Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Эксплуатация кабельных линий 1-35 кВ

Блуждающие токи - Эксплуатация кабельных линий 1-35 кВ

Оглавление
Эксплуатация кабельных линий 1-35 кВ
Приемка и ввод кабельной линии в эксплуатацию
Определение допустимой длительной токовой нагрузки на кабельную линию
Контроль за нагрузками и напряжением
Блуждающие токи
Профилактические испытания кабельных линий
Организация охраны кабельных линий
Допуск и надзор за раскопками
Сторонняя информация о повреждениях
Ремонт кабельных линий
Порядок ремонта кабельной линии
Ремонт изоляции кабеля
Определение одноименности фаз кабельных линий
Техническая документация и учет состояния эксплуатации

5. БЛУЖДАЮЩИЕ ТОКИ, ИХ ИЗМЕРЕНИЕ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ОТ КОРРОЗИИ
Надежность работы кабельных линий определяется состоянием и герметичностью защитных оболочек кабеля. Нарушение герметичности оболочек, проникновение воздуха и влаги во внутренние полости кабеля приводит к электрическому пробою изоляции и повреждению кабельной линии. Металлические оболочки кабельных линий, проложенных в земле, подвергаются опасности разрушения в результате электролитической коррозии, вызванной блуждающими токами, а также почвенной — электрохимической коррозии. Источниками блуждающих токов являются трамвай, метрополитен и электрифицированный на постоянном токе пригородный рельсовый транспорт. Как известно, провод (троллей) в этих установках соединяется обычно с плюсом источника постоянного тока, а минус — с обратным проводом, которым являются рельсовые пути (рис. 7).
Вследствие слабой изоляции полотна дороги от земли, большого омического сопротивления рельсовых путей, нарушения контакта в стыках рельс, часть тока ответвляясь проходит к минусу источника питания по земле. Встречая на своем пути проводник, каким являются металлические оболочки кабельных линий, трубопроводы и другие подземные сооружения, блуждающие токи могут пройти по этому проводнику, а затем выйти из него снова в землю, чтобы вернуться к отрицательному полюсу тяговой подстанции. В этой цепи электрического тока, состоящего из рельсового пути (источника), металлических оболочек кабеля и земли, имеет место явление электролиза. Рельсовый путь и металлические оболочки кабельных линий являются при этом электродами (анодом и катодом), а окружающая земля, где всегда имеется влага, содержащая некоторое количество различных солей и кислот,— электролитической средой, или электролитом.
Как известно, при прохождении постоянного тока через электролит электрод с высшим потенциалом (анод)
растворяется. В месте перехода электрического тока с рельсов в кабель (вход, рис. 7) высший потенциал будет иметь рельс, поэтому он служит анодом, а оболочки кабеля— катодом. Участок, где блуждающие токи ответвляются от рельсовых путей и через землю переходят на металлическую оболочку кабельных линий, называют катодной зоной. В этом случае оболочкам кабельных линий опасность разрушения не угрожает.
Схема питания трамвая и образования опасных коррозионных зон блуждающими токами
Рис. 7. Схема питания трамвая и образования опасных коррозионных зон блуждающими токами в земле.
Совсем другое дело будет в месте, где блуждающие токи переходят с металлических оболочек кабельных линий в землю (выход, рис. 7). Потенциал оболочек кабеля в этом случае будет выше потенциала земли (анодная зона). В анодной зоне металлические оболочки кабельных линий будут разрушаться. Количество растворяющегося в анодной зоне металла по закону Фарадея пропорционально величине блуждающего тока, времени, в течение которого он протекает, и зависит от рода металла, из которого выполнены оболочки кабельных линий.
Согласно расчетам, при величине блуждающего тока в 1 а потери за год составляют 33 кг свинца, 3,95 кг алюминия и 9 кг железа. Наиболее интенсивному разрушению, таким образом, подвергается свинцовая оболочка кабельных линий.
Для защиты металлических оболочек кабельных линий и других подземных сооружений от электролитической коррозии блуждающими токами необходимо, чтобы со стороны эксплуатирующей электрифицированный транспорт организации были приняты специальные меры. К таким мерам относятся максимальное снижение продольного омического сопротивления рельсового пути, достигаемое сваркой стыков рельс, и повышение переходного сопротивления для тока от рельс к земле путем изоляции рельс от земли. Этими мерами достигается уменьшение величины ответвляющегося от рельс блуждающего тока, а следовательно, и уменьшение опасности разрушения металлических оболочек и повреждения кабельных линий. Помимо указанных выше мер, для снижения падения напряжения в рельсах применяют отсасывающие линии, представляющие собой одножильный изолированный кабель, соединяющий различные точки рельсового пути непосредственно с отрицательной шиной тяговой подстанции. При таком устройстве тяговые токовые нагрузки возвращаются на подстанцию не по рельсовой сети, а специальным изолированным одножильным кабелем большого сечения, чем достигается значительная разгрузка рельсовой сети и, естественно, снижение величины блуждающих токов.
Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей на обслуживающий кабельные сети персонал возлагается обязанность вести, систематический контроль выполнения управлениями и службами городского трамвая, метрополитена и электрифицированных железных дорог мероприятий по уменьшению величин блуждающих токов в земле в соответствии с требованиями «Правил защиты подземных металлических сооружений от коррозии» СН266-63.
Для определения коррозийной опасности и разработки на основе измерения блуждающих токов необходимых для защиты кабельных линий мер должна быть составлена и периодически корректироваться потенциальная диаграмма кабельной сети или ее отдельных участков. Для этой цели предварительно на планах города, где нанесены кабельные линии и сооружения кабельной сети (РП, ТП, СП), наносятся рельсовые пути трамвая, отсасывающие кабели и контрольно-измерительные пункты, а также тяговые подстанции, питающие электроэнергией тяговую сеть. Распределение электрических потенциалов на металлических оболочках кабельных линий и других металлических подземных сооружений зависит от распределения потенциалов на рельсовых путях трамвая, расположения отсасывающих пунктов, величины напряжения на них, а также расположения и зон питания тяговых подстанций.
По результатам анализа контрольных измерений, по диаграмме потенциалов рельсовой сети, составляемой и корректируемой обслуживающим тяговую сеть персоналом, а также по данным об имевших место случаях повреждения кабелей и других подземных сооружений устанавливаются места, где должны проводиться измерения блуждающих токов на кабельных линиях. Как показал опыт, наиболее опасными зонами, где в первую очередь необходимо установить наблюдение за состоянием металлических оболочек кабельных линий, являются: места расположения трамвайных подстанций; отсасывающие пункты трамвая; места сближения и пересечения кабельных линий с трамвайными путями.
В объем и комплекс измерений на кабельных линиях для оценки опасности коррозии входят следующие измерения:
разности потенциалов оболочек кабеля по отношению к земле;
разности потенциалов между оболочками кабелей, рельсами трамвая или другими подземными сооружениями;
поверхностной плотности тока, сходящего с оболочек кабеля в землю;
величины и направления тока, протекающего по оболочкам кабеля.
Измерениями разности потенциалов выявляются наличие блуждающих токов и их направление для обнаружения анодных зон, где оболочки кабелей имеют положительный потенциал по отношению к земле. Как показывает опыт, потенциалы величиной 0,1—0,2 в в анодной зоне достаточны, чтобы вызвать разрушение свинцовой оболочки, а следовательно повреждение кабельной линии. Плотность стекающего тока является также важным показателем, указывающим на наличие в металлических оболочках кабеля процесса электролитической коррозии. Для кабелей, проложенных в земле, опасной считается плотность тока, стекающего в землю (анодная зона), более 0,15 мА/дм2.
Способы измерения потенциала оболочек кабеля по отношению к земле, а также плотности стекающего в землю тока в анодной зоне изложены в гл. 5. Инструкции по эксплуатации силовых кабельных линий (Л. 3]. Чтобы установить максимальные значения блуждающих токов, измерение следует проводить в часы наиболее интенсивного движения электрифицированного транспорта.
Предварительные измерения с целью обнаружения блуждающих токов на оболочках кабельных линий, проложенных в земле, учитывая сложность производства разрытии дорогостоящих усовершенствованных дорожных покровов, можно производить из трансформаторных пунктов, расположенных в зоне электрифицированных путей, тяговых подстанций и ремонтных депо. Измерительные приборы при этом включаются одним полюсом к контуру заземления, с которым металлические оболочки кабельных линий соединены электрически, а вторым полюсом — к заземлителю (колу заземления), забиваемому в землю на расстоянии 7—10 м от ТП. В остальных случаях для измерения блуждающих токов роются специальные небольшие котлованы длиной 1 м и шириной 0,7 м, через 100—300 м по исследуемой трассе прокладки линии. Измерение блуждающих токов на кабельных линиях, проложенных в блочной канализации, производится в каждом смотровом колодце исследуемой трассы, где обычно размещаются соединительные муфты.
По результатам измерений эксплуатирующая кабельные линии организация проводит следующие мероприятия:
а)        производит выявление зон опасных для кабельных линий в отношении электрической коррозии и составляет карту анодных зон;
б)        организует наблюдение за состоянием кабельных линий путем производства систематических измерений в контрольных пунктах;
в)        делает анализ причин повреждаемости кабельных линий при профилактических испытаниях и в работе, а также выявляет случаи повреждения кабельных линий по причине коррозии;
г)         производит монтаж изолирующих муфт из эпоксидного компаунда в случае надобности для разрыва цепи блуждающего тока по металлическим оболочкам кабельной линии.
В частности, на всех кабелях, выходящих за пределы сооружения метрополитена, должны быть установлены изолирующие муфты, препятствующие выносу потенциала и блуждающих токов по оболочкам кабелей.
д)        делает соединение металлических оболочек кабельных линий между собой в целях уменьшения плотности блуждающего тока.
Для защиты кабелей от блуждающих токов и снижения положительных потенциалов на оболочках кабелей применяют также следующие способы:
электрического дренажа, заключающийся в отводе блуждающих токов из оболочек кабеля к источнику (рельсы или непосредственно отрицательные шины трамвайной подстанции);
катодной поляризации, при которой защита осуществляется тем, что металлическим оболочкам кабельных линий сообщается отрицательный потенциал от постороннего источника тока;
протекторной защиты, заключающийся в использовании металла (цинк, магний и др.), обладающего в данной коррозионной среде более отрицательным электрохимическим потенциалом, чем потенциал металлических оболочек кабеля, и способного при разложении генерировать электрический ток.
Металлические оболочки кабельных линий, проложенных в земле, подвергаются также опасности разрушения действующими на них веществами, содержащимися в почвах, в результате так называемой электрохимической коррозии. Интенсивность разрушения оболочек в этом случае зависит от состава грунта, доступности влаги и воздуха (аэрации). Кислые болотистые грунты и солончаку, продукты перегноя, щелочь, известь, хлориды, наличие которых является результатом завала трассы линий строительным мусором, содержащим известь, золу, шлак, а также расположение трассы кабельных линий вблизи известковых творильных ям создают благоприятные условия для наиболее интенсивной почвенной коррозии металлических оболочек.
Степень коррозионной активности грунтов по отношению в стальной броне кабелей можно оценивать в зависимости от их удельного сопротивления (ом-м): более 100 — считается низкой, от 100 до 20 — средней, от 20 до 10—повышенной, от 10 до 5 — высокой и менее 5 — весьма высокой.
Для лабораторного исследования коррозионных свойств почвы производится отбор пробы почвы в местах:
где имеется подозрение на агрессивность свойства почвы;
где наблюдалось разрушение оболочек кабелей коррозией (особенно там, где нет блуждающих токов);
на трассах вновь прокладываемых кабельных линий.
Отбор проб производится в количестве 1 кг, причем 70% этой пробы берется с глубины заложения кабеля и по 15% со стенок шурфа или траншеи. Все три части перемешиваются и помещаются в закрытую пронумерованную тару, не допускающую загрязнения пробы.
Степень коррозионной активности грунтов по отношению к свинцовой оболочке кабелей* оценивается путем сравнения данных анализа пробы грунта с величинами, приведенными в табл. 15.
Таблица 15 Коррозионная активность грунтов в зависимости от их химического состава              


Характерные грунты

Показатели коррозионной активности

количество органических веществ (гумуса),

концентрация водородных ионов (значение рН)

количество азотистых веществ
(нитратов),
%

Степень коррозионной активности

Песчаные, песчано- глинистые

Не более 1

В интервале 6,5—7,5

Не более 0,0001

Низкая

Глинистые, солончаковые, известковые, слабо черноземные

От 1 до 1,5

В интервалах 5 и 7,5 до 9

От 0,0001 до 0,001

Средняя

Сильно черноземные, торфяные грунты, засоренные посторонними веществами (мусором, известью, шлаком)

Более 1,5

Менее 5 ч более 9

Более 0,001

Высокая

*Степень коррозийной активности грунтов по отношению к алюминиевой оболочке кабелей в Правилах защиты подземных металлических сооружений от коррозии (СН266-63) отсутствует (Прим. ред.).

Для предотвращения разрушения металлических оболочек в результате почвенной коррозии необходимо: обеспечить правильный выбор трассы прокладки в процессе проектирования кабельной линии;
не допускать загрязнения трассы кабельных линий всякими видами отбросов и отходов, действующих разрушающе на металлические оболочки кабелей;
при необходимости на действующих трассах кабельных линий произвести замену грунта химически нейтральной по отношению к оболочкам кабелей землей;
переложить кабели из зон, содержащих агрессивные ночвы, в другую трассу, с неагрессивной средой;
проложить кабельные линии в изолирующих трубах, кабельном помещении, тоннеле, коллекторе;
проложить на участке, где металлические оболочки кабельных линий подвержены почвенной коррозии, кабели специальной конструкции, со специальными антикоррозийными покровами, или кабели в пластмассовой оболочке.
Для контроля за состоянием металлических оболочек на совмещенном плане кабельных линий и других подземных сооружений, а также рельсовой сети, на которых нанесены выявленные измерениями анодные и катодные зоны, отмечаются также участки и трассы кабельных линий с агрессивными грунтами. Оценка опасности как почвенной — электрохимической, так и от блуждающих токов электрифицированного транспорта — электролитической коррозии производится на основании указанных выше способов измерения разности потенциалов, величины, направления и поверхностной плотности тока, стекающего с оболочек кабеля на землю.
Результаты исследований повреждаемости кабельных линий при профилактических испытаниях или в работе, проводимых на кабелях в процессе ремонта, позволяют установить причину повреждения кабельной линии по характерным признакам, присущим коррозии.



 
« Эксплуатация высоковольтных выключателей переменного тока   Эксплуатация разрядников и ограничителей перенапряжения »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.