Блуждающие токи
Блуждающими называют электрические токи в земле, образующиеся в результате утечки токов с различных электроэнергетических устройств и линий электропередачи из-за недостаточности или отсутствия изоляции относительно земли или при использовании земли в качестве одной из фаз системы передачи электроэнергии потребителям. Пути распространения блуждающих токов в земле разнообразны (отсюда название). Они протекают не только в земле, но и в металлических частях подземных сооружений. Переменные блуждающие токи (частота 50 Гц) практически безопасны для подземных сооружений. Наибольшую опасность представляют блуждающие токи в системах, работающих на постоянном токе, в частности на рельсовом транспорте, где ходовые рельсы используют в качестве обратного провода в системе тягового электроснабжения, – электрифицированные ж. д., трамвай, метрополитен, электрифицированный карьерный и рудничный рельсовый транспорт. При реальных уровне изоляции рельсов относительно земли и протяженности зон питания от тяговых подстанций в земле может протекать до 10-30% (ж. д.), 1-10% (трамвай), 0,1-0,2% (метрополитен), 40-50% (рудничный транспорт) тока, потребляемого ЭПС. Блуждающие токи в земле могут обнаруживаться на значительном удалении (до десятков километров) от источника их возникновения в зависимости от электропроводности грунта. В сильно увлажненных грунтах эти токи локализуются вблизи их источников, в скальных грунтах – на большом удалении от них.
Блуждающие токи могут представлять опасность для обслуживающего электроустановки персонала и населения (шаговое напряжение и напряжение прикосновения). Наибольшее негативное последствие блуждающих токов в земле – возникновение электрокоррозии (электрохимического разрушения) подземных металлических коммуникаций – кабелей, линий связи, трубопроводов, арматуры железобетонных конструкций и т. п. При утечке тока с металлической поверхности, находящейся в контакте с землей, происходит разрушение (растворение) 9,12 кг стали, 33,8 кг свинца, 2,93 кг алюминия в год.
Защита сооружений от негативных проявлений блуждающих токов может быть обеспечена снижением токов утечки (в т.ч. улучшением изоляции рельсового пути), максимальной надежной изоляцией подземных сооружений от земли, активной защитой: отвод (дренаж) или подавление токов утечки с поверхности подземного сооружения защитным током, создаваемым специальным источником тока (катодная защита). Минимизация токов утечки с тяговой рельсовой сети обеспечивается созданием электрической непрерывности сети от тяговой нагрузки (электроподвижного состава) до тяговой подстанции. С этой целью рельсовый путь оборудуют стыковыми электрическими соединителями; для обеспечения надежного возврата тяговых токов в тяговой рельсовой сети устанавливают поперечные межрельсовые и междупутные электрические соединители.
Суммарное увеличение сопротивления обратной цепи тяговых токов в результате установки рельсовых стыков не должно быть выше 20% сопротивления бесстыкового рельсового пути. При необходимости снижения токов утечки с локальных участков пути (тоннели, станционные и деповские пути) можно применять вентильное секционирование рельсовой сети, что одновременно приводит к уменьшению электрокоррозии рельсов и деталей рельсовых скреплений, особенно в тоннелях. Показатели электрокоррозионной опасности блуждающих токов для сооружений и конструкций железнодорожного транспорта приведены в таблице 1. При выявлении такой опасности для подземных сооружений (кабели, трубопроводы) применяют активные средства защиты (рис. 8.7): поляризованный дренаж, катодную защиту, усиленный дренаж, дренажно-катодную защиту. Тип защиты выбирается по местным условиям в зависимости от потенциалов «сооружение – рельс».
Для железобетонных конструкций (опоры контактной сети, искусственные сооружения и др.) основным методом защиты от электрокоррозии токами утечки является электрическая изоляция заземляемых на рельсы металлических элементов крепления контактной сети от железобетона и его арматуры, для чего применяют изолирующие втулки, прокладки, шайбы и т. п.
Электрическая изоляция обеспечивается нормативным требованием уровня изоляции конструкций от земли равным 104 Ом. При невозможности достижения такого уровня в цепь заземления железобетонных конструкций на рельсы включают искровые или диодные заземлите ли, прерывающие коррозионноопасные токи утечки с рельсов в конструкции (рис. 8.8). В режиме короткого замыкания контактной сети на железобетонную конструкцию искровые промежутки и диодные заземлители на 200 А класса не ниже 20 обеспечивают отвод токов короткого замыкания на рельсы.
