Коррозия оболочек кабелей связи. Виды коррозии и их особенности

Коррозия — процесс разрушения металлических оболочек кабелей (свинцовых, стальных, алюминиевых), а также защитных и экранирующих покровов (стальной брони, медных и алюминиевых экранов) вследствие химического, механического и электрического воздействий окружающей среды. Различают следующие виды коррозии: почвенную (электрохимическую), межкристаллитную (механическую)- и электрокоррозию (коррозию блуждающими токами). Коррозия оболочек приводит к потере герметичности кабелей связи, ухудшению их электрических свойств и в ряде случаев выводит кабель из строя. Разрушающее действие коррозии характеризуется следующими данными: 1 А блуждающего в земле тока приводит к потере в течение года 12 кг стали, 36 кг свинца, 100 кг алюминия. В зависимости от характера взаимодействия оболочки кабеля и почвы, в которой он находится, а также от прохождения блуждающего тока, вдоль кабеля образуются анодные, катодные или знакопеременные зоны. Анодной зоной называется участок кабеля, па котором он имеет положительный электрический потенциал по отношению к окружающей среде. В этой зоне токи стекают с оболочки, унося частицы металла и разрушая ее. Катодной зоной называется участок, на котором он имеет отрицательный электрический потенциал по отношению к окружающей среде. В этой зоне ток втекает в оболочку, не создавая опасности ее разрушения. Знакопеременной зоной называется участок, на котором имеет место чередование положительных и отрицательных потенциалов по отношению к земле. Скорость коррозии зависит от тока, протекающего между анодом и катодом, и природы процессов.

1.Почвенная коррозия

Почвенной коррозией называется процесс разрушения металлической оболочки кабеля, вызванный электрохимическим взаимодействием металла с окружающей его почвой. Основные причины, вызывающие почвенную коррозию: содержание в почве влаги, органических веществ, солей, кислот, щелочей, неоднородность оболочки кабеля, неоднородность химического состава грунта, соприкасающегося с оболочкой кабеля, неравномерное проникание кислорода воздуха к оболочке кабеля. В результате на поверхности металла образуются гальванические пары, что сопровождается циркуляцией тока между металлом и окружающей средой. В местах выхода токов из оболочки кабеля в грунт образуются анодные зоны, в которых и происходит разрушение оболочки.

Интенсивность коррозии зависит от степени агрессивности среды, которая характеризуется двумя параметрами: удельным сопротивлением грунта р и химической характеристикой грунта по кислотному содержанию рН (рН — это кислотное число, характеризующее число ионов водорода в единице объема грунта). По удельному сопротивлению грунты подразделяются на три категории (рис. 10.42):

• низкоагрессивные (песчаные, глинистые, каменистые);

• среднеагрессивные (суглинистые, лесные, слабый чернозем);

• высокоагрессивные (торф, известь, чернозем, перегной, мусор). Третья категория грунтов весьма опасна для металлических оболочек в коррозионном отношении.

По химическому содержанию (кислотному числу рН) грунты также делятся на три категории (рис. 10.43):

• рН = 5 — кислотные грунты, содержащие растворы серной, азотной, соляной кислот (торф, перегной, чернозем, отходы производства и др.);

• рН = 5...10 — нейтральные грунты (песок, глина, скала);

• рН = 10...15— щелочные грунты, содержащие растворы кальция, натрия, калия, фосфора и др. (известь, удобрения, зола и т.д.). Агрессивность грунтов различных категорий по отношению металлам разная (рис. 10.45). Следует иметь в виду, что различные металлы по-разному ведут себя в различных грунтах.

Рис. 10.41. Почвенная коррозия: — анодная зона;— катодная зона; 1 — оболочка кабеля; 2 — токи коррозии. Интенсивность коррозии при разных удельных сопротивлениях грунтов

Свинец разрушается главным образом в щелочных средах, а также в кислотных средах при потенциале выше 1,5 В.

Алюминий подвержен весьма интенсивной коррозии в обеих средах. На сталь весьма агрессивно действует кислотная среда и меньше влияет щелочная.

Рис. 10.44. Подверженность коррозии различных металлов: I — кислотных; II — нейтральных; III — щелочных

2.Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозия возникает вследствие вибрации кабеля при его транспортировке на значительные расстояния, прокладке кабеля вблизи железных дорог с большим грузовым движением, на мостах автомобильных и железных дорог, а также при подвеске на опорах воздушных линий. В свинцовой оболочке кабеля при межкристаллитной коррозии появляются мелкие трещины, которые, увеличиваясь за счет продуктов коррозии, приводят к дальнейшему разрушению металла и распаду некоторых участков оболочки.

3. Электрическая коррозия

Электрокоррозия — это процесс разрушения металлической оболочки кабеля из-за блуждающих токов в земле. Источниками блуждающих токов могут быть рельсовые пути трамвая, электрифицированных железных дорог, метрополитена, установок дистанционного питания, использующих в качестве обратного провода землю. Интенсивность электрокоррозии металлической оболочки зависит от тока и напряжения в ней. По действующим нормам напряжение и плотность тока не должны превышать:;. При больших значенияхтребуется защита кабеля от коррозии.

Рис. 10.46. Схема прохождения блуждающих токов: 1 — контактный провод: 2 — питающая подстанция; 3 — рельсы; 4 — кабель

На электрифицированном транспорте возможны два варианта заземления источников питания (рис. 10.46): заземление отрицательного электрода (трамвай, метрополитен, ЭЖД); 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.