Блуждающие токи в водопроводных трубах: как устранить, что это такое, причина возникновения

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

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».

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.

Разрушение металла в зависимости от почвы. Подземная коррозия трубопроводов

Металлические изделия служат нам не только в атмосферных условиях, но часто находятся в земле. Трубопроводы, по которым текут вода, газ, нефть, очень часто делают из металла и прокладывают под землей. Под землей также размещают кабели, по которым подают электрический ток или осуществляют телеграфно-телефонную связь. Почва, как вам известно, представляет собой смесь различных веществ. В ее состав входят минералы и различные органические вещества, являющиеся продуктами гниения. Почвенная вода всегда содержит растворы солей и кислот, т. е. она электролит. Вот почему так тщательно покрывают изоляционными материалами металлические трубы, прежде чем они будут зарыты в почву. Правда, по своим свойствам почва может быть различна. При раскопке трубопроводов в окрестностях Батуми, проложенных в 1878 г., т. е. труб, которые пролежали в почве около ста лет, выяснилась интересная картина. На отдельных участках не осталось и следа от металлических труб, так как они полностью были разрушены. В то же время в тех местах, где трубы проходили по глинистой почве, они полностью сохранились. Вид их был такой, как будто бы они только что были зарыты в землю. Следовательно, в глинистой почве не было доступа к металлу электролитов и кислорода, способствующих разрушению металла. Трубы здесь были изолированы самой почвой. Вот такую же роль играет покрытие труб различного рода смолами. Однако в больших городах такого рода покрытия не всегда сохраняют металл от разрушения. Коварную роль здесь играет электрический ток.

Это интересно: Низкое напряжение в сети – что делать и куда жаловаться

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

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.

Рисунок 5. Варианты реализации катодной защиты

Обозначения:

Применение жертвенного анода.
Метод поляризации.
Проложенная в земле металлоконструкция.
Закладка в грунте жертвенного анода.
Источник постоянного тока.
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.

Описание явления

Блуждающими токами называются те, которые появляются в земле, когда ее используют как токопроводящую среду. Создают коррозию металла, который целиком или частично находится под поверхностью земли, а иногда только соприкасается с земельными наделами. Наблюдаются на трамвайном и железнодорожном пути, электрифицированной дороге. Иногда становятся причиной короткого замыкания и аварийной ситуацией.

Разрушительное явление

Отличаются от обычных стационарных электротоков тем, что они появляются внезапно и в самом непредсказуемом участке. От того, какое они имеют направление, зависит происходящий процесс на объекте, через который начинает протекать электроток. Если объект обладает положительным потенциалом относительно иного объекта, при контакте с ним появляется электроток с коррозией и окислением проводов. Если объект обладает отрицательным потенциалом, то на нем восстанавливаются параметры того вещества, которое находится в жидкости состава среды, где течет электроток.

Обратите внимание! Поскольку химактивность элементов, которые контактируют с жидкой средой или электролитом, не понятна, то сложно предугадать время с местом появления блуждающего типа электротока. В настоящее время его наличие приводит к коррозии объекта с положительным потенциалом

Полное определение

Связь блуждающего тока и коррозии на металле

Труба после воздействия блуждающих токов

Электрохимическая коррозия: как защитить полотенцесушитель?

Каждый хозяин знает, что ремонт в доме и квартире непрерывен. Не всем и не сразу удается учесть все детали и нюансы, да и в процессе ремонта каждый старается как можно быстрее, при этом долговечнее и качественнее все сделать. При это критерий «недорого» также частый путник того, кто начал ремонтные работы. Однако тому, кто уже столкнулся с его последствиями, известно, что дешево и долговечно – понятия антонимы. Потому лучше сразу отдать предпочтение лучшим материалам. Это относится ко всему, включая и полотенцесушитель.

Почему важно правильно использовать полотенцесушитель

Всем известно, что полотенцесушитель отвечает за поддержание комфортного температурного режима, а также за качественное высушивание белья. Значимость этого прибора замечают лишь в те моменты, когда она начинает выходить из строя. К сожалению, такие ситуации не редкость. При этом полотенцесушители могут легко подвергать электрокоррозии и протеканию.

Почему важно правильно использовать полотенцесушитель

Чем опасны протечки и электрокоррозия?

Сперва наперво эти недуги опасны для ваших соседей. Имеется ввиду, что они могут усугубить перепады давления, что может привести к срыву прибора. Думаем, не нужно пояснять в какую копеечку выльется вам эта поломка.

Как защитить полотенцесушитель от всех поломок?

Существуют универсальные метода того, как защитить полотенцесушитель от электрокоррозии и поломок. Сперва вам необходимо выбрать полотенцесушитель, который изготовлен из материалов высокого качества, при этом надежных и долговечных.

Наиболее популярным среди таких материалов является нержавеющая стальмарка AISI 304. Любое изделие с ее использованием прослужит своему хозяину не одно десятилетие. Однако существует нюанс – не обойдется без блуждающих токов, которые запускают процесс электрохимической коррозии и провоцируют образование точек коррозии, увеличивающиеся с ходом времени. При этом они являются причиной образования злосчастных подтеканий.

Как защитить полотенцесушитель от всех поломок

Почему образуются блуждающие токи?

Электрический ток образуется в водной среде за счет ее трения о металлические стенки труб либо же по причине заземления соседом неверно работающего электроприбора, к примеру, стиральной машины старого производства.

Данные факторы позволяют распространиться токам по трубам и перейти в воду, что и приводит внутренней ржавчине полотенцесушителя.

Повышенная жесткость воды также причина неблагоприятной среды для образования токов по причине соприкосновения металлов с различными потенциалами. Кроме того, даже пути трамваев, которые проходят недалеко от труб, могут являться причиной образования тока в воде.

Как исправить это явление?

Производители знают, как частично можно разрешить эту проблему. Выход в заземлении. Но оно так же должно быть грамотно выполнено: заземляется вставка из металла, которая расположена перед полотенцесушителем, но не в коем случае не заземляет корпус.

Как защитить полотенцесушитель от коррозии?

Купить полотенцесушитель рекомендуется тот, который качественно выполнен из материалов, относящихся к высококачественным. Вы также можете подобрать тот дизайн, что будет по душе исключительно вам.

Не рекомендуется в целях экономии устанавливать полотенцесушитель самостоятельным образом – высок риск того, что вы навредите себе и домочадцам. Лучше доверьте монтаж специалистам и в обязательном порядке требуйте от них гарантию работы.

Причины возникновения

Современную жизнь невозможно представить без электрифицированных объектов. Энергопотребление растет с каждым годом, что влечет за собой строительство новых трансформаторных и распределительных подстанций, кабельных и воздушных ЛЭП, внешних контактных сетей для электропоездов и контактных рельсов для метро. Так как земля сама по себе является проводником, а все эти объекты находятся на ее поверхности или под ней, то между ними возникает определенный вид связи.

Для возникновения электрического тока необходима разность потенциалов между двумя точками проводника. То же самое утверждение справедливо и для блуждающих токов, за исключением того, что проводником в этом случае выступает земля. В системе с изолированной нейтралью, разность потенциалов обеспечивается контурами заземления. В случае если нулевой проводник соединен с контуром заземления, его собственное сопротивление, при прохождении заряда по нему, будет причиной падения напряжения. Такой проводник обозначается PEN.

Основание PEN-проводника соединяется с контуром заземления трансформаторной подстанции. На входе к потребителю он соединяется с ЗУ здания. Оба этих ЗУ на противоположных концах кабеля обеспечивают разность потенциалов, которая, в свою очередь, приводит к образованию блуждающего тока между ними.

Сходный процесс наблюдается при повреждении изоляции ЛЭП. Если происходит замыкание на землю, то земля на этом участке становится носителем этого потенциала. Большинство повреждений такого рода устраняется автоматикой. Но это в том случае, если происходит большая утечка. При малых значениях, локализовать и нейтрализовать причину довольно проблематично.

Транспортные средства, работающие на электрической тяге (за исключением автомобилей, которые работают с помощью автономных электродвигателей) являются основной причиной возникновения этого нежелательного явления. Троллейбусы подключаются к электрической сети посредством специальных штанг, которые соединяются с нулевым и фазным проводами и расположены на самом транспортном средстве. Поэтому данный вид транспорта не генерирует большие блуждающие токи.

Питание электропоезда осуществляется несколько по иному принципу. Нулевой проводник подключается к рельсам, а фазный – монтируется над путями. С помощью пантографов, располагающихся на крыше и непосредственно контактирующих с питающим кабелем, осуществляется подача электроэнергии к двигателю.

Питание этих сетей обеспечивают тяговые подстанции, которые располагаются по всему маршруту примерно на одинаковом расстоянии друг от друга. Основной причиной возникновения блуждающих токов в данной системе является искривленность маршрута. Электрический заряд проходит по пути наименьшего сопротивления. Соответственно, если представится возможность «резать углы», то он будет идти по земле, а не по рельсам.

На видео ниже подробно рассматривается, что это за явление и как оно возникает:

Что такое заземление и зачем оно нужно?

Прежде чем приступать к работе, нужно разобраться с теоретической частью вопроса. Что значит само понятие «заземление», действительно ли это так необходимо и почему этот вопрос стоит настолько остро именно в ванной комнате. Эти знания помогут разобраться, нужно ли на самом деле заземлять ванну в квартире.

Объяснение понятия «заземление»

Электрический ток – довольно опасная вещь, особенно при неумелом обращении с ним. Стоит ли упоминать, что в сочетании с водой вполне безобидные электроприборы выходят из-под контроля и становятся смертельно опасными.

Из курса физики знаем, что ток всегда движется по пути наименьшего сопротивления. Задача заземления – сработать так, чтобы даже при неожиданной поломке электроприбора человек, находящийся в этот момент около него, не пострадал.

Земля может выполнять роль нулевого потенциала. Это свойство дает возможность безопасно пользоваться электричеством в быту. «Заземлиться» – значит соединить сеть электропроводки с землей подходящим проводником.

Часто в квартирах довольно сложно произвести такую операцию, особенно в высотных домах. Используют другой метод – зануление.

Это довольно популярный метод, но есть существенный недостаток. Автомат срабатывает не моментально. То есть между теоретическим ударом тока и выбиванием УЗО проходит какое-то время, пусть и считанные доли секунды. Если напряжение высокое, а путь электротока проходит через сердце, даже секунда может стать роковой.

Гораздо безопаснее все-таки заземляться, хоть это и сложнее в плане реализации. Потенциалы в образовавшейся в момент пробоя цепи (между фазой и землей) уравниваются моментально, и человеку ничего не грозит.

Почему нужно заземлять ванну в квартире?

Исходя из вышесказанного, заземление приборов в ванной комнате – это обычная мера безопасности, которая должна производиться по умолчанию. К сожалению, в современных квартирах редко встречается правильное заземление. Не все до конца понимают, что это и зачем оно нужно именно в ванной.

Раньше, когда водопроводные трубы были исключительно металлическими, вопрос заземления не стоял вообще. Все без исключения ванны были так или иначе соединены с трубопроводом, а тот, в свою очередь, уходил под землю, создавая таким образом то самое заземление.

Сейчас от стальных труб отказываются в пользу пластиковых. Даже если у вас все еще стоит металлическая труба, вы не можете быть уверены, что соседи снизу не поменяли свою часть стояка, разорвав таким образом цепь. Поэтому лучше перестраховаться и обезопасить себя и свою семью.

Помимо этого, в те времена, когда строились многие многоквартирные дома, электроприборов в ванной практически не было. Даже элементарная розетка была редкостью.

Сейчас же в среднестатистической ванне можно насчитать около 5 постоянно действующих электроприборов:

электрический водонагреватель;
стиральная машина;
полотенцесушитель;
фен;
электробритва.

Любой из этих и других приборов может стать причиной возникновения напряжения на его корпусе. Последствия могут быть плачевными. Лучше не пренебрегать устройством заземления еще до возникновения опасных ситуаций.

Особенности заземления ванн из разных материалов

Стальные или чугунные ванны – отличный проводник. Именно эти модели нужно заземлять в первую очередь. Чаши старого образца соединяют заземляющим проводом за металлическую ножку. Для этого в последней высверливается отверстие и устанавливается специальная пластина – заземляющая перемычка.

Более современные модели уже оснащены накладкой на корпус – лепестком – еще на этапе выпуска с завода.

Акриловая ванна сделана из полимерного материала, который сам по себе проводником электротока не является. Однако акрил имеет свойство накапливать статическое электричество.

Некоторые модели сконструированы таким образом, что чаша держится за счет стального или алюминиевого каркаса, который обязательно нужно заземлить.

Гидромассажные ванны или джакузи оснащены системой джетов, через которые под разным давлением подается вода. Чтобы ванна заработала, нужен насос. А питание его осуществляется от электрической розетки 220 В.

Помимо обязательных правил подключения подобного рода ванн, таких как безопасная установка розеток в ванной комнате (не ближе полуметра от края чаши и уровня земли и наличие защиты не ниже IP44), обязательно нужно заземлить и саму ванну, на всякий случай.

Для чего заземлять водяной полотенцесушитель

После того, как пластиковые трубы начали вытеснять обычные металлические, на их заземление стали не обращать внимания, ошибочно полагая, что металлическая труба и труба из металлопластика имеют одинаковую токопроводимость. Это не так. Между металлопластиковой трубой и алюминием отсутствует контакт: они не соединены.

Практика показывает, что 90 процентов полотенцесушителей начинают протекать именно в случае замены металлических систем горячего водоснабжения на их пластиковые аналоги (например, полипропилен). Старые металлические трубы меняются на современные пластиковые с целью уменьшения вихревых токов. Однако коррозия продолжает себя проявлять.

Первые симптомы электрической коррозии – возникновение пятен ржавчины на полотенцесушителе, причем ржавчина проявляется даже на устройствах, сделанных из нержавейки. Вообще, все металлические электро-изделия, контактирующие с водой, подвержены как электрохимической так и гальванической коррозии. Электрокоррозия возникает при наличии блуждающих токов. В результате на металл оказывается одновременное воздействие электрического тока и воды, после чего появляются металлические пробои, а уже оттуда начинает свое распространение коррозия.

При контакте двух разных металлов, один из которых более химически активен, чем другой, оба металла вступают в химическую реакцию. Чистая вода является очень плохим проводником электрического тока (диэлектриком), но, благодаря большой концентрации различных примесей, вода превращается в своеобразный электролит.

Не стоит забывать о том, что температура оказывает большое влияние на электропроводимость: чем выше температура воды, тем лучше она проводит электрический ток. Данное явление известно под именем “гальваническая коррозия”, именно она методично приводит полотенцесушитель в негодность.

Коррозия от блуждающих токов

Под воздействием блуждающих токов происходит процесс электрохимической коррозии. Его интенсивность зависит от состава почвы, степени обводнённости и характеристик грунтовых вод. Разрушение металла происходит из-за разности окислительно-восстановительных потенциалов, присущих стали и окружающей её почвы.

Под воздействием проходящего через трубу тока происходит образование гальванической пары в месте его выхода в почву. При этом железо, которое обладает меньшим окислительно-восстановительным потенциалом в результате процесса разрушается. И чем больше вокруг аварийного участка образуется солей, тем быстрее проходят все эти химические процессы.

В отличие от обычной коррозии, связанной с окислительными свойствами кислорода, интенсивность появления ржавчины зависит от величины разницы потенциалов. Поэтому бороться с электрохимической коррозией можно только путём устранения предпосылок, способствующих её появлению.

https://youtube.com/watch?v=TKr5giGeEhc

Защита от блуждающих токов при подземной коррозии.

Для борьбы с блуждающими токами в настоящее время разработан ряд мероприятий. Нетрудно понять, что эти мероприятия сводятся к сравнительно простым способам. К таким способам относится тщательная изоляция токонесущих систем, а с другой стороны — так называемый электродренаж. Он заключается в отводе тока по специальным проводам от подземных сооружений на отрицательный полюс электростанции.

Для защиты от коррозии трубопроводов, прокладываемых в земле, обычно применяют битумные покрытия, а для кабеля джутовую обмотку, пропитанную битумными составами.

Кроме этих методов, применяют так называемую катодную защиту.

Связь между БТ и коррозией на металле

Такое разрушение металла называют электрокоррозией. Она не связана с воздействием на металл атмосферных или почвенных факторов. Электрохимическая реакция происходит в результате того, что БТ стараются двигаться по направлению наименьшего сопротивления. В анодной зоне БТ «затекает» в металл. Область металла в этом месте является катодом. Встретив по пути благоприятный участок перехода в рельсы, постоянный ток «вытекает» из металла в почву. При этом область металла на этом участке становится анодом, и молекулы металла с этого анода утекают следом. Это является причиной образования коррозии.