Блукаючі струми: причина виникнення та захист від них
Електрична енергія активно використовується на кожному кроці. Однак у деяких випадках її дія відбувається приховано. Оскільки грунт здатний проводити струм, він виникає щоразу, коли є різниця потенціалів. У деяких ситуаціях блукаючі струми можуть призводити до руйнівних наслідків. Щоб цього уникнути, важливо знати, що таке блукаючий струм та ефективні методи захисту, які застосовуються в таких випадках.
Що є блукаючими струмами
Люди використовують електроенергію для різних цілей:
- Для створення комфорту (обігрів, застосування кондиціонерів).
- Щоб працювати з інформацією (комп'ютер, смартфон, телевізор).
- Використання побутової техніки (посудомийка, пральна машина, пилосос).
- Виконання господарських робіт (електродвигуни).
Повсюдне використання електрики породжує додаткові проблеми людини. Однією з них є поява блукаючих струмів. Щоразу, коли електрика потрапляє у ґрунт, вона створює можливість їх виникнення і руйнівного впливу.
Зазвичай у грунті є волога з розчиненими у ній речовинами. Вона є добрим провідником. Як тільки на ділянці землі утворюється через ті чи інші причини різниця потенціалів, то через землю починає текти струм. Його силу і напрямок передбачити важко, оскільки він має випадковий характер.
Як відомо з курсу фізики, струм протікає там, де опір мінімальний. Оскільки в землі знаходиться велика кількість металевих труб різного призначення, то струм часто протікає через різні ділянки. Це може призвести до суттєвого руйнування трубопровідних магістралей. Наприклад, за рік може несподівано утворитися дірка розміром із долоню навіть у міцній та якісній трубі.
Блукаючі струми так називаються тому, що вони протікають по випадкових ділянках ґрунту. Важко заздалегідь передбачити, де саме пройде їхній шлях. Схема проходження виглядає так.
Існують різного роду джерела електричної енергії, що безпосередньо контактують з ґрунтом. Якщо в безпосередній близькості є трубопровід, то струм спочатку пройде через ґрунт, потім через трубу і після цього в точці вийде з неї. Далі грунтом він пройде до предмета з меншим потенціалом, встановленому землі.
Потрібно враховувати, що струм проходить від вищого до меншого потенціалу. В описаній схемі початок та закінчення шляху - це місця, де відбулася протікання електроенергії.
Особливу увагу потрібно звернути на ділянки, де блукаючі струми входять у трубу і виходять із неї. Перший називають анодним, другий - катодним. У цих місцях до процесу корозії додається електролітична дія струму.
При цьому потрібно пам'ятати, що анодна ділянка є більш небезпечною для труби порівняно з катодною. Справа в тому, що на ньому через блукаючий струм відбудеться перенесення молекул металу в навколишній грунт. В результаті оболонка швидко стане тоншою, а потім утворюється отвір.
Передбачити, де саме утворюється анодний район, майже неможливо. Це істотно залежить від хімічного складу та вологості ґрунту. Насправді для боротьби з цим явищем застосовуються різні методи пасивного чи активного характеру. Шкода, яку приносять блукаючі струми, полягає також у тому, що вони є витоком електроенергії, які іноді можуть досягати значних розмірів.
Про які витоки електроенергії йдеться
У мережах електроживлення використовуються фазний та нульовий провід. Останній багатьма сприймається як заземлення, але насправді він влаштований складніше. Цей провід з'єднаний не з ґрунтом, а з живильною підстанцією. На ній він зрештою підключається до заземлення. До нього приєднані нульові дроти всіх споживачів підстанції.
Таке заземлення має ненульовий потенціал і безпосередньо з'єднане із ґрунтом. Воно може стати одним із джерел блукаючих струмів.
Інший широко розповсюджений варіант - це електротранспорт. При русі вгорі розташований фазний провід. Різниця потенціалів створюється між ним і рейками, що безпосередньо контактують із землею. Цей ґрунт є ще одним джерелом електроенергії для блукаючих струмів.
Якщо потенціал нульового провідника однаковий протягом усього шляху, то різниця потенціалів не виникне. Коли це не так, виникає блукаючий струм. На рейках утворюються анодні та катодні ділянки. У перших їх активно руйнуються рейки внаслідок електролітичних реакцій. Якщо не контролювати такі ситуації, вони можуть спричинити катастрофи.
У землі проходять кабелі електроживлення. Вони мають потужну ізоляцію. Однак з часом вона може почати руйнуватися. В результаті через оголені ділянки енергія йтиме в ґрунт. Іноді в таких кабелях є дуже висока напруга, яка може досягати кількох тисяч вольт.
Тут розказано про найважливіші види витоків. Однак існують також інші варіанти.
Блукаючи струми в побуті
Це має подібним дією, але має інші причини появи. У квартирі або приватному будинку обов'язково використовується водопровідна система та опалення. Випадковим чином у трубах і навколишніх стінах може накопичуватися статична електрика. Тут також існують блукаючі струми, і можуть виникати анодні та катодні зони, які призводять до руйнування труб.
Виникнення таких проблем пов'язане з відсутністю заземлення у деяких випадках. Якщо використовуються металопластикові труби, то вони ізолюють металеву частину системи від контакту із ґрунтом. При цьому статична електрика не йде, а надає руйнівний вплив. Для захисту від блукаючих струмів необхідно вживати відповідних заходів.
Іноді такі труби з'являються у сусідів внаслідок проведеного ремонту. У деяких випадках у під'їзді від початку встановлено металопластикові стояки. У такому разі утворення блукаючих струмів це питання часу. У таких ситуаціях важливо забезпечити заземлення всіх труб, які використовуються у квартирі чи приватному будинку. При цьому з'єднують усі наявні металеві елементи таких систем: батареї, сушки для рушників, крани, змішувачі та інші. Блукаючі струми це може стати серйозною проблемою, якщо з ними не боротися.
Які об'єкти наражаються на максимальну небезпеку
Повністю контролювати утворення блукаючих струмів неможливо. Для захисту від їх впливу необхідно насамперед звертати увагу на найбільш уразливі для них об'єкти:
- Кабельні лінії мають металеву оболонку.
- Трубопроводи, стінки яких виготовлені з металу. Якщо труби зроблені з інших матеріалів, то блукаючі струми на них не діятимуть. Причому йдеться про різні типи таких конструкцій: водопровідних, каналізаційних, газових.
- Металеві деталі арматури у будівлях та інших конструкціях.
- Шляхи електротранспорту. Він може бути міським чи залізничним електрифікованим.
- Підземний електротранспорт може використовуватися, наприклад, для будівництва метро.
- Різного роду суцільнометалеві конструкції. Одним із прикладів може бути бак, призначений для зберігання нафтопродуктів.
Небезпека, що фактично розглядається, може загрожувати будь-яким металевим елементам, що безпосередньо контактують із землею. Розуміння того, що ж таке «блукаючі струми», допоможе зрозуміти, як уникнути їхньої появи.
Способи захисту
Для захисту можуть застосовуватися різні методи. Їх поділяють на два основні різновиди: пасивні та активні. У першому випадку йдеться про надійну ізоляцію труб від навколишнього ґрунту. Для цього можна використати декілька шарів захисту.
Коли потрібно виключити блукаючи струми у водопровідних трубах, можуть застосовуватись бітумні мастики, спеціальні оболонки, ізоляційні стрічки. Роботи потрібно проводити з обережністю, оскільки механічні пошкодження захисного шару можуть стати місцями, де відбувається активна руйнація об'єкта.
Ефективним способом захисту є заміна металевих труб на пластикові. Після цього вони перестануть бути місцем, де протікає струм. В результаті припиняться електролітичні процеси, що руйнують конструкцію.
Для ізоляції рейок від ґрунту прокладають спеціальний захист. В результаті шляхи розташовуються вище, ніж зазвичай. Зазвичай для цієї мети використовуються насипи з матеріалу, що не проводить електрику. Це призводить до збільшення витрат і не завжди прийнятно для електротранспорту, маршрут якого знаходиться в межах міста.
При проектуванні трубопроводів, розташування електричних кабелів, маршрутів електротранспорту намагаються по можливості рознести їх на значну відстань.
Насправді рідко вдається зробити пасивну захист від блукаючих струмів досить надійної. Тому найбільшого поширення набули активні методи. Їх використання вимагає встановлення додаткових робочих конструкцій та пов'язане з додатковими витратами електроенергії. Дія такого захисту охоплює лише кілька десятків метрів.
Принцип роботи таких методів пов'язаний з ліквідацією анодних зон на об'єктах, що захищаються. При цьому руйнівний вплив струму перемикається на спеціальні об'єкти, руйнування яких не завдасть шкоди конструкції, що захищається. Для цього в необхідних місцях встановлюють станції катодного захисту. Знання того, що таке блукають струми, дозволяє побудувати ефективний захист від них.
Вартість їх використання дуже мала в порівнянні з можливими проблемами. Тому їхнє застосування вважається дуже вигідним.
При використанні катодних станцій подають позитивний потенціал на об'єкт, що захищається. Неподалік від нього мають катоди. Там дають негативний. Внаслідок перерозподілу енергії анодні зони створюються на додатково встановлених катодах. Металеві молекули з них активно випаруються, поступово приводячи деталі в непридатність. У цьому випадку їх одразу замінюють.
На об'єкті через блукаючі струми виключається утворення анодних зон і руйнація не відбувається. При установці захисту важливо правильно розрахувати. При помилці конструкція діятиме протилежним чином - стане джерелом руйнування об'єкта, що захищається. Тому для кожного об'єкта планування необхідно проводити з урахуванням його особливостей.
Захист від блукаючих струмів може бути створений в такий спосіб. Для цього потрібно подати певний потенціал на об'єкт, що захищається. В результаті припиниться протікання через нього блукаючих струмів.
Для захисту можна використовувати електродренажний метод. У цьому випадку в місці, де очікується поява анодної зони, трубу з'єднують провідником з місцем, якою є джерелом проблеми і створює відповідний потенціал. У цьому місці зникає різниця потенціалів, що була причиною утворення анодної зони.
Методи виміру
Для того щоб визначити місця, де найбільш ймовірне утворення блукаючих струмів, необхідно виконувати вимірювання. Отримана інформація про блукаючі постійні струми дозволяє більш ефективно побудувати захисні заходи. Вимірювання є системою заходів, що включає такі елементи:
- Визначення опору між ґрунтом та рейками електротранспорту.
- Обчислення різниці потенціалів між рейками, якими переміщається електротранспорт і підземними трубопроводами.
- Детальне вивчення можливих витоків електроенергії з кабелю протягом усього його довжини.
За виконання вимірів на коліях електротранспорту необхідно вибирати час максимальної активності. Прилади, що використовуються, повинні мати клас точності не менше 1,5.
При прокладанні підземних трубопроводів вимірювання блукаючих струмів проводять через кожні 1000 м. Якщо аналогічні конструкції розташовані паралельно, вимірювання виконують з проміжком 200 м. У цьому випадку проводять порівняння показників уздовж кожного трубопроводу. Додатково проводять вимір різниці потенціалів між ними.
Висновок
Утворення блукаючих струмів призводить до прискореного руйнування металевих конструкцій. Для того щоб їх захистити, необхідно комплексно застосовувати методи пасивного або активного захисту. Необхідно регулярно проводити вимірювання для визначення ступеня небезпеки цієї проблеми.
