1.3.2 Коррозия трубопроводов блуждающими токами
Коррозия блуждающими токами связана с работой электрических устройств, использующих в качестве токопровода землю. В ней появляются электрические токи, величина и направление которых могут изменяться во времени. Эти токи получили название блуждающих. Источниками блуждающих токов являются линии электрифицированных железных дорог, трамваев, метрополитена, линии передачи постоянного тока, работающие по системе «провод — земля», установки катодной защиты подземных металлических сооружений.
Известно, что положительный полюс источника питания (положительная шина тяговой подстанции) подключается к контактному проводу, а отрицательный к рельсам. При такой схеме электроснабжения тяговый ток от положительной шины тяговой подстанции по питающим линиям поступает в контактную сеть, оттуда через токоприемник к двигателю электровоза и далее через рельсы в отсасывающую линию к отрицательной шине тяговой подстанции.
Так как рельсы не полностью изолированы от земли, то часть тягового тока, который называют блуждающим, тем больше, чем меньше переходное сопротивление между рельсами и землей и чем больше продольное сопротивление рельсов. При неблагоприятных условиях, способствующих утечке тока в землю (отсутствие стыковых соединений, загрязненность балласта и др.) величина блуждающего тока может достигать 70-80% от общей величины тягового тока. Наиболее значительные токи утечки наблюдается на участках станционных путей электрифицированных железных дорог, где имеются малые переходные сопротивления между рельсами и землей и значительные величины тяговых (пусковых) токов.
1 – тяговая подстанция; 2 – контактный провод; 3 – рельсы; 4, 5 – трубопроводы;
6 – места коррозии; Iт – тяговый ток; Iв – ток возврата; Iб – блуждающий ток
Рисунок 7 ̶ Принципиальная схема возникновения и протекания блуждающих токов
Участок рельсового пути, на котором находится электровоз, имеет положительный потенциал по отношению к окружающей земле, а участок в районе подключения отсасывающей линии – отрицательный.
Так как на участке между двумя тяговыми подстанциями могут находиться несколько электровоз, то в зависимости от их расположения и величины тягового тока потенциалы отдельных участков рельсового пути будут изменяться как по величине, так и по знаку. Таким образом, в моменты когда рельсы имеют положительный потенциал, в результате утечки токов происходит коррозия, которая приводит к преждевременному износу рельсов и элементов и крепления. Блуждающие токи, протекая в земле и встречая на своем пути подземные металлические сооружения, ответвляются в них так как сопротивление последних значительно меньше сопротивления земли. В местах входа блуждающих токов в трубопровод и выход из него в землю протекают электрохимические реакции. Участок, где блуждающие токи входят в подземное сооружение, является катодным, а участок, где они выходят из него в грунт,- анодным. В анодных зонах подземных сооружений происходит интенсивное разрушение металла.
Основной величиной, характеризующей интенсивность процесса электрокоррозии, является сила тока, стекающего с подземного сооружения в грунт, отнесенная к единице поверхности, т.е. поверхностная плотность тока утечки. Однако практически можно измерить только линейную плотность тока утечки, т.е. силу тока, стекающего с единицы длины подземного трубопровода.
Величина тока утечки с подземного сооружения зависит от многих факторов, основными из которых являются следующие:
̶ величина блуждающего токов в земле;
̶ взаимное расположение источников блуждающих токов и подземного сооружения;
̶ удельное сопротивления земли (с увеличением удельного сопротивления земли блуждающие токи распространяются в ней на большие расстояния; токи, втекающие в подземные сооружение, при определенных условиях увеличиваются);
̶ продольное сопротивление подземного сооружения;
̶ состояние внешнего изолирующего покрытия на подземном сооружении.
Большую опасность представляет собой неравномерное распределение стекающего тока по поверхности подземного сооружения, так как неравномерность утечки приводит к сосредоточенному разъеданию металла.