Токоведущие элементы транспортной инфраструктуры, например рельсы поездов и трамваев, не имеют надежной электрической изоляции от земли. А поскольку ток возвращается по рельсам на тяговую подстанцию, то часть этого тока проходит и по земле.
Заземленные сильноточные установки, а также утечки от линий электропередач аналогичным образом способствуют возникновению токов по земле. Такие токи, попросту уводящие электричество в землю, не имеют постоянной формы, амплитуды и направления, их пути распространения по земле разнообразны, потому они и называются блуждающими токами.
Блуждающие токи — вредные электрические токи в земле при использовании её в качестве токопроводящей среды (например, в установках электросвязи, системах электроснабжения трамваев, рудничной электровозной откатки и др.). Под их действием возникает электролиз и происходит быстрое окисление и разрушение металлических подземных устройств (оболочек кабелей, трубопроводов, строительных конструкций).
Понятно, что в этих случаях земля играет роль токопроводящей среды, и не только грунт является здесь проводником, но и металлические конструкции, находящиеся полностью или частично под землей, такие как трубопроводы, кабельные линии, опоры контактных сетей и т.д. Даже просто соприкасающиеся с землей металлические конструкции подвержены действию блуждающих токов.
По отношению к расположенным в земле токопроводящим конструкциям, сама земля имеет потенциал более низкий. И если, например, сильноточная установка использует заземление или ток от нее отводится в землю, то он идет по пути наименьшего сопротивления, то есть проходит по находящимся в земле металлоконструкциям, что приводит к возникновению на них коррозии.
Это же касается и тягового тока протекающего по ходовым рельсам. Разность потенциалов между рельсами и землей, с учетом отсутствия изоляции, обуславливает протекание части тяговых токов по земле с аналогичными, для попадающихся на пути этих токов металлических конструкций, последствиями.
Встречая на своем пути канализационную трубу, газопровод, или оболочку кабеля, которые имеют намного меньшее удельное сопротивление, чем окружающий их грунт, блуждающие токи натекают на них, и такие места называются катодными зонами. Пройдя по металлическому пути малого сопротивления, блуждающий ток выходит из него, и это место называется анодной зоной, здесь и происходит вызывающая коррозию электрохимическая реакция.
Аналогичная коррозия имеет место и в анодной зоне при входе тока в землю из самого источника блуждающего тока, например из самих рельс, и рельсы тоже поэтому страдают. Таким образом, рельсы разрушаются в местах выхода из них токов в землю, а подземные коммуникации – в местах возвращения тока в рельсы.
Проблема в том, что когда утечка блуждающего тока имеет постоянный характер, металл постепенно будет разрушаться, и такая электрокоррозия может быть довольно интенсивной. Новые стальные трубопроводы могут прийти в негодность за три года, а кабели связи повреждаются еще быстрее. Аналогичным образом разрушаются рельсовые скрепления на мостах и рельсы различного назначения. Особенно опасны в коррозийном отношении источники постоянного или выпрямленного токов. В анодных зонах скорость разрушения металла может достигать 10 мм в год.
Как правило, металлические конструкции оснащены специальным защитным покрытием, призванным уберечь от коррозии, однако в случае повреждения покрытия порча коммуникаций неизбежна, и в местах небольших анодных зон возникают характерные язвы и дыры.
Для борьбы с описанными негативными явлениями специалисты проводят электроразведку, используя специализированное оборудование. Места повреждений изоляции определяют специальным искателем и применяют электрический дренаж - отвод электричества от трубопроводов к источнику тока.
Схема установки поляризованного дренажа: 1 - защищаемый газопровод, 2 - дренажный кабель, 3 - дренажная установка (вентильного типа), 4 - реостат, 5 - вентильный (выпрямительный) элемент, 6 - амперметр, 7 - предохранитель, 8 - генератор тяговой подстанции, 9 - фидер питающий, 10 - контактный троллейный провод, 11 - пути движения блуждающих токов
В простейшем случае защитные мероприятия сводятся к следующему. Для предотвращения стекания токов с установок, подверженных потенциально опасному воздействию, в окружающий грунт, делают кабельное соединение между защищаемым сооружением и какой-либо точкой установки - источником блуждающих токов, имеющей достаточно отрицательный потенциал. Теперь ток, протекавший ранее через грунт, возвращается к своему источнику по кабельному соединению, не вызывая опасности коррозии.
Для защиты стальных трубопроводов от воздействия блуждающих токов применяют катодную защиту. Она осуществляется при помощи постоянного электрического тока внешнего источника. Отрицательный полюс источника тока подключается к защищаемому трубопроводу, а положительный к специальному заземлению – аноду. Схема катодной защиты - Как защитить металлические оболочки кабелей от коррозии
Для уменьшения блуждающих токов связанных с рельсами, увеличивают проводимость рельсовых путей и повышают переходное сопротивление между рельсами и землёй. Для этого на главных путях укладывают рельсы тяжёлых типов, осуществляют переход на бесстыковой путь, а рельсовые стыки шунтируют медными перемычками повышенного сечения, многопутные участки соединяют параллельно.
Рельсы укладывают на щебёночном или гравийном балласте, устанавливают изолирующие детали между рельсами и арматурой железобетонных шпал, а деревянные шпалы пропитывают масляными антисептиками и т.д.