Вопросы.
1. Виды коррозии оболочек кабелей.
2. Меры защиты от коррозии.
3. Измерения при защите кабеля от коррозии.
Литература.
[1] с. 175-183. [2] с. 387-398. [12] с. 279-291.
Виды коррозии оболочек кабелей.
Коррозия - процесс разрушения металлических оболочек кабелей (свинцовых, стальных, алюминиевых), а также защитных и экранирующих покровов (стальной брони, медных и алюминиевых экранов) вследствие химического и электрического воздействий 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: 1А блуждающего в земле тока 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 пс отношению к окружающей среде. В этой зоне токи стекают с оболочки, унося частицы металла и разрушая ее.
Катодной зоной называется участок, на котором он 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.
Скорость коррозии зависит от величины тока, протекающего между анодом и катодом, и природы процессов.
Меры защиты от коррозии.
| Рис. 5.22. Почвенная коррозия: + анодная зона, - катодная зона, 1-оболочка кабеля, 2-токи коррозии |
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 проникание кислорода воздуха к оболочке кабеля.
В результате на поверхности металла образуются гальванические пары, что сопровождается циркуляцией тока между металлом и окружающей средой.
| Рис. 5.23. Подверженность коррозии различных металлов: I-кислотный грунт, II-нейтральный, III-щелочной |
Интенсивность коррозии зависит от степени агрессивности среды, которая характеризуется двумя параметрами: удельным сопротивлением грунта и химической характеристикой грунта по кислотному содержанию рН (рН - это кислотное число, характеризующее число ионов водорода в единице объема грунта).
Межкристаллическая коррозия.
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 за счет продуктов коррозии, приводят к дальнейшему разрушению металла и распаду некоторых участков оболочки.
Защита кабелей от электрической коррозии.
| Рис. 5.24. Схема прохождения блуждающих токов от эл. ж. д. |
Электрокоррозия - это процесс разрушения металлической оболочки кабеля за счет блуждающих токов в земле. Источниками блуждающих токов могут быть рельсовые пути трамвая, электрифицированных железных дорог, метрополитена, установок дистанционного питания, использующих в качестве обратного провода землю.
| Рис. 5.25. Варианты заземления источников питания: а-заземление отрицательного потенциала, б-заземление положительного потенциала |
Проходя по земле и встречая на своем пути металлическую оболочку кабеля, ток распространяется по этой оболочке, я 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, в которой происходит разрушение оболочки кабеля.
Интенсивность электрокоррозии металлической оболочки зависит от величины тока и напряжения в ней. По действующим нормам напряжение и ток не должны превышать: Uк<-0,9 В; Iк<0,15 мА/дм2. При больших значениях Uк и Iк требуется защита кабеля от коррозии.
На электрифицированном транспорте возможны два варианта заземления источников питания.
В первом случае однозначно 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 по коррозии оболочек кабелей связи производятся как на установках электрифицированного транспорта, так и на сооружениях связи.
На электрифицированном транспорте осуществляются 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 минусовый 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.
| Рис. 5.26. Электрический дренаж: а-принцип действия, б-потенциал на кабеле |
При необходимости устанавливают несколько дренажей с тем, чтобы на всем сближении кабелей связи с эл. ж. д. оболочка имела отрицательный потенциал. Такие дренажи называются прямыми электрическими дренажами. Прямой электрический дренаж имеет двустороннюю проводимость, поэтому он используется только в устойчивых анодных зонах, например при защите междугородного кабеля от блуждающих токов дистанционного питания.
| Рис. 5.27. Схема поляризованного дренажа ПГД: Д-диод, А-амперметр, R-резистор, К-ключ, СУ-сигнальное устройство |
В зонах, где наблюдается изменение знака потенциала оболочки относительно земли, 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. Для кабелей связи применяются поляризованные дренажи.
| Рис. 5.28. Катодная установка: а-принцип действия, б-потенциал на кабеле |
Катодная защита. Принцип действия катодной защиты состоит в том, что к оболочке кабеля, имеющей положительный потенциал по отношению к земле (анодная зона), присоединяют отрицательный полюс от постороннего 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.
| Рис. 5.29. Принципиальная схема катодной станции |
Вследствие сравнительно больших эксплуатационных расходов катодные станции используются преимущественно для совместной защиты нескольких подземных сооружений и главным образом защиты от коррозии блуждающих токов.
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 (меди... -0,377, свинца... -0,126, стали... -0,44, алюминия... -1,66, магния... -2,37). Этот ток направлен от более высокого потенциала к более низкому. В результате его действия разрушению подвергается металл с более низким потенциалом.
Обычно для протекторных электродов (протекторов) используются магниевые сплавы МЛ, состоящие из магния, алюминия и цинка. Электрод представляет собой цилиндр длиной 600-900 мм, диаметром 150-240 мм с контактным стальным стержнем. Применяются три типа протекторов: ПМ-5У, ПМ-10У и ПМ-20У.
| Рис. 5.30. Устройство электродной защиты: 1-соединительный проводник, 2-гидроизоляция, 3-свинец, 4-заполнитель, 5-электрод, 6-контактный стержень, 7-кабель связи |
| Рис. 5.31. Изолирующая муфта (слева): 1-сердечник, 2-оболочка, 3-изолирующая муфта Рессорная подвеска кабеля (справа): 1-трубка, 2-кабель, 3-рессора |
Изолирующие муфты, устанавливаемые на кабеле, разрывают металлическую оболочку и тем самым уменьшают величину блуждающего тока.
Рессорную подвеску кабеля применяют для уменьшения вредного действия вибрации при прокладке кабеля по мостам, вблизи автомобильных и железных дорог.
Кроме того, при подвеске кабелей по опорам используют резиновые или пластмассовые гасители в местах крепления кабеля.
