Prądy błądzące: przyczyna i ochrona przed nimi
Energia elektryczna jest aktywnie wykorzystywana na każdym kroku. Jednak w niektórych przypadkach jego działanie jest ukryte. Ponieważ gleba jest w stanie przewodzić prąd, pojawia się on za każdym razem, gdy występuje różnica potencjałów. W niektórych sytuacjach prądy błądzące mogą być katastrofalne. Aby tego uniknąć, ważne jest, aby wiedzieć, co to jest prąd błądzący i skuteczne metody ochrony stosowane w takich przypadkach.
Czym są prądy błądzące
Ludzie wykorzystują energię elektryczną do różnych celów:
- Aby stworzyć komfort (ogrzewanie, klimatyzacja).
- Do pracy z informacjami (komputer, smartfon, telewizor).
- Korzystanie ze sprzętu AGD (zmywarka, pralka, odkurzacz).
- Prace domowe (silniki elektryczne).
Powszechne korzystanie z energii elektrycznej stwarza dodatkowe problemy dla ludzi. Jednym z nich jest pojawienie się prądów błądzących. Za każdym razem, gdy elektryczność dostaje się do gleby, stwarza to okazję do ich powstania i ma niszczycielski efekt.
Zwykle w glebie znajduje się wilgoć z rozpuszczonymi w niej substancjami. Jest dobrym dyrygentem. Gdy tylko z jakiegoś powodu na działce powstanie różnica potencjałów, przez ziemię zaczyna płynąć prąd. Trudno przewidzieć jego siłę i kierunek, ponieważ jest przypadkowy.
Jak wiecie z toku fizyki, prąd płynie tam, gdzie opór jest minimalny. Ponieważ w ziemi znajduje się duża liczba metalowych rur o różnym przeznaczeniu, prąd często przepływa przez ich różne sekcje. Może to prowadzić do znacznego zniszczenia rurociągów. Na przykład za rok może nagle uformować się dziura wielkości dłoni nawet w mocnej i wysokiej jakości fajce.
Prądy błądzące są tak nazywane, ponieważ przepływają przez przypadkowe obszary gruntu. Trudno z góry przewidzieć, gdzie dokładnie będzie przebiegać ich droga. Schemat blokowy wygląda tak:
Istnieją różne źródła energii elektrycznej, które mają bezpośredni kontakt z ziemią. Jeśli w bezpośrednim sąsiedztwie znajduje się rurociąg, prąd najpierw przepłynie przez glebę, a następnie przez rurę, a następnie wyjdzie z niej w pewnym momencie. Dalej wzdłuż gleby przejdzie do obiektu o niższym potencjale, zainstalowanego na ziemi.
Należy wziąć pod uwagę, że prąd przechodzi z wyższego na niższy potencjał. W opisywanym schemacie początek i koniec ścieżki to miejsca, w których nastąpił wyciek prądu.
Szczególną uwagę należy zwrócić na obszary, w których prądy błądzące wchodzą i opuszczają rurę. Pierwsza nazywa się anodą, druga katodą. W tych miejscach do procesu korozji dodaje się elektrolityczne działanie prądu.
Należy pamiętać, że sekcja anodowa jest bardziej niebezpieczna dla rury niż katody. Faktem jest, że na nim, z powodu prądu błądzącego, nastąpi przeniesienie cząsteczek metalu do otaczającej gleby. W rezultacie skorupa szybko stanie się cieńsza, a następnie utworzy się dziura.
Praktycznie niemożliwe jest przewidzenie, w którym miejscu powstaje sekcja anodowa. Zależy to zasadniczo od składu chemicznego i wilgotności gleby. W praktyce do zwalczania tego zjawiska stosuje się różne metody o charakterze pasywnym lub aktywnym. Szkodą, jaką niosą prądy błądzące, jest również to, że są to wycieki energii elektrycznej, które czasami mogą osiągać znaczne rozmiary.
O jakich wyciekach prądu mówimy?
W sieciach energetycznych stosuje się przewody fazowe i neutralne. Ten ostatni jest przez wielu uważany za uziemienie, ale w rzeczywistości jest bardziej złożony. Ten przewód nie jest podłączony do ziemi, ale do podstacji zasilającej. Na nim jest ostatecznie podłączony do ziemi. Podłączone są do niego przewody neutralne wszystkich odbiorców podstacji.
Takie uziemienie ma niezerowy potencjał i jest bezpośrednio połączone z ziemią. Może stać się jednym ze źródeł prądów błądzących.
Inną powszechną opcją jest transport elektryczny. Kiedy się porusza, przewód fazowy znajduje się na górze. Pomiędzy nim a szynami w bezpośrednim kontakcie z podłożem powstaje potencjalna różnica. Ta gleba jest kolejnym źródłem prądu dla prądów błądzących.
Jeśli potencjał przewodu neutralnego jest taki sam na całej ścieżce, nie będzie różnicy potencjałów. Gdy tak nie jest, pojawia się prąd błądzący. Na szynach formowane są sekcje anodowe i katodowe. W pierwszym z nich szyny są aktywnie niszczone w wyniku reakcji elektrolitycznych. Niekontrolowane sytuacje te mogą prowadzić do katastrof.
Kable zasilające biegną w ziemi. Posiadają mocną izolację. Jednak z czasem może zacząć się załamywać. W rezultacie przez puste obszary energia trafi do gleby. Czasami kable te mają bardzo wysokie napięcia, które mogą sięgać kilku tysięcy woltów.
Oto najważniejsze rodzaje wycieków. Istnieją jednak również inne opcje.
Wędrujące prądy w życiu codziennym
Zjawisko to ma podobny efekt, ale ma inne przyczyny występowania. W mieszkaniu lub domu prywatnym należy zastosować instalację wodno-kanalizacyjną i ogrzewanie. W rurach i otaczających je ścianach może losowo gromadzić się elektryczność statyczna. Występują tu również prądy błądzące i mogą wystąpić strefy anodowe i katodowe, które prowadzą do zniszczenia rur.
Występowanie takich problemów wynika w niektórych przypadkach z braku uziemienia. W przypadku zastosowania rur metalowo-plastikowych izolują one metalową część instalacji przed kontaktem z gruntem. W takim przypadku elektryczność statyczna nie znika, ale ma destrukcyjny efekt. Należy podjąć odpowiednie środki w celu ochrony przed prądami błądzącymi.
Czasami takie rury pojawiają się u sąsiadów w wyniku przeprowadzonych przez nich napraw. W niektórych przypadkach od samego początku przy wejściu zainstalowano podstopnice metalowo-plastikowe. W tym przypadku powstawanie prądów błądzących jest kwestią czasu. W takich sytuacjach ważne jest, aby wszystkie rury używane w mieszkaniu lub domu prywatnym były uziemione. Jednocześnie połączone są wszystkie dostępne metalowe elementy takich systemów: baterie, podgrzewane wieszaki na ręczniki, krany, miksery i inne. Prądy błądzące - mogą stać się poważnym problemem, jeśli nie zostaną rozwiązane.
Które obiekty są najbardziej zagrożone?
Nie można całkowicie kontrolować powstawania prądów błądzących. Aby uchronić się przed ich oddziaływaniem, należy przede wszystkim zwrócić uwagę na obiekty najbardziej na nie narażone:
- Linie kablowe z metalową osłoną.
- Rurociągi, których ściany wykonane są z metalu. Jeśli rury są wykonane z innych materiałów, prądy błądzące nie będą na nie oddziaływać. Ponadto mówimy o różnych rodzajach takich konstrukcji: wodociągowej, kanalizacyjnej, gazowej.
- Okucia metalowe w budynkach i innych konstrukcjach.
- Trasy transportu elektrycznego. Może to być zelektryfikowana miejska lub kolejowa.
- Podziemny transport elektryczny można wykorzystać np. przy budowie metra.
- Różne konstrukcje całkowicie metalowe. Jednym z przykładów może być zbiornik przeznaczony do przechowywania produktów naftowych.
W rzeczywistości rozważane zagrożenie może zagrażać wszelkim metalowym elementom mającym bezpośredni kontakt z podłożem. Zrozumienie, czym są „prądy błądzące”, pomoże ci zrozumieć, jak uniknąć ich wystąpienia.
Metody ochrony
Do ochrony można zastosować różne metody, które dzielą się na dwie główne odmiany: pasywną i aktywną. W pierwszym przypadku mówimy o niezawodnej izolacji rur od otaczającej gleby. Aby to zrobić, możesz użyć kilku warstw ochrony.
Gdy konieczne jest wykluczenie prądów błądzących w rurach wodociągowych, można zastosować masy bitumiczne, specjalne osłony i taśmy izolacyjne. Prace należy wykonywać ostrożnie, ponieważ mechaniczne uszkodzenia warstwy ochronnej mogą stać się miejscami, w których obiekt jest aktywnie niszczony.
Skutecznym sposobem ochrony jest zastąpienie rur metalowych plastikowymi. Potem przestaną być miejscem, w którym płynie prąd. W rezultacie procesy elektrolityczne niszczące strukturę zostaną zatrzymane.
Aby odizolować szyny od podłoża, kładzie się specjalną ochronę. W rezultacie ścieżki są wyższe niż zwykle. Zwykle do tego celu wykorzystuje się kopce z materiału nieprzewodzącego. Prowadzi to do wzrostu kosztów i nie zawsze jest akceptowalne dla transportu elektrycznego, którego trasa znajduje się w mieście.
Projektując rurociągi, lokalizacje kabli elektrycznych, trasy transportu elektrycznego, starają się je jak najbardziej rozprowadzić na znacznej odległości.
W praktyce rzadko jest możliwe zapewnienie wystarczająco niezawodnej ochrony biernej przed prądami błądzącymi. Dlatego najczęściej stosuje się metody aktywne. Ich zastosowanie wymaga zainstalowania dodatkowych konstrukcji roboczych i wiąże się z dodatkowymi kosztami energii. Działanie takiej ochrony obejmuje zaledwie kilkadziesiąt metrów.
Zasada działania takich metod wiąże się z eliminacją stref anodowych na chronionych obiektach. W takim przypadku niszczący wpływ prądu jest przełączany na specjalne obiekty, których zniszczenie nie zaszkodzi chronionej konstrukcji. W tym celu w odpowiednich miejscach instalowane są stacje ochrony katodowej. Wiedza, czym są prądy błądzące, pozwala zbudować skuteczną ochronę przed nimi.
Koszt ich użytkowania jest znikomy w porównaniu z możliwymi problemami. Dlatego ich stosowanie jest uważane za bardzo korzystne.
W przypadku stosowania stacji katodowych do chronionego obiektu przykładany jest dodatni potencjał. Niedaleko od niego są katody. Dają negatyw. Dzięki redystrybucji energii na dodatkowo zainstalowanych katodach powstają strefy anodowe. Cząsteczki metali będą z nich aktywnie odparowywać, stopniowo czyniąc części bezużytecznymi. W takim przypadku są one natychmiast wymieniane.
Na obiekcie ze względu na prądy błądzące wykluczone jest tworzenie się stref anodowych i nie dochodzi do zniszczenia. Podczas instalowania ochrony ważne jest prawidłowe obliczenie. W przypadku błędu konstrukcja będzie działać w odwrotny sposób – stanie się źródłem zniszczenia chronionego obiektu. Dlatego dla każdego obiektu planowanie należy przeprowadzić z uwzględnieniem jego cech.
Zabezpieczenie przed prądem błądzącym można utworzyć w następujący sposób. Aby to zrobić, musisz zastosować pewien potencjał do chronionego obiektu. W rezultacie zatrzyma się przepływ prądów błądzących.
W celu ochrony można zastosować metodę drenażu elektrycznego. W tym przypadku w miejscu, w którym ma się pojawić strefa anodowa, rura jest połączona przewodem z miejscem, które jest źródłem problemu i wytwarza odpowiedni potencjał. W tym miejscu znika różnica potencjałów, co było przyczyną powstania strefy anodowej.
Metody pomiaru
W celu określenia miejsc, w których najprawdopodobniej powstanie prądy błądzące, należy wykonać pomiary. Uzyskane informacje o prądach błądzących stałych pozwalają na efektywniejsze konstruowanie zabezpieczeń. Pomiary to system miar, który obejmuje następujące elementy:
- Wyznaczanie rezystancji między ziemią a szynami transportu elektrycznego.
- Obliczanie różnicy potencjałów między szynami, po których porusza się transport elektryczny, a rurociągami podziemnymi.
- Szczegółowe badanie możliwego wycieku energii elektrycznej z kabla na całej jego długości.
Dokonując pomiarów na trasach transportu elektrycznego należy wybrać czas największej aktywności. Stosowane przyrządy muszą mieć klasę dokładności co najmniej 1,5.
Podczas układania podziemnych rurociągów pomiary prądów błądzących są przeprowadzane co 1000 m. Jeżeli podobne konstrukcje są zlokalizowane równolegle, pomiary są wykonywane w odstępie 200 m. W takim przypadku wskaźniki są porównywane wzdłuż każdego rurociągu. Dodatkowo mierzona jest różnica potencjałów między nimi.
Wniosek
Powstawanie prądów błądzących prowadzi do przyspieszonego niszczenia konstrukcji metalowych. Aby je chronić, konieczne jest stosowanie złożonych metod ochrony biernej lub czynnej. Należy przeprowadzać regularne pomiary w celu określenia powagi rozważanego problemu.
