Способы защиты кабелей от коррозии

Одной из основных угроз для электрических кабелей с металлической оболочкой является коррозия. Она приводит к постепенному разрушению защитной оболочки. Поэтому в результате коррозии кабели выходят из строя, что приводит к перебоям в электроснабжении потребителей и аварийным ситуациям, а также требует дополнительных расходов на ремонт или замену кабельной продукции.

В рабочих условиях кабели требуют определенной защиты от коррозии и иного вредного воздействия окружающей среды. Как и со многими электроприборами, в качестве средства электрохимической защиты используют анодные электроды, сделанные из магния. Магниевый сплав замедляет процесс электро-коррозионного разрушения металлов.

Поэтому большое значение имеет защита кабелей от коррозии, которая должна предусматриваться на этапах проектирования, монтажа и эксплуатации линий электроснабжения. В случае открытой площадки проблема решается путем окрашивания брони или оболочки специальными антикоррозионными составами. При подземной прокладке кабеля для его защиты от коррозии приходится принимать специальные меры.

Виды коррозии кабельной продукции

Применяемые способы защиты кабелей от коррозии зависят от того, какому именно типу коррозионного воздействия подвержена линия электропередачи. Это определяется местом ее прокладки, условиями эксплуатации и материалами кабеля.

Различают следующие основные виды коррозии:

1. атмосферная;
2. электрохимическая (почвенная);
3. электрическая;
4. межкристаллитная.

Атмосферной коррозии подвергаются кабельные линии, проложенные открыто. Она обусловлена воздействием влаги, содержащейся в атмосферном воздухе, на металлические оболочки, жилы кабеля. Кроме этого, воздействие оказывают присутствующие в загрязненной городской или промышленной атмосфере агрессивные вещества. Интенсивность атмосферной коррозии зависит от ряда факторов. К основным факторам относятся влажность и степень загрязненности воздуха, которые зависят от климатических и экологических условий в зоне прокладки линии. Кроме этого, скорость атмосферной коррозии зависит от состояния поверхности оболочки кабеля.

Причиной почвенной коррозии металлических оболочек и брони кабелей является воздействие агрессивных веществ, содержащихся в грунте. В почве постоянно присутствуют соли, щелочи, кислоты, которые выступают в качестве электролита. При контакте этих веществ с металлом на его поверхности образуются микроскопические гальванические элементы, в которых в качестве электродов выступают разные по структуре зерна металла или зерна металла и содержащиеся в его составе примеси. Протекание токов между этими электродами обуславливает быструю коррозию. Свинцовая кабельная оболочка быстрее всего разрушается при наличии в почве нитратов, извести и известняка, уксусной кислоты, доменных шлаков и каменноугольной смолы, большой концентрации перегноя. Стальная броня плохо переносит присутствие в грунте серных и сернокислых соединений, а также соединений хлора. Алюминиевые оболочки быстро корродируют во влажной почве, независимо от ее состава.

Электрическая коррозия протекает в результате воздействия на металлическую оболочку или броню кабеля блуждающих токов. Эти токи образуются в результате эксплуатации рельсового транспорта на электрическом ходу. Рельсы выступают в качестве обратных проводов, по которым ток возвращается на тяговую подстанцию. При этом существенная доля тока уходит в землю, образуя блуждающие токи. При наличии в зоне их действия кабеля с металлической оболочкой или броней возникает коррозия. За год блуждающий ток силой 1 А способен разрушать 3 кг алюминия, 9 кг стали, 35 кг свинца. При этом в некоторых случаях сила блуждающих токов может составлять несколько десятков ампер.

Межкристаллитная коррозия характерна для свинцовой брони и кабельных оболочек. Она возникает в результате длительного воздействия вибрации. Наибольшей угрозе подвержен кабель, проложенный вблизи железнодорожных и автомобильных магистралей, трамвайных путей, на мостах и т.д. При длительном воздействии вибрационных нагрузок свинцовая оболочка может растрескиваться. Причем трещины проходят, как правило, по границам зерен металла (кристаллитов), вследствие чего между ними начинают протекать коррозионные процессы, которые дополнительно усиливаются образованием окиси свинца.

Меры защиты от атмосферной коррозии

Защита кабельных линий от атмосферной коррозии выполняют с помощью специальных антикоррозионных покрытий. После нанесения они создают на поверхности оболочки защитную пленку, которая ограждает ее от контакта с влагой и агрессивными веществами, присутствующими в воздухе, а также предотвращают их проникновение внутрь структуры кабеля. Кроме этого в зонах соединений и стыков кабеля применяют уплотнительные элементы. Они герметизируют сопряжения, не допуская контакта металлических частей со средами, провоцирующими коррозионные процессы.

Кроме этого, при открытой прокладке кабельных линий важно обеспечить защиту от атмосферной коррозии опорных конструкций, которые состоят из стоек, полок, подвесов, других элементов. Воздействие коррозии на этих элементы может ослаблять устойчивость конструкции и приводить к ее разрушению. Кроме этого, образование ржавчины на их частях, которые непосредственно контактируют с поверхностью кабеля, приводит к переходу коррозии на его оболочку. Для защиты металлических конструктивных элементов используют антикоррозионные лакокрасочные покрытия. К числу наиболее популярных защитных покрытий относятся эмали типов ХВ-1100, ХСЭ-23, ХСЭ-25, а также грунты типа ХСЭ-10. Элементы кабельных конструкций поставляются с покрытием с завода изготовителя. Кроме этого, их необходимо повторно окрашивать непосредственно перед монтажом. В ходе эксплуатации кабельных линий предусматривается периодическое окрашивание конструкций по мере износа антикоррозионного покрытия.

Меры защиты от почвенной коррозии

Для предотвращения почвенной коррозии, в первую очередь, необходимо правильно выбрать маршрут прокладки кабельной трассы. Он не должен проходить в болотистой местности, в грунтах с повышенным содержанием влаги и извести. Также следует избегать участков с повышенным загрязнением, в том числе районы свалок бытовых и промышленных отходов, стока промышленных вод, мест с насыпными грунтами, включающими шлаки и т.д.

Если прокладку трассы мимо таких мест не удается обеспечить, то рекомендуется использовать кабельную продукцию с защитным пластиковым покрытием оболочки. При расположении в грунтах с повышенным содержанием агрессивных веществ эффективную защиту металлических оболочек кабелей дает прокладка внутри асбестоцементных труб.

Дополнительно может потребоваться использование электрических способов защиты от коррозии.

Меры защиты от электрической коррозии

Для предотвращения этого типа коррозии используются методы пассивной и активной защиты. Пассивная защита предусматривает использование специальной конструкции или создание условий его эксплуатации, при которых коррозионные процессы замедляются или локализуются. Активная защита предусматривает использование специального оборудования или аппаратуры.

Пассивная защита от электрической коррозии

Для организации пассивной антикоррозионной защиты в конструкции кабеля могут предусматриваться специальные защитные покровы, состоящие из подушки и наружного покрова. Подушка — это волокнистый материал (чаще всего ПВХ), накладываемый поверх кабельной оболочки. Подушка обеспечивает защиту от электрохимической и химической коррозии, а также защищает оболочку от повреждения броней кабеля. Наружный покров тоже изготавливается из волокнистого материала, но накладывается он уже на броню. Он защищает кабельную броню от коррозионных воздействий и механических повреждений.

Кроме этого, к пассивной антикоррозионной защите кабельных линий относятся меры организационного и технологического характера, в том числе:

• прокладка кабельных линий в специальных каналах, коллекторах, туннелях, блоках, других защитных сооружениях, ограждающих кабель от негативных воздействий со стороны окружающей среды;
• запрет на засорение зоны прокладки кабельной линии мусором и отходами, контроль соблюдения такого запрета;
• засыпка траншей с подземной кабельной линией грунтом нейтрального состава, не провоцирующего коррозию алюминиевой, стальной или свинцовой оболочки и брони;
• разработка схем кабельных линий, исключающая их прокладку в зонах, наиболее опасных по коррозионным воздействиям и т.д.

В большинстве случаев пассивных методов оказывается недостаточно для эффективной защиты кабелей от электрической коррозии, поэтому их используют совместно с активными способами.

Активная защита от электрической коррозии

К активным методам относятся способы электрической защиты кабеля, которые также применяют и для защиты от химической коррозии.

Суть электрической защиты заключается в подаче отрицательного потенциала на металлическую оболочку кабеля, что позволяет прекратить на ее поверхности электролитические процессы.

Электрическую защиту подразделяют на три типа:

• катодная;
• протекторная;
• дренажная.

При катодной защите земля работает как катод. Между оболочкой кабеля и грунтом при помощи специальной катодной станции прикладывается разница потенциалов, что приводит к возникновению постоянного тока. Его протекание от почвы на кабель обеспечивает поляризацию.

Протекторная защита от коррозии не требует использования внешнего источника поляризационного тока. В качестве него используется гальванический элемент, который формируется металлической оболочкой кабеля («катод») и специальным металлическим элементом («анод»). Между ними в среде электролита возникает разница потенциалов. В результате протекания поляризационного тока происходит реакция восстановления металла кабельной оболочки и окисления протектора. Для защиты металлической оболочки кабелей от коррозии в зоне действия блуждающих токов промышленной частоты используются не обычные, а поляризованные протекторы. Их особенностью является подключение к кабельной оболочке через диод.

Электрический дренаж — это способ защиты кабеля от коррозии, предусматривающий отвод блуждающих токов при помощи проводника. Дренажный проводник подключается к металлической оболочке кабеля в центральной части анодной зоны, где накапливается наиболее значительный потенциал по отношению к земле. По этому проводнику блуждающие токи отводятся к минусовой шине подстанции или к рельсам.

Меры защиты от межкристаллитной коррозии

Для прокладки в зонах значительного вибрационного воздействия рекомендуется использовать кабель со свинцовой оболочкой особых марок. Они отличаются наличием в составе оболочки специальных присадок, которые повышают вибрационную стойкость металла. Прокладка кабеля в таких зонах должна осуществляться только цельным куском, поскольку на муфтовых соединениях межкристаллитная коррозия усиливается. Чтобы уменьшить вибрационное воздействие, рекомендуется выполнять прокладку кабеля в специальных коробах, наполненных песком, с использованием резиновых прокладок и других амортизирующих элементов.