Виды коррозии оболочек силовых кабелей

Введение

Существует множество типов коррозии, но тот тип, который обсуждается в данной статье, является типом коррозии, чаще всего встречающимся в подземном кабельном оборудовании.

В данном предварительном объяснении в качестве металла будет упоминаться свинец. Медь нейтральна к коррозии, и здесь не обсуждается.

Коррозия анода (паразитные постоянные токи)

Паразитные постоянные токи поступают из таких источников, как сварка, токи между двумя разными структурами, и (в прошлом) уличный рельсовый транспорт.

Коррозия анода возникает в связи с передачей постоянного тока от коррозирующего оборудования в окружающую среду, обычно в землю. В точке коррозии напряжение на коррозирующем оборудовании всегда положительно.

В примере с коррозией свинцовой оболочки, свинец предоставляет путь низкого сопротивления для постоянного тока. По этому пути постоянный ток возвращается к своему источнику. В некоторой области, удаленной от точки в которой ток входит в свинец, но находящейся вблизи точки перехвата этого паразитного тока, ток оставляет свинцовую оболочку, и снова входит в нормальный путь возврата тока.

В точке входа паразитного тока обычно не возникает коррозии, но точка его выхода часто является местом коррозии.

В результате коррозии анода обычно появляются коррозийные углубления с чистыми боковыми поверхностями. Продукты коррозии анода, такие как окислы, хлориды или сульфаты свинца, уносятся потоком тока. Если обнаруживаются продукты коррозии, то это обычно хлорид или сульфат свинца, созданные положительным потенциалом оболочки, которая притягивает ионы хлорида или сульфата из земли к свинцу.

В случаях тяжелой коррозии анода может образоваться перекись свинца. Хлориды, сульфаты и свинцовые углекислые соли имеют белый цвет, а перекись свинца коричневая, как шоколад.

Коррозия катода

Коррозия металла – это указание на движение тока между анодом и катодом через электролит. Чем выше проводимость электролита, тем выше скорость движения тока, и тем быстрее происходит коррозия.

Коррозия катода встречается реже, чем коррозия анода, особенно после того, как с улиц исчез рельсовый транспорт.

Эта форма коррозии обычно возникает в результате присутствия в земле щелочи, или щелочных солей. В тех местах, где потенциал металла превышает -0.3 вольта, можно ожидать появление коррозии катода.

При коррозии катода металл не уносится непосредственно электрическим током, но может растворяться во время вторичного действия щелочи, порожденной током. Ионы водорода притягиваются к металлу, теряют свой заряд, и высвобождаются в виде газа.

Это приводит к снижению концентрации ионов водорода, и раствор становится щелочным. Окончательный коррозийный продукт, формируемый свинцом в катоде, представляет собой одноокись свинца и свинцовую или натриевую углекислую соль. Одноокись свинца, образуемая таким образом, имеет яркий оранжевый или красный цвет и является визуальным указанием на наличие коррозии катода.

Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия происходит, когда два разных металла в электролите имеют между собой металлическую связь. В этом случае, один металл становится анодом, а другой - катодом. Анод коррозирует, и защищает катод, по мере того как между ними в электролите движется ток. Свинцовая оболочка кабеля в гальваническом элементе может стать как анодом, так и катодом.

Это может произойти, поскольку свинцовая оболочка заземляется на металлическую структуру, сделанную из металла другого рода, и, как правило, имеет значительную длину.

В качестве другого металла гальванического элемента часто выступают медные стержни заземления. Коррозийная сила гальванического элемента зависит от металла, входящего в состав электродов, и сопротивления электролита, в котором они находятся. Этот тип коррозии часто можно предвидеть и избежать, если тщательно наблюдать за строительством, и не допускать ситуаций, когда различные металлы соединяются вместе в земле, или в другом электролите.

Химическая коррозия

Химическая коррозия, это повреждение, которое вызывается исключительно химическим воздействием, без дополнительного эффекта переноса электронов. К химическим соединениям, способным разрушить свинец относятся обычно концентрированные кислоты или щелочи. В качестве примеров можно назвать щелочной раствор, от не полностью выдержанного бетона, уксусную кислоту от испарившегося дерева или джута, производственные отходы промышленности, или воду с большим количеством растворенного в ней кислорода.

Коррозия переменного тока

Примерно до 1970 года, коррозия переменного тока воспринималась как несущественная, но возможная причина повреждения кабелей.

В 1907 году Хайген сообщил об испытаниях на свинцовых электродах, показавших что коррозийный эффект небольшого переменного тока составляет менее 0.5 процента по сравнению с эффектом равного по величине постоянного тока. Более поздняя работа с использованием высокой плотности переменного тока показала, что коррозия переменного тока может стать важным фактором концентрической нейтральной коррозии.

Коррозия местного гальванического элемента

Коррозия местного гальванического элемента, известная, как дифференциальная аэрация в специфической форме, вызывается электролитическим элементом, создаваемым неоднородной средой, в которой размещается кабель.

Примерами могут служить изменения концентрации электролита, через который проходит кабель, изменения чистоты металла, и неоднородность размеров гранул, используемых при засыпке кабеля. Эти элементы концентрации разрушают металл в областях низкой концентрации ионов.

Дифференциальная аэрация - это специфическая форма коррозии местного гальванического элемента, при которой одна область металла имеет меньший доступ к кислороду, по сравнению с расположенными рядом участками, на которые воздействует нормальное количество кислорода. Область с пониженным содержанием кислорода является анодом по отношении к области с более высоким содержанием кислорода, и поток электронов проходит через закрытый (лишенный кислорода) участок материала к открытому участку (имеющему нормальные уровень кислорода).

Коррозия дифференциальной аэрации встречается в подземных кабелях, но скорость такой коррозии обычно очень низка.

Примерами ситуаций, вызывающих эту форму коррозии, могут служить участки обнаженной оболочки или нейтральных проводов, лежащие во влажном или грязном канале, а также случаи, когда нижние участки проходящего канала могут содержать влагу. Других примером возможных возникновений условий коррозии дифференциальной аэрации, является кабель, установленный в канале, но затем уходящий в непосредственно закопанный участок.

Коррозия дифференциальной аэрации делает медь ярко зеленой.

Другие формы коррозии

Существует множество других видов возможной коррозии, но выше были представлены наиболее вероятные случаи. Примером коррозии другого типа может служить микробиологическое воздействие анаэробных бактерий, которое может иметь место в среде с недоступным кислородом, и pH в интервале от 5.5 до 9.0.

Жизненный цикл анаэробных бактерий зависит от сокращения сульфатных материалов, а не от потребления свободного кислорода. Коррозия, возникающая от анаэробных бактерий, производит сульфиды кальция или водорода, и может сопровождаться сильным запахом сероводорода и образующейся черной слизью.

Этот тип коррозии более опасен для стальных труб и оборудования смотровых люков, чем для свинцовых оболочек кабелей.