Меню

Вихревые токи в трубах

Блуждающие токи и защита водопроводных труб от коррозии

Блуждающие токи что это такое

Возникновение тока в проводнике обусловлено разностью потенциалов на его концах. Блуждающие токи возникают, когда токопроводящей средой становится земля. Это явление оказывает разрушающее влияние на металлические предметы, находящиеся в земле или имеющие с ней точки соприкосновения.

Причины появления утечки

Появление блуждающих токов происходит из-за плохой изоляции в системах электропроводки, обрывов проводов линий электропередач, недостаточной изоляции рельсов трамвайных путей и железных дорог. Блуждающие токи в водопроводных трубах вызывают электрохимическую коррозию и ускоряют их разрушение. Коррозии подвергаются и проложенные в земле металлоконструкции и кабели.

В многоквартирных домах блуждающие токи появляются из-за утечек в системах электроснабжения. Это ускоряет коррозию труб в несколько раз по сравнению с проектной. Природа блуждающих токов в том, что потенциалы заземлённых конструкций различны. Причинами появления токов утечки могут быть:

  • Неправильная эксплуатация электрических сетей, применение водопроводных и отопительных труб вместо нулевого проводника.
  • Не соответствующее требованиям безопасности подключение бытовых приборов: стерилизаторов, стиральных машин, посудомоек, при котором система электроснабжения дома оказывается связанной с трубами водоснабжения и отопления.
  • Повреждения изоляции проводников в процессе эксплуатации.

Защита от блуждающих токов

Неправильные подключения в 3-проводниковых схемах, где, кроме фазного и нулевого рабочего проводников, имеется ещё нулевой защитный, приводит к растеканию тока по металлоконструкциям. Следует избегать ошибок подключения. Не подключать в одно место нулевой рабочий и нулевой защитный проводники, не использовать защитный вместо рабочего. Кроме коррозии, это может вызвать электротравмы у людей.

Возникновение блуждающих токов может вызываться заменой металлических труб на пластиковые. Сами пластиковые трубы коррозии не подвержены, но металлическая арматура в квартирах, такая как полотенцесушители и смесители может ржаветь. Объясняется это тем, что когда все трубы были металлическими, в подвалах их заземляли специальными контурами.

Пластиковые трубы нарушают целостность заземлённого контура, а вода, которая является проводником, проводит ток по трубам. Внутри труб создаётся довольно высокое напряжение, и это опасно. Бывали случаи поражения в ванной током даже с напряжением всего 4 В. Опасен ток, а не напряжение.

Защита от электрокоррозии

Наиболее распространённый метод защиты от блуждающих токов — это заземление всех электроприборов, газовых и водопроводных труб, имеющихся в доме. Разность потенциалов вызывает появление тока, перетекающего из областей с высоким потенциалом к областям с низким. Заземление выравнивает потенциалы, и возможность утечек исключается.

Под землёй проходит большое количество трубопроводов и кабелей, которые нуждаются в антикоррозионной защите. Для защиты магистральных трубопроводов применяются следующие методы:

  • Метод катодной защиты. Он основан на формировании с помощью катодных станций на подземных сооружениях потенциалов, увеличивающих сопротивление блуждающему току.
  • Создание диэлектрической изоляции.
  • Возможно увеличивать продольное сопротивление трубопроводов, используя врезку изоляционных муфт.
  • Замена металлических труб на пластмассовые.

Блуждающие токи на заправках

Блуждающие токи в водопроводных трубах

На заправках появление блуждающих токов наиболее опасно. Там следует предотвратить малейшую возможность возникновения искры. Для защиты используется заземляющий контур и тщательное заземление всех металлических частей. Следует опасаться и статического электричества, источником которого может явиться водитель. Блуждающие токи на теле могут образоваться в результате трения о синтетические покрытия внутри машины. Этого иногда бывает достаточно, чтобы воспламенился пистолет. Нужно при выходе из машины выровнять потенциалы, взявшись одной рукой за машину, а другой за бензоколонку.

Статическое электричество накапливается не только на одежде. Опасным может быть мобильный телефон и включённый двигатель. Не рекомендуется держать топливо в пластмассовых канистрах. Трение бензина о поверхность пластика тоже создаёт статическое электричество. Это может вызвать искру при попытке залить бензин в бензобак. Лучше использовать для перевозки бензина железные канистры.

Блуждающие токи опасны. Они вызывают коррозию и выход из строя подземных коммуникаций. В многоквартирных домах они выводят из строя раньше срока инженерное оборудование, разрушают водопроводные трубы и системы отопления. В некоторых случаях они даже представляют угрозу для жизни людей. Необходимо бороться с этим явлением, не нарушать правил техники безопасности при проведении любых электротехнических работ и следить за тем, чтобы все приборы были правильно подключены и заземлены.

Фотография Дмитрия Викторовича

Локтев Дмитрий

Источник

Что такое вихревые токи и какие меры принимают для их уменьшения

Что такое вихревые токи и почему их еще называют токами Фуко? Причины возникновения данного явления и способы применения.

В электричестве есть целый ряд явлений, которые нужно знать специалистам. Хоть и не вся информация может пригодиться в повседневной практике, но иногда поможет понять причину какой либо проблемы. Вихревые токи послужили причиной становления некоторых технологических ухищрений при изготовлении электрических машин и даже стали основой для принципа работы некоторых изобретений. Давайте разберемся, что такое вихревые токи Фуко и как они возникают. Содержание:

  • Краткое определение
  • История открытия
  • Вред от вихревых токов
  • Как снизить потери
  • Применение на практике

Краткое определение

Вихревые токи — это токи, которые протекают в проводниках под воздействием на них переменного магнитного поля. Не обязательно поле должно изменяться, может и тело двигаться в магнитном поле, все равно в нем начнёт течь ток.

Нельзя найти реальную траекторию движения токов для их учёта, ток протекает там, где находит путь с наименьшим сопротивлением. Вихревые токи всегда протекают по замкнутому контуру. Основные условия для его возникновения — нахождение предмета в переменном магнитном поле или его перемещение относительно поля.

История открытия

В 1824 году учёный Д.Ф. Араго проводил эксперимент. Он на одной оси смонтировал медный диск, над ним расположил магнитную стрелку. При вращении магнитной стрелки диск начинал двигаться. Так впервые наблюдали явление вихревых токов. Диск начинал вращаться из-за того, что из-за протекания токов появлялось магнитное поле, которое взаимодействовало со стрелкой. Это назвали, тогда как явление Араго.

Читайте также:  Механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения какая

Спустя пару лет М. Фарадей, открывший закон электромагнитной индукции, объяснял это явление таким образом: подвижное магнитное поле наводит в диске ток (как в замкнутом контуре) и он взаимодействует с полем стрелки.

Почему второе название — это токи Фуко? Потому что физик Фуко подробно исследовал явление вихревых токов. В ходе своих исследований он сделал великое открытие. Оно заключалось в том, что тела под воздействием вихревых токов нагреваются. С теорией разобрались, теперь мы расскажем о том, где применяются токи Фуко и какие вызывают проблемы.

На видео ниже предоставлено более подробное определение данного явления:

Вред от вихревых токов

Если вы рассматривали конструкцию сетевого трансформатора 50 Гц, наверняка обратили внимание, что его сердечник набран из тонких листов, хотя может показаться что проще было сделать цельную литую конструкцию.

Дело в том, что так борются с вихревыми токами. Фуко установил нагрев тел, в которых они протекают. Так как работа трансформатора и основана на принципах взаимодействия переменных магнитных полей, то вихревые токи неизбежны.

Любой нагрев тел – это выделение энергии в виде тепла. В таком случае будут возникать потери в сердечнике. Чем это опасно? В электроустановке сильный нагрев приводит к разрушению изоляции обмоток и выходу из строя машины. Вихревые токи зависят от магнитных свойств сердечника.

Как снизить потери

Потери энергии в магнитопроводе не приносят пользы, тогда как с ними бороться? Чтобы снизить их величину сердечник набирают из тонких пластин электротехнической стали — это своеобразные меры профилактики для снижения паразитных токов. Такие потери описывает формула, по которой можно произвести расчет:

Как известно: чем меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление, а чем больше его сопротивление, тем меньше ток. Пластины изолируют друг от друга окалиной или слоем лака. Сердечники крупных трансформаторов стягиваются изолированной шпилькой. Так снижают потери сердечника, т.е. это и есть основные способы уменьшения токов Фуко.

Какие последствия от влияния этого явления? Магнитное поле, возникающее из-за протекания токов Фуко ослабляет поле, из-за которого они возникли. То есть вихревые токи уменьшают силу электромагнитов. То же самое касается и конструкции деталей электродвигателей и генератора: ротора и статора.

Применение на практике

Теперь о полезных сферах применения токов Фуко. Огромный вклад был внесен в металлургию изобретением индукционных сталеплавильных печей. Они устроены таким образом, что расплавляемую массу металла помещают внутри катушки, через которую протекает ток высокой частоты. Его магнитное поле наводит большие токи внутри металла до его полного плавления.

Примечание автора! Развитие индукционных печей значительно повысило экологичность производства металла и изменило представление о методах плавки. Я работаю на металлургическом комбинате, где десять лет назад запустили новый высокотехнологичный цех с такими установками, а спустя несколько лет после освоения нового оборудования был закрыт классический мартен. Это говорит о продуктивности такого способа нагрева металлов. Также используются вихревые токи для поверхностной закалки металла.

Наглядное применение на практике:

Кроме металлургии они используются на производстве электровакуумных приборов. Проблемой является полное удаление газов перед герметизацией колбы. С помощью токов Фуко электроды лампы разогревают до высоких температур, таким способом деактивируя газ.

В быту вы можете встретить кухонные индукционные плиты, на которых готовят пищу, благодаря как раз применению данного явления. Как видите, вихревые токи имеют свои плюсы и минусы.

Токи Фуко несут и пользу, и вред. В некоторых случаях их влияние влечёт за собой не электрические проблемы. Например, трубопровод, проложенный около кабельных линий, быстрее сгнивает без видимых сторонних причин. В то же время устройства индукционного нагрева довольно показали себя с хорошей стороны, тем более такой прибор для бытового использования можно собрать самому. Надеемся, теперь вы знаете, что такое вихревые токи Фуко, а также какое применение нашлось им на производстве и в быту.

Материалы по теме:

  • Как сделать индукционный котел своими руками
  • Зависимость сопротивления проводника от температуры
  • Правило буравчика простыми словами


Источник

К вопросу о «блуждающих токах» и медных трубах

К вопросу о «блуждающих токах» и медных трубах

К нам поступают вопросы о возможной коррозии медных труб при наличии в системе «блуждающих» токов.Специалисты сразу поправят, что речь идет, наверняка, о токах утечки: «блуждающие токи» блуждают в земле. Однако путаница в терминологии свидетельствует о том, что те, кто распространяет сведения о «блуждающих токах» явно не в теме

Итак, в связи с протеканием через металлические трубопроводы электрического тока, каково бы ни было его происхождение, существует некий потенциал для электрохимической коррозии. Применительно к трубопроводам стальным такой потенциал развивается вне зависимости от характера тока.

Медные трубы особые. Медным трубам не страшен ток переменный. Электрохимическая коррозия может возникнуть в медных трубопроводах при приложении постоянного тока, причем определенной полярности — тонкая защитная пленка, образующаяся на внутренней поверхности трубопровода в результате эксплуатации имеет выраженные полупроводниковые свойства, т.е. пропускает электрический ток лишь в одном направлении. Как правило в бытовых электроустановках постоянного тока нет.

Другим потенциальным сценарием может быть ситуация, когда к трубопроводу приложен переменный ток (более вероятная ситуация), который не симметричен в положительном и отрицательном полупериодах в течение длительного времени, и величина фазового сдвига переменного тока достигает 2%. Это считается достаточным для возникновения внешней коррозии трубы при условии, что полярность постоянной составляющей будет соответствующей (см. ранее – электрохимическая коррозия при приложения постоянного тока зависит от полярности) . Если источник постоянного тока заземлен на трубопроводную систему, то коррозию следует ожидать в точке, где ток выходит из трубы.

Читайте также:  Включение зарядного тока трансформатора разъединителем

Сказав все это, следует задаться вопросом : «А как вообще электрический ток может попасть в трубопроводы?» Пути два. Первый – заземление потребителей электрического тока на трубопроводные системы.. Это не рекомендуемое действие, отчего в СП 40-108-2004 впрямую указано, что медные системы не должны выполнять роль основного проводника заземления. Причем опасность коррозии здесь стоит у нормотворца на втором месте. На первом – риск поражения человека электрическим током, скажем, при рассоединении трубопровода во время ремонта…. . Все это относится и к другим металлическим трубопроводам. Вторым путем для тока является система уравнивания потенциалов, посредством которой ток может попасть и в медные трубопроводы. Природа таких токов аналогична – неисправности оборудования-потребителя электрического тока, реже – неисправности самой системы заземления, зануления и уравнивания потенциалов. Должно быть исправлено. Все просто.

Таким образом, при содержании электроустановки в порядке, в первую очередь во имя защиты жизни и здоровья человека, риска электрохимической коррозии медных трубопроводов в результате воздействия токов утечки не существует. Ужасных же сценариев того, что может произойти при эксплуатации электроустановки с нарушениями слишком много, и самая главная опасность здесь это угроза жизни и здоровью человека, т.е. достаточная мотивация для того, чтобы привести такую. электроустановку в порядок.

В целом в тех установках, где применяется уже даже и не современная система заземления TN-C-S и/или установлены дифференциальные автоматы защитного отключения (УЗО), реагирующие на токи утечки силой до 30 миллиампер, о риске коррозии медных трубопроводов можно и не вспоминать.

Источник



Что такое блуждающие токи и как от них избавиться?

Последние 10-20 лет во многих мегаполисах наблюдается резкое снижение срока службы подземных металлических сооружений (трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, системы отопления и т.д.). После проведения ряда экспертиз было установлено, что основная причина разрушения металла — электрохимическая коррозия, которую вызывают блуждающие токи. Из данной статьи Вы узнаете о природе этого явления, а также получите представление о способах защиты подземных сооружений и инженерных коммуникаций от гальванической коррозии.

Что такое блуждающий ток?

Как известно, земля является проводником электрического тока, что позволяет применять это свойство для создания заземляющих устройств. Но в тоже время, когда почва выступает в качестве токопроводящей среды, в ней образуются утечки. Поскольку нельзя спрогнозировать в какое время начнется процесс, и где он будет протекать, то такие проявления получили термин «блуждающие».

Причины и источники возникновения

Как мы помним из школьного курса физики, для образования электрического тока необходимо, чтобы возникла разность потенциалов между двумя участками цепи. Принцип возникновения блуждающих токов – аналогичный. Только роль проводника в данном случае исполняет земля.

На территории современных городов и населенных пунктов находится множество электрифицированных объектов, начиная от ЛЭП и заканчивая рельсовым транспортом, включая оборудование тяговых подстанций. Их объединяет один фактор – расположение на земле. Это приводит к довольно специфичному взаимодействию с последней, проявляющемуся в виде появления блуждающих токов. Ниже представлена таблица, которой приводятся их потенциальные источники и условия образования электросвязи связи с почвой.

Таблица 1. Потенциальные источники.

Название объекта Взаимосвязь с землей
Различные виды распределительных устройств, оборудование подстанций, ВЛ с нулевым проводником (глухозаземленная нейтраль), подключенным к повторным заземлителям. При наличии на объекте ЗУ.
ВЛ сетей с изолированной нейтралью, кабельные магистрали. Возникает при повреждении изоляционного покрытия токонесущих элементов кабелей.
Рельсовый электротранспорт, системы с заземленной нейтралью. Наличие технологической связи между одним из проводников и землей.

Механизм образования блуждающих токов

В таблице мы привели в качестве примера несколько источников, теперь рассмотрим подробно, как в них образуется интересующий нас процесс. Как уже упоминалось выше, чтобы он появился, между двумя точками на земле должно произойти возникновение разности потенциалов. Такие условия создаются контурами ЗУ систем с глухоизолированной нейтралью.

Нулевой провод (PEN) одним концом соединен с ЗУ электроподстанции, а вторым подключен к шине PEN потребителя, которая соединена с заземляющим устройством объекта. Соответственно, разница электрических потенциалов между выводами нулевого проводника будет передаваться ЗУ, что создаст условия для образования цепи. Величина утечки будет незначительной, поскольку основная нагрузка пойдет по пути наименьшего сопротивления (нулевому проводнику), но, тем не менее, часть ее пойдет по земле.

Образование блуждающих токов между ЗУ нулевого провода

Образование блуждающих токов между ЗУ нулевого провода

Практически аналогичные условия образуются, когда возникают проблемы с изоляцией проводов (разрушение оболочек) кабельных магистралей или ВЛ. При возникновении КЗ на землю, в этой точке потенциал равный или близкий к фазе. Это вызывает образование тока утечки к ближайшему ЗУ с потенциалом PEN-провода.

В приведенном примере о постоянной утечке переменных токов речь не идет, поскольку согласно действующим нормам на поиск и устранение повреждения отводится два часа. При этом, в большинстве случаев, отключение поврежденной линии или локализация участка с КЗ производится автоматически. Процесс может существенно затянуться, если сила тока КЗ ниже аварийного порога.

Как показывает практика, наибольшая доля источников токов постоянной утечки приходится на городской и пригородный рельсовый электротранспорт. Механизм их образования продемонстрирован ниже.

Рельсовый электротранспорт в качестве источника блуждающих токов

Рельсовый электротранспорт в качестве источника блуждающих токов

Обозначения:

  1. Контактный провод, от которого получает питание силовая установка электротранспорта.
  2. Питающий фидер (подключен к контактному проводу).
  3. Одна из тяговых подстанций, питающая сети трамваев.
  4. Дренажный фидер (подключен к рельсам).
  5. Рельсы.
  6. Трубопровод на пути прохождения блуждающих токов.
  7. Анодная зона (положительные потенциалы).
  8. Катодная зона (отрицательные потенциалы).

Как видно из рисунка, постоянное напряжение в тяговую сеть поступает с подстанции и по рельсам возвращается обратно. При недостаточном сопротивлении рельсовых путей относительно земли, в грунте возникают электрические блуждающие токи. Если на пути распространения утечки блуждающих токов находится трубопровод или другая металлическая конструкция, то она становится проводником электричества.

Читайте также:  Надо поверять трансформаторы тока

Это связано с тем, что ток распространяется по пути наименьшего сопротивления. Соответственно, как только появляется проводник, ток будет распространяться по металлу, поскольку его электрическое сопротивление меньше, чем у земли. В результате участок трубопровода, через который проходит электроток, будет в большей степени подвержен коррозии металла. О причинах этого рассказано ниже.

Связь блуждающего тока и коррозии на металле

Ввиду наличия в земле воды и растворенных в ней солей любая металлическая конструкция в почве подвержена коррозии. Но если металл помимо этого подвергается воздействию блуждающих токов, то процесс приобретает электролитическую природу. Согласно закону Фарадея скорость электрохимической реакции напрямую зависит от тока, протекающего между анодом и катодом. Следовательно, на скорость коррозии металлической трубы (уложенной в грунте) будет влиять электрическое сопротивление почвы, а также сложная природа процессов, протекающих в катодной и анодной зоне.

В результате металлическая конструкция помимо обычной коррозии подвергается воздействию токов утечки. Это может стать причиной образования гальванической пары, что существенно ускорит процесс коррозии. На практике отмечались случаи, когда участок трубопровода системы водоснабжения, подвергавшийся гальванической коррозии выходил из строя через два года, при расчетном сроке эксплуатации 20 лет. Пример такого воздействия представлен ниже.

Труба после воздействия блуждающих токов

Труба после воздействия блуждающих токов

Способы защиты от блуждающих токов

Для предотвращения пагубного воздействия электрохимического потенциала применяются методы защиты, которые могут отличаться в зависимости от особенностей металлических конструкций. Рассмотрим в качестве примера способы защиты водопроводных труб, полотенцесушителей и газопроводов, начнем в порядке данной очередности.

Видео про различные защиты от блуждающих токов

Защита водопроводных труб

Для проложенных в земле металлоконструкций, в частности водопроводных труб, применяются две методики защиты: пассивная и активная. Подробно опишем каждую из них.

Пассивная защита

Данная методика предусматривает нанесение на поверхность металлоконструкций специального изолирующего слоя, образующего защитный барьер между землей и металлической оболочкой. В качестве изоляционного материала используются полимеры, различные виды эпоксидных смол, битумное покрытие и т.д.

Пример защитного покрытия трубы для подземной укладки

Пример защитного покрытия трубы для подземной укладки

К сожалению, современная технология не позволяет создать защитный барьер, обеспечивающий полную изоляцию. Любое покрытие обладает определенной диффузионной проницаемостью, поэтому при данном способе возможна только частичная изоляция от грунта. Помимо этого следует учитывать, что в процессе транспортировки и монтажа может быть нанесено повреждение защитному слою. В результате на нем образуются различные дефекты изоляции в виде микротрещин, царапин, вмятин и сквозных повреждений.

Поскольку рассмотренный метод не обладает достаточной эффективностью, он применяется в качестве дополнения активной защиты, о которой пойдет речь далее.

Активная защита

Под данным термином подразумевается управление механизмами электрохимических процессов, которые протекают в местах контакта металлических конструкций с образующимся в грунте электролитом. Для этой цели применяется катодная поляризация, при которой отрицательный потенциал смещает естественный.

Реализовать такую защиту можно гальваническим методом или используя источник постоянного тока. В первом случае применяется эффект гальванической пары, в которой анод, подвергается разрушению (жертвенный анод), защищая при этом металлоконструкцию, у которой потенциал несколько ниже (см. 1 на рис.5). Описанный способ эффективен для грунтов с низким сопротивлением (не более 50,0 Ом*м), при более низком уровне проводимости данный метод не применяется.

Применение источника постоянного тока в катодной защите позволяет не зависеть от сопротивления грунта. Как правило, источник изготовлен на базе преобразователя, запитанного от электрической цепи переменного тока. Конструктивное исполнение источника позволяет задать уровень защитных токов в соответствии со сложившимися условиями.

Варианты реализации катодной защиты

Рисунок 5. Варианты реализации катодной защиты

Обозначения:

  1. Применение жертвенного анода.
  2. Метод поляризации.
  3. Проложенная в земле металлоконструкция.
  4. Закладка в грунте жертвенного анода.
  5. Источник постоянного тока.
  6. Подключение к источнику малорастворимого анода.

Защита полотенцесушителей

Полотенцесушителям и другим оконечным металлическим устройствам на водопроводных трубах (смесителям) коррозия, вызванная блуждающими токами, не угрожала до тех пор, пока в быту не стали широко применяться пластиковые трубы. Даже, если в Вашем стояке установлены металлические трубы, не факт, что у соседа снизу они не пластиковые, да и для отводов в ванную и кухню наверняка используется пластик.

Чтобы обеспечить защиту от аварийных утечек тока и не допустить электрокоррозии, необходимо выровнять потенциалы, заземлив полотенцесушитель, водопроводные трубы в стояке, а также батарею отопления.

Защита газопроводов

Защита подземных газопроводов от блуждающих токов, которые вызывают коррозию, осуществляется точно так же, как и для водопроводных труб. То есть применяется один из двух вариантов активной катодной защиты, принцип работы которой рассматривался выше.

Как измерить блуждающие токи?

Для оценки опасности от токов утечки производится комплекс измерительных работ, куда входит:

  • Измерение уровня тока и направление его движения по оболочкам кабелей магистральной линии.
  • Измерение разности потенциалов между контактных рельсов (рельсовой сетью) и проложенными в земле металлическими конструкциями.
  • Измерение изоляции рельсов от грунта на контрольных участках рельсового полотна.
  • Оценка плотности тока утечки с оболочки кабельных линий в грунт.

Измерения величины блуждающих токов производятся специальными приборами. При этом выбирается время, на которое приходится максимальный трафик рельсового электротранспорта.

Набор инструментов для измерения блуждающих токов

Набор инструментов для измерения блуждающих токов

Процесс измерения блуждающих токов выполняется в трансформаторных и тяговых подстанциях расположенных рядом с рельсовыми путями. При этом один из электродов, подключенных к измерительному прибору, соединяют с ЗУ, а второй, втыкается в землю в 10-и метрах от тяговой подстанции. Если между потенциалами на электродах появляется разность, она фиксируется прибором.

Рекомендуем также почитать:

Источник