Корозія. Руйнування, що викликається фізичним або електрохімічним впливом зовнішнього середовища, називають корозією металевої оболонки і броні кабелів. Залежно від характеру цього впливу розрізняють грунтову (електрохімічний), межкрістал-літної корозію і електрокорозії блукаючими струмами.
Ґрунтова (електрохімічна) корозія металевих покривів (оболонки і броні) кабелів відбувається в результаті впливу на них органічних і неорганічних кислот, лугів і солей, що знаходяться в грунті.
Присутні в грунті кислоти, луги і солі, розчинені в грунтової вологи, є електролітом. При зіткненні електроліту з металом (оболонкою або бронею кабелю) на його поверхні утворюється безліч мікроскопічних гальванічних елементів. Електродами в цих елементах є зерна металу, різнорідні за структурою, або метал і знаходяться в ньому домішки. Струми, що протікають в цих гальванічних елементах, і викликають корозію металу, аналогічну корозії цинку в звичайному гальванічному елементі. Такі гальванічні елементи можуть утворитися в результаті контакту в електричної середовищі двох різнорідних металів, наприклад алюмінієву оболонку живильного і броні кабелю.
Причиною грунтової корозії може з'явитися неоднорідний склад грунту уздовж оболонки кабелю або різна по довжині кабелю концентрація агресивних речовин. У цьому випадку уздовж оболонки кабелю також створюється деяка різниця потенціалів, що викликає струм в оболонці і її руйнування в місці виходу струму в грунт.
Для свинцевої оболонки кабелів найбільш небезпечним є присутність в грунті оцтової кислоти, вапна, нітратів (азотнокислим солей) і перегною від органічних речовин. Грунт з великим вмістом вапняку (Мергельна), а також насипні ґрунти з вмістом в них кам'яновугільної смоли і доменних шлаків, що представляють собою сильні луги, також пошкоджують свинцеву оболонку кабелів. Для сталевої броні кабелів найбільш небезпечними є хлористі, сірчані і сірчанокислий з'єднання, що знаходяться в грунті. Для алюмінієвої оболонки кабелів корозійно небезпечної вважається вологий грунт будь складу.
Електрична корозія металевих покривів кабелю, що виникає під дією струмів, блукаючих в землі, в порівнянні з грунтової є більш небезпечним видом корозії. Розглянемо причини виникнення блукаючих струмів.
Електровози і електросекції на ряді доріг харчуються постійним струмом, що подається від тягових підстанцій по контактної мережі. Зворотним проводом, за яким струм повертається на тягову підстанцію, є рейки. Внаслідок того що рейки представляють для струму опір, велика частина повертається на підстанцію струму відгалужується в землю і протікає по землі. Цей струм і називають блукаючим.
У разі якщо паралельно рейках прокладений підземний кабель, блукаючий струм буде прагнути пройти по металевій оболонці і броні кабелю. У місця знаходження електровоза ток буде входити в оболонку і броню кабелю, а в районі тягової підстанції - виходити з них. Ті ділянки кабелю, на яких струми, що блукають у землі, входять в оболонку і броню кабелю, називають катодними зонами, так як оболонка і броня кабелю на цих ділянках мають негативний потенціал по відношенню до навколишнього середовища. Ділянки кабелю, на яких блукаючі струми виходять з оболонки і броні кабелю в землю, називають анодними зонами, так як на цих ділянках оболонка і броня мають позитивний потенціал по відношенню до землі. У місці виходу струму з оболонки і броні, т. Е. В анодної зоні, буде відбуватися електроліз металу оболонки і сталевої броні, що викликає їх корозію. Постійний струм 1 А, виходить з оболонки і броні кабелю в землю, протягом року може зруйнувати близько 35 кг свинцю, 9 кг сталі або 3 кг алюмінію. Блукаючі струми, що протікають по оболонці кабелю, в особливо несприятливих випадках можуть досягати десятків ампер.
Кабель зі свинцевою оболонкою, прокладений в землі, вважається захищеним від корозії в тому випадку, якщо у всіх точках потенціал оболонки кабелю по відношенню до землі негативний. Корозія алюмінієвих оболонок кабелів, що викликається постійним блукаючим струмом, може відбуватися на анодних і на катодних ділянках.
Блукаючі струми на ділянках доріг, електрифікованих за системою однофазного змінного струму, також протікають по оболонці і броні прокладених поблизу кабелів. Однак ці струми мають змінний по знаку потенціал (по відношенню до землі), що змінюється з періодичністю 100 раз в секунду, і внаслідок цього практично не роблять корозійного впливу на свинцеву оболонку і сталеву броню кабелів.
Алюмінієві оболонки кабелів можуть корродировать під впливом блукаючих змінних струмів. Тому в конструкції кабелів з алюмінієвою оболонкою передбачена її захист у вигляді пластмасового шланга або декількох шарів полівінілхлоридної стрічки. Ці покриття надійно захищають алюмінієву оболонку від корозії під дією грунту блукаючим постійним або змінним струмом. Ефективність покриття має місце тільки в тому випадку, якщо в стиках будівельних довжин прокладеного кабелю його кінці і сполучна або розгалужувальна муфта надійно ізольовані від землі.
Межкристаллитная корозія свинцевих оболонок кабелю виникає внаслідок його тривалої вібрації, спричиненої рухомим транспортом, якщо кабель прокладений на залізничних або автодорожніх мостах або поблизу від залізничних або трамвайних колій, і при тривалому транспортуванні кабелю, якщо барабани з кабелем недостатньо амортизовані. Знакозмінні навантаження в оболонці, що виникають при вібрації кабелю, призводять до втоми матеріалу оболонки і її розтріскування, що відбувається переважно по межах кристалітів (зерен) свинцю. У з'явилися дрібних тріщинах утворюється окис свинцю, що прискорює корозію. Алюмінієві оболонки кабелів практично не схильні до меж-крісталлітной корозії.
Захист кабелів від грунтової корозії. Щоб уберегти кабель від грунтової корозії, трасу кабелів слід вибирати так, щоб вона не проходила в грунтах з великим вмістом вапна, в болотистих і багнистих місцях. Необхідно обходити місця скупчення кислот і ділянки з насипними грунтами, що містять кам'яновугільні смоли і шлаки, місця звалищ сміття і промислових відходів, а також району стоку забруднених промислових вод. У тих випадках, коли не представляється можливим уникнути прокладки кабелю в таких грунтах, для захисту металевих оболонок кабелів застосовують кабелі з пластмасовими ізолюючими покриттями оболонки. Хороший захист від грунтової корозії дає прокладка кабелів на ділянках з агресивними ґрунтами в азбестоцементних трубах.
Для захисту кабелів від грунтової корозії використовують також електричні методи захисту (катодні установки, протектори).
Захист кабелів від корозії блукаючими струмами. Одним з основних заходів щодо захисту кабелів від корозії блукаючими струмами на дорогах, електрифікованих на постійному струмі, є обмеження струмів витоку з рейкових ниток в землю. Для цього підвищують електричну провідність рейкових ниток і перехідний опір між рейками і землею. Підвищення електричної провідності рейкових ниток досягається установкою в місці стиків окремих ланок рейок приварних рейкових з'єднувачів, які роблять зі скручених в джгут мідних дротів загальною площею поперечного перерізу не менше 70 мм 2. При цьому опір стику не повинно перевищувати опору суцільного рейки довжиною 3 м.
Збільшення перехідного опору між рейками і землею досягають застосуванням шпал, просочених креозотом або іншими олійними антисептиками, які не проводять струму, щебеневого або гравійного баласту і відведенням води з поверхні шляху.
Опір ізоляції рейкових ниток, покладених на залізобетонних шпалах, має бути не нижче, ніж при дерев'яних шпалах. Для цього між підошвою рейки і залізобетонної шпалою встановлюють гумові прокладки, а болти, що кріплять рейку до шпали, ізолюють від шпали ізоляційними втулками і шайбами. На станціях і перегонах між підошвою рейки і баластом повинен бути зазор не менше 30 мм.
Правилами техніки безпеки передбачено електричне з'єднання металевих і залізобетонних опор контактної мережі з ходовими рейками. Якщо опір заземлення цих опор менше 20 Ом, то для зменшення витоку струмів з рейок в землю опори на перегонах і станціях приєднують до рейок безпосередньо, а через іскрові проміжки (іскрові розрядники). Крім того, рейкові нитки ізолюють від ферм мостів і залізобетонної арматури.
Іншим заходом щодо захисту кабелів від корозії блукаючими струмами є підвищення перехідного опору між кабелем і оточуючим його грунтом, а також між кабелем і рейками електричної залізниці або трамваю. Для цього кабелі намагаються по можливості прокладати далеко від рейок. У місцях перетину кабелів з рейками влаштовують кабельну каналізацію з азбестоцементних труб. Поряд із застосуванням додаткових ізолюючих покриттів аналогічно захисту від грунтової корозії здійснюють прокладку кабелів в дерев'яних або залізобетонних жолобах.
У разі прокладання кабелів по металевих або залізобетонних мостів ці кабелі ретельно ізолюють, не допускаючи електричного з'єднання металевих оболонок кабелю або сталевих труб, в яких він прокладений, з металевими деталями мостів.
Підвищення перехідного опору між кабелем і рейками досягається виконанням рекомендацій по прокладці і монтажу кабелів: про ізоляцію кабелю від корпусів релейних шаф, ізоляції від муфти світлофорного склянки і металевого підстави світлофорної щогли і т. П.
Електричні методи захисту. Поряд з перерахованими методами захисту широко застосовують електричні методи захисту кабелів від корозії блукаючими струмами, до яких відносяться електричний дренаж, катодний захист, анодні електроди і електричне секціонування.
Електричний дренаж являє собою пристрій для відводу блукаючих струмів зі свинцевою оболонки і броні кабелю, прокладеного в землі, в електричну систему, яка створює ці струми. Електричний дренаж приєднують до кабелю в точці, де потенціал кабелю вище потенціалу тієї частини мережі, куди відводяться блукаючі струми, т. Е. В анодної зоні. Якщо такий стан потенціалів залишається постійним, то застосовують так званий простий електричний дренаж (рис. 132, а), який являє собою провід, ізольований від землі і з'єднує оболонку і броню захищається кабелю з тяговим рейкою або іншою частиною зворотного мережі. Так як при наявності дренажу ток з оболонки і броні кабелю відводиться через дренажний провід, то електроліз (корозія) в місці виходу струму з оболонки кабелю відсутній. Резистор 1? включають в ланцюг дренажу для обмеження струму в цьому ланцюзі. Для цього ж служить і плавкий запобіжник При перегорання запобіжника реле Р, яке включене паралельно запобіжнику, замикає контакти і по сигнальної ланцюга передається сигнал про вимикання дренажної установки. Підключивши до затискачів 1-2 амперметр і вимкнувши рубильник, можна виміряти струм, що відводиться через дренаж.
Дана схема електричного дренажу дуже проста і має істотний недолік, так як може бути застосована тільки в стійких анодних зонах. Якщо в місці підключення дренажу, що має двосторонню провідність, потенціал рейок зміниться і стане вище потенціалу оболонки кабелю, то в дренажі з'явиться зворотний струм, т. Е. Струм з рейок в оболонку кабелю. Зворотний струм, що протікає по оболонці кабелю, буде йти з оболонки кабелю в землю в іншому місці, т. Е. Утворювати анодний зону там. де дренажу може не виявитися, і, отже, в цьому місці буде спостерігатися корозія оболонки кабелю.
Поляризований дренаж отримав більш широке поширення для захисту кабелів від корозії. Він має однобічну провідність. Відомий цілий ряд конструкцій поляризованих дренажних установок із застосуванням в схемі поляризованих реле і вентилів.
Як приклад розглянемо найбільш просту схему поляризованого дренажу з селеновим випрямлячем або германієвих діодом (рис. 132, б), званого вентильним дренажем. З оболонки кабелю струм може вільно йти до рейок, а в тому випадку, коли потенціал рейок стане вище потенціалу оболонки кабелю, струму в ланцюзі дренажу практично не буде, так як включений в ланцюг вентиль V
представляє для струмів зворотної напруги великий опір.
Катодний захист передбачають в місцях з явно вираженими анодними зонами на кабельних оболонках. Принцип дії цього захисту полягає в тому, що на ділянках, де спостерігається вихід блукаючих струмів з оболонки кабелю, до останньої підключають негативний полюс якого-небудь джерела постійного струму. Зазвичай постійний струм отримують від випрямляча (селенового або зібраного на германієвих діодах), що отримує живлення від мережі змінного струму.
Схема катодного установки (рис. 133) складається з випрямляча В, який отримує харчування від мережі змінного струму напругою 120/220 В через трансформатор Т. Негативний полюс випрямляча на стороні випрямленої напруги підключають в анодної зоні до металевої оболонки і броні кабелю, а позитивний полюс - до спеціального заземлювача (анода), що має опір розтікання порядку 1-5 Ом і встановлюється на відстані не менше 50 м від об'єкта, що захищається кабелю. Струм від позитивного полюса випрямляча В тече по ізольованому від землі проводу до заземлювача і далі, розтікаючись по землі, входить в оболонку кабелю і повертається по іншому проводу до негативного полюса випрямляча. Регулюючи струм, що отримувався від випрямляча, при підключенні до різних висновків трансформатора, можна домогтися того, що потенціал оболонки кабелю до землі стане негативним, і позитивні потенціали, створювані блукаючими струмами, будуть компенсовані. Іншими словами, анодная зона на кабелі перетвориться в катодний
Залежно від типу катодних установок їх виготовляють з селеновими і кремнієвими випрямлячами з випрямленою струмом від 3 до 100 А і випрямленою напругою від 3 до 60 В.
Якщо позитивний полюс катодного установки приєднують безпосередньо до рейок, то такий пристрій називають посиленим електричним дренажем. Такий дренаж аналогічно звичайному поляризованому дренажу відводить блукаючий струм в рейки, підсилює ефект захисту оболонки і броні кабелю за допомогою компенсації на них позитивного потенціалу
При зануренні металу в електроліт виникає різниця потенціалів між металом і електролітом, яку називають електрохімічним потенціалом даного металу. Різні метали мають різні позитивними і негативними електрохімічними потенціалами; наприклад, свинець близько -0,2 В, алюміній -0,53 В, сталь 0,55 В, магній -2,3 В, літій -3,0 В і т. п. На цій властивості металів заснований метод захисту кабелю від електричної та грунтової корозії за допомогою анодних електродів (протекторів). Цей метод дещо схожий на катодного захистом, але менш досконалий. Він полягає в тому, що на відстані від 2 до 6 м від ділянки, що захищається кабелю в землю закопують металевий електрод, який має більш низький потенціал, ніж потенціал захищається оболонки, і з'єднують його ізольованим проводом з оболонкою кабелю. Тут утворюється гальванічний елемент, в якому анодом є електрод, катодом - захищається кабель, а електролітом - навколишнє грунт. Струм, протікаючи від анода до катода, компенсує позитивні потенціали в оболонці кабелю, створювані блукаючими струмами, і захищає оболонку від корозії.
Електрод (рис. 134) являє собою циліндр I зі сплаву магнію, алюмінію і цинку або зі сплаву магнію і алюмінію. У центр циліндра заплавляются контактний стрижень 2 зі сталі діаметром 6 8 мм, до якого приєднують провід 4, що йде до захищається кабелю. Між електродом і грунтом поміщають заповнювач (деполяризатор) 3 з суміші глини, гіпсу і сірчанокислого магнію або з інших подібних сумішей. Основне призначення заповнювач - це деполяризация електрода для забезпечення його тривалої роботи. Зона дії протектора невелика (не більше декількох десятків метрів), і тому їх встановлюють уздовж траси захищається кабелю на відстані 50-100 м один від одного. Використання протекторного захисту дає позитивні результати тільки в тих випадках, коли позитивний потенціал металевих покривів кабелю не перевищує 0,3-0,4 В.
Електричне секціонування металевих покрівів кабелю такоже захіщає кабель від корозії. Воно полягає в тому, що через певні проміжки на кабелі встановлюють ізолюючі муфти і таким чином порушують електричне з'єднання броні і металевої оболонки сусідніх ділянок кабелю. На окремі ізольовані один від одного ділянки кабелю надходить менше блукаючих струмів і внаслідок цього знижується їх корозійний вплив. Однак слід мати на увазі, що ізолюючі муфти знижують коефіцієнт захисної дії металевих покривів
кабелю від магнітного індуктивного впливу тягових змінних струмів і струмів ліній електропередачі.
Зазвичай ізолюючі муфти передбачають в місцях виходу кабелів за межі підземних споруд метрополітену, на переходах траси через річки та інші водні перешкоди, а також в місцях перетину з рейками електрифікованого транспорту.
Металеве з'єднання оболонки і броні кабелів знижує корозію кабелів блукаючими струмами. Його застосовують в місцях установки кінцевих, проміжних і трійникових муфт, а також боксів. При прокладанні декількох кабелів в одній траншеї або в загальній каналізації правилами щодо захисту від блукаючих струмів рекомендується виконувати металеве з'єднання свинцевих оболонок і броні всіх кабелів, які прокладаються між собою металевими стрічками або проводами. Такі сполуки зазвичай здійснюється в усіх кабельних колодязях, в місцях відгалуження одного або декількох кабелів в іншу траншею, в місцях приєднання кабелів від катодних і дренажних установок, у місця установки контрольних вимірювальних пунктів, в стиках будівельних довжин кабелів і т. П.
Захист від межкрісталліт ної корозії. Такий захист передбачають тільки для кабелів зі свинцевою оболонкою. Якщо кабель призначений для прокладки на ділянках, схильних до сильної вібрації (наприклад, на залізничних і автодорожніх мостах), то для підвищення стійкості свинцевою оболонки до міжкристалітної корозії і вібронагрузкам при виготовленні кабельної оболонки в свинець додають присадки інших металів (сурму і ін.). Кабель прокладають по мосту цілим шматком, так як в місцях установки сполучних муфт межкристаллитная корозія проявляється сильніше. Для зниження вібрації кабелю його прокладають в коробах, наповнених піском, роблять амортизаційні прокладки з гуми і т. П.
Захист кабелів від корозії будь-якими з перерахованих вище методів дає ефект лише в тому випадку, якщо під час експлуатації кабелю проводять систематичні спостереження за розподілом потенціалів в металевих оболонках і за роботою дренажних, катодних і інших установок.
Контрольно-вимірювальні пункти. Для спостереження за розподілом потенціалів в кабельній оболонці влаштовують контрольно пункти. Якщо кабелі прокладені вздовж залізниць, електрифікованих на постійному струмі, і ширина зближення не перевищує 100 м, то контрольні пункти на кабелях зі свинцевою оболонкою і бронею з ізолюючим покриттям з кабельної пряжі обладнають через 250- 500 м. На ділянках залізниць з електричною тягою змінного струму і на неелектрифікованих ділянках в залежності від агресивності грунту контрольні пункти обладнають на цих кабелях через 600 2200 м. на кабелях, що мають поверх
металевої оболонки захисний пластмасовий шланг, контрольні пункти обладнають рідше.
Контрольно-вимірювальні пункти являють собою залізобетонні стовпчики з внутрішньої поздовжньої сталевою трубою для виведення проводів від металевих покривів підземного кабелю. У верхній частині стовпчика розміщений щиток з двома зажимами для підключення проводів. Зазвичай ізольовані провідники припаюють до оболонки і броні кабелю в двох точках, віддалених одна від одної на відстані 1000 мм.
На рис. 135, а показаний спосіб вимірювання потенціалу на оболонці і броні кабелю за допомогою допоміжного заземлювача. Іноді заземлитель заривають поруч з кабелем постійно і тоді на контрольно-вимірювальний пункт виводять третій провід від заземлення. Для вимірювання потенціалів використовують вольтметри з внутрішнім опором не менше 20 кОм на 1 В шкали та за її межами вимірювань 1-0-1, 10-0-10, 20-0-20 і 50-0-50 В.
Наявність висновку двох проводів від оболонки кабелю дозволяє, користуючись методом падіння напруги і знаючи опір металевих покривів кабелю довжиною 1 м, вимірювати не тільки потенціал оболонки по відношенню до землі, а й блукаючий струм, що протікає по оболонці, використовуючи для цього мілівольтметр (рис. 135 , б).
Потенційні діаграми. Для оцінки корозійного впливу блукаючих струмів на металеві покриви кабелю будують потенційні діаграми (рис. 136). Для цього в кожному контрольно-вимірювальному пункті вимірюють потенціал оболонки кабелю по відношенню до землі.
У зонах наявності блукаючих струмів електричних залізниць вимірювання зазвичай проводять протягом 10-15 хв через кожні 10 с. При цьому необхідно, щоб за період вимірювань повз контрольного пункту пройшло не менше ніж по два поїзди в різних напрямках. Після закінчення вимірювань обчислюють середнє значення позитивних і негативних потенціалів для кожного вимірювального пункту і але цим значенням будують потенційну діаграму.
На діаграмі цифрами зазначено номери контрольно-вимірювальних пунктів, розташованих на трасі кабелю. Вгору по осі ординат відкладені позитивні потенціали, виміряні на оболонці кабелю, а вниз - негативні. Як видно з діаграми, ділянку оболонки кабелю між пунктами 1-2 має негативний потенціал (катодна зона), ділянка між пунктами 6-8 - позитивний (анодна зона), а інші ділянки - знакозмінний потенціал.
Така потенційна діаграма дозволяє судити про небезпеку корозії і намітити заходи захисту.
ОБЛАДНАННЯ електроживлення установок автоматики і телемеханіки
⇐ Захист пристроїв автоматики, телемеханіки і зв'язку від атмосферних перенапруг | Пристрої електроживлення і лінійні споруди автоматики, телемеханіки і зв'язку залізничного транспорту | Генератори постійного струму ⇒
Резистор 1?