Присутствующие в почве кислоты, щелочи и соли, растворенные в почвенной влаге, являются электролитом. При соприкосновении с электролитом металла (оболочки или брони кабеля) на его поверхности образуется множество микроскопически малых гальванических элементов. Электродами в этих элементах являются разнородные по структуре зерна металла или металл и находящиеся в нем примеси. Протекающие в этих гальванических элементах токи и вызывают коррозию металла, аналогичную коррозии цинка в обычном гальваническом элементе. Такие гальванические элементы могут образоваться в результате контакта в электрической среде двух разнородных металлов, например свинцовой оболочки и брони кабеля.
Причиной почвенной коррозии может также явиться неоднородный состав почвы вдоль оболочки кабеля или различная по длине кабеля концентрация агрессивных веществ. В этом случае вдоль оболочки кабеля также создается некоторая разность потенциалов, вызывающая ток в оболочке и ее разрушение в месте выхода тока в почву.
Для свинцовой оболочки кабелей наиболее опасным является присутствие в почве уксусной кислоты, извести, нитратов (азотнокислых солей) и перегноя от органических веществ. Грунт с большим содержанием известняка (мергельный), а также насыпные грунты с содержанием в них каменноугольной смолы и доменных шлаков, представляющих собой сильные щелочи, также вредно действуют на свинцовую оболочку кабелей. Для стальной брони кабелей наиболее опасными являются хлористые, серные и сернокислые соединения, находящиеся в почве. Для алюминиевой оболочки кабелей коррозионно опасной считается влажная почва любого состава.
Электрическая коррозия металлических покровов кабеля, возникающая под воздействием блуждающих в земле токов, по сравнению с почвенной является более опасным видом коррозии. Рассмотрим причины возникновения в земле блуждающих токов.
Как известно, питание электровозов и электросекций на ряде наших электрифицированных железных дорог, а также питание электродвигателей трамвая осуществляется постоянным током, подаваемым от тяговых подстанций по контактной сети; обратным проводом, по которому ток возвращается на тяговую подстанцию, являются рельсы. Вследствие того что рельсы . представляют для тока известное сопротивление, большая часть возвращающегося на подстанцию тока ответвляется в землю и протекает по земле; протекающий по земле ток и принято называть блуждающим.
Если параллельно рельсам проложен подземный кабель, то блуждающий ток будет стремиться пройти по металлической оболочке и броне кабеля. При принятой полярности ток у места нахождения электровоза будет входить в оболочку и броню кабеля, а в районе тяговой подстанции выходить из них. Те участки кабеля, на которых блуждающие в земле токи входят в оболочку и броню кабеля, принято называть катодными зонами, так как оболочка и броня кабеля на этих участках имеют отрицательный потенциал по отношению к окружающей их среде. Участки кабеля, на которых блуждающие токи выходят из оболочки и брони кабеля в землю, называют анодными зонами, так как на этих участках оболочка и броня имеют положительный потенциал по отношению к земле. В месте выхода тока из оболочки и брони, т. е. в анодной зоне, будет происходить электролиз металла оболочки и стальной брони, вызывающих их коррозию.
Насколько большой вред могут причинить защитным покровам кабеля блуждающие токи, можно видеть из того, что постоянный ток 1 А, выходящий из оболочки и брони кабеля в землю, может разрушить в течение года около 35 кг свинца, 9 кг стали или 3 кг . алюминия. При этом следует учесть, что блуждающие токи, протекающие по оболочке кабеля, в особо неблагоприятных случаях могут достигать десятков ампер. Проложенный в земле кабель со свинцовой оболочкой в том случае считается защищенным от коррозии, если во всех точках потенциал оболочки кабеля по отношению к земле является отрицательным. Коррозия алюминиевых оболочек кабелей, вызываемая постоянным блуждающим током, может происходить как на анодных, так и на катодных участках. Блуждающие токи на участках железных дорог, электрифицированных по системе однофазного переменного тока, также протекают по оболочке и броне, проложенных вблизи кабелей. Однако эти токи имеют переменный по знаку потенциал (по отношению к земле), изменяющийся с периодичностью 100 раз в секунду, и вследствие этого практически не оказывают коррозионного воздействия на свинцовую оболочку и стальную броню кабелей. Исследования показали, что алюминиевые оболочки кабелей могут коррозировать под воздействием блуждающих переменных токов. Однако в конструкции кабелей с алюминиевой оболочкой предусмотрена ее защита в виде пластмассового шланга или нескольких слоев поливинилхлоридной ленты. Эти покрытия надежно защищают алюминиевую оболочку от почвенной коррозии и коррозии блуждающими постоянными или переменными токами. Однако эффективность покрытия имеет место только в том случае, если в стыках строительных длин проложенного кабеля надежно изолированы от земли его концы и соединительная или разветвительная муфта.
Межкристаллитная коррозия
Межкристаллитная коррозия свинцовых оболочек кабеля возникает вследствие его длительной вибрации, вызываемой движущимся транспортом, если кабель проложен на железнодорожных или автодорожных мостах или вблизи от железнодорожных или трамвайных путей, и при длительной транспортировке кабеля, если барабаны с кабелем недостаточно амортизированы. Возникающие при вибрации кабеля знакопеременные нагрузки в оболочке приводят к усталости материала оболочки и ее растрескиванию, происходящему преимущественно по границам кристаллитов (зерен) свинца. В появившихся мелких трещинах происходит образование окиси свинца, что ускоряет процесс коррозии. Алюминиевые оболочки кабелей практически не подвержены межкристаллитной коррозии.
Мероприятия по защите кабелей от коррозии
Защита кабелей от почвенной коррозии. Чтобы предохранить кабель от почвенной коррозии, трассу кабелей следует выбирать так, чтобы она не проходила в грунтах с большим содержанием извести, в болотистых и топких местах. Необходимо обходить места скопления кислот и участки с насыпными грунтами, содержащими каменноугольные смолы и шлаки, места свалок мусора и промышленных отходов, а также районы стока загрязненных промышленных вод. В тех случаях, когда не представляется возможным избежать прокладки кабеля в таких грунтах, для защиты металлических оболочек кабелей применяют кабели с пластмассовыми изолирующими покрытиями оболочки. Хорошую защиту от почвенной коррозии дает прокладка кабелей на участках с агрессивными грунтами в асбестоцементных трубах. Для защиты кабелей от почвенной коррозии используют также электрические методы защиты (катодные установки, протекторы), описание которых дано ниже.
Защита кабелей от коррозии блуждающими токами
Одним из основных мероприятий по защите кабелей от коррозии блуждающими токами на электрических железных дорогах постоянного тока является ограничение величины токов утечки из рельсовых нитей в землю. Для этого повышают электропроводимость рельсовых нитей и переходное сопротивление между рельсами и землей. Повышение электропроводимости рельсовых нитей достигается установкой в месте стыков отдельных звеньев рельсов приварных рельсовых соединителей, которые делают из скрученных в жгут медных проволок общим сечением не менее 70 мм2. При этом сопротивление стыка не должно превышать сопротивления 3 м сплошного рельса. Увеличение переходного сопротивления между рельсами и землей достигается применением шпал, пропитанных креозотом или другими не проводящими тока масляными антисептиками, применением щебеночного или гравийного балласта и отводом воды с поверхности пути.
Сопротивление изоляции рельсовых нитей, уложенных на железобетонных шпалах, должно быть не ниже, чем при применении деревянных шпал. Для этой цели между подошвой рельса и железобетонной шпалой устанавливают резиновые прокладки, а болты, крепящие рельс к шпале, изолируют от тела шпалы изоляционными втулками и шайбами. На станциях и перегонах между подошвой рельса и балластом должен быть зазор не менее 30 мм. Правилами техники безопасности предусмотрено электрическое соединение металлических и железобетонных опор контактной сети с ходовыми рельсами. Если сопротивление заземления этих опор меньше 20 Ом, то для уменьшения утечки токов из рельсов в землю опоры на перегонах и станциях присоединяют к рельсам не непосредственно, а через искровые промежутки (искровые разрядники). Кроме того, рельсовые нити изолируют от ферм мостов и железобетонной арматуры.
Другим мероприятием по защите кабелей от коррозии блуждающими токами является повышение переходного сопротивления между кабелем и окружающим его грунтом, а также между кабелем и рельсами электрической железной дороги или трамвая. Для этого кабели стараются по возможности прокладывать вдали от рельсов. В местах пересечения кабелей с рельсами устраивают кабельную канализацию из асбестоцементных труб. Наряду с применением дополнительных изолирующих покрытий аналогично защите от почвенной коррозии осуществляют прокладку кабелей в деревянных или железобетонных желобах.
При прокладке кабелей по металлическим или железобетонным мостам эти кабели тщательно изолируют, не допуская электрического соединения металлических оболочек кабеля или стальных труб, в которых он проложен, с металлическими деталями мостов. Повышение переходного сопротивления между кабелем и рельсами достигается также выполнением рекомендаций по прокладке и монтажу кабелей. К их числу относятся рекомендации об изоляции кабеля от корпусов релейных шкафов, изоляция от муфты светофорного станка и металлического основания светофорной мачты и т. п.
Электрические методы защиты. Наряду с перечисленными методами защиты широко применяются электрические методы защиты кабелей от коррозии блуждающими токами. К электрическим методам защиты относятся электрический дренаж, катодная защита, анодные электроды и электрическое секционирование. Электрический дренаж представляет собой устройство для отвода блуждающих токов со свинцовой оболочки и брони проложенного в земле кабеля в ту электрическую систему, которая создает эти токи.
Присоединение электрического дренажа к кабелю производится в точке, где потенциал кабеля выше потенциала той части сети, куда отводятся блуждающие токи, т. е. в анодной зоне. Если такое состояние потенциалов остается постоянным, то применяется так называемый простой электрический дренаж. Простой дренаж представляет собой изолированный от земли провод, соединяющий оболочку и броню защищаемого кабеля с тяговым рельсом или другой частью обратной сети. Так как при наличии дренажа ток из оболочки и брони кабеля отводится через дренажный провод, то электролиз (коррозия) в месте выхода тока из оболочки кабеля отсутствует. Резистор R в цепь дренажа включается для ограничения тока в этой цепи. Для этой же цели служит плавкий предохранитель Пр. Включенное параллельно предохранителю реле Р при перегорании предохранителя замыкает свои контакты и по сигнальной цепи передается сигнал о выключении дренажной установки. Подключив к зажимам амперметр и выключив рубильник, можно измерить величину отводимого через дренаж тока.
Электрический дренаж весьма прост по конструкции, но обладает существенным недостатком, так как применим только в устойчивых анодных зонах. Если в месте подключения дренажа, имеющего двустороннюю проводимость, потенциал рельсов изменится и станет выше потенциала оболочки кабеля, то в дренаже появится обратный ток, т. е. ток из рельсов в оболочку кабеля. Протекающий по оболочке кабеля обратный ток будет уходить с оболочки кабеля в землю в другом месте, т. е. образовывать анодную зону там, где дренажа может не оказаться, и, следовательно, в этом месте будет наблюдаться коррозия оболочки кабеля. Поэтому более широкое распространение для защиты кабелей от коррозии получили так называемые поляризованные дренажи, обладающие односторонней проводимостью. Известен целый ряд конструкций поляризованных дренажных установок с применением в схеме поляризованных реле и вентилей.
Рассмотрим в качестве примера наиболее простую схему поляризованного дренажа с селеновым выпрямителем или германиевым диодом, называемого вентильным дренажем. Ток из оболочки кабеля может свободно идти к рельсам, а в том случае, когда потенциал рельсов станет выше потенциала оболочки кабеля, тока в цепи дренажа практически не будет, так как включенный в цепь вентиль представляет для токов обратного напряжения большое сопротивление. Катодная защита применяется главным образом в местах с явно выраженными анодными зонами на кабельных оболочках. Принцип действия этой защиты заключается в том, что на участках, где наблюдается выход блуждающих токов из оболочки кабеля, к последней подключают отрицательный полюс какого-либо источника постоянного тока. Обычно постоянный ток получают от выпрямителя (селенового или собранного на германиевых диодах), получающего питание от сети переменного тока.
Принципиальная схема катодной установки состоит из выпрямителя В, получающего питание от сети переменного тока, напряжением 127/220 В через трансформатор Тр. Отрицательный полюс выпрямителя на стороне выпрямленного напряжения подключают в анодной зоне к металлической оболочке и броне кабеля, а положительный полюс - к специальному заземлителю (аноду), имеющему сопротивление растеканию порядка 1-5 Ом и устанавливаемому на расстоянии не менее 50 м от защищаемого кабеля. В приведенной схеме ток от положительного полюса выпрямителя течет по изолированному от земли проводу к заземлителю и далее, растекаясь по земле, входит в оболочку кабеля и возвращается по другому проводу к отрицатель ному полюсу выпрямителя.
Использованная литература:
1. Марков М.В., Михайлов А.Ф. Линейные сооружения железнодорожной автоматики, телемеханики и связи М; 1980.
2. ПУЭ. М;2000
3. Мучкин А.Я., Парфёнов К.А. Общая электротехника М; 1965
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
