Защита подземных сооружений от блуждающих токов

Блуждающие токи – это токи в земле, ответвляющие от рельсов электрифицированных железных дорог, трамваев, метро и других видов электрифицированного транспорта, работающих на постоянном токе и использующих в качестве обратного провода рельсы. Блуждающие токи возникают также и от других электрических установок постоянного тока, использующих в качестве обратного провода землю (телеграф, установки постоянного тока для питания усилительных пунктов кабельных линий связи).

Блуждающие токи, встречая на своем пути металлические сооружения (кабели, газовые, водопроводные, тепловые и др. трубопроводы), проходят по ним и возвращаются по земле к источнику постоянного тока. Часть металлического подземного сооружения, из которого постоянный электрический ток выходит в землю по направлению к рельсам, является анодом, а часть сооружения, в которую входит блуждающий ток, – катодом.

При прохождении тока во влажной земле происходит электролиз и на проводнике, являющемся анодом, выделяется кислород, который окисляет и разъедает металл (электролитическая коррозия). При питании электроэнергией трамвая и электрифицированных железных дорог обычно положительный полюс источника постоянного тока присоединяется к контактному проводу, а отрицательный полюс – к рельсам (рис. 11.9). Бывают и другие способы включения.

Рис. 11.9. Схема образования опасных коррозионных зон блуждающими токами в земле.

Участок подземного металлического сооружения, в который входят блуждающие токи, называется катодной зоной. В катодной зоне потенциал металлического сооружения относительно земли отрицателен, и сооружение не подвергается электрокоррозии. Участок того же металлического сооружения, в пределах которого блуждающие токи выходят из земли, называется анодной зоной.

Установлено, что блуждающий ток в один ампер, текущий по металлическому сооружению, в течение года разлагает в анодных зонах около 36 кг свинца или около 9 кг железа. Блуждающие токи на некоторых сооружениях достигают иногда 40 а. Наиболее сильной коррозии подвергаются как голые освинцованные, так и бронированные кабели.

Основными средствами борьбы с коррозией блуждающими токами в подземных металлических сооружениях являются электрические меры защиты. К ним относятся электрический дренаж (простой и поляризованный), катодная защита и защита протекторами.

Принцип действия электрического дренажа заключается в том, что блуждающие токи при помощи металлического изолированного проводника отводятся из анодной зоны в рельсовую сеть трамвая или непосредственно на отрицательную шину генератора. Простые дренажи обладают двусторонней проводимостью тока, а поэтому они устанавливаются в устойчивых анодных зонах, т. е. в местах, где потенциал защищаемого сооружения всегда положителен по отношению к рельсам. При этом ток будет поступать из защищаемого сооружения в рельсы трамвая или в отсасывающий фидер, который присоединен к отрицательному полюсу генератора.

При изменении знака потенциала (полярности) на подземном (защищаемом) сооружении ток потечет в обратном направлении, вследствие чего на месте зоны катодной возникает анодная. В таких случаях применяются поляризованные электромагнитные дренажи, которые в отличие от простых обладают односторонней проводимостью тока. Поляризованные электрические дренажи свободно пропускают ток из защищаемого подземного сооружения в рельсы и не пропускают (или значительно ограничивают) ток в обратном направлении. Такие дренажи устанавливаются в анодных и знакопеременных зонах.

Принцип действия катодной защиты заключается в том, что подземные сооружения, имеющие анодные зоны, присоединяются к отрицательному полюсу постороннего источника постоянного тока, у которого положительный полюс заземлен. Источниками тока могут служить выпрямители, питающиеся от сети переменного тока, и аккумуляторы.

При присоединении защищаемого сооружения к протектору, зарываемому вблизи этого сооружения, ток будет стекать в землю, в результате чего подземное сооружение окажется катодом и не будет разрушаться от коррозии.

Кроме того, весьма важной мерой защиты подземных сооружений от электрокоррозии является ограничение сопротивления рельсовой сети. Блуждающие токи зависят от электрического сопротивления рельсовой и отсасывающей сетей, поэтому за состоянием рельсовой сети ведется систематическое наблюдение с тем, чтобы сопротивление сети находилось в соответствии с нормами.

Все подземные металлические сооружения, расположенные вблизи электрифицируемых путей, защищаются от коррозии блуждающими токами противокоррозийными покрытиями или путем укладки их в неметаллические трубы, блоки, каналы, туннели и коллекторы, а в местах интенсивной коррозии – дополнительно катодной защитой.

Опасными, относительно коррозии, блуждающими токами считаются:

а) для кабелей с голыми свинцовыми оболочками – все анодные и знакопеременные зоны независимо от агрессивности окружающего грунта;

б) для бронированных кабелей – анодные и знакопеременные зоны участков, в агрессивных грунтах с удельным сопротивлением их Ом·м, а в малоагрессивных грунтах – участки, в которых среднесуточная плотность тока утечки в землю превышает 0,15 мА/дм².

Стальные подземные трубопроводы защищаются противокоррозионным покрытием.

Кабели с голыми свинцовыми оболочками укладываются в неметаллических трубах, блоках, каналах, туннелях и коллекторах.