Блуждающие токи. Возникновение и защита. Особенности

Так называемые «блуждающие токи» относятся к паразитным явлениям, опасным из-за их разрушающего воздействия на электропроводящие объекты. Они наблюдаются в поверхностном слое и в толще грунта в ситуациях, когда земля используется в качестве дополнительного (обратного) проводника.

Под действием этих токов наблюдается коррозийное разрушение металлических конструкций, располагающихся в земле или имеющих с ней непосредственный контакт. Чаще всего они обнаруживаются в трубах и в других элементах коммуникаций, а также в оболочках проложенных в грунте силовых кабельных линий.

Источники, порождающие блуждающие токи

Место образования блуждающих (неконтролируемых) потоков заряженных частиц чаще всего находится на некотором удалении от зоны их разрушающего воздействия. Частая причина их появления – находящиеся поблизости линии метрополитена, а также трамвайные и железнодорожные пути, по элементам которых паразитные токи стекают во влажный грунт.

Bluzhdaiushchie toki 2

Для перечисленных видов транспортных систем характерно то, что один вывод электропроводов подсоединяется прямо к рельсам или же к отдельному заземляющему контуру. Плюсовой или рабочий провод у них подключается к клемме генератора тяговой подстанции, обеспечивая напряжение, достаточное для приведения двигателя в рабочий режим.

Нередко блуждающие токи появляются и на участках, входящих в состав электрооборудования силовых энергосистем. К последним относятся:

Распределительные подстанции, оснащенные «мощными» заземляющими устройствами.
Отдельные трансформаторы повышенной мощности.
Прокладываемые под землей кабельные линии осветительных сетей.

Перечисленное электрооборудование при правильном монтаже и грамотной эксплуатации не всегда становится источником неконтролируемых потоков заряженных частиц.

Почему появляются блуждающие токи

Наличие источников паразитных потоков не всегда приводит к их проявлению в виде нежелательных и неуправляемых токов. К основным причинам их образования относятся:

Ошибки, допущенные при заземлении оборудования тяговых подстанций.
Неправильный выбор в качестве нулевых проводников проложенных в грунте трубных магистралей.
Нарушения в порядке подключения потребителей, приводящие к образованию разрушительных электрических связей.
Разрушение изоляции кабельных линий или защитной оболочки проводов, используемых в электрооборудовании.

К другим причинам появления блуждающих утечек относят ослабление электрических контактов или «отгорание» имеющихся в системе нулевых проводников. На величину таких токов также влияет наличие или отсутствие в грунте химических реагентов различного типа. Вероятность их появления заметно увеличивается в местах, где грунт насыщен соляными вкраплениями, перегноем или скоплениями шлака и золы. Наличие химически активных сред существенно усиливает разрушающее воздействие блуждающих токов.

Особенности паразитных явлений на распределительных станциях и в силовых линиях

В действующих электрических сетях оптимальными считаются схемы подключения нагрузки, в которых используется не изолированная, а наглухо заземленная нейтраль.

Bluzhdaiushchi tok

При выборе этого варианта защиты нулевой проводник PEN одним концом подключен к ЗУ на распределительной подстанции. Его ответная часть соединяется с заземляющей системой, обустроенной на стороне потребителя.

В этом случае ток нагрузки будет протекать по пути минимального сопротивления (то есть по грунту), так что любое повреждение изоляции вызовет появление блуждающих токов.

Bluzhdaiushchie toki 3

В ситуации, когда неподалеку от этого места на достаточной глубине проложены силовые кабели – с ними начнут происходить нежелательные явления. Чаще всего блуждающие токи проявляются в виде серьезных нарушений в работе, подключенной к линии активной нагрузки.

Способы защиты от блуждающих токов

Один из самых распространенных и простых методов защиты от неконтролируемых потоков заряженных частиц – обустройство электрического барьера, создаваемого на трассе их распространения. В качестве разновидности этого способа нередко выбирается вариант использования прокладки трубопроводов из не проводящих ток материалов. Такие подходы предполагают проведение следующих защитных мероприятий:

Изоляция водопроводных труб и стальных конструкций от действия электрических факторов.
Замена стальных труб их пластиковыми аналогами, не подверженными коррозийному разрушению.
Снижение сопротивления пролетов рельсовых путей за счет тщательного соединения стыков.
Качественная изоляция стальных рельсов от земли.
Использование специально организованной защиты, называемой «катодной».

В последнем случае противодействие нежелательным явлениям заключается в генерации нейтрализующего постоянного тока с противоположным знаком. Каждый из перечисленных методов имеет свои плюсы и минусы и применяется в зависимости от особенностей местных условий.

Изоляция коммуникаций от блуждающих токов и использование пластиковых аналогов

Несмотря на то, что этот способ позволяет несколько ослабить влияние эффекта под названием «блуждающие токи» – у него имеется множество недостатков. Они проявляются в следующем:

При организации барьерной защиты проложенных в земле элементов (труб, в частности) повышается загруженность нулевых проводников в оборудовании подстанций.
Кроме того, увеличивается переходное сопротивление на линейном участке «фаза-ноль».
Оба эти отклонения, как правило, вызывают перекос фаз и последующее за ним отгорание нуля.

Требованиями ПУЭ допускается частичное использование проложенных в земле труб в качестве заземляющих систем и проводников. При этом обязательно выполнение следующего условия: при их изоляции от грунта необходимо тщательно контролировать переходное сопротивление в заземлителях электрических подстанций. Способ замены стальных труб пластиковыми аналогами всем хорош, если не принимать во внимание значительные материальные и трудовые издержки, неизбежные при его реализации.

Снижение переходного сопротивления и повышение качества изоляции

Для реализации этого варианта защиты от блуждающих токов также потребуются значительные затраты времени и сил. Но в этом случае удается избежать трудоемких земляных работ, поскольку основные стыковочные и изоляционные операции проводятся на поверхности грунта.

К существенным недостаткам этого способа относят:

Необходимость постоянного контроля переходного сопротивления, для чего потребуется специальное измерительное оборудование.
Потребность в дополнительном материале, обеспечивающем надежную изоляцию стальных рельсов от грунта.
Открытость мест возможных утечек тока в землю, подвергающихся разрушающему воздействию непогоды.

Избежать всех этих минусов позволяет метод активной защиты, называемый специалистами «катодным».

Катодная защита

В этом случае опасные для стальных конструкций блуждающие токи удается нейтрализовать за счет использования специально обустроенной системы из анодных заземлителей. Для реализации данного варианта защиты потребуется дополнительный источник постоянного тока, который подключается к стальной конструкции по специально разработанной схеме.

Согласно схеме, минусовой контакт питающего устройства подсоединяется напрямую к трубопроводу, защищаемому от блуждающих токов. А его положительный полюс подключается к системе одиночных заземлителей, выполняющих функцию анода.

Bluzhdaiushchie toki 4

При правильной сборке такого комплекса опасное влияние стекающих в землю зарядов компенсируется токами, формируемыми источником питания и направленными во встречном направлении.

Предупредительные и профилактические мероприятия по защите от блуждающих токов

Практикой установлено, что самый эффективный способ устранения какого-либо технического недостатка – предупредительные мероприятия, исключающие возможность его проявления вообще. Грамотная организация и реализация всего комплекса профилактических работ позволит избежать многих неприятностей и издержек, связанных с заменой поврежденных элементов металлоконструкций.

Для достижения этой цели разработаны специальные рекомендации, предписывающие обязательное проведение комплексного обследования составляющих системы электроснабжения. По результатам проведенных профилактических работ выявляются возможные источники образования утечек в землю и принимаются меры по их блокировке.

В качестве предупредительной меры по технической защите коммуникаций, которым угрожают блуждающие токи, на важнейших участках ж/д прогонов электрических линий укладываются рельсы особой конструкции. Одновременно с этим железнодорожные строительные организации осваивают более совершенные технологии укладки рельсов с минимальным количеством стыков. Имеющиеся на этих прогонах контакты обязательно шунтируют медными перемычками с предельно низким сопротивлением и с большим поперечным сечением. На сильно разветвленных ж/д магистралях в целях снижения переходных сопротивлений отдельные участки прокладываются по параллельной схеме.