Определение блуждающих токов

На практике в грунте протекает не только защитный (постоянный) ток рассматриваемого катодно-защищенного объекта. Пользователи других установок постоянного тока также используют грунт в качестве проводника. Вызываемые этим токи определяются как блуждающие токи.

Существенными источниками блуждающих токов являются другие катодно-защищенные объекты и железные дороги, потребляющие постоянный ток. Используемые последние 15 лет ПЭ-покрытия с их высоким сопротивлением в качестве дополнительной проблемы с блуждающим током вызвали колебания потенциалов в результате геомагнитных колебаний.

Рабочий ток электрифицированных дорог, работающих на постоянном токе, имеет временную зависимость. Колеблющиеся при этом блуждающие токи искажают результаты измерений потенциалов, так как они являются причиной падения напряжения в грунте.

Периодичность этих колебаний составляет от нескольких секунд, начало движения и торможение на железной дороге, до 24 часов (расписание движения). По этой причине при измерении потенциала «труба-земля» целесообразно регистрировать значения в периоде от 0,5 до 24 часов самопишущими измерительными приборами. Для этого используются обычные самописцы. Однако сегодня на рынке представлены измерительные приборы на базе ЭВМ, которые наряду с записью результатов измерений допускают и их обработку, такую как определение среднего значения и выявление минимальных и максимальных значений.

Недостаточно определять значение потенциалов «труба-земля» исключительно в период отсутствия блуждающего тока, так как их величина в этом случае часто значительно отличается от значений при наличии блуждающего тока. Эти отклонения обосновываются тем, что во время эксплуатации на протяжении всего периода для тока имеются преимущественные направления. Различия в солнечной активности воздействуют на магнитное поле Земли. Результатом этого является индукция электрического поля в грунте. Сила поля составляет несколько милливольт на километр. То есть, она в течение долгого времени была не значительна для катодной защиты. С улучшением качества покрытий она, однако, приобрела значение.

Так, например, на трубопроводе длиной около 100 км с удельным сопротивлением покрытия r_u = 200 кОм∙м² вблизи от концов трубопровода проявляются колебания значений потенциалов до 3 В
(0 В > U_{Cu / CuSO 4} > - 3 В). Эти колебания происходят с нерегулярным интервалом и имеют различную продолжительность, что делает невозможным получение достоверных значений потенциалов «труба-земля» во время появления колебаний.

В отличие от блуждающих токов от электрифицированных железных дорог на постоянном токе здесь нет направления ориентированной структуры для тока входе и выходе. Поэтому в результате геомагнитных колебаний не может возникнуть коррозионная опасность.

Методика определения наличия блуждающих токов

Сущность метода определения наличия блуждающих токов заключается в измерении на трассе проектируемого сооружения разности потенциалов между двумя точками земли через каждые 1000 м по двум взаимно перпендикулярным направлениям при разносе измерительных электродов на 100 м для обнаружения блуждающих токов.

Для этого используются вольтметры с внутренним сопротивлением не менее 20 кОм на 1 В шкалы с пределами измерений: 0,5-0-0,5 В;              1,0-0-1,0 В; 5,0-0-5,0 В или другими близкими к указанным пределам и медно-сульфатные электроды сравнения.

Измерительные электроды располагают параллельно будущей трассе сооружения, а затем перпендикулярно к оси трассы.

Показания вольтметра снимаются через каждые 5 - 10 с в течение 10 - 15 мин в каждой точке.

Если наибольший размах колебаний разности потенциалов (абсолютной разности потенциалов между наибольшим и наименьшим значениями) превышает 0,50 В, это характеризует наличие блуждающих токов.

Помимо приведенного метода, так же существует метод записи потенциалов трубопровода. Данная схема реализуется следующим образом: подключат клеммы самопишущего вольтметра к трубопроводу и МЭС. Причем, МЭС устанавливается над осью трубопровода на поверхности грунта. Измерения проводят в течение 15 минут, а на участках трубопровода пересечения с железной дорогой согласно расписанию движения поездов.

Полученные результаты анализируют. При выявлении отклонения потенциала трубопровода на 20 мВ от защитного определяют величину блуждающего тока.

Методика определения опасного действия переменного тока

Для определения влияния переменного тока используют следующую методику: определяют смещения среднего, значения разности потенциалов между трубопроводом и медно-сульфатным электродом сравнения.

Образцами для измерения являются участки стальных трубопроводов, на которых зафиксированы значения напряжения переменного тока между трубопроводом и землей, превышающие 0,3 В. Для измерений используют вольтметр для измерения постоянного и переменного напряжений с входным сопротивлением не менее 10 МОм, конденсатор емкостью
4 мкФ, переносной насыщенный МЭС, вспомогательный электрод.

Вспомогательный электрод (ВЭ) зачищают шкуркой шлифовальной зернистостью 40 и меньше, обезжиривают ацетоном, промывают дистиллированной водой.

ВЭ и МЭС устанавливают в специальном шурфе над трубопроводом. ВЭ устанавливают таким образом, чтобы его рабочая (неизолированная) поверхность была обращена к трубопроводу. Предварительно из части грунта, контактирующего с ВЭ, должны быть удалены твердые включения размером более 3 мм. Грунт над ВЭ утрамбовывают с усилием 3 - 4 кг на площадь ВЭ. При наличии атмосферных осадков предусматривают меры против попадания влаги в грунт.

Для измерения величины смещения потенциала используют схему, приведенную на рис. 6.4 при разомкнутой цепи между ВЭ и трубопроводом.

Рис. 6.4. Схема измерения смещения потенциала:

1 - стальной трубопровод; 2 - шурф; 3 - вольтметр; 4 - конденсатор;

5 - выключатель; 6 – медно-сульфатный электрод сравнения;

7 - вспомогательный электрод

Измерения выполняют в следующей последовательности:

через 10 мин после установки ВЭ в грунт измеряют его стационарный потенциал относительно МЭС;

подключают ВЭ к трубопроводу и через 10 мин снимают первое показание вольтметра. Следующие показания снимают через каждые 5 с. Продолжительность измерения не менее 10 мин.

Среднее значение смещения потенциала ВЭ за период измерений вычисляют по формуле:

,                              (6.3)

где  - сумма мгновенных значений потенциала ВЭ при подключении ВЭ к трубопроводу, мВ; U_с - стационарный потенциал ВЭ, мВ; п - общее число измерений.