Почвенная, или электрохимическая, коррозия

Почвенная, или электрохимическая, коррозия металлических покровов (оболочки и брони) кабелей происходит в результате воздействия на них находящихся в почве органических и неорга­нических кислот, щелочей и солей.

Электрохимические процессы, обусловливающие явление поч­венной коррозии, аналогичны процессам, происходящим в обычном гальваническом элементе. Как известно, при замыкании внешней цепи гальванического элемента ток в ней потечет от положитель­ного угольного электрода к отрицательному цинковому. Внутри элемента ток через электролит будет протекать от цинкового элек­трода к угольному и цинковый электрод будет разрушаться (кор­родировать).

Присутствующие в почве кислоты, щелочи и соли, растворен­ные в почвенной влаге, являются электролитом. При соприкосно­вении с электролитом металла (оболочки или брони кабеля) на его поверхности образуется множество микроскопически малых галь­ванических элементов. Электродами в этих элементах являются разнородные по структуре зерна металла или металл и находя­щиеся в нем примеси. Протекающие в этих гальванических эле­ментах токи и вызывают коррозию металла, аналогичную корро­зии цинка в обычном гальваническом элементе. Такие гальваниче­ские элементы могут образоваться в результате контакта в элек­трической среде двух разнородных металлов, например свинцо­вой оболочки и брони кабеля.

Причиной почвенной коррозии может также явиться неодно­родный состав почвы вдоль оболочки кабеля или различная по длине кабеля концентрация агрессивных веществ. В этом случае вдоль оболочки кабеля также создается некоторая разность по­тенциалов, вызывающая ток в оболочке и ее разрушение в месте выхода тока в почву.

Для свинцовой оболочки кабелей наиболее опасным является присутствие в почве уксусной кислоты, извести, нитратов (азотно­кислых солей) и перегноя от органических веществ. Грунт с боль­шим содержанием известняка (мергельный), а также насыпные грунты с содержанием в них каменноугольной смолы и доменных шлаков, представляющих собой сильные щелочи, также вредно действуют на свинцовую оболочку кабелей. Для стальной брони кабелей наиболее опасными являются хлористые, серные и серно­кислые соединения, находящиеся в почве. Для алюминиевой обо­лочки кабелей коррозионно опасной считается влажная почва любого состава.

Электрическая коррозия металлических покровов кабеля, воз­никающая под воздействием блуждающих в земле токов, по сравнению с почвенной является более опасным видом корро­зии. Рассмотрим причины возникновения в земле блуждающих токов.

Как известно, питание электровозов и электросекций на ряде наших электрифицированных железных дорог, а также питание электродвигателей трамвая осуществляется постоянным током, подаваемым от тяговых подстанций по контактной сети; обратным про­водом, по которому ток воз­вращается на тяговую под­станцию, являются рельсы. Вследствие того что рельсы. представляют для тока из­вестное сопротивление, боль­шая часть возвращающегося на подстанцию тока ответвляется в землю и протекает по земле; протекающий по земле ток и принято называть блужда­ющим.

Если параллельно рельсам проложен подземный кабель, то блуждающий ток будет стремиться пройти по металлической обо­лочке и броне кабеля. При принятой полярности ток у места нахождения электровоза будет входить в оболочку и броню кабеля, а в районе тяговой подстанции выходить из них. Те участки кабеля, на которых блуждающие в земле токи входят в оболочку и броню кабеля, принято называть катодными зонами, так как оболочка и броня кабеля на этих участках имеют отрица­тельный потенциал по отношению к окружающей их среде. Участки кабеля, на которых блуждающие токи выходят из оболочки и брони кабеля в землю, называют анодными зонами, так как на этих участках оболочка и броня имеют положительный потен­циал по отношению к земле. В месте выхода тока из оболочки и брони, т. е. в анодной зоне, будет происходить электролиз ме­талла оболочки и стальной брони, вызывающих их коррозию.

Насколько большой вред могут причинить защитным покровам кабеля блуждающие токи, можно видеть из того, что постоянный ток 1 А, выходящий из оболочки и брони кабеля в землю, может разрушить в течение года около 35 кг свинца, 9 кг стали или 3 кг. алюминия. При этом следует учесть, что блуждающие токи, про­текающие по оболочке кабеля, в особо неблагоприятных случаях могут достигать десятков ампер. Проложенный в земле кабель со свинцовой оболочкой в том случае считается защищенным от коррозии, если во всех точках потенциал оболочки кабеля по отношению к земле является отри­цательным. Коррозия алюминиевых оболочек кабелей, вызывае­мая постоянным блуждающим током, может происходить как на анодных, так и на катодных участках. Блуждающие токи на участках железных дорог, электрифи­цированных по системе однофазного переменного тока, также протекают по оболочке и броне, проложенных вблизи кабелей. Однако эти токи имеют переменный по знаку потенциал (по отно­шению к земле), изменяющийся с периодичностью 100 раз в секунду, и вследствие этого практически не оказывают коррозион­ного воздействия на свинцовую оболочку и стальную броню кабе­лей. Исследования показали, что алюминиевые оболочки кабелей могут коррозировать под воздействием блуждающих переменных токов. Однако в конструкции кабелей с алюминиевой оболочкой предусмотрена ее защита в виде пластмассового шланга или не­скольких слоев поливинилхлоридной ленты. Эти покрытия надеж­но защищают алюминиевую оболочку от почвенной коррозии и коррозии блуждающими постоянными или переменными токами. Однако эффективность покрытия имеет место только в том случае, если в стыках строительных длин проложенного кабеля надежно изолированы от земли его концы и соединительная или разветвительная муфта.

Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозиясвинцовых оболочек кабеля воз­никает вследствие его длительной вибрации, вызываемой дви­жущимся транспортом, если кабель проложен на железнодорож­ных или автодорожных мостах или вблизи от железнодорожных или трамвайных путей, и при длительной транспортировке ка­беля, если барабаны с кабелем недостаточно амортизированы. Возникающие при вибрации кабеля знакопеременные нагрузки в оболочке приводят к усталости материала оболочки и ее растре­скиванию, происходящему преимущественно по границам кристал­литов (зерен) свинца. В появившихся мелких трещинах происхо­дит образование окиси свинца, что ускоряет процесс коррозии. Алюминиевые оболочки кабелей практически не подвержены межкристаллитной коррозии.