3. Електрична та міжкристалітна корозія
Міжкристалітна корозія виникає внаслідок вібрації кабелю при його транспортуванні на значні відстані, прокладці кабелю поблизу залізниць з великим вантажним рухом, на мостах автомобільних і залізних доріг, а також при підвісці на опорах повітряних ліній. В свинцевій оболонці кабелю при міжкристалітній корозії з'являються дрібні тріщини, які, збільшуючись за рахунок продуктів корозії, призводять до подальшого руйнування металу і розпаду деяких ділянок оболонки.
Електрокорозія – це процес руйнування металевої оболонки кабелю за рахунок блукаючих струмів в землі. Джерелами блукаючих струмів можуть бути рейкові шляхи трамваю, електрифікованих залізниць, метрополітену, установок дистанційного живлення, що використовують в якості зворотніх дротів землю.
На електрифікованих залізницях і трамвайних мережах струм живлення, повертаючись по рейках до живлячої підстанції, частково відгалужується в землю. Проходячи по землі і зустрічаючи на своєму шляху металеву оболонку кабелю, струм розповсюджується по цій оболонці (рис. 4), а потім сходить з оболонки в землю і до рейки, щоб повернутися до іншого полюса генератора. Ті ділянки кабелю, на яких блукаючі струми входять із землі в кабель, утворюють катодну зону: ділянки кабелю, на яких блукаючі струми виходять з кабелю в землю, утворюють анодну зону, де і відбувається руйнування оболонки кабелю.
Рисунок 4 – Схема проходження блукаючих струмів
На міжміських кабельних лініях може застосовуватися дистанційне живлення підсилювальних пунктів за системою «провід-земля». При цьому струм, що стікає з заземлювача в пункті Б, частково потрапляє на оболонку кабелю, утворюючи катодну зону, а потім на деякому видаленні від пункту Б цей струм стікає з оболонки в землю, утворюючи анодну зону.
Інтенсивність електрокорозії металевої оболонки залежить від струму і напруги в ній. По діючих нормах напруга і густина струму не повинні перевищувати: UK<–0,9 В; JК<0,15 мА/дм2. При великих значеннях UK і JК потрібен захист кабелю від корозії.
На електрифікованому транспорті можливі два варіанти заземлення джерел живлення (рис.5): заземлення негативного електроду (трамвай, метрополітен, ел.з.д.); заземлення позитивного електроду (приміська залізниця).
Рисунок 5 – Варіанти заземлення джерел живлення:
а) заземлення негативного електроду; б) заземлення позитивного електроду
В першому випадку однозначно відома анодна зона – зона руйнування кабелю, і можна здійснювати його захист. В другому випадку анодна зона переміщується вздовж кабелю разом з рухом електропотягу. Кабель підлягає небезпеці руйнування на всьому шляху, і важко реалізувати захисні заходи. Тому необхідно мати заземлення негативного електроду джерел живлення.
4. Заходи захисту від ґрунтової корозії
Захисні заходи від корозії оболонок кабелів зв'язку проводяться як на установках електрифікованого транспорту, так і на спорудах зв'язку.
На електрифікованому транспорті використовують наступні заходи захисту:
– зменшують опір рейок шляхом якісної зварки стиків;
– покращують ізоляцію рейок від землі (полотно з гравію, щебеня, піску);
– переполюсовують джерела живлення так, щоб заземлювався мінусовий електрод.
На спорудах зв’язку такими заходами захисту є:
– вибір траси з менш агресивним ґрунтом (пісок, глина, суглинок, нежирний чорнозем);
– вживання кабелів з герметичними поліетиленовими шлангами поверх металевих оболонок (обов'язково для алюмінію і сталі);
– електричний дренаж (від електричної корозії);
– катодні установки (від електричної і ґрунтової корозії);
– ізолюючі муфти (від електричної корозії);
– протекторні установки (від ґрунтової корозії);
– антивібратори амортизуючі, ресорні підвіски (від міжкристалічної корозії).
Катодні станції
Принцип дії катодного захисту полягає в тому, що до оболонки кабелю, що має позитивний потенціал по відношенню до землі (анодна зона), приєднують негативний полюс від постійного струму, тим самим додаючи оболонці негативний потенціал. Таким чином, напруга джерела струму переводить анодну зону па оболонці кабелю в катодну. Позитивний полюс джерела струму заземлюють. Принцип роботи катодного захисту показаний на рис.6.
Для катодного захисту застосовуються катодні станції, що є випрямним пристроєм з селеновими випрямлячами або германієвими діодами. Випускаються катодні станції з вбудованими випрямлячами, що мають плавне або східчасте регулювання випрямної напруги.
Ефективним заходом щодо захисту від корозії кабельних оболонок є використання автоматичних катодних станцій (наприклад, АСКЗ-1200), що забезпечують автоматичну підтримку захисного потенціалу в заданому діапазоні. Принципова схема КС-400 показана на рис. 7.
Рисунок 6 – Катодна установка: а) принцип дії; б) потенціал на кабелі
Внаслідок порівняно великих експлуатаційних витрат катодні станції використовуються переважно для сумісного захисту декількох підземних споруд і головним чином захисту від корозії блукаючими струмами.
Рисунок 7 – Принципова схема катодної станції
Протекторні установки
Протекторний захист, по суті, аналогічний катодному захисту, тільки в даному випадку для створення негативного потенціалу на оболонці кабелю використовується не стороннє джерело струму, а струм, що з'являється за рахунок різниці електрохімічних потенціалів при з'єднанні різних металів (мідь... 0,377; свинцю – ...0,126; стали ... – 0,44; алюмінію ... – 1,66; магнію ... ...– 2,37). Цей струм направлений від більш високого потенціалу до більш низького. В результаті його дії руйнуванню піддається метал з більш низьким потенціалом.
Звичайно для протекторних електродів (протекторів) використовуються магнієві сплави МЛ, що складаються з магнію, алюмінію і цинку. Електрод є циліндром завдовжки 600...900 мм, діаметром 150...240 мм з контактним сталевим стрижнем (рис.8). Застосовуються три типи протекторів: ПМ-5У, ПМ-10У і ПМ-20У.
Рисунок 8 – Пристрій електродного захисту: 1 – з’єднувальний провідник;
2 – гідроізоляція; 3 – свинець; 4 – заповнювач; 5 – електрод; 6 – контактний стрижень; 7 – кабель зв’язку
Принцип протекторного захисту полягає в тому, що катодна зона на оболонці кабелю створюється в результаті її з'єднання ізольованим дротом із заземленим протекторним електродом, що має більш низький електрохімічний потенціал, ніж потенціал оболонки, що заземлюється. Такий електрод є анодом, і струм з нього стікатиме в землю. Оболонка кабелю при цьому стає катодом і, отже, захищена від корозії. Наприклад, різниця потенціалів кабелю з свинцевою оболонкою і магнієвого електроду складе U= –2,37 – (–0,126) = –2,24 В.
Протекторні електроди застосовуються головним чином для захисту від ґрунтової корозії і встановлюються по два-три на підсилювальну ділянку, відстань між ними і кабелем повинна бути при цьому не менше 2...6 м, глибина пролягання 0,6...1,8 м. Протектор включається через контрольно-випробні пункти (КВП).