Kde se vyskytují bludné proudy?

Afanasyev, I.P. Bludné proudy a způsoby jejich boje v napájecích systémech železnic / I.P. — Text: bezprostřední // Mladý vědec. — 2022. — č. 5 (400). — S. 20-23. — URL: https://moluch.ru/archive/400/88461/ (datum přístupu: 28.12.2024/XNUMX/XNUMX).

Článek pojednává o příčinách a metodách boje proti bludným proudům v trakčním napájení.

Klíčová slova: doprava, elektrické sítě, bludné proudy, koroze, trakční síť.

V současné době, s rostoucí úrovní urbanizace ve většině moderních zemí, se velká města stávají prostornějšími a hustě osídlenými. Úkol přepravit rostoucí počet cestujících uvnitř i vně velkoměst přebírá různá městská a příměstská doprava, včetně železnic, metra a tramvají. S růstem měst se však zvyšuje hustota zástavby, zvyšuje se počet různých komunikačních linek a objevují se nové dopravní tepny. Bludné proudy, které se objevují při provozování elektrifikované kolejové dopravy, za těchto podmínek představují vážné nebezpečí jak pro dopravní infrastrukturu, tak pro mnoho přilehlých objektů a budov, jejichž opotřebení a zničení může vést k významným následkům. Bludné proudy jako jev jsou proudy, které vznikají v zemi, když je použita jako vodivé médium. Jsou schopny způsobit korozi kovových předmětů v kontaktu se zemí v bezprostřední blízkosti jejich zdroje. Zdrojem bludných proudů jsou stejnosměrné i střídavé železniční tratě, tramvaje, metro a řada dalších objektů dopravní infrastruktury, umístěných zpravidla v hustě zastavěných městech. Ve vztahu k těmto objektům je podle GOST [1] bludný proud podíl elektrického proudu železničních elektrických kolejových vozidel, který protéká v zemi a v podzemních objektech při použití kolejnic železničních kolejí jako druhého drátu. Průtokový diagram bludných proudů je uveden níže na Obr. 1. Předmětem, kterým protékají bludné proudy, je v tomto případě potrubí. V anodové zóně, tedy v místě, kde bludné proudy vystupují z potrubí, dochází k intenzivnímu „vymývání“ atomů ionizujícího kovu.

Rýže. 1. Schéma výskytu bludných proudů: 1 – EPS, 2 – trakční rozvodna, 3 – trolejový drát, 4 – kolejnice, 5 – zemina, 6 – potrubí, 7 – směr toku proudu, 8 – směr pohybu iontů

V důsledku těchto procesů dochází k procesu elektrochemické koroze v oblastech, kde proudy vycházejí z kolejnic a potrubí. Jedná se o nejběžnější typ koroze a dochází k ní při kontaktu kovu s okolním elektrolyticky vodivým prostředím. Elektrochemická koroze je dle GOST [2] chápána jako interakce kovu s korozním prostředím (roztok elektrolytu), při které dochází k ionizaci atomů kovu a redukci oxidační složky korozního prostředí ve více než jednom úkonu. a jejich rychlosti závisí na potenciálu elektrody. Rychlost destrukce kovů konstrukcí vystavených korozi může dosahovat desítek milimetrů za rok, což je pro kolejovou trať znatelné, ale ne tak kritické poškození kvůli velké tloušťce oceli, ale přesto snižuje její životnost. Mnohem vážněji tímto jevem trpí například různé městské komunikace, potrubí. Vzhledem k relativně malé tloušťce jejich stěn se při dlouhodobém vystavení bludným proudům postupně hroutí, což může vést k jejich rozpadu.

Kvůli tak závažným následkům působení bludných proudů se na železnici používají různá ochranná opatření. Patří mezi ně snížení podélného ohmického odporu kolejové tratě za účelem snížení proudu odbočujícího z kolejí, sací vedení, kterými se část proudu vrací do rozvoden autobusů, obcházení kolejové sítě. Rozšířily se katodové stanice sloužící k vytvoření stejnosměrného elektrického proudu mezi anodovou zemnící elektrodou a podzemní konstrukcí. Katodická ochrana je elektrická ochrana kovových podzemních konstrukcí před korozí půdy způsobenou bludnými proudy, založená na katodické polarizaci konstrukce z vnějšího zdroje (katodové stanice) [3]. Katodická ochrana předpokládá, že chráněný objekt v důsledku působení elektromagnetického pole na něj získá negativní potenciál – změní se na katodu, aby se zabránilo „vymytí“ atomů kovu v anodové zóně.

Antikorozní systémy tohoto typu musí mít vysoce vodivé prostředí. Například při výstavbě podzemních potrubí je takovým médiem zemina. Kontakt elektrod zajišťují prvky z kovů a slitin, které vedou proud. Potenciální rozdíl, který vzniká mezi prostředím a prvkem, který je chráněn před korozí, umožňuje výrazně snížit rychlost koroze kovu.

Vzhledem k velkému počtu objektů podléhajících elektrokorozi, jak v souvislosti s železniční infrastrukturou, tak s kovovými konstrukcemi třetích stran, musí mít použité katodové stanice značný stupeň autonomie a všestrannosti. Příkladem takového zařízení je automatická katodová stanice uvedená v patentu RU 2102532 C1 (IPC: C23 13/22) [4] Palashova V.V. z 1998.01.20.

Jak je uvedeno v tomto technickém návrhu, tento vynález se týká zařízení pro korozní ochranu podzemních a podvodních kovových konstrukcí a lze jej použít nejen pro protikorozní ochranu plynovodů, vodovodních potrubí, komunikačních kabelů, ropovodů, ale také pro korozní ochranu vnější oplechování lodí, balastních nádrží, námořních a říčních bójí, pilířů, mostních podpěr, štětovnic atd.

Rýže. 2. Schéma automatické katodové stanice

Když je regulátor napětí 1 připojen k síti, regulované napětí je přiváděno do snižovacího transformátoru 2, který snižuje a galvanicky izoluje napětí od sítě. Graetzův usměrňovací můstek 3, přijímající galvanicky oddělené redukované a nastavitelné napětí, jej převádí na celovlnné usměrněné a přivádí jej do měřicího prvku, vyrobeného ve formě vyváženého můstku 4, sestávajícího z odporů R ₁ , R ₂ , R ₃ , R ₄ , R _г . Most je vyvážený účinnou katodickou ochranou zahrnující odolnost půdy. Signál z vyváženého můstku 4 je přiveden do srovnávací jednotky 5 pouze v případě, že se vyvážený můstek stane nevyváženým, a to se stane pouze vlivem měření odporu zeminy R. _г bez ohledu na to, čím je způsobena (zemní, atmosférické, tepelné, světelné, podvodní nebo jiné rušivé faktory). Jedno rameno měřícího můstku je zapojeno sériově k anodovému zemnícímu obvodu, druhé paralelně k zátěži (resp. odporu zeminy, spolu se kterým se tvoří vyvážený můstek). Další dvě ramena jsou zapojena do série a obcházejí výstup usměrňovacího můstku, jehož kladná svorka je připojena kabelem k anodovému uzemnění 9 a záporná svorka je připojena k chráněné konstrukci 8.

Signál na výstupu měřícího můstku se ukazuje jako konzistentní s hodnotou odporu zeminy, to znamená, že když se snižuje, signál se zvyšuje a když se zvyšuje, snižuje se. Jakákoli změna zemního odporu v obvodu katodové ochrany, shuntující jedno z ramen měřicího můstku 4, tedy způsobí jeho nevyváženost. Při nesymetrii můstku je signál posílán do srovnávací jednotky 5 přes zesilovač 6, tyristorovou řídicí jednotku 7, která nastaví regulátor 1 napětí do požadovaného režimu.

Jakákoli změna zemního odporu v obvodu katodové ochrany, posunující jedno z ramen vyváženého můstku, tedy způsobí na jeho výstupu signál, který vede ke změně proudu báze, v důsledku čehož odpor zesilovacího změny triody, což způsobí fázový posun řídicích impulsů. S klesajícím odporem půdy se zvyšuje výstupní signál měřicího můstku, zvyšuje se úhel sepnutí tyristorů a zvyšuje se výstupní napětí katodové stanice. A naopak, s nárůstem odporu půdy klesá signál měřicího můstku, klesá úhel spínání tyristorů a klesá výstupní napětí stanice. V závislosti na odporu půdy tedy katodová stanice pracuje v automatickém režimu.

Shrneme-li výše uvedené, můžeme konstatovat, že bludné proudy jsou v současných podmínkách vážným problémem jak pro samotné trakční sítě, tak pro okolní městskou infrastrukturu, potrubí a kabelová vedení. V tomto ohledu jsou systémy ochrany proti tomuto jevu neustále vyvíjeny a zdokonalovány.

1. GOST 32895–2014 „Elektrifikace a napájení železnic“.
2. GOST 5272-68 „Koroze kovů“
3. TsE-518 ze dne 09.10.1997 „Pokyny pro ochranu železničních podzemních staveb před korozí bludnými proudy“
4. Patent RU 2102532 C1 „Automatická katodová stanice“ Palashov V.V., 1998 (IPC: C23 13/22)

Základní pojmy (vygenerováno automaticky): měřicí můstek, proud, vyvážený můstek, katodová ochrana, katodová stanice, automatická katodová stanice, anodová zóna, anodové uzemnění, usměrňovací můstek, korozní prostředí.

Bludné proudy elektrické proudy tekoucí v zemi a v podzemních stavbách při použití pojezdových kolejí jako druhého drátu trakční sítě. Trakční proud protékající po kolejích v nich způsobuje ztrátu napětí a následně vznik rozdílu potenciálů mezi kolejnicemi a zemí. V důsledku chybějící izolace kolejnic od země část trakčních proudů z kolejnic prochází (větví) do země, protéká zeminou a kovovými konstrukcemi v ní umístěnými (kabelová vedení, potrubí, podpěry kontaktních sítí atd.). .), a poté se vrací na kolejnice (odtud název „bludné proudy“) v blízkosti míst připojení záporných napájecích (sacích) kabelů. Velikost bludného proudu je úměrná délce úseku, ztrátě napětí v kolejích a nepřímo úměrná přechodovému odporu mezi kolejnicemi a zemí; činí obvykle několik procent celkového trakčního proudu pro městskou dopravu a až desítky procent pro hlavní železniční dopravu.

Schéma toku proudu v trakční síti (a) a přibližný pohled na diagramy potenciálů (b, c) s kladnou polaritou kontaktní sítě. Diagram toku proudu v trakční síti (a) a přibližný pohled na diagramy potenciálu (b, c) s kladnou polaritou kontaktní sítě. Zjednodušený obrázek toku proudů a rozložení potenciálu (schémata potenciálu) v kolejích a podzemním objektu (SS) je uveden na obrázku. Úsek kolejnic (podzemní konstrukce), kde se proud větví do země, se nazývá anodová zóna. Při kladné polaritě kontaktní sítě je anodická zóna na kolejích vytvořena na části kolejové sítě vzdálené od rozvodny a na rozvodně – v blízkosti míst připojení sacích kabelů ke kolejím. V místech, kde bludný proud vystupuje z rozvodny, dochází k elektrochemické reakci způsobující elektrokorozi kovových částí konstrukce, proto jsou nutná opatření pro snížení bludného proudu a ochranu rozvodny v oblasti anodické zóny. Snížení bludného proudu je dosaženo zvýšením podélné vodivosti závitů kolejnic (snížením elektrického odporu spojů kolejnic, přechodem na průběžnou kolej atd.), jakož i zachováním vysokého přechodového odporu mezi kolejnicemi a zemí ( zajištěno např. položením kolejnic na drcený kámen nebo štěrkový štěrk, instalací izolačních dílů mezi kolejnice a výztuže pražců, izolace kolejnice z uzemněných konstrukcí).

Způsoby ochrany proti korozi bludným proudem se dělí na pasivní a aktivní. Mezi pasivní metody patří nanášení antikorozních nátěrů, zvýšení podélného odporu rozvodny jejím dělením na elektricky odpojené sekce vkládáním speciálních izolačních spojek a přírub apod. Jako aktivní ochrana se nejvíce využívá elektrická drenáž. Ochrana je založena na změně rozložení potenciálu na chráněném objektu; se provádí přímým připojením rozvodny pomocí vodiče (elektrické drenáže) přes rezistor s místem napojení záporného kabelu na kolejovou síť, v důsledku čehož se proudy z konstrukce vracejí na koleje, nikoli přes zem, ale přes drenážní drát. Pro zvýšení účinnosti ochrany je do elektrického drenážního obvodu zaveden usměrňovač, který je napájen z nezávislého zdroje střídavého proudu (zesílená drenáž). Nadměrné záporné potenciály na PS jsou nežádoucí, proto nejpokročilejší je automatizovaná zesílená drenáž, která zajišťuje průběžné sledování změn potenciálu na PS.

Katodická ochrana, na rozdíl od elektrického odvodnění, není spojena s trakčními kolejnicemi; je založena na vzniku potenciálů na rozvodně, negativních vůči zemi, s využitím vnějšího zdroje elektromotorické síly -tzv. katodové stanici. Záporná svorka katodové stanice je připojena k rozvodně a kladná svorka je připojena ke speciálnímu uzemňovacímu vodiči kovové anody; proud z rozvodny teče do anodového zemnicího vodiče, který podléhá destrukci, ze kterého se vrací zemí zpět na kolejnici. Při malých kladných potenciálech na PS lze jejich ochranu provádět chrániči. Hlavním prvkem této ochrany je anodová elektroda (ze zinku, hořčíku, hliníku nebo jejich slitin), připojená přes polovodičovou diodu k PS. Pro stabilizaci provozu jsou chrániče umístěny ve speciální aktivační hmotě, která podporuje rozpouštění korozních produktů a snižuje odolnost proti šíření proudu.

G. P. Dolaberidze

Publikováno 12. října 2023 ve 10:44 (GMT+3). Poslední aktualizace 12. října 2023 ve 10:44 (GMT+3). Kontaktujte redakci