5.1 Электрическая коррозия (коррозия блуждающими токами)

Это процесс разрушения металлической оболочки кабеля за счет блуждающих токов земле. Источниками блуждающих токов могут быть рельсовые пути трамвая, электрифицированных железных дорог, метрополитена, 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 (pис. 5.3), а затем сходит с оболочки в землю и рельсу, чтобы возвратиться к другомy 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 гону, в которой происходит разрушение оболочки кабеля.

Рисунок 5.1 – Схема прохождения блуждающих токов от электрических железных дорог

На междугородных кабельных линиях может применяться дистанционное питание усилительных пунктов по системе «провод — земля». При этом ток, стекающий с заземлителя, частич­но попадает на оболочку кабеля, обра­зуя катодную зону, а затем этот ток в другом месте стекает с оболочки в землю, образуя анодную зону.

На электрифицированном транспор­те возможны два варианта заземле­ния источников питания :

отрицательного потен­циала; заземление положительного потен­циала;

заземление отрицательного электрода (трамвай, метрополитен, эл. ж. д.); заземление положительного электрода (пригородная железная дорога).

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.

Рисунок 5.2 – Варианты заземления источников питания: а) заземление отрицательного потен­циала; б) заземление положительного потен­циала

В отличие от почвенной коррозии (гальванокоррозии) электрохимическая коррозия металлов под влиянием тока от внешнего (по отношению к сооружению) источника называется электрокоррозией. Для подземных сооружений внешними источниками тока, вызывающими их коррозию, являются блуждающие токи. Блуждающими называются электрические токи в земле, возникающие за счет утечек из рельсов электрифицированных железных дорог, трамвая и метро, работающих на постоянном токе и использующих рельсы в качестве обратного провода. Источниками блуждающих токов могут быть также различные установки постоянного тока (телеграф, электросварочные аппараты, системы катодной защиты и пр.), использующие в качестве обратного провода землю. Известно, что электрическая проводимость металлов в сотни миллионов раз больше проводимости почв и грунтов. Поэтому всякая подземная металлическая магистраль, находясь в зоне распространения блуждающих токов, привлекает на себя эти токи, передает их как проводник более низкого омического сопротивления и возвращает их через землю к источнику постоянного тока.

При этом та часть металлического сооружении, из которой ток выходит в землю, является анодом, а та часть сооружения, где постоянный ток входит в него, является катодом. В анодных зонах при условии контакта сооружения с влажной почвой блуждающие токи вызывают электролиз и причиняют сооружению чрезвычайно большие коррозионные разрушения. Блуждающий ток в 1 а за один год разъедает в анодной зоне металлическою сооружения около 36 кг свинца или соответственно около 9 кг железа или около 4 кг алюминия (каждые 96500 кулонов количества электричества растворяют 1 г/экв металла).

Нетрудно представить результаты коррозионного действия блуждающих токов, если последние в некоторых сооружениях, расположенных вблизи источников блуждающего тока, достигают 40 а и даже больше. Наибольший ущерб коррозия блуждающими токами приносит подземным сооружениям в системе городского хозяйства. При этом самой сильной коррозии подвергаются незащищенные изолирующими покрытиями сооружения: трубопроводы, голые освинцованные и бронированные кабели. Особенно опасным источником блуждающих токов являются электрифицированные железные дороги, а также трамвай и метро, где потребляются большие токи.

Электрохимическая коррозия подземных сооружений блуждающими токами во много раз опаснее обычной почвенной коррозии. В отдельных случаях большие блуждающие токи способны вывести сооружения из строя в течение самого короткого срока — в 2—3 месяца.

Скорость и интенсивность коррозии блуждающими токами совместно с почвенной коррозией особенно сильно возрастает при наличии частых и резких перепадов значений электрического сопротивления почв вдоль линейного сооружения. Объясняется это тем, что в этих условиях блуждающие и гальванические токи то входят в сооружение и проходят по нему, то выходят из сооружения и проходят по почве, создавая тем самым множество анодных и катодных зон. Установлено, что в почвах с высоким сопротивлением блуждающие токи более или менее полно собираются металлическим сооружением и протекают по нему. На участках, где почва имеет низкое сопротивление, эти токи покидают сооружение и частично переходят в почву. Места наиболее сильных утечек тока из сооружения, совпадающие с участками низкого сопротивления почвы, характеризуются наиболее интенсивными явлениями коррозии. Вредное явление блуждающих токов не ограничивается только анодными участками. Под влиянием катодного потенциала защитная изоляция на катодном участке со временем приобретает способность впитывать почвенную влагу. В связи с этим сначала происходит понижение омического сопротивления защитного покрытия, а затем и его полное разрушение с оголением поверхности металла.