=Учебное пособие= Меры защиты подземных кабелей от коррозии

[zascb]

Виды коррозии:
Коррозия-процесс разрушения металлических оболочек кабелей (свинцовых, стальных, алюминиевых), а также защитных и экранирующих покровов (стальной брони, медных и алюминиевых экранов) вследствие химического, механического и электрического воздействия окружающей среды. Различают следующие виды коррозии: почвенную (электрохимическую), межкристаллитную (механическую) и электрокоррозию (коррозию блуждающими токами).
Коррозия оболочек приводит к потере герметичности кабелей связи, ухудшению их электрических свойств и в ряде случаев выводит кабель из строя. Разрушающее действие коррозии характеризуется следующими данными: ток силой в 1А блуждающий в земле приводит к потере в течение года 12 кг стали, 36 кг свинца, 100 кг алюминия.
В зависимости от характера взаимодействия оболочки кабеля и почвы, в которой он находится, а также от прохождения блуждающего тока, вдоль кабеля образуются анодные, катодные или знакопеременные зоны.
Анодной зоной называется участок кабеля, на котором он имеет положительный электрический потенциал по отношению к окружающей среде. В этой зоне токи стекают с оболочки, унося частицы металла и разрушая ее. Механизированные колонны, строящие кабельные линии, оснащены машинами для рытья траншей и укладки кабеля, бульдозерами, экскаваторами, тракторами, бурильно-крановыми машинами, компрессорами, самоходными кранами, автомобилями различных типов, передвижными электростанциями, сварочными агрегатами и другими механизмами.
Катодной зоной называется участок, на котором кабель имеет отрицательный электрический потенциал по отношению к окружающей среде. В этой зоне ток втекает в оболочку, не создавая опасности ее разрушения.
Знакопеременной зоной называется участок, на котором имеет место чередование положительных и отрицательных потенциалов по отношению к земле.
Кабельные оболочки подвержены действию почвенной, межкристаллитной и электрической коррозии.
Почвенной коррозией называется процесс разрушения металлической оболочки кабеля, вызванный электрохимическим взаимодействием металла с окружающей его почвой. Основными причинами, вызывающими почвенную коррозию, являются: содержание в почве влаги, органических веществ, солей, кислот, щелочей, неоднородность оболочки кабеля, неоднородность химического состава грунта, соприкасающегося с оболочкой кабеля, неравномерное проникновение кислорода воздуха к оболочке кабеля. В результате (рис. 5.1.1) на поверхности металла 1 образуются гальванические пары 2, что сопровождается циркуляцией тока между металлом и окружающей средой. В местах выхода токов из оболочки кабеля в грунт образуются анодные зоны, в которых и происходит разрушение оболочки.
Интенсивность коррозии зависит от степени агрессивности среды, которая характеризуется двумя параметрами: удельным сопротивлением грунта и химической характеристикой грунта по кислотному содержанию pH (pH - это кислотное число, характеризующее число ионов водорода в единице объема грунта).
По удельному сопротивлению грунты подразделяются на три категории:
- низкоагрессивные (песчаные, глинистые, каменистые);
- среднеагрессивные (суглинистые, лесные, слабый чернозем);
- высокоагрессивные (торф, известь, чернозем, перегной, мусор). Третья категория грунтов весьма опасна для металлических оболочек в коррозионном отношении.
По химическому содержанию (кислотному числу pH) грунты также делятся на три категории: pH = 5 - кислотные грунты, содержащие растворы серной, азотной, соляной кислот (торф, перегной, чернозем, отходы производства и др.); pH = 5... 10 - нейтральные фунты (песок, глина, скала); pH = 10...15 - щелочные грунты, содержащие растворы кальция, натрия, калия, фосфора и др. (известь, удобрения, зола и т. д.).
Следует иметь в виду, что различные металлы по-разному ведут себя в различных фунтах. Свинец разрушается главным образом в щелочных средах, а также в кислотных средах при потенциале выше - 1,5 В. Алюминий подвержен весьма интенсивной коррозии в обеих средах. На сталь агрессивно действует кислотная среда и меньше влияет щелочная.
Межкристаллитная коррозия возникает вследствие вибрации кабеля при его транспортировке на значительные расстояния, прокладке кабеля вблизи железных дорог с большим грузовым движением, на мостах автомобильных и железных дорог, а также при подвеске на опорах воздушных линий. В свинцовой оболочке кабеля при межкристаллитной коррозии появляются мелкие трещины, которые, увеличиваясь из-за продуктов коррозии, приводят к дальнейшему разрушению металла и распаду некоторых участков оболочки. Интенсивность коррозии зависит от степени агрессивности среды, которая характеризуется двумя параметрами: удельным сопротивлением грунта и химической характеристикой грунта по кислотному содержанию pH (pH - это кислотное число, характеризующее число ионов водорода в единице объема грунта).
Электрическая коррозия - это процесс разрушения металлической оболочки кабеля блуждающими токами в земле. Источниками блуждающих токов могут быть рельсовые пути электрифицированных железных дорог, метрополитена, трамвая и установок дистанционного питания, использующих в качестве обратного провода землю.
На электрифицированных железных дорогах и трамвайных сетях питающий ток, возвращаясь по рельсам к питающей подстанции, частично ответвляется в землю. Проходя по земле и встречая на своем пути металлическую оболочку кабеля, ток распространяется по этой оболочке (рис. 5.1.2), а затем сходит с оболочки в землю и к рельсу, чтобы возвратиться к другому полюсу генератора. Те участки кабеля, на которых блуждающие токи входят из земли в кабель, образуют катодную зону: участки кабеля, на которых блуждающие токи выходят из кабеля в землю, образуют анодную зону, где и происходит разрушение оболочки кабеля.
Интенсивность электрокоррозии металлической оболочки зависит от тока и напряжения в ней. По действующим нормам напряжение и плотность тока не должны превышать: Uк < -0,9 В; Iк < 0,15 мА/дм2. При больших значениях Uк и Iк требуется защита кабеля от коррозии.
На электрифицированных железных дорогах возможны два варианта заземления источников питания: заземление отрицательного электрода, при электрификации на переменном токе, и заземление положительного электрода (пригородная железная дорога).
В первом случае точно известна анодная зона (зона разрушения кабеля), и можно осуществлять его защиту. Во втором случае анодная зона перемещается вдоль кабеля вместе с движением электропоезда. Кабель подвержен опасности разрушения на всем пути, и трудно реализовать защитные меры. Поэтому необходимо иметь заземление отрицательного электрода источников питания.

Меры защиты от коррозии:
Защитные меры от коррозии оболочек кабелей связи принимаются как на устройствах электрифицированного транспорта, так и на сооружениях связи.
На электрифицированных участках железных дорог осуществляют следующие меры защиты:
- уменьшают сопротивление рельсов путем качественной сварки стыков;
- улучшают изоляцию рельсов от земли (полотно из гравия, щебня, песка);
- переполюсовывают источники питания так, чтобы заземлялся минусовой электрод.
На сооружениях связи такими мерами защиты являются:
- выбор трассы с менее агрессивным грунтом (песок, глина, суглинок, нежирный чернозем);
- применение кабелей с герметичными полиэтиленовыми шлангами поверх металлических оболочек (обязательно для алюминия и стали);
- электрический дренаж (от электрической коррозии);
- катодные установки (от электрической и почвенной коррозии);
- изолирующие муфты (от электрической коррозии);
- протекторные установки (от почвенной коррозии);
- антивибраторы амортизирующие, рессорные подвески (от межкристаллитной коррозии).
Электрический дренаж, катодные и протекторные установки относятся к активным электрическим методам защиты, остальные - к пассивным.
Электрический дренаж - это отвод блуждающих токов с защищаемого кабеля посредством проводника. Дренаж подключается к кабелю в середине анодной зоны, т. е. там, где кабель имеет наибольший положительный потенциал по отношению к земле. Блуждающие токи по дренажному кабелю отводятся из оболочки защищаемого кабеля к рельсам или минусовой шине, питающей подстанции. В результате анодная зона на кабеле превращается в катодную.
При необходимости устанавливают несколько дренажей с тем, чтобы на всем сближении кабелей связи с электрической железной дорогой оболочка имела отрицательный потенциал. Такие дренажи называются прямыми электрическими дренажами. Прямой электрический дренаж эффективен только в устойчивых анодных зонах, например при защите кабеля от блуждающих токов дистанционного питания.
При необходимости устанавливают несколько дренажей с тем, чтобы на всем сближении кабелей связи с электрической железной дорогой оболочка имела отрицательный потенциал. Такие дренажи называются прямыми электрическими дренажами. Прямой электрический дренаж эффективен только в устойчивых анодных зонах, например при защите кабеля от блуждающих токов дистанционного питания.
В знакопеременных зонах применяют дренажи односторонней проводимости, так называемые поляризованные дренажи. В дренажную цепь включается вентиль, диод или поляризованное реле, обладающее односторонней проводимостью. В результате ток течет только от оболочки кабеля к питающей подстанции электрифицированной железной дороги.
Принцип действия катодной защиты состоит в том, что к оболочке кабеля, имеющей положительный потенциал по отношению к земле (анодная зона), присоединяют отрицательный полюс от источника постоянного тока, тем самым придавая оболочке отрицательный потенциал. Таким образом, напряжение источника тока переводит анодную зону на оболочке кабеля в катодную. Положительный полюс источника тока заземляют.
Для катодной защиты применяются катодные станции, представляющие собой выпрямительное устройство с селеновыми выпрямителями или германиевыми диодами. Выпускаются катодные станции с встроенными выпрямителями, имеющими плавную или ступенчатую регулировку выпрямительного напряжения.
Протекторная защита, по существу, аналогична катодной защите, только в данном случае для создания отрицательного потенциала на оболочке кабеля используется не посторонний источник тока, а ток, появляющийся за счет разности электрохимических потенциалов при соединении различных металлов. Этот ток направлен от более высокого потенциала к более низкому. В результате его действия разрушению подвергается металл с более низким потенциалом.
Принцип протекторной защиты состоит в том, что катодная зона на оболочке кабеля создается в результате ее соединения изолированным проводом с заземленным протекторным электродом, имеющим более низкий электрохимический потенциал, чем потенциал заземляемой оболочки. Такой электрод является анодом, и ток с него будет стекать в землю. Оболочка кабеля при этом становится катодом и, следовательно, защищена от коррозии.
Протекторные электроды применяются главным образом для защиты от почвенной коррозии и устанавливаются по два-три на усилительный участок, расстояние между ними и кабелем должно быть при этом не менее 2...6 м, глубина закопки 0,6...1,8 м. Протектор включается через контрольно-испытательные пункты (КИП).
При сравнении оболочек следует иметь в виду, что сталь чувствительна к воздействию кислот и ведет себя стойко в щелочных средах. Свинец и алюминий подвержены коррозии в обоих случаях.