Принцип возникновения вредного влияния систем ЭХЗ на сторонние объекты или как ЭХЗ может навредить
Электрохимическая защита от коррозии (ЭХЗ) — хорошо известное и могущественное оружие для защиты от электрохимической коррозии разнообразных объектов. Однако, как и всякий инструмент, она должна применяться обдуманно, иначе вред от ее использования может существенно превысить положительный эффект. Основным вредным последствием работы систем ЭХЗ, возникающим вследствие ошибок при проектировании и строительстве подобных систем, может быть ускоренная коррозия соседних с защищаемым металлических объектов. Обычно такая ситуация реализуется в многониточных близкорасположенных трубопроводных системах различного назначения, например, на нефтепромысловых трубопроводах, но может быть встречена и на других объектах, где выборочно применяются системы ЭХЗ, например, на промышленных площадках, нефтебазах и др.
Рис. 1. Распределение токов утечки с постороннего трубопровода при сближении с трубопроводом, защищенным катодными установками
Вредное влияние системы ЭХЗ защищаемого трубопровода на сторонние трубопроводы реализуется вследствие возникновения блуждающих токов. Величина такого тока может быть довольно велика, из практики до 50 А. Однако, сама по себе величина тока, протекающего на подземном сооружении, не определяет опасности коррозионного влияния. Существенной является плотность тока, которая возникает на анодных поверхностях при стекании тока с металлического сооружения в окружающую почву. Эта плотность зависит не только от величины тока, но и от площади поверхности анодной зоны. Согласно практике защиты подземных сооружений от блуждающих токов опасной средней суточной плотностью блуждающего тока для стальных трубопроводов считается 75 мА/м 2 .
При этом та часть металлического сооружения, из которой ток выходит в землю, является анодом, а та часть сооружения, где постоянный ток входит в него, является катодом. В анодных зонах при условии контакта сооружения с влажной почвой блуждающие токи вызывают электролиз и причиняют сооружению чрезвычайно большие коррозионные разрушения. Блуждающий ток в 1 А за один год «разъедает» в анодной зоне металлического сооружения около 9 кг железа.
Рис. 2. Повреждение трубопровода блуждающими токами
Скорость и интенсивность коррозии блуждающими токами совместно с почвенной коррозией особенно сильно возрастает при наличии частых и резких перепадов значений электрического сопротивления почв вдоль линейного сооружения. Объясняется это тем, что в этих условиях блуждающие и гальванические токи то входят в сооружение и проходят по нему, то выходят из сооружения и проходят по почве, создавая тем самым множество анодных и катодных зон. Установлено, что в почвах с высоким сопротивлением блуждающие токи более или менее полно собираются металлическим сооружением и протекают по нему. На участках, где почва имеет низкое сопротивление, эти токи покидают сооружение и частично переходят в почву. Места наиболее сильных утечек тока из сооружения, совпадающие с участками низкого сопротивления почвы, характеризуются наиболее интенсивными явлениями коррозии.
Таким образом, при наличии систем ЭХЗ на одном трубопроводе в коридоре и при отсутствии компенсирующих мероприятий сторонний трубопровод, находясь в зоне распространения токов ЭХЗ, привлекает на себя эти токи, передает их как проводник более низкого омического сопротивления и возвращает их через землю к источнику в анодных зонах, в которых и происходит его интенсивное разрушение (Рис. 1).
Решение подобной проблемы на существующих объектах должно начинаться с комплексного электрометрического обследования системы трубопроводов для оценки непосредственной опасности коррозионного разрушения стороннего трубопровода и поиска существующих анодных зон. После этого необходимо либо организовать полноценную совместную защиту объектов, либо разработать технические решения по снятию существующего вредного влияния. Последнее, кстати, лучше всего получается при проведении предварительных полевых испытаний применяемых решений, так как очевидная установка перемычек в районе точке дренажа действующей катодной станции может просто переместить анодную зону на соседний участок трубы, тем самым стимулировав электрокоррозию в другом месте. А самый лучший способ избежать таких проблем, это конечно предусмотреть все заранее при проектировании объекта на основании качественных, а не формальных инженерных коррозионных изысканий. Сделать хорошо сразу всегда проще, чем переделывать уже построенный объект!
Тэги: блуждающие токи, защита трубопроводов, коррозионное влияние, коррозия, система ЭХЗ, электрохимическая защита, электрохимическая коррозия, ЭХЗ
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
Блуждающие токи: причина возникновения и защита от них
Металлические изделия, применяемые в электрике, быстро изнашиваются и теряют свои высокие технические характеристики из-за такого явления, как блуждающие токи.
Что же такое «блуждающий ток» ? Данное явление является одним из видов движения зарядов в определенном направлении. Заряженные частицы при этом появляются в земле, которая является в конкретной ситуации проводником. Блуждающие токи приводят к разрушению металлических изделий, который расположены под землей или же слегка соприкасающиеся с ней. Именно во взаимодействии с почвой и таится опасность. Для того, чтобы понять природу данного явления, необходимо тщательно разобраться в причинах его возникновения, а также в характеристиках и способах защиты от него.
Блуждающие токи: причина возникновения
Ежедневно и даже ежечасно люди в современном мире находятся в окружении различных электрических средств. Следовательно, объемы потребляемой электроэнергии неумолимо растут, что приводит к необходимости строительства большего количества КТП (комплектных трансформаторных подстанций) и распределительных установок, а также к монтажу все новых линий электропередач, электросетей для поездов, контактных рельсов метрополитенов и т.п. Известно, что земля не является электропроводной, а все вышеперечисленные объекты электроэнергии, так или иначе, взаимосвязаны с ней, и данная связь очень специфична.
Основа появления электрического тока — разность потенциалов в двух точках электрического проводника. Блуждающие токи возникают по аналогичному принципу, отличие состоит в том, что проводником в данной ситуации является почва. Электрические системы, в которых присутствует изолированная нейтраль, характеризуются тем, что разность потенциалов обеспечивают контуры заземления. При соединении нулевого проводника с данным контуром может возникнуть ситуация падения в напряжении из-за собственного сопротивления, которое появляется во время прохождения заряда. Данный проводник имеет обозначение PEN, что говорит о совмещенном нулевом защитном и нулевом рабочем проводниках. Основание данного совмещенного проводника и контур заземления КТП соединены между собой. Также PEN-проводник соединяется с заземляющим устройством здания. Таким образом, два устройства заземления, а именно ЗУ трансформаторной подстанции и ЗУ объекта, являются основой возникновения разности потенциалов, откуда и появляются блуждающие токи.
В ситуации повреждения линий электропередач происходит практически аналогичная ситуация. То есть, земля является носителем разности потенциалов в случае возникновения замыканий. Как правило, львиная доля подобных повреждений ликвидируется при помощи автоматики. Важно, что устранение таким способом возможно лишь при масштабных утечках. Нейтрализация данной проблемы при небольших значения более проблематична.
Небольшие блуждающие токи появляются как раз из-за обилия электротранспорта. Например, троллейбус подключен к электросети при помощи специальных конструкций, которые называются «штанги». Они соединены с нулевыми и фазными проводниками и, как известно, находятся на самом троллейбусе. Именно поэтому данное транспортное средство характеризуется невозможностью производства больших блуждающих токов.
Электропитание поездов отличается от приведенного выше примера с троллейбусом. В данном случае, нулевой проводник имеет соединение с рельсами, фазный, в свою очередь, находится над путями. Специальные токосъемники (пантографы) подают электрическую энергию к двигателю данного транспортного средства. Располагается пантограф на крыше электровоза, электропоезда или трамвая и имеет прямой контакт с кабелем питания. Тяговые подстанции – основа электропитания данного типа электросетей. Расстояние между подстанциями одинаковое и неизменное. Блуждающие токи появляются из-за искривленности маршрутов. В данном случае заряженные частицы идут по траектории с наименьшим сопротивлением. То есть, при появлении возможности «срезать угол» заряд пройдет не через рельсы, а по земле.
Блуждающие ток: влияние на металл
Под землей расположено огромное число различных объектов и изделий из металла: трубопроводы, кабельные линии, железобетон и др. Известно, что металл – это хороший проводник электрического тока, следовательно, заряд в данной ситуации пройдет не через почву, а по имеющемуся в ней металлу. Зона, через которую электрический ток входит в грунт, называется «катодной зоной», а через которую выходит – «анодной зоной».
Относительно водопровода стоит поговорить подробнее. Известно, что процесс коррозии в них неизбежен, а подземные воды отличаются большим содержанием растворимых микроэлементов и служат отличным проводником электричества. Таким образом, в металлических трубах под землей из-за процесса электролиза происходят коррозийные процессы. Очень хорошо коррозия выражается в анодной зоне, а в катодной разрушения менее выражены.
Подводя итог, стоит отметить, что блуждающие токи оказывают разрушительное влияние на металлические изделия, являясь при этом причиной серьезных экономических потерь.
Как избежать пагубного влияния блуждающего тока?
Блуждающие токи устраняются таким способом, как катодная защита. Для того, что борьба с данным явлением происходила с минимумом препятствий, необходимо нейтрализовать вероятность возникновения анодной зоны на объекте защиты.
Катодная защита производит электроток постоянного характера и при этом подключается к металлическим объектам полюсом с отрицательным значением. Положительный полюс присоединяется к анодам («жертвенные аноды»), забирающим львиную долю разрушительного влияния на себя. Кроме того, объекты защиты покрываются специальными антикоррозийными покрытиями.
Минусы катодной защиты:
- вероятность «перезащиты», при которой увеличивается сверх нормы потенциал защиты и начинаются коррозийные процессы;
- неверные расчеты защиты, которые являются причиной ускорения процессов коррозии рядом находящегося металла.
Как измерить блуждающий ток?
Прежде, чем осуществляется монтаж трубопровода под землей, происходит вычисление блуждающих токов путем измерения разности потенциалов, о которой говорилось выше. Измерение осуществляется через каждые 1000 метров.
Используемые измерительные приборы должны иметь степень точности не меньше 1,5, а минимальное собственное сопротивление равняется 1 МОм. Максимальный показатель разности потенциалов – 10 мВ. Продолжительность одного измерения должна быть не меньше 10 минут, а фиксация должна осуществляться каждые 10 секунд.
Стоит отметить, что измерения в области действия электрического транспорта необходимо осуществлять в период пиковых нагрузок. Разность потенциалов, превышающая 0,04 В, говорит от том, что присутствуют блуждающие токи.
Измерительными приборами могут выступать электроды сравнения , а именно: медно-сульфатный переносного типа и медно-сульфатный соединительного типа. Кроме того, необходим мультиметр цифрового типа и гибкий провод с хорошей изоляцией длиной не меньше 100м.
Блуждающие токи таят в себе опасность даже при самых незначительных показателях и подразумевают под собой разрушительное воздействие подземных и других коммуникаций. Во избежание подобных ситуаций необходимо осуществлять профилактику по выявлению и последующему устранению данного явления.
Как защитить объект от блуждающих токов?
Блуждающие токи — это разновидность направленного движения частиц, возникающих в земле. Своё название они получили за непредсказуемый маршрут, который может проходить через водопровод, газопровод и другие находящиеся в земле коммуникации. Данные токи также известны как “нулевые”, по причине того, что их жизнь протекает в незаземленных металлических конструкциях.
Они появляются при наличии короткого замыкания в электрических сетях, а также из-за образования разности потенциалов между находящимися в земле элементами. Источником блуждающих токов может служить сама земля, используемая в качестве токопроводящей среды, нарушенная изоляция проводов или радиосигналы от телевизионных вышек.
Опасность данного явления заключается в возникновении коррозии на металлических конструкциях, полностью или частично находящихся в земле: фундаменте, рельсах, трубах и пр. Коррозия возникает в местах постоянно подверженных воздействию токов, что ведет к разрушению арматуры фундамента, используемого в качестве заземлителя.
Пример коррозии на металлических трубах
Чтобы обезопасить объект от блуждающих токов, необходимо выполнять следующие меры по его защите:
- Во-первых, установить заземление. Заземляющее устройство состоит из двух частей: заземлителя (проводящей части) и заземляющего проводника. Заземлитель представляет собой неразрывную схему из омедненных штырей, которые устанавливаются в землю, а заземляющий проводник выступает в роли соединителя между проводящим ток объектом и заземлителями, уводящими данный ток в землю. Количество глубинных заземлителей и способ их соединения подбираются на основе предварительных расчетов. Проектировщики берут во внимание такие параметры: размеры здания, специфика оборудования, класс безопасности и т.д. При возникновении источника утечки тока работающее защитное заземление позволит снизить опасное напряжение, выровняв разность потенциалов за счет отвода тока в токопроводящую среду.
- Во-вторых, проводить периодическую проверку заземляющего устройства. Данное мероприятие сводится к двум этапам: измерению сопротивления заземляющего устройства и проверке внешнего состояния одного из заземлителей.
- В-третьих, когда проблема блуждающих токов уже существует, необходимо тщательно обследовать объект, найти и устранить их источник. Если никаких повреждений на объекте потребителя нет, а блуждающие токи всё равно присутствуют, нужно учесть, что причиной их существования могут быть водопровод и газопровод. Поэтому все металлические коммуникации также следует объединять в основную систему уравнивания потенциалов.
Подведем итоги: только комплексная защита и регулярная модернизация помогут справиться с нежелательными последствиями. Подходите внимательно к вопросу о выборе установки защитного заземления, а также к материалам, из которых оно выполнено. Заземление ZANDZ изготовлено из коррозиестойкого материала по особой технологии. На металлический стержень нанесено однородное медное покрытие, толщина которого гарантирует отсутствие трещин, сколов и различного расслоения. Данная особенность обеспечивает срок службы до 100 лет и защищает от вреда коррозии.
У вас остались вопросы? Получите бесплатную консультацию по заземлению и молниезащите прямо сейчас в нашем Техническом Центре!
- Заземление.Что это такое и как его сделать?
- Система уравнивания потенциалов
- Почему омедненные заземлители служат дольше обычной черной стали?
- Проектировщикам заземления и молниезащиты