- Co to jest prąd błądzący?
- Przyczyny i źródła występowania
- Mechanizm powstawania prądów błądzących
- Prąd błądzący kontakt i korozja na metalu
- Metody ochrony przed prądami błądzącymi
- Jak zmierzyć prądy błądzące?
Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
W ciągu ostatnich 10–20 lat wiele obszarów metropolitalnych doświadczyło gwałtownego spadku życia podziemnych konstrukcji metalowych (rurociągi ciepłej i zimnej wody, systemy grzewcze itp.). Po przeprowadzeniu serii badań stwierdzono, że główną przyczyną zniszczenia metalu jest korozja elektrochemiczna, która jest spowodowana prądami błądzącymi. Z tego artykułu dowiesz się o naturze tego zjawiska, a także dowiesz się, jak chronić podziemne obiekty i instalacje przed korozją galwaniczną.
Co to jest prąd błądzący?
Jak wiecie, ziemia jest przewodnikiem prądu elektrycznego, który pozwala wykorzystać tę właściwość do tworzenia urządzeń uziemiających. Ale jednocześnie, gdy gleba działa jak medium przewodzące, powstają w niej przecieki. Ponieważ nie można przewidzieć, o której godzinie proces się rozpocznie, a gdzie będzie przebiegał, takie manifestacje otrzymały termin „wędrówka”.
Przyczyny i źródła występowania
Jak pamiętamy ze szkolnego kursu fizyki, do powstawania prądu elektrycznego konieczne jest wystąpienie różnicy potencjałów między dwiema częściami obwodu. Zasada prądów błądzących jest podobna. Tylko rolę dyrygenta w tym przypadku odgrywa ziemia.
Na terenie nowoczesnych miast i osiedli znajduje się wiele zelektryfikowanych obiektów, poczynając od linii energetycznych, a kończąc na transporcie kolejowym, w tym sprzętu dla podstacji trakcyjnych. Łączy je jeden czynnik - lokalizacja na ziemi. Prowadzi to do dość specyficznej interakcji z tym ostatnim, która przejawia się w postaci pojawienia się prądów błądzących. Poniżej znajduje się tabela zawierająca ich potencjalne źródła i warunki tworzenia połączeń telekomunikacyjnych z glebą.
Tabela 1. Potencjalne źródła.
| Nazwa obiektu | Związek z ziemią |
| Różne typy aparatury rozdzielczej, podstacji, linii napowietrznych z przewodem neutralnym (solidnie uziemionym neutralnym) podłączonym do powtarzających się przewodów uziemiających. | Jeśli jest dostępny w pamięci obiektu. |
| Sieci UL z izolowanymi neutralnymi liniami kablowymi. | Występuje, gdy uszkodzona jest izolacja elementów przewodzących prąd kabla. |
| Kolejowy transport elektryczny, systemy z uziemieniem neutralnym. | Obecność połączenia technologicznego między jednym przewodnikiem a ziemią. |
Mechanizm powstawania prądów błądzących
W tabeli przytoczyliśmy kilka źródeł jako przykład, teraz rozważymy szczegółowo, w jaki sposób powstaje w nich interesujący proces. Jak wspomniano powyżej, aby pojawiła się, różnica potencjałów powinna wystąpić między dwoma punktami na ziemi. Takie warunki są tworzone przez obwody pamięci systemów z neutralnym dźwiękiem.
Przewód zerowy (PEN) jest podłączony na jednym końcu do pamięci podstacji elektrycznej, a drugi jest podłączony do magistrali PEN odbiornika, która jest podłączona do urządzenia uziemiającego obiektu. W związku z tym różnica potencjałów elektrycznych między zaciskami przewodu neutralnego zostanie przeniesiona do pamięci, co stworzy warunki do utworzenia obwodu. Nieszczelność będzie nieistotna, ponieważ główne obciążenie będzie podążało ścieżką najmniejszego oporu (przewód neutralny), ale mimo to część z nich pójdzie wzdłuż ziemi.
Prawie podobne warunki powstają, gdy pojawiają się problemy z izolacją przewodów (zniszczenie osłon) linii kablowych lub linii napowietrznych. Gdy zwarcie występuje na ziemi, w tym momencie potencjał jest równy lub zbliżony do fazy. Powoduje to powstawanie prądu upływu do najbliższej ładowarki z potencjałem przewodu PEN.
W powyższym przykładzie ciągły wyciek prądów przemiennych nie jest omawiany, ponieważ zgodnie z obecnymi normami wyszukiwanie i naprawa uszkodzeń trwa dwie godziny. W takim przypadku w większości przypadków odłączenie uszkodzonej linii lub lokalizacja sekcji z zwarciem jest wykonywana automatycznie. Proces może być znacznie opóźniony, jeśli prąd zwarcia jest poniżej progu alarmu.
Jak pokazuje praktyka, największy udział źródeł stałych prądów upływowych przypada na miejski i podmiejski transport kolejowy. Mechanizm ich powstawania pokazano poniżej.
Legenda:
- Przewód kontaktowy, z którego zasilana jest elektrownia transportu elektrycznego.
- Podajnik podajnika (podłączony do przewodu jezdnego).
- Jedna z podstacji trakcyjnych, zasilająca sieci tramwajowe.
- Podajnik drenażowy (podłączony do szyn).
- Szyny.
- Rurociąg znajduje się na drodze prądów błądzących.
- Strefa anodowa (potencjały dodatnie).
- Strefa katodowa (potencjały ujemne).
Jak widać na rysunku, stałe napięcie w sieci trakcyjnej pochodzi z podstacji i powraca wzdłuż szyn. Przy niewystarczającej odporności torów na podłoże powstają elektryczne prądy błądzące. Jeśli na drodze propagacji rozproszonego wycieku znajduje się rurociąg lub inna metalowa struktura, staje się ona przewodnikiem elektryczności.
Wynika to z faktu, że prąd rozprzestrzenia się wzdłuż ścieżki najmniejszego oporu. W związku z tym, gdy tylko pojawi się przewodnik, prąd rozchodzi się przez metal, ponieważ jego rezystancja elektryczna jest mniejsza niż rezystancja ziemi. W rezultacie odcinek rurociągu, przez który przepływa prąd elektryczny, będzie bardziej podatny na korozję metalu. Przyczyny tego są omówione poniżej.
Prąd błądzący kontakt i korozja na metalu
Ze względu na obecność wody w ziemi i rozpuszczonych w niej soli, każda metalowa struktura w glebie podlega korozji. Ale jeśli metal jest dodatkowo narażony na prądy błądzące, wówczas proces staje się elektrolityczny. Zgodnie z prawem Faradaya, szybkość reakcji elektrochemicznej zależy bezpośrednio od prądu płynącego między anodą i katodą. W konsekwencji na szybkość korozji metalowej rury (ułożonej w gruncie) będzie miała wpływ rezystancja elektryczna gleby, jak również złożony charakter procesów zachodzących w strefach katody i anody.
W rezultacie metalowa konstrukcja oprócz zwykłej korozji jest narażona na prądy upływowe. Może to spowodować powstanie pary galwanicznej, która znacznie przyspieszy proces korozji. W praktyce zdarzały się przypadki, gdy odcinek rurociągu systemu zaopatrzenia w wodę, który został poddany korozji galwanicznej, zakończył się niepowodzeniem po dwóch latach, z szacowanym okresem użytkowania wynoszącym 20 lat. Przykład takiego wpływu przedstawiono poniżej.
Metody ochrony przed prądami błądzącymi
Aby zapobiec szkodliwym skutkom elektrochemicznym, stosuje się metody ochrony, które mogą się różnić w zależności od właściwości konstrukcji metalowych. Rozważmy przykład ochrony rur wodnych, podgrzewaczy ręczników i gazociągów, zacznijmy od kolejności tej sekwencji.
Film o różnych zabezpieczeniach przed prądami błądzącymi
Ochrona rur wodnych
W przypadku konstrukcji metalowych ułożonych w ziemi, w szczególności rur wodnych, stosowane są dwie metody ochrony: pasywna i aktywna. Opisujemy każdy z nich szczegółowo.
Ochrona pasywna
Metoda ta polega na nałożeniu specjalnej warstwy izolacyjnej na metalową powierzchnię, która tworzy barierę ochronną między podłożem a metalową osłoną. Polimery, różne rodzaje żywic epoksydowych, powłoki bitumiczne itp. Są stosowane jako materiał izolacyjny.
Niestety, nowoczesna technologia nie pozwala stworzyć bariery ochronnej, która zapewnia całkowitą izolację. Każda powłoka ma pewną przepuszczalność dyfuzyjną, dlatego w tej metodzie możliwa jest tylko częściowa izolacja od podłoża. Ponadto należy pamiętać, że podczas transportu i instalacji może dojść do uszkodzenia warstwy ochronnej. W rezultacie powstają na nim różne wady izolacji w postaci mikropęknięć, zadrapań, wgnieceń i uszkodzeń.
Ponieważ rozważana metoda nie jest wystarczająco skuteczna, jest stosowana jako dodatek do ochrony czynnej, co zostanie omówione później.
Aktywna ochrona
Przez ten termin rozumie się kontrolę mechanizmów procesów elektrochemicznych, które zachodzą w miejscach kontaktu struktur metalowych z elektrolitem utworzonym w ziemi. W tym celu stosuje się polaryzację katodową, w której potencjał ujemny zastępuje potencjał naturalny.
Taka ochrona może być realizowana przez galwanizację lub wykorzystanie źródła prądu stałego. W pierwszym przypadku stosuje się efekt pary galwanicznej, w której anoda ulega zniszczeniu (anoda protektorowa), jednocześnie chroniąc strukturę metalową, której potencjał jest nieco niższy (patrz 1 na rys. 5). Opisana metoda jest skuteczna w przypadku gruntów o niskiej rezystancji (nie większej niż 50, 0 Ohm * m), przy niższym poziomie przewodności ta metoda nie jest stosowana.
Zastosowanie źródła prądu stałego w ochronie katodowej pozwala nie polegać na odporności gleby. Z reguły źródło jest wytwarzane na podstawie konwertera zasilanego z obwodu elektrycznego prądu przemiennego. Konstrukcja źródła pozwala ustawić poziom prądów ochronnych zgodnie z panującymi warunkami.
Legenda:
- Wykorzystanie anody protektorowej.
- Metoda polaryzacji.
- Metaloplastyka położona na ziemi.
- Układanie w anodzie protektorowej.
- Źródło DC.
- Podłącz do źródła słabo rozpuszczalnej anody.
Podgrzewacze do ręczników ochronnych
Suszarki do ręczników i inne urządzenia metalowe na rurach wodnych (miksery) nie zagrażały korozji spowodowanej prądami błądzącymi, dopóki plastikowe rury nie były szeroko stosowane w życiu codziennym. Nawet jeśli metalowe rury są zainstalowane w pionie, nie jest faktem, że sąsiad nie ma plastiku na dole, a plastik jest prawdopodobnie używany do kranów do łazienki i kuchni.
Aby zapewnić ochronę przed przypadkowym wyciekiem prądu i zapobiec korozji elektrochemicznej, konieczne jest wyrównanie potencjałów poprzez uziemienie podgrzewanego wieszaka na ręczniki, rur wodnych w pionie, a także grzejnika.
Ochrona rurociągu
Ochrona podziemnych gazociągów przed prądami błądzącymi, które powodują korozję, odbywa się w taki sam sposób, jak w przypadku rur wodnych. Oznacza to, że stosuje się jeden z dwóch wariantów aktywnej ochrony katodowej, którego zasadę działania rozważono powyżej.
Jak zmierzyć prądy błądzące?
Aby ocenić zagrożenie prądami upływowymi, przeprowadzany jest kompleks prac pomiarowych, który obejmuje:
- Pomiar poziomu prądu i kierunku jego ruchu wzdłuż osłon kabla linii głównej.
- Pomiar różnicy potencjałów między szynami stykowymi (siecią szynową) a konstrukcjami metalowymi ułożonymi w ziemi.
- Pomiar izolacji szyn od podłoża na odcinkach sterujących toru kolejowego.
- Oszacowanie gęstości prądu upływu z osłony linii kablowych do ziemi.
Pomiary wielkości prądów błądzących są wykonywane przez specjalne urządzenia. Wybiera czas, w którym maksymalny ruch pojazdów szynowych elektrycznych.
Proces pomiaru prądów błądzących jest wykonywany w podstacjach transformatorowych i trakcyjnych zlokalizowanych obok torów kolejowych. W tym przypadku jedna z elektrod podłączonych do urządzenia pomiarowego jest podłączona do ładowarki, a druga jest wbita w ziemię 10 metrów od podstacji trakcyjnej. Jeśli pojawi się różnica między potencjałami na elektrodach, jest ona ustalana przez urządzenie.
Zalecamy również przeczytanie:
- Prądy Foucaulta i ich zastosowanie
- Uziemienie i zerowanie: jaka jest różnica?
- Jak uziemić piec?