае их сразу заменяют.

На объекте из-за блуждающих токов исключается образование анодных зон и разрушение не происходит. При установке защиты важно правильно произвести расчёты. При ошибке конструкция станет действовать противоположным образом — станет источником разрушения защищаемого объекта. Поэтому для каждого объекта планирование нужно производить с учётом его особенностей.

Защита от блуждающих токов может быть создана следующим образом. Для этого нужно подать определённый потенциал на защищаемый объект. В результате прекратится протекание через него блуждающих токов.

Для защиты может быть использован электродренажный метод. В этом случае в месте, где ожидается появление анодной зоны трубу соединяют проводником с местом, которой является источником проблемы и создаёт соответствующий потенциал. В этом месте исчезает разность потенциалов, которая была причиной для образования анодной зоны.

Методы измерения

Для того чтобы определить места, где наиболее вероятно образование блуждающих токов, необходимо выполнять измерения. Полученная информация о блуждающих постоянных токах позволяет более эффективно построить защитные мероприятия. Измерения представляют собой систему мероприятий, включающую такие элементы:

Определение сопротивления между грунтом и рельсами электротранспорта.
Вычисление разности потенциалов между рельсами, по которым перемещается электротранспорт и подземными трубопроводами.
Подробное изучение возможных утечек электроэнергии с кабеля на всём протяжении его длины.

При выполнении замеров на путях электротранспорта нужно выбирать время наибольшей активности. Используемые приборы должны иметь класс точности не менее 1,5.

При прокладке подземных трубопроводов измерения блуждающих токов проводят через каждые 1000 м. Если аналогичные конструкции расположены параллельно, то измерения выполняют с промежутком 200 м. В этом случае проводят сравнение показателей вдоль каждого трубопровода. Дополнительно проводят измерение разности потенциалов между ними.

Заключение

Образование блуждающих токов приводит к ускоренному разрушению металлических конструкций. Для того, чтобы их защитить, необходимо комплексно применять методы пассивной или активной защиты. Необходимо регулярно проводить измерения для определения степени опасности рассматриваемой проблемы.

Блуждающие токи, защита от блуждающих токов

Токоведущие 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).

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.

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.

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: 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.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

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

Читайте также: