> Техника, страница 85 > Токи блуждающие
Токи блуждающие
Токи блуждающие, электрич. токи в земле, ответвляющиеся с рельсов электрич. ж. д. при прохождении электрич. поездов или трамваев; трудно поддаются расчету. Если рельсы являются обратным проводом (фигура 1),то часть рельсового пути, наиболее удаленная от подстанции 1, будет иметь положительный потенциал по отношению к земле. В этом месте Т. б. вытекают из рельсов в землю, и, если в земле имеются металлич. сооружения 2 (трубы, кабели), устремляются в них, изыскивая пути наименьшего сопротивления к подстанции. В этой зоне подземные сооружения будут катодом (катодная зона) и не подвергаются опасности разрушения. Обратная картина будет иметь место в районе подстанции; здесь рельсы имеют более низкий потенциал, чем грунт, и Т. б. вытекают из подземных сооружений. В месте выхода электрич. тока происходит электролиз, выделяется кислород, и металлич. сооружения подвергаются разъеданию (электролитич. коррозия). Постоянный ток силою в 1 А, непрерывно действующий в течение года, разлагает 35 килограмм свинца или же 10—11 килограмм железа (стали). На практике степень разрушения под действием проходящего тока изменяется в широких пределах в зависимости от плотности тока утечки, а также от влажности и химич. состава грунта и его Г. Плотность тока имеет заметное влияние на
Ж
разрушение металла в почве. Отношение действительного разъедания к теоретическому, или т. н. коэф. разъедания, имеет большие значения при малых плотностях тока и меньшие при больших плотностях. Абсолютное разъедание при высоких плотностях будет конечно больше, чем при малых. Во влажной почве, содержащей активные по отношению к железу соли, коэф. разъедания находится в пределах от 20 до 140% при изменении плотности тока от 5 до 0,05 А/см2 поверхности анода. По мере насыщения почвы влагой коэф. разъедания увеличивается, поэтому при прочих равных условиях металлические сооружения, находящиеся во влажной почве, разрушаются значительно быстрее, чем в почве сухой. Химич. состав грунта оказывает очень сильное влияние на коэфици-ент разъедания и будет тем больше, чем более находится в грунте азотнокислых и хлорных соединений. В почве с содержанием сернокислых солей разъедание несколько слабее. С повышением t° почвы разрушение несколько возрастает. По химич. анализу продуктов разрушения железа и стали нельзя доказать, что повреждение произошло вследствие воздействия Т. б., а не от естественного окисления предметов в почве. Лишь в отношении свинца имеется возможность установить электрич. происхождение разъедания по присутствию перекиси свинца Рb02. Этот состав имеет буроватокрасный цвет и присутствие его даже в минимальных дозах сравнительно легко установить химич. анализом. При переменном токе электролитич. коррозия много слабее, составляя лишь ничтожный процент от таковой при постоянном токе, а именно: при переменном токе в 16 пер/ск.—1,7%, в 50 пер/ск.—1,0%.
Меры защиты. Несмотря на более чем 50-летний опыт борьбы с Т. б. до сих пор нет еще простых и достаточно надежных средств, которые могли бы гарантировать целость подземных сооружений от электролитической коррозии. Равным образом мы не имеем по настоящее время хотя бы приближенных методов расчета продолжительности срока службы труб, кабелей и дру- Фигура 2. гих предметов, подверженных влиянию Т. б. Радикальной мерой, вполне обеспечивающей сохранность кабелей или трубопроводов, расположенных вблизи электрических путей, является полная изоляция,этих соору-
жений от земли: вынос их наружу и прокладка на изолирующих конструкциях (фигура 2). Все остальные меры лишь при известных условиях могут в той или иной степени гарантировать долговечность сооружений.
1) Улучшение проводимости рельсов, рельсовых стыков и рельсового пути в целом уменьшает разность потенциалов между рельсами и грунтом и тем самым ослабляет утечку тока из рельсов. Проводимость рельсов м. б. значительно (на 20—3 0 %) повышена путем целесообразного выбора химич. состава стали с меньшим содержанием марганца и кремния. Уменьшение электрического сопротивления рельсовых стыков достигается при помощи надежной приварки медных стыковых соединений сечением в 100 миллиметров2 или, еще лучше, двух по 100 лш2. Идеальным стыком в отношении проводимости является стык, сваренный термитом или вольтовой дугой. Особое внимание следует уделять достаточной проводимости рельсового пути на стрелках, на разводных мостах и в других случаях, когда рельсовая нитка претерпевает разрыв. 2) Отсасывающие фидеры (смотрите) при надлежащем их расчете могут настолько хорошо выравнять и вместе с тем уменьшить потенциал рельсов по отношению к земле, что практически утечки тока не будет. Эта мера является дорогой, так как требует большого расхода меди, но в условиях разветвленной трамвайной сети больших городов должна считаться абсолютно необходимой. При правильном расчете сечений отсасывающих фидеров и надлежащем выборе точек отсасывания среднее напряжение между двумя любыми точками обратной сети в черте города не должно превышать 2,5 Υ. Напряжение между точками отсасывания непрерывно измеряется вольтметрами на тяговых подстанциях. Контрольные жилы для вольтметров заключаются в общую оболочку с отсасывающим фидером. Необходимо следить ва состоянием контакта в точке присоединения отсасывающего фидера к рельсам. Т. к. в зависимости от условий движения меняется токораспределение в обратной сети, то иногда на подстанциях включают последовательно с отсасывающими фидерами регулируемые сопротивления. 3) Отсасывающие бустеры, то есть последовательно включаемые генераторы электрич.энергии, также служат для выравнивания потенциала рельсов. Благодаря им значительно уменьшается затрата цветных металлов.Недостатком этой меры являются необходимость надзора и ухода вследствие наличия вращающихся частей машин и дополнительные потери энергии. 4) Трехпроводная система то-кор аспре деления заключается в том, что провода от обоих полюсов расположены над полотном дороги, а рельсы служат лишь средним уравнительным проводом. Вследствие меньшей нагрузки рельсов утечка тока понижается. Способ в практических условиях является затруднительным и применяется редко. 5) Перемена полярности раз в сутки уменьшает (по данным Бюро стандартов) эффект коррозии в четыре раза. Эта мера довольно часто применялась за границей.Были попытки применять ее и у нас (Бакинский трамвай). Практика показала, что перемена полярности сети при наличии нескольких подстанций вызывает некоторые эксплуатонные неудобства, и поэтому в новейшее время мера эта применяется редко. 6) Искусственное увеличение переходного сопротивления от рельсов в грунт может значительно уменьшить утечку тока. Согласно исследованию Бюро стандартов при щебеночном балласте переходное сопротивление примерно в 4 раза больше, чем при балласте песчаном. Сорт шпал также влияет на величину этого сопротивления. Шпалы, пропитанные раствором хлористого цинка, дают заметное понижение переходного сопротивления.Гораздо более благоприятные результаты получаются при шпалах,пропитанных смесью креозота (25%) с каменноугольным дегтем (75%). Весьма сушественно следить за тем, чтобы балласт в шпальных ящиках по возможности не соприкасался с подошвой рельсов. Наконец необходимо иметь хороший отвод дождевой воды с полотна дороги, т. к. с увеличением влажности балласта уменьшается переходное сопротивление. 7) Способ защиты труб поверхностной изоляцией далеко не всеми специалистами рекомендуется. Американская практика показала, что случайные трещины в изоляции быстро разрастаются и, если в этих местах концентрируется бблыная часть тока,то разъедание такой малой поверхности идет быстрым темпом. Исследования Ин-та электротяги НКПС на Баку-Сабунчинской ж. д. однако позволяют считать, что асфальтирование поверхности труб в большинстве случаев оказывается весьма благоприятным: благодаря асфальтировке переходное сопротивление повышается, и Т. б. в трубах бывают невелики. Рекомендуется применять тройную изоляцию поверхности труб при помощи холщевых бинтов, пропитанных каменноугольной смолой. 8) Переходное сопротивление от трубы или от кабеля в грунт в значительной степени обусловливается способом их прокладки. Прокладка в бетонных глыбах или в гончарных трубах ни в какой степени не может служить мерой защиты от Т. б. Как показала практика Москвы и других городов, всегда возможно появление трещин в глыбах и гончарных трубах вследствие просадки грунта. Через эти трещины, а также через неплотности в стыках внутрь проникает влага, чем создается хороший путь для Т. б. В последнее время за границей прокладывают кабели в фибровых трубах с надежной заделкой стыков. Этот способ прокладки вполне зарекомендовал себя. Для сильно развитых подземных сооружений м. б. рекомендована еще система прокладки кабелей на изолированных стойках, принятая на электрифицированном тчастке Северных ж. д. (фигура 3: 1—кабель, 2—стекло, 3—дерево, 4—железо). 9) Изоляции кабелей, труб и других сооружений на металлич. мостах должен быть уделено особое внимание, так как рельсовый путь почти всегда имеет хорошее электрич. соединение с фермами или балками моста. Трубы на мостах можно изолировать при помощи фибровых или резиновых прокладок, кабели же лучше всего прокладывать в деревянных осмоленных желобах. Равным образом надлежит по возможности изолировать трубы и кабели в местах пересечений их трассы с полотном электрической дороги. Здесь следует применять обсадные трубы с изолирующими распорками внутри или же деревянные осмоленные желоба. 10) Изолирующие фланцы и муфты применялись в ряде случаев с целью понизить разность потенциалов, возникающую на концах металлич. подземного проводник“. Сименс строит специальные изолирующие муфты для кабелей, подверженных опасности коррозии. Не везде однако этот способ оправдал себя. С эксплуатонной точки зрения применение таких муфт и фланцев также вызывает нек-рые затруднения. Смело можно рекомендовать изолирующие муфты лишь для тех случаев, когда воздушная кабельная сеть, например телефонная, переходит в зоне элект-рич. ж. д. в подземную. 11) Сплошное дренирование, или повсеместное соединение, труб и кабелей с токоведущими рельсами было в прежнее время довольно распространено в США. Современная практика (Подосский и др.) отвергает этот способ защиты, считая его не только мало надежным, но даже во многих случаях вредным. Вред от такого способа будет тем больше, чем меньше переходное сопротивление труб (или кабелей) по сравнению с переходным сопротивлением от рельсов в грунт. 12) Простой дренаж 1 (фигура 4) заключается в том, что в месте наибольшего вы-
Фигура 4.
хода тока из подземных сооружений устраивается элект-рич. соединение с отрицательной шиной подстанции 2 или с рельсами; Т. б. при этом как бы отсасываются подстанцией, и утечка их в грунт уменьшается. Эта мера во многих случаях оказалась вполне действительной. Необходимо лишь подобрать сопротивление дренирующего проводника (дренажа) т. о., чтобы Т. б. в трубе не слишком возросли и чтобы потенциал защищаемого сооружения во всех местах был ниже потенциала окружающего грунта. Лучше всего включить на подстанциях последовательно с дренирующим проводом регулируемое сопротивление, а также амперметр для постоянного контроля над Т. б. 13) Отсасывающие электроды представляют собой металлич. пластины (лучше всего цинковые), закладываемые глубоко в землю с целью создать малое переходное сопротивление. Пластины соединяют изолированным проводом с оболочками кабелей или с трубами. При размещении отсасывающих электродов необходимо тщательно следить за тем, чтобы потенциал окружающего их грунта был всегда ниже потенциала защищаемых сооружений, в противном случае электроды будут приносить вместо пользы вред, давая возможностьТ б. легко попасть в кабели и трубы. 14) В нек-рых случаях не без успеха в качестве защитной меры использовались металлич. пластины и полосы (металлич. экраны), располагавшиеся между токонесущими рельсами и угрожаемыми подземными трубами и кабелями. Такие экраны воспринимали насебя бблыную часть Т.б. и предохраняли подземные сооружения от электролитич. коррозии. 15) На нек-рых англ, электрич. ж. д., питаемых третьим рельсом, возврат тока от подвижного состава совершается не через ходовые рельсы, а при помощи «четвертого» изолированного от земли рельса. Такая система питания обычно дает вполне надежную гарантью от возможности появления блуждающих токов, однако вследствие сложности и высокой стоимости рельсовых цепей она в настоящее время применяется редко.
Фигура 3.
ΊΓ. Э. т. XXIII,
20
Методы измерений. 1) Определение омического сопротивления рельсов производят способом амперметра и вольтметра или же мостиком Томсона. 2) Измерение сопротивления стыков лучше всего производить переносным мостиком Роллер-Смит (фигура 5). Достигнув электрического равновесия мостика поворотом рукоятки реостата R, получают по указанию стрелки на циферблате непосредственно сопротивление стыка а, выраженное в футах сплошного рельса b (G — гальванометр). Опытный рабочий может за 8-часовой рабочий день измерить сопротивление 500 стыков.
3) Измерение сопротивления рельсовой цепи в целом лучше всего производить на небольших участках с изолированными стыками методом амперметра и вольтметра. 4) Для того чтобы измерить силу Т. б. по падению напряжения вдоль кабелей и труб, нужно предварительно определить их омич, сопротивление на п. м длины. Имея образцы кабелей или труб, нетрудно определить их сопротивление мостиком Томсона. Если кабели и трубы лежат в земле, то наиболее удобен способ Луб-бергера (фигура 6).
Труба или кабель раскапывается на участке в 5—10 метров и к ним приключается батарея аккумуляторов. Замеряй фиг. е. силу тока в питающем проводе и падение напряжения (милливольтметром, 0—15 mV) на равных участках трубы, вычисляют сопротивление R по ф-ле:
Ώ Q,
J-1 000
5) Для измерения токов, циркулирующих в оболочках кабелей или в проложенных в земле трубах, наиболее удобны два способа: а) измерение падения напряжения и б) компенсационный способ. Падение напряжения вдоль кабелей и труб измеряется точным милливольтметром максимальной чувствительности со шкалой до 2,5; 5 или 15 mV. Внутреннее сопротивление прибора не должен быть меньше 5 Ω. Концы измерительных проводов, идущих от прибора, припаиваются к двум трехгранным напиль-
1
-L
Фиг.
/wwvHT)—1|--
R
никам с ручками. Слегка врезая напильники в поверхность трубы, получают хороший контакт и определяют падение напряжения. Зная погонное сопротивление трубы, подсчитывают по закону Ома силу тока. Измерение силы Т. б. компенсационным способом ведется по схеме, указанной на фигуре 7. Регулируя сопротивление R, приводят стрелку милливольтметра в нулевое положение. Тогда весь Т. б. пойдет целиком через амперметр. Измеряя ток в различных местах одной и той. же трубы (или кабеля), можно определить, где и как токи вытекают из них в грунт. По разности величины тока двух замеров смежных мест можно подсчитать плотность тока утечки в тА/дм2. Необходимо при этом учитывать коэф. неравномерности («питинг-фактор»), к-рый для ориентировочных подсчетов м. б. принят равным 15. Как показывает практика, для железных труб является опасной плотность тока 0,75 тА/дм2, а для свинцовых оболочек кабелей 0,2 тА/дм2.
6) Определение среднесуточного падения напряжения вдоль рельсов лучше всего производить при помощи регистрирующих вольтметров со шкалою до 30—50 V. Вольтметр включается к рельсам с одной стороны у подстанции, а другим проводом — к точке отсасывания или к точке токораздела. В качестве измерительных проводов приходится брать свободные телеграфные и телефонные линии. 7) Измерение среднесуточной разности потенциалов между токоведущими рельсами и металлическими подземными сооружениями рекомендуется вести также при помощи регистрирующих вольтметров. Для получения точных результатов необходимо, чтобы приборы имели большое внутреннее сопротивление, примерно 50 Ω/V. 8) Измерение переходных сопротивлений (рельсы—грунт, труба—грунт), а также измерение Т. б. в самой земле представляют значительные затруднения, и до сих пор методы этих измерений являются весьма приближенными.
Лит.: Правила и нормы защиты подземных металлич. сооружений от действия блуждающих токов, электротехнические правила и нормы, М., 1929; Д р е и е р Л., Блуждающие токи электрич. ж. д. и борьба с ними, «Постоянное бюро всес. трамвайных съездов», М., 1929, вып. 8; Гринвальд Ю.,0 блуждающих токах трамвая, там же, 1929, вып. 8; Нечаев В., Организация контрольных наблюдений за состоянием сети обратных проводов на московских городских ж. д., там же, 1929, вып. 8; Рыбкин Ю., Картина блуждающих токсГв на Баку-Сабунчинской эл. ж. д., «Электричество», 1930, 21—22) его же, К вопросу о борьбе с блуждающими токами на электрич. ж. д., там же, 1931, 4; К изучению разрушительного действия блуждающих токов, «Трамвайный бюллетень», 1928, 15; О 1 1 e n d о г f F., Die Erdstrome, В., 1928; Richey -A., Electric Railway, Handbook, N. Y., 1924; Column C. a. Logan, Electrolysis Testing, «Bureau of Standards, Technolog. Papers», Wsh., 1927, 355; Einar Strom, Elektro-lyse an Erdkabeln, «The Ericson Review», 1929, 4— 6; P о d о s s k i, Etude sur les ph6nom6nes de corrosion Electrolytique, «La Traction Electrique», P., 1930, S—9-rM i c h a 1 k e C., Streustrommessungen, «ETZ», 1926, Η. 1; Rosen J., t)ber die Messung von Erdstromen, ibid., 1929, Π. 43. В. Коновалов.