Защита кабелей от коррозии

Коррозионный процесс. Почвенная влага представляет собой электролит различного состава и концентрации. Контакт металла с почвенным электролитом вызывает образование коррозионных элементов (пар). Если на поверхности металла, погруженного в электролит, имеются участки с различными электрическими потенциалами, то во внешней цепи, соединенной через электролит, проходит ток от более высокого потенциала к более низкому. Таким образом, участок с более высоким потенциалом будет анодом, а с меньшим — катодом. Участок кабельной линии, имеющий положительный электрический потенциал по отношению к окружающей среде, является анодной зоной, а отрицательный — катодной. В катодных зонах токи входят в оболочку кабеля, не создавая опасности ее разрушения. В анодных зонах токи проходят по оболочке, унося частицы металла и разрушая его.
Причины коррозии. Подземная коррозия, которая вызывает электрохимическое разрушение металлических элементов кабелей, в процессе эксплуатации подразделяется на электрокоррозию от блуждающих токов и почвенную коррозию от действия окружающей агрессивной среды.
Источником блуждающих токов являются в основном рельсовые пути магистрального, промышленного и городского электрифицированного железнодорожного транспорта. Отсутствие полной изоляции путевого хозяйства от земли, несовершенство устройств электроснабжения и другие причины вызывают утечку тяговых токов из рельсов в землю. Растекаясь в земле и встречая на своем пути различные инженерные сооружения (трубопроводы, кабели и т. п.), удельные сопротивления которых меньше сопротивления земли, блуждающие токи входят в сооружения и проходят в них по направлению к тяговым подстанциям. Для кабельной сети наиболее опасным источником коррозии является трамвай, использующий для тяги постоянный ток. Схема питания трамвайной сети и распределение блуждающих токов приведены на рисунок 8.

Рисунок 8. Схема питания трамвайной сети (а) и распределение блуж-дающих токов (б)

Разрушение оболочек кабелей происходит тем сильнее, чем больше плотность тока, переходящего с кабеля в землю. Для бронированных силовых кабелей за допустимую плотность тока принята норма не выше 0,15 мА/дм2 с удельным сопротивлением грунта 100 Ом∙м.
Переходное сопротивление между рельсами и кабелями зависит от рас-стояния между ними, качества балласта под рельсовыми путями и качества грунта, в котором проложены кабели, а также от качества защитных покровов оболочек кабеля. Снижение всех видов сопротивления в рельсовой сети связано с уменьшением падения напряжения в ней, а следовательно, уменьшения тока утечки.
Устройство сварных соединений на рельсовых стыках через определен-ные промежутки, электрическое соединение путей между собой для уменьше-ния их сопротивления предусмотрено ГОСТом.
Выбор защитных покровов кабелей, проложенных в траншеях, при наличии блуждающих токов зависит от материала оболочки. Для свинцовой оболочки применяют покровы Бл, Б2л, Б2лШп, Б2лШв, БШп, БШв, Пл, П2л, П2лШв, ПШв, ПШп, П2лШп; для алюминиевой — Бп, Б2л, Шв, БлШв, Шп, БлШп, БпШп, Б2лШв, БвШв, Б2лШп, П2л, ПлШв, П2лШп, П2лШв; для неметаллической — Б, П; без оболочки — БбШв, БбШп.
Наиболее подвержены блуждающим токам места пересечений и сближений с рельсами, а также участки, расположенные вблизи отсасывающих фидеров.
Почвенная коррозия — электрохимическое разрушение металлических оболочек от взаимодействия с грунтом. Интенсивность коррозии зависит от состава грунта, наличия влаги и доступа воздуха в грунт.
Песчаные грунты коррозионно наименее активны; наиболее развивается коррозия металлов в кислых болотистых грунтах и солончаках. Особенно сильно подвергаются почвенной коррозии кабели, про-кладываемые на территориях химических предприятий. Поэтому на этих предприятиях прокладку кабелей в траншеях ограничивают либо заменяют ее открытой прокладкой на эстакадах и галереях. Кабели, предназначенные для прокладки в земле, имеют защитные покровы, предохраняющие металлические оболочки от почвенной коррозии.
Неправильно выбранная конструкция защитного покрова (марка кабеля) для прокладки в коррозионно-активной среде не сможет предохранить оболочку кабеля от коррозии. В процессе эксплуатации эти защитные покровы, пропитываясь водой, содержащей хотя бы незначительное количество кислоты, сами становятся с течением времени электрической средой, подобно окружающему грунту.
Контроль за коррозией кабелей. Наиболее важной задачей борьбы с коррозией металлических оболочек кабельных линий является установление ее причин и источников. Выбор защитных мероприятий производят по совокупности данных исследований влияния блуждающих токов и коррозионности почв.
Для контроля за состоянием металлических оболочек кабельных линий необходимо иметь карту подземных сооружений с указанием на ней анодных и катодных зон и участков с агрессивными грунтами. На карту наносят рельсы электрифицированных железных дорог, ближайшие отсасывающие пункты и все виды защиты от блуждающих токов, установленные на подземных сооружениях. Наличие карты облегчит работу по разрытию кабельных трасс для производства- контрольных измерений.
При контрольных замерах проверяют плотность тока, разность потенциалов и направление блуждающих токов. По току, проходящему по оболочке кабеля, судят о степени коррозионной опасности, а по его направлению — определяют места входа и выхода блуждающих токов с оболочек кабеля и устанавливают анодные и катодные зоны. Кроме того, во всех случаях раскопок контролируют состояние рельсовых стыков и кабелей.
В местах, где предполагается повреждение кабеля почвенной коррозией, оценку степени влияния коррозии на стальную броню определяют удельным сопротивлением грунта, потерей массы образца и плотностью поляризующего тока. Чем меньше удельное сопротивление грунта и чем больше потери массы образца и плотность поляризующего тока, тем больше опасность почвенной коррозии для брони кабеля.
Степень коррозионной активности грунтовой воды (средняя или высокая) по отношению к свинцовой и алюминиевой оболочкам определяют на основании химического анализа. Для этого на уровне прокладки кабеля на расстоянии 300—500 м друг от друга берут три пробы грунта в количестве 500 г и укладывают в чистую закрываемую крышкой посуду или в полиэтиленовые мешочки.
Степень коррозионной активности грунтов и воды по отношению к свинцовой оболочке кабелей оценивают путем сравнения данных анализа пробы грунта и воды с величинами показателей содержания органических (гумус) и азотистых (нитрат-ион) веществ, концентрации водородных ионов (рН), а для воды — дополнительно и общей жесткости.
Степень коррозионной активности грунтов и вод по отношению к алю-миниевым оболочкам и броне кабелей определяют по таблицам, приведенным в ГОСТе.
Силовые кабели со свинцовыми и алюминиевыми оболочками и стальной броней при наличии средней и высокой коррозионной активности грунтов должны быть защищены катодной поляризацией. Ее выполняют с помощью источника постоянного тока, создающего противотоки. Кабели с алюминиевыми оболочками имеют защитный полимерный шланг (ААШв, ААШп), который надежно защищает оболочку от коррозионных воздействий. Контроль за коррозией металлических оболочек кабелей проводят по мере необходимости.
Измерение плотности тока, сходящего с оболочки силового кабеля в землю, выполняется с помощью вспомогательного электрода. Для изготовления вспомогательного электрода можно использовать бронеленту кабеля, которую наматывают на деревянный стержень и зачищают до блеска. Площадь рабочей поверхности электрода должна быть не менее 1 дм2. Электрод размещают рядом с испытуемым кабелем на одной с ним глубине. Броня испытуемого кабеля через миллиамперметр соединяется со вспомогательным электродом. Соединения выполняются пайкой и тщательно изолируются.
Измерение разности потенциалов между броней кабеля и землей или рельсами трамвая и другими подземными сооружениями выполняется анало-гично замерам плотности тока с той разницей, что вместо миллиамперметра включается вольтметр.
Существующие методы измерений величин блуждающих токов, прохо-дящих по оболочкам силовых кабелей, позволяют определить ток, текущий только по броне. Зная соотношение сопротивлений брони и оболочки и полагая их соединенными параллельно, подсчетом можно определить величину тока, протекающего по оболочке. Наиболее простым способом измерения блуждающих токов, проходящих по броне, является способ измерений их по методу падения напряжения.
О направлении тока в кабельной линии судят по отклонению стрелки от нулевого положения, исходя из того, что стрелка прибора отклоняется в сторону зажима, имеющего более высокий потенциал.
Зная величину измеренного падения напряжения и величину удельного сопротивления брони на единицу длины для данного кабеля, можно определить значение тока, проходящего по броне,
,
где — измеренное прибором падение напряжения, В; Rб— сопротивление брони на 1 м длины кабеля, Ом/м.
Ток в оболочке кабеля определяется из закона параллельности соединения сопротивлений
Iср.о = Iср.брRб/Ro,
где Rо — сопротивление оболочки на 1 м длины кабеля, Ом/м.

Рисунок 9 – Способ измерения блуждающих токов, протекающих в оболочках

Мероприятия по защите кабелей от коррозии. При обнаружении коррозии металлических оболочек кабелей в процессе эксплуатации разрабатывают мероприятия по предотвращению дальнейшего разрушения их и замене поврежденных участков линии. Основным мероприятием по предотвращению почвенной коррозии является правильно выбранная трасса при проектировании кабельных линий. При необходимости кабели прокладывают в обход участков с агрессивными средами или применяют кабели с полимерным шлангом. При обнаружении неисправностей в устройствах электрифицированного транспорта снижают блуждающие токи до пределов установленных норм (сварка стыков рельсов, устройство отсосов и т. п.). Прокладку кабеля в местах сближения и пересечения с путями электрифицированного транспорта осуществляют в изолирующих трубах. Для борьбы с коррозией силовых кабелей от блуждающих токов применяют средства электрической защиты. Для кабелей, в которых среднесуточная плотность утечки блуждающих токов в землю превышает 0,15 мА/дм2, применяют катодную поляризацию.
Коррозионная защита алюминиевых оболочек кабелей, примыкающих к соединительным муфтам, расположенным в земле. Антикоррзионная защита участков кабелей, примыкающих к соединительным муфтам, ранее выполнялась асфальтовым лаком или битумной массой, •Опыт эксплуатации показал, что такая защита кабелей неэффективна. Поэтому для вновь монтируемых свинцовых муфт, перед укладкой их в чугунный кожух, необходимо оголенные участки кабелей покрыть (обмазать) составом МБ-70/60, разогретым до 130°С. После чего на алюминиевые оболочки, места паек свинцовой муфты и на саму муфту наматывают липкую ПВХ ленту в два слоя с 50%-ным перекрытием. Поверх ленты наматывают слой просмоленной ленты с последующим покрытием ее асфальтовым лаком. Если для защитного покрытия применяют нелипкую ПВХ ленту, то ее наматывают в три слоя с 20—30%-ным перекрытием, при этом каждый слой покрывают перхлорвиниловым лаком с предварительным подсушиванием каждого слоя.
Для защиты кабелей можно также применять термоусаживаемые трубки, которые до монтажа муфты надеваются на концы разделываемых кабелей и сдвигаются в одну сторону по кабелю. При выявлении коррозионного разрушения оболочек на одной из соединительных муфт (пробой в работе, при испытании) производят выборочное вскрытие дополнительно еще двух-трех муфг. Если при этом будет обнаружена коррозия алюминиевых оболочек, примыкающих к муфтам, то производят перемонтаж всех соединительных муфт на данной кабельной линии.