Лекция 11. Эксплуатация кабельных линий Блуждающие токи, их измерение и защита кабелей от коррозии

Металлические оболочки кабельных линий, проложены в земле, подвергаются опасности разрушения вследствие электролитической и электрохимической коррозий. Первый вид коррозии вызван протеканием блуждающих токов, второй – агрессивными свойствами почв.

Первые тревожные сообщения о разрушающем действии блуждающих токов стали поступать из Соединенных Штатов Америки уже в конце XIX столетия. С тех пор электрохимическая коррозия переросла в настоящий бич. Она ежегодно наносит огромный ущерб системам транспортировки нефти и газа, сетям коммунального хозяйства и другим подземным металлическим сооружениям. Более того, при их эксплуатации возникает опасность катастроф и аварий с человеческими жертвами.

По статистике блуждающие токи силой в 1 ампер за год могут выносить с 1м² сооружения до 9 килограммов металла.

Борьба с коррозией может быть эффективной лишь при комплексном принятии необходимых мер защиты на всех этапах жизненного цикла сооружения – от проектирования до производства, монтажа и эксплуатации.

При работе электрифицированного транспорта плюс источника постоянного тока соединяют подвешенный на изоляторах провод (троллей), а с минусом рельсовые пути. Если в близи участка токоведущих рельсов находятся кабели и другие металлические сооружения, то часть тока (блуждающий ток) может ответвиться и пройти по сооружению как по параллельному проложенному проводнику. При этом рельсы и оболочка кабеля представляют собой электроды, а окружающая их влажная земля, содержащая растворенные соли и кислоты, - электролит. Место стекания тока с кабеля в землю называют анодной зоной, при этом оболочка кабеля находится под повышенным потенциалом, что приводит к интенсивному разрушению оболочки кабеля.

Для определения коррозийной опасности и разработ­ки мер по защите кабельной линии составляют потенци­альную диаграмму кабельной сети, которую периодиче­ски корректируют. Для этого на кабельных линиях про­водят комплекс испытаний, включающий следующие измерения:

- разности потенциалов между оболочками кабеля и землей;

- силы и направления тока, протекающего по обо­лочке кабеля;

- плотности тока, стекающего с кабеля в землю. Как показывает опыт, потенциалы 0,1 – 0,2 В доста­точны для создания условий активного разрушения свинцовой оболочки. Для измерения потенциалов нужно использовать вольтметры с большим сопротивлением, порядка 10000 Ом на 1 В.

Для измерения блуж­дающих токов применяют универсальный коррозийно-измерительный прибор. По данным измерений определяют средние значения потен­циалов и токов. Опас­ным значением плотности стекающего тока считает­ся 0,15 мА/дм² и более.

При измерении потен­циалов оболочек кабеля по отношению к земле (рис. 20) во избежание по­явления погрешностей от возможности появления гальванических пар заземляющий электрод выполняют из того же металла, что и оболочку кабеля (свинец, алюминий), на котором изме­ряют блуждающие токи. Обычно в качестве электрода используют кусок кабеля длиной 300 – 500 мм.

Рисунок 21- Схема измерений по­тенциалов на оболочках кабе­лей и плотности стекающих с них блуждающих токов: 1 – кабель; 2 – электрод

При измерении плотности тока вместо милливольт­метра включают миллиамперметр. Измерив весь ток, стекающий с электрода в землю , и зная размер по­верхности электрода , определяют удельную плотность тока, стекающего в землю, :

Сквозной ток, протекающий вдоль оболочки кабеля , желательно измерять компенсационным методом (рис. 22). От постороннего источника по оболочке кабеля пропускают ток обратного направления, который компенсирует блуждающий ток, проходящий вдоль обо­лочки. В момент полной компенсации показание милли­вольтметра равно нулю, а ток, пропускаемый от посто­роннего источника , равен сквозному току, протекаю­щему вдоль оболочки кабеля

Существующими правилами технической эксплуата­ции предписано измерять блуждающие токи не менее двух раз в первый год эксплуатации кабельной линии. Периодичность измерений в последующие годы устанав­ливают на основании результатов первых измерений и анализа коррозионных зон.

Рисунок 22 - Схема измерения блуждающих токов, протекающих вдоль свинцовой оболочки: 1– вспомогательная батарея; 2 – реостат; 3 – кабель; 4 – прибор-индикатор

Основным принципом электрохимической защиты является смещение потенциала предохраняемого объекта в отрицательную сторону. Этот принцип сформулирован англичанином Хемфи Деви в 1820 году и с тех пор остается неизменным, но технология его применения претерпела значительным изменениям. Лидирующее место на рынке средств электрохимзащиты занимает концерн «Энергомера» (Россия). Специалисты компании создали более 20 моделей защитного оборудования.

Существуют три метода защита кабеля от воздействия блуждающих токов:

- катодная защита;

- электродренаж;

- протекторная защита.

Катодная защита заключается в подачи на кабель отрицательный потенциал от постороннего источника тока («Энергомера» – М1, М2, М3).

Электродренажи - это металлические перемычки, при помощи которых блуждающие токи отводятся от оболочки кабеля в рельсы или от отсасывающей линии.

Протектор представляет из себя металлический электрод специальной конструкции глухо присоединяемому к защищаемому сооружению. Блуждающие токи стекают по протектору и разрушают его вместо оболочки кабеля.

Электрические методы защиты кабелей от воздействия блуждающих токов одновременно служат защитой и от почвенной коррозии, так как сообщаемый оболочкам кабелей отрицательный потенциал подавляет вредное действие веществ, образующихся на поверхности металла при электрохимической коррозии. Коррозию предотвращают также прокладкой кабелей в изолирующей канализации и применением антикоррозионных покрытий и пластмассовых оболочек.