Коррозией называется разрушение поверхностей металлов вследствие электрохимических и химических процессов. В зависимости от условий протекания таких процессов коррозия может быть электрической, почвенной, межкристаллитной и атмосферной.

Электрическая коррозия возникает от прохождения по металлическим оболочкам кабелей блуждающих электрических токов, источниками которых могут быть рельсовые пути трамвайных и электрифицированных железных дорог, установки дистанционного питания и т.п. В электрических цепях трамвая и электрифицированных железных дорог в качестве обратного провода используются рельсовые пути и из-за значительного сопротивления рельсовых стыков, плохой изоляции их от земли, изменения направлений линий (путей) часть тока ответвляется в землю. При совпадении направления тока с проложенными в земле кабелями ток проникает в металлическую оболочку и проходит по ней до места ответвления к источникам (тяговым подстанциям). Место входа блуждающего тока в кабель называется катодной зоной, а место выхода — анодной. В анодной зоне ток уносит в землю мельчайшие частицы металла, разъедая оболочку.

Почвенная коррозия возникает при взаимодействии металла с окружающей средой (грунтом) и представляет собой электрохимическое разрушение металлических сооружений, вызванное действием почвы, грунта, почвенных и грунтовых вод и т.п. Содержание в грунте или почве минеральных солей, органических веществ, газов и влаги определяет их коррозионную активность. С повышением температуры скорость коррозии металла увеличивается.

Межкристаллитная коррозия возникает при вибрации кабелей на мостах и проездах с интенсивным движением, при длительной перевозке, в отдельных местах подвески и т.п. Разрушение оболочек кабелей в этом случае происходит преимущественно по границам кристаллов (зерен) металла и вызвано действием окружающей среды при переменных механических нагрузках или без них.

Атмосферная газовая коррозия, как правило, носит электрохимический характер и возникает при окислении металла, например, кислородом воздуха, при повышенной температуре.

Защитные меры по коррозии оболочек кабелей связи производятся как на установках электрифицированного транспорта, так и на сооружениях связи.

На электрифицированном транспорте осуществляются следующие меры защиты:

– уменьшают сопротивление рельсов путем качественной сварки стыков;

– улучшают изоляцию рельсов от земли (полотно из гравия, щебня, песка);

– переполюсовывают источники питания так, чтобы заземлялся минусовый электрод.

На сооружениях связи такими мерами защиты являются:

– выбор трассы с менее агрессивным грунтом (песок, глина, суглинок, нежирный чернозем);

– применение кабелей с герметичными полиэтиленовыми шлангами поверх металлических оболочек (обязательно для алюминия и стали);

– электрический дренаж (от электрической коррозии);

– катодные установки (от электрической и почвенной коррозии);

– изолирующие муфты (от электрической коррозии);

– протекторные установки (от почвенной коррозии);

– антивибраторы амортизирующие, рессорные подвески (от межкристаллитной коррозии).

Электрический дренаж, катодные и протекторные установки относятся к активным электрическим методам защиты, остальные — к пассивным.

Электрический дренаж — это отвод блуждающих токов с защищаемого кабеля посредством проводника. Дренаж подключается к кабелю в середине анодной зоны, т. е. там, где кабель имеет наибольший положительный потенциал по отношению к земле. Блуждающие токи по дренажному кабелю отводятся из оболочки защищаемого кабеля к рельсам или минусовой шине, питающей подстанции. В результате анодная зона на кабеле превращается в катодную (рисунок 11).

При необходимости устанавливают несколько дренажей с тем, чтобы на всем сближении кабелей связи с эл. ж. д. оболочка имела отрицательный потенциал. Такие дренажи называются прямыми электрическими дренажами. Прямой электрический дренаж имеет двустороннюю проводимость, поэтому он используется только в устойчивых анодных зонах, например при защите междугородного кабеля от блуждающих токов дистанционного питания.

а) принцип действия; б) потенциал на кабеле

Рисунок 11 – Электрический дренаж:

Д — диод; А — амперметр; R — резистор; К — ключ; СУ — сигнальное устройство

Рисунок 12 – Схема поляризованного дренажа ПГД:

В зонах, где наблюдается изменение знака потенциала оболочки относительно земли, применяют дренажи односторонней проводимости, так называемые поляризованные дренажи. В дренажную цепь включается вентиль, диод или поляризованное реле, обладающее односторонней проводимостью. В результате ток течет только от оболочки кабеля к питающей подстанции электрифицированной железной дороги. Для кабелей связи применяются поляризованные дренажи.

На рисунке 3 показана схема поляризованного дренажа ПГД.

Принцип действия катодной защиты состоит в том, что к оболочке кабеля, имеющей положительный потенциал по отношению к земле (анодная зона), присоединяют отрицательный полюс от постороннего источника постоянного тока, тем самым придавая оболочке отрицательный потенциал. Таким образом, напряжение источника тока переводит анодную зону на оболочке кабеля в катодную. Положительный полюс источника тока заземляют. Принцип работы катодной защиты показан на рисунке 4.

а) принцип действия; б) потенциал на кабеле

Рисунок 13 – Катодная установка:

Протекторная защита, по существу, аналогична катодной защите, только в данном случае для создания отрицательного потенциала на оболочке кабеля используется не посторонний источник тока, а ток, появляющийся за счет разности электрохимических потенциалов при соединении различных металлов (меди ... —0,377, свинца ... —0,126, стали ... —0,44, алюминия ... —1,66, магния ... —2,37). Этот ток направлен от более высокого потенциала к более низкому. В результате его действия разрушению подвергается металл с более низким потенциалом.

Обычно для протекторных электродов (протекторов) используются магниевые сплавы МЛ, состоящие из магния, алюминия и цинка. Электрод представляет собой цилиндр длиной 600—900 мм, диаметром 150—240 мм с контактным стальным стержнем (рисунок 14). Применяются три типа протекторов: ПМ-5У, ПМ-10У и ПМ-20У.

1 — соединительный проводник; 2 — гидроизоляция; 3 — свинец; 4 — заполнитель; 5 — электрод; 6 — контактный стержень; 7 — кабель связи

Рисунок 14 – Устройство электродной защиты:

Принцип протекторной защиты состоит в том, что катодная зона на оболочке кабеля создается в результате ее соединения изолированным проводом с заземленным протекторным электродом, имеющим более низкий электрохимический потенциал, чем потенциал заземляемой оболочки. Такой электрод является анодом, и ток с него будет стекать в землю. Оболочка кабеля при этом становится катодом и, следовательно, защищена от коррозии. Например, разность потенциалов кабеля со свинцовой оболочкой и магниевого электрода составит U = –2,37–(–0,126) =–2,24 В.

Протекторные электроды применяются главным образом для защиты от почвенной коррозии и устанавливаются по два-три на усилительный участок, при этом расстояние между ними и кабелем должно быть не менее 2—6 м, глубина закопки 0,6— 1,8 м. Протектор включается через контрольно-испытательные пункты (КИП).

Сопоставляя подверженность коррозии применяемых в настоящее время кабельных оболочек из свинца, стали и алюминия, следует отметить, что наиболее стойкими к агрессивному воздействию коррозии являются свинец, сталь и, наконец, алюминий. Сильная подверженность алюминия коррозии обусловлена тем, что он разрушается не только в анодной зоне, но и при больших катодных потенциалах. Кроме того, алюминиевые оболочки подвергаются коррозии в результате действия гальванических пар, образующихся в местах контакта оболочек со сталью, медью и свинцом.

Алюминий свободен от коррозии лишь в узком диапазоне отрицательных потенциалов—(0,52—1,48). Свинец и сталь коррозируют лишь в анодных зонах (при потенциалах, больших, чем —0,9 В).

При сравнении различных оболочек следует также иметь в виду, что сталь весьма чувствительна к воздействию кислотных сред и ведет себя до-вольно стойко в щелочных средах. Свинец и алюминий подвержены коррозии в обоих случаях. Стальная гофрированная оболочка разрушается, как правило, по вершинам гофр.

Исходя из изложенного, кабели связи в алюминиевых и стальных оболочках для защиты от коррозии обязательно должны иметь поверх металла герметичную полиэтиленовую оболочку, наносимую в процессе изготовления кабелей.

С целью повышения эффективности защиты дополнительно могут быть применены электрохимические методы защиты с помощью протекторов, катодной защиты, а также электрических дренажей, оборудуемых на участках действия блуждающих токов.

Методика расчета

Для расчета рассматривается система из двух параллельно идущих проводников:

- влияющего провода I, находящегося по отношению к земле под переменным напряжением U, и подверженного влиянию провода А , изолированного от земли. Переменное напряжение создает вокруг провода I переменное электрическое поле , силовые линии которого будут пересекать провод А.

По закону электрической индукции в проводе А по отношению к земле будет индуцироваться опасный потенциал Uэ.

       Расчет опасных напряжений и токов в цепях ЖАТ, производят по следующим формулам. В формулах учитывается зависимость опасных напряжений и токов, обусловленных электрическим влиянием, от напряжения U во влияющем проводе, высоты подвеса «b» влияющего провода, высоты подвески «с» провода, подверженного влиянию и расстояния «а» между этими проводами.

Расчет производим по формулам 1 и 2.

Напряжение электрического влияния:

                                                                                                               (19)

Где

U- напряжение во влияющем проводе , В;

b- высота подвеса влияющего провода , м;

с- высота подвеса провода , подверженного влиянию, м;

а- расстояние между влияющей линией и линией, подверженной влиянию, м;

Lэ- длина параллельного сближения линий , км;

L- длина провода , подверженного влиянию, км;

Коэффициенты для однопутной электрифицированной железной дороги :

К1= 0,4 и К2 =4,6.

Длина параллельного сближения линий определяется по формуле 2.

                                                                                      (20 )

Пример оформления расчета:

Исходные данные для расчета

Условие расчета :  Определить опасное напряжение и ток в подверженном влиянию проводе двухпроводной сигнальной цепи, подвешенной на линии, проходящей параллельно однопутной электрифицированной железной дороге.

Расчет:

Определим ток проходящий через тело человека, стоящего на земле и коснувшегося провода: I (мА)

  4.6×27.5×(3,25/(1+4))×((8×4)/(64+16+169))×  =4.6×2.75×0,65×0,12=8,8 мА

Определим потенциал в проводе по отношению к земле: U (В)

 0,4×27,5× ×0.12× ×1=132В

Практическое занятие №5

Тема: Расчет сопротивления заземления для объекта ЖАТ

Цель работы: изучить материал, научиться рассчитывать сопротивление защитного сопротивления заземления объекта. Сделать выводы по проделанной работе.

Вопросы :