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.
Общие сведения
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.
Возможные опасности
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 от блуждающих токов
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.
