Bludné proudy, měření intenzity bludných proudů v půdách, ceny

Během posledních 10–20 let zaznamenala řada velkoměst prudké zkrácení životnosti podzemních kovových konstrukcí (potrubí pro přívod teplé a studené vody, topné systémy atd.). Po provedení řady zkoumání bylo zjištěno, že hlavní příčinou destrukce kovů je elektrochemická koroze způsobená bludnými proudy. Z tohoto článku se dozvíte o povaze tohoto jevu a také získáte představu o metodách ochrany podzemních konstrukcí a inženýrských sítí před galvanickou korozí.

Co je to bludný proud?

Jak je známo, země je vodičem elektrického proudu, což umožňuje využít tuto vlastnost k vytvoření uzemňovacích zařízení. Zároveň však, když půda působí jako vodivé médium, vznikají v ní netěsnosti. Protože je nemožné předvídat, kdy proces začne a kde k němu dojde, nazývají se takové projevy „putování“.

Příčiny a zdroje výskytu

Jak si pamatujeme z našeho školního kurzu fyziky, pro vznik elektrického proudu musí mezi dvěma částmi obvodu vzniknout rozdíl potenciálů. Princip vzniku bludných proudů je podobný. Pouze roli vodiče v tomto případě hraje země.

Na území moderních měst a obcí se nachází mnoho elektrifikovaných objektů, od vedení elektrické energie až po železniční dopravu, včetně zařízení trakčních rozvoden. Spojuje je jeden faktor – umístění na zemi. To vede k poměrně specifické interakci s půdou, která se projevuje ve formě výskytu bludných proudů. Níže je uvedena tabulka, která ukazuje jejich potenciální zdroje a podmínky pro vznik elektrické komunikace s půdou.

Tabulka 1. Potenciální zdroje.

Mechanismus vzniku bludných proudů

V tabulce jsme jako příklad uvedli několik zdrojů, nyní se podrobně podíváme na to, jak se v nich formuje proces, který nás zajímá. Jak již bylo zmíněno výše, k jeho vzniku musí mezi dvěma body na zemi vzniknout potenciálový rozdíl. Takové podmínky jsou vytvářeny obrysy systémů ZU s pevně izolovaným nulovým vodičem.

Nulový vodič (PEN) je jedním koncem připojen k uzemňovacímu zařízení rozvodny a druhým koncem k PEN sběrnici spotřebitele, která je připojena k uzemňovacímu zařízení zařízení. Rozdíl elektrických potenciálů mezi svorkami nulového vodiče bude tedy přenášen do uzemňovacího zařízení, což vytvoří podmínky pro vytvoření obvodu. Velikost úniku bude nevýznamná, protože hlavní zátěž půjde po cestě nejmenšího odporu (nulový vodič), ale část z ní půjde po zemi.

Téměř identické podmínky nastávají, když dojde k problémům s izolací vodičů (poškození plášťů) kabelových vedení nebo nadzemních vedení. Při zkratu k zemi je potenciál v tomto bodě roven nebo blízký fázi. To způsobí vznik svodového proudu k nejbližšímu uzemňovacímu zařízení s potenciálem vodiče PEN.

V uvedeném příkladu se nejedná o neustálý únik střídavých proudů, protože podle současných předpisů jsou na nalezení a odstranění poškození vyhrazeny dvě hodiny. Zároveň se ve většině případů odpojení poškozeného vedení nebo lokalizace úseku se zkratem provádí automaticky. Proces se může výrazně zpozdit, pokud je zkratový proud pod nouzovou hodnotou.

Jak ukazuje praxe, největší podíl zdrojů konstantních svodových proudů připadá na městskou a příměstskou železniční elektrickou dopravu. Mechanismus jejich vzniku je demonstrován níže.

Označení:

1. Trolejový vodič, ze kterého je napájena elektrárna elektrického vozidla.
2. Napájecí zdroj (připojený k trolejovému vodiči).
3. Jedna z trakčních rozvoden dodávajících energii do tramvajové sítě.
4. Odvodňovací podavač (připojený ke kolejnicím).
5. Kolejnice.
6. Potrubí v cestě bludných proudů.
7. Anodová zóna (kladné potenciály).
8. Katodová zóna (negativní potenciály).

Jak je z obrázku patrné, konstantní napětí v trakční síti pochází z rozvodny a vrací se zpět po kolejnicích. Pokud je odpor kolejnic vůči zemi nedostatečný, vznikají v půdě bludné elektrické proudy. Pokud se v cestě úniku bludného proudu nachází potrubí nebo jiná kovová konstrukce, stává se elektrickým vodičem.

To je dáno tím, že proud se šíří po cestě nejmenšího odporu. Jakmile se tedy objeví vodič, proud začne procházet kovem, protože jeho elektrický odpor je nižší než odpor země. V důsledku toho bude část potrubí, kterou prochází elektrický proud, náchylnější ke korozi kovu. Důvody jsou popsány níže.

Vztah mezi bludnými proudy a korozí kovu

Vzhledem k přítomnosti vody a rozpuštěných solí v zemi je jakákoli kovová konstrukce v půdě náchylná ke korozi. Pokud je však kov vystaven také bludným proudům, proces se stává elektrolytickým. Podle Faradayova zákona rychlost elektrochemické reakce přímo závisí na proudu protékajícím mezi anodou a katodou. V důsledku toho bude rychlost koroze kovového potrubí (uloženého v zemi) ovlivněna elektrickým odporem půdy a také složitou povahou procesů probíhajících v katodové a anodové zóně.

V důsledku toho je kovová konstrukce vystavena kromě běžné koroze i svodovým proudům. To může způsobit vznik galvanického páru, který proces koroze výrazně urychlí. V praxi se vyskytly případy, kdy úsek potrubí vodovodního systému vystavený galvanické korozi selhal po dvou letech, přičemž odhadovaná životnost byla 20 let. Příklad takového efektu je uveden níže.

Metody ochrany proti bludným proudům

Aby se zabránilo škodlivým účinkům elektrochemického potenciálu, používají se ochranné metody, které se mohou lišit v závislosti na vlastnostech kovových konstrukcí. Uvažujme jako příklad metody ochrany vodovodních potrubí, vyhřívaných věšáků na ručníky a plynovodů, počínaje v pořadí uvedeném v dané posloupnosti.

Video o různých ochranách proti bludným proudům

Ochrana vodovodního potrubí

Pro kovové konstrukce uložené v zemi, zejména vodovodní potrubí, se používají dvě metody ochrany: pasivní a aktivní. Každou z nich si podrobněji popíšeme.

Pasivní obrana

Tato metoda spočívá v nanesení speciální izolační vrstvy na povrch kovových konstrukcí, která tvoří ochrannou bariéru mezi zemí a kovovým pláštěm. Jako izolační materiály se používají polymery, různé druhy epoxidových pryskyřic, bitumenové nátěry atd.

Moderní technologie bohužel neumožňují vytvořit ochrannou bariéru, která by zajistila úplnou izolaci. Jakýkoli nátěr má určitou difuzní propustnost, takže tato metoda umožňuje pouze částečnou izolaci od země. Dále je třeba vzít v úvahu, že během přepravy a instalace může dojít k poškození ochranné vrstvy. V důsledku toho se na ní tvoří různé vady izolace ve formě mikrotrhlin, škrábanců, promáčklin a průrazného poškození.

Protože uvažovaná metoda není dostatečně účinná, používá se jako doplněk k aktivní ochraně, o které bude popsáno níže.

Aktivní ochrana

Tento termín označuje řízení mechanismů elektrochemických procesů, které se vyskytují v místech kontaktu kovových konstrukcí s elektrolytem vznikajícím v půdě. K tomuto účelu se používá katodická polarizace, při které negativní potenciál vytěsňuje přirozený.

Takovou ochranu lze realizovat galvanickou metodou nebo použitím stejnosměrného zdroje. V prvním případě se využívá efekt galvanického páru, při kterém je anoda zničena (obětní anoda), čímž je chráněna kovová struktura, která má mírně nižší potenciál (viz 1 na obr. 5). Popsaná metoda je účinná pro půdy s nízkým odporem (ne více než 50,0 Ohm*m); při nižší úrovni vodivosti se tato metoda nepoužívá.

Použití zdroje stejnosměrného proudu v katodové ochraně umožňuje nezáviset na odporu půdy. Zdroj je zpravidla vyroben na bázi měniče napájeného ze střídavého elektrického obvodu. Konstrukce zdroje umožňuje nastavit úroveň ochranných proudů v souladu s převládajícími podmínkami.

Označení:

1. Aplikace obětní anody.
2. Polarizační metoda.
3. Kovová konstrukce položená v zemi.
4. Položení obětní anody do země.
5. DC zdroj.
6. Připojení ke zdroji špatně rozpustné anody.

Ochrana vyhřívaných věšáků na ručníky

Ohřívače ručníků a další kovová koncová zařízení na vodovodních potrubích (vodovodních kohoutcích) nebyly ohroženy korozí způsobenou bludnými proudy, dokud se plastové trubky nezačaly široce používat v každodenním životě. I když má vaše stoupačka kovové trubky, není pravda, že váš soused dole nemá plastové, a plast je pravděpodobně použit na odbočky do koupelny a kuchyně.

Pro zajištění ochrany před nouzovými úniky proudu a zabránění elektrokoroze je nutné vyrovnat potenciály uzemněním vyhřívané věšáky na ručníky, vodovodních trubek ve stoupačce a také topné baterie.

Ochrana plynovodu

Ochrana podzemních plynovodů před bludnými proudy způsobujícími korozi se provádí stejným způsobem jako u vodovodních potrubí. To znamená, že se používá jedna ze dvou variant aktivní katodické ochrany, jejíž princip fungování byl popsán výše.

Jak měřit bludné proudy?

Pro posouzení nebezpečí svodových proudů se provádí soubor měření, který zahrnuje:

• Měření úrovně proudu a směru jeho pohybu podél kabelových plášťů hlavního vedení.
• Měření rozdílu potenciálů mezi kontaktními kolejnicemi (kolejnicovou sítí) a kovovými konstrukcemi uloženými v zemi.
• Měření izolace kolejnic od země v kontrolních úsecích železniční trati.
• Odhad hustoty svodového proudu z pláště kabelových vedení do země.

Měření velikosti bludných proudů se provádí speciálními zařízeními. V tomto případě se volí čas, kdy dochází k maximálnímu provozu železniční elektrické dopravy.

Proces měření bludných proudů se provádí v transformátorových a trakčních rozvodnách umístěných v blízkosti kolejí. V tomto případě je jedna z elektrod připojených k měřicímu zařízení připojena k zemi a druhá je zapíchnuta do země 10 metrů od trakční rozvodny. Pokud se mezi potenciály na elektrodách objeví rozdíl, zařízení ho zaznamená.

Doporučujeme také přečíst:

• Foucaultovy proudy a jejich aplikace
• Uzemnění a uzemnění nulového vodiče: jaký je rozdíl?
• Jak uzemnit elektrický sporák?

2 body: cena 30000 rublů.
6 a více bodů: 10000 XNUMX rublů za jeden bod.

Ceny uvedené na webu nejsou veřejnou nabídkou.

Základní možnost dodávky proudu kabelovými vedeními závisí na integritě a těsnosti plášťů napájecích kabelů. Poškození plášťů, které vede k jejich odtlakování, je doprovázeno pronikáním vzduchu a vlhkosti do dutiny kabelu, což je spojeno s elektrickým poškozením izolace a selháním kabelového vedení.

Faktory způsobující destrukci kovových plášťů podzemních kabelových vedení:

• Bludné proudy, vyvolávající a podporující proces elektrolytické koroze
• Elektrochemická koroze, vyvíjející se při delším kontaktu kovu s půdními roztoky.

Pokud je kolejová trať nedostatečně izolována od země, je kontakt v místě spojů kolejnic přerušen a ohmický odpor kolejí je vysoký, část proudu se odbočuje a prochází zemí k mínus pólu zdroje, čímž obchází vodiče. Při setkání s podzemními částmi kovových konstrukcí, potrubí, kabelových vedení a jiných vodivých konstrukcí na cestě. procházejí jimi bludné proudy, opět jdou do země a vracejí se k zápornému pólu trakční rozvodny. V tomto případě se v spontánně vytvořeném řetězci kolej-země-plášť kabelu vytvoří obrovský elektrolytický článek. Kovové pláště kabelu a koleje (zdroj proudu) slouží jako elektrody a elektrolytem je půdní roztok, který je v zemi vždy přítomen a obsahuje určité množství minerálních solí a kyselin.

Průchod stejnosměrného proudu vede k rozpuštění anody, elektrody s vyšším potenciálem. Když proud prochází z kolejnice do pláště kabelu, anodou je kolejnice, katodou je kov pláště. Úsek kolejnice, kde se proud odbočuje do země s dalším přechodem do pláště kabelového vedení, se nazývá katodová zóna. V katodové zóně není kov pláště kabelu náchylný k destrukci.

Na výstupu pláště kabelového vedení do země se vytvoří tzv. anodová zóna. Zdrojem proudu (anodou) je zde kov pláště, který se ničí a přechází do půdního roztoku. Podle Faradayova zákona je množství kovu přecházejícího do roztoku v anodové zóně přímo úměrné době expozice a síle bludného proudu. Intenzita rozpouštění kovu závisí také na jeho chemických vlastnostech. Pláště vyrobené z olova jsou nejvíce náchylné k elektrochemické destrukci, méně – ze slitin na bázi železa a slitiny hliníku jsou nejméně citlivé na účinky bludných proudů. Výpočty ztrát kovu při bludném proudu 1 A během roku pro olovo, železo a hliník činí 33 kg, 9 kg, 3,95 kg.

Opatření na ochranu podzemních kabelových vedení a kovových konstrukcí musí být přijata oběma provozovateli: železniční elektrickou dopravou a kabelovou sítí (nebo jinou konstrukcí). Ze strany provozovatele železniční elektrické dopravy jsou spoje kolejnic svařovány pro snížení podélného ohmického odporu kolejového lože a kolejnice jsou izolovány pro zvýšení přechodového odporu v místech kontaktu kolejnic se zemí. V důsledku aplikace výše uvedených opatření je možné snížit velikost bludných proudů odbočujících z kolejnic, což následně snižuje riziko korozních účinků na pláště kabelů a riziko poruchy kabelového vedení.

Snížení úbytku napětí v kolejnicích lze dosáhnout také použitím sacích vedení, což jsou spojení kolejového lože se zápornou sběrnicí trakční rozvodny pomocí jednožilového izolovaného kabelu. Instalací sacích vedení se trakční proudové zatížení vrací do rozvodny pomocí speciálního jednožilového kabelu velkého průřezu. Tímto způsobem se snižuje proudové zatížení kolejové sítě a spolu s ním i hodnoty bludných proudů.

Pro posouzení rizika koroze kabelových vedení se provádí sada měření, která zahrnují:

• měření velikosti a směru proudů protékajících plášti kabelů;
• měření rozdílů potenciálů mezi železničními tratěmi, kabelovými plášti a jinými vodivými podzemními konstrukcemi;
• měření povrchové hustoty proudů procházejících do země z pláště kabelu;
• měření rozdílu potenciálů mezi plášti kabelů vzhledem k zemi.

Měření rozdílu potenciálů nám umožňuje detekovat přítomnost a směr bludných proudů a detekovat anodové zóny, kde jsou pláště kabelů kladně nabité vzhledem k zemi. Jak ukázala praxe, k destrukci olověného pláště a poškození kabelových vedení dochází, když je v anodové zóně potenciál 0,1 V. Důležitým parametrem proudu, který indikuje procesy elektrolytické koroze, je hustota proudu na výstupu z pláště kabelu. Pro podzemní kabely je kritická hustota proudu v anodové zóně 0,15 mA/dm².

Metody měření potenciálu plášťů kabelů vzhledem k zemi a hustoty proudu v anodové zóně

Měření pro stanovení maximálních parametrů bludných proudů se provádějí v hodinách s nejintenzivnějším dopravním zatížením od elektrické dopravy. Předběžná měření se provádějí k detekci bludných proudů na pláštích kabelových vedení. Vzhledem k tomu, že kopání a obnova povrchů vozovek je poměrně nákladná a ne vždy se ospravedlní, provádějí se měření z trakčních rozvoden, opravárenských dep a transformačních stanic umístěných v oblasti elektrifikovaných železničních tratí. Jeden pól měřicího zařízení je připojen k uzemňovacímu obvodu elektricky spojenému s plášti kabelů; pro připojení druhého pólu se do země ve vzdálenosti 7-10 m od TP zatluče kovový kolík – zemnící elektroda. V ostatních případech se měření bludných proudů provádí speciálními jámami 1×0,7 m, umístěnými ve vzdálenosti 100-300 m podél zkoumané trasy. Na kabelových vedeních uložených v blokových kanalizačních systémech se bludné proudy měří v inspekčních jamkách, kde se nacházejí spojovací objímky.

Organizace provozující kabelové linky používá výsledky měření jako základ pro následující činnosti:

• identifikace oblastí, které by mohly být korozivní pro kabelové vedení, mapování anodických zón;
• organizace pravidelných měření v kontrolních bodech za účelem sledování stavu kabelových vedení;
• detekce poškození kabelových vedení během preventivních zkoušek a provozu, analýza příčin poškození plášťů.

Následující metody se úspěšně používají k ochraně kabelových vedení před korozivními účinky bludných proudů a ke snížení kladného potenciálu na pláštích v anodových zónách:

• Elektrická drenáž. Ochrana spočívá v odvedení proudu z pláště kabelu ke zdroji – záporné sběrnici trakční rozvodny nebo ke kolejnicím.
• Ochranná ochrana. Za tímto účelem se na pláště kabelů připevňují kovové destičky, které mají v daném korozivním prostředí negativnější elektrochemický potenciál než kov, ze kterého je plášť kabelu vyroben, a jsou schopny generovat elektrický proud během rozkladu. Vlivem bludného proudu se chránič postupně zhoršuje a celistvost pláště kabelu není ohrožena korozí, dokud není chránič zcela zničen.
• Katodická polarizace. K plášťům kabelů je připojen externí zdroj stejnosměrného proudu, který jim dodává negativní potenciál.

Volba metody ochrany kabelových vedení závisí na charakteristikách sítě a technické proveditelnosti její instalace.

Vytvořte si na webu přihlášku, co nejdříve vás budeme kontaktovat a zodpovíme všechny vaše dotazy.