Источником блуждающих токов являются трамвайные пути и электрифицированные железные дороги.
Как известно, рабочий провод (троллей) в этих устройствах соединяется обычно с плюсом ( + ) источника постоянного тока, а минус (—) — с обратным проводом, которым являются рельсовые пути (рис. 39).
Рис. 39. Схема питания трамвая и образования опасных коррозионных зон блуждающими токами в земле.
I — питающие линии; 2 — троллей; 3 — рельс; 4 — шины; 5 — отсасывающие линии; 6 — кабель; 7 — ток нагрузки; 8— нулевые зоны; 9 — катодная зона.
Вследствие слабой изоляции полотна дороги от земли, большого сопротивления рельсов в результате нарушения контакта в стыках часть тока, ответвляясь, проходит к минусу источника питания по земле.
При прохождении блуждающего тока через металлические оболочки кабеля имеет место явление электролиза. Рельсовый путь и металлические оболочки кабеля 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 электрического тока через электролит электрод с высшим потенциалом (анод) растворяется.
В месте перехода электрического тока с рельсов в кабель высший потенциал будет иметь рельс, поэтому он служит анодом, а кабель — катодом. В этом случае опасность разрушения оболочкам кабеля не угрожает.
Совсем другое дело будет в месте перехода тока с оболочек кабеля на землю. Потенциал оболочек в этом случае будет выше потенциала земли. Поэтому металлическая оболочка кабеля будет разрушаться и служить анодом (рис. 39).
Количество растворяющегося металла оболочек кабеля в анодной зоне по закону Фарадея пропорционально величине блуждающего тока, времени, в течение которого он протекает, и зависит от рода металла, из которого выполнены оболочки кабеля.
Разрушению подвергается свинец, алюминий и железо. Однако наиболее интенсивному разрушению подвержена свинцовая оболочка кабельных линий. В условиях эксплуатации необходимо вести наблюдение за блуждающими токами, с тем чтобы предотвратить повреждение кабельных линий в результате электролитической, а также химической коррозии, так как коррозия блуждающими токами нередко сопровождается химической (в условиях щелочной среды) коррозией металлических оболочек кабеля.
В районах с блуждающими токами в земле или с агрессивными почвами по отношению к металлическим оболочкам кабельных линий должен производиться контроль за состоянием кабельных линий.
Контроль за состоянием металлических оболочек кабельных линий осуществляется путем систематических осмотров кабельных линий в доступных местах без разрытии, а также путем использования вскрытия трассы кабельных линий (аварийно или по другим причинам).
Измерения блуждающих токов производятся обычно у тяговых подстанций трамвая, электрифицированных железных дорог, у отсасывающих пунктов, в местах сближения и пересечения кабельной линии с путями трамвая и электрифицированных железных дорог, а также в местах, где были отмечены повреждения кабельных линий или трубопроводов по причине коррозии.
Измерения блуждающих токов производятся систематически в несколько приемов, причем каждый предыдущий комплекс измерении позволяет уточнить программу дальнейших измерении.
Для получения достаточно точного представления о протекании и распределении блуждающих токов в зоне городской кабельной сети средней протяженности необходимо произвести многократные измерения (но 2—4 раза) не менее чем в 100—200 пунктах, что практически осуществляется в течение 1—1,5 года.
Большую опасность представляют блуждающие токи в период теплого времени, когда грунт мягкий. Поскольку зимние замеры блуждающих токов не характерны, зимой их обычно не производят.
Если кабели проложены в блоках (трубах), то измерения блуждающих токов производятся в колодцах блоков, в которых расположены все соединительные муфты.
При траншейных прокладках кабелей в земле для измерения блуждающих токов создаются и оборудуются специальные контрольные колодцы. Для этого вырывают котлован размером 1X0,7 м. К оболочкам кабелей присоединяют контрольные провода, закладывают заземляющий электрод и все провода выводят на поверхность земли к клеммной доске.
Обычно все это располагается и крепится на конце стальной трубы, верхняя часть которой снабжается закрывающимся люком (рис. 40).
Рис. 40. Контрольный колодец для измерений температур и блуждающих токов на кабельных линиях.
Блуждающие токи в земле изменяются в зависимости от движения поездов электрифицированного транспорта.
Резко переменный характер блуждающих токов обусловливает ряд требований к методике их измерений. Чтобы получить более правильное представление о блуждающих токах в месте установки какого-либо контрольного пункта, измерение потенциалов и токов следует производить в течение 10—20 мин через равные промежутки времени, сделав за это время около 40—50 контрольных отсчетов и записей. По данным замеров потом определяются средние величины потенциалов и токов. В знакопеременных зонах средние потенциалы подсчитываются отдельно для каждой полярности.
Чтобы установить максимальные величины блуждающих токов, измерения следует производить в часы наиболее интенсивного движения трамваев.
Для определения периодичности контрольных измерений и учета коррозионной повреждаемости кабельных линий должна быть составлена карта коррозионных зон кабельной сети.
На эту карту должны быть нанесены рельсы электрифицированных железных дорог, отсасывающие пункты, источники питания и агрессивные зоны электрической и почвенной коррозии.
При оценке результатов измерений блуждающих токов следует руководствоваться указаниями ПУЭ, согласно которым опасными считаются токи на участках линий в анодных и знакопеременных зонах при следующих случаях: бронированные кабели проложены в малоагрессивных грунтах — удельное сопротивление почвы более 20 Ом - м) при среднесуточной плотности тока утечки в землю (более 0,15 мА/дм2); бронированные кабели проложены в агрессивных грунтах (менее 20 Ом * м) при любой плотности тока утечки на землю; кабели с голыми свинцовыми оболочками с разрушенными броней и защитными покрытиями; стальные трубопроводы линий высокого давления независимо от агрессивности окружающего грунта и видов изоляционных покрытий на них.
Для выявления анодных зон, определения величин и направления блуждающих токов производятся следующие измерения:
разности потенциалов между кабелем и землей; разности потенциалов между кабелем и рельсами; плотности тока, сходящего с оболочек кабеля в окружающую среду;
величины и направления тока по металлическим оболочкам.
