Способы защиты кабелей от коррозии

способы защиты кабеля от коррозии

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.

Коррозия металлической оболочки кабеля

Различают следующие основные виды коррозии:

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 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 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:

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.

Источник

Защита от коррозии кабельных линий 6-10-35-110 кВ

Виктор БАРИНОВ, советник директора;

Николай СОЛОВЬЁВ, заместитель директора по техническим вопросам — главный инженер, филиал ОАО «Ленэнерго» — «Кабельная сеть»

Коллектив филиала ОАО «Ленэнерго» — «Кабельная сеть» вместе со всеми подразделениями ОАО «Ленэнерго» 15 июня 2011 года отметил 125-летие появления электросетей в Санкт-Петербурге.

Первые кабельные линии были проложены в 1883 г., и сегодня в сети города работают сотни километров кабелей дореволюционных прокладок, в том числе и кабели 20 кВ, которые были впервые проложены в 1914 году.

На начало 2011 года предприятие эксплуатировало (баланс, обслуживание, аренда и бесхоз) примерно 19,5 тысячи км КЛ 0,4—6—10—35—110 кВ.

Ежегодно по разным причинам повреждается некоторое количество КЛ, в том числе и по причине коррозии металлических оболочек кабелей (табл. 1). Доля таких повреждений значительна. Так, в 2010 году в сети 6 кВ повредилось 11% КЛ от общего числа повреждений (в 2009-м — 16%), а в сетях 10 кВ — 12% (в 2009-м — 14%).

В сетях 35 кВ было 6 повреждений по причине коррозии свинцовых оболочек.

В 2010 году было два случая коррозии свинцовых оболочек КЛ 110 кВ от блуждающих токов. Так как этот вид повреждений имеет не локальный характер, а распространяется по длине КЛ на десятки, а иногда и на сотни метров, объёмы ремонтов достаточно велики.

Высокая коррозионная повреждаемость обусловлена тем, что повсеместно на территории Санкт-Петербурга почва имеет повышенную влажность и агрессивные компоненты (NO₃, SO₄, Cl и органические вещества), а также высокий уровень блуждающих токов, генерирующихся в зонах расположения промышленных предприятий и линий электрифицированного рельсового транспорта.

Коррозионная активность грунтов по такому показателю, как pH (ГОСТ 9.602-2005), показывает, что в городе очень много коррозионно-опасных зон по грунтам (pH 4,3 и менее или 9,2 и выше до 12,2).

По видам коррозии мы различаем: почвенную, от блуждающих токов (часто они сопутствуют друг другу) и чисто химическую коррозию — фенольную. Фенольная коррозия встречается на кабелях, где защитные покровы при изготовлении обрабатывались продуктами каменноугольной смолы. Сейчас встречается крайне редко, так как такая пропитка прекращена.

До недавнего времени обстановку усугубляло и то, что коммунальные службы убирали улицы в основном методом снеготаяния, путём разбрасывания соли или смеси соли с песком.

Учитывая все эти факторы, основное количество кабелей 6—10—35 кВ имеет свинцовую оболочку и примерно 2% — алюминиевую.

Наилучшим образом зарекомендовали себя в отношении устойчивости к агрессивным грунтам и блуждающим токам кабели марок АСБ_2л и АСБ_2л Ш_в.

Анализ повреждаемости за 1985—2010 гг. выявил, что кабели с алюминиевой оболочкой повреждаются более чем в 6,3 раза чаще, чем кабели со свинцовой оболочкой. Коррозионные повреждения имеют примерно 800 КЛ 6—10—35 кВ со свинцовой и алюминиевой оболочкой. Во всех частях города насчитывается примерно 400 адресов, где отмечались случаи коррозионных повреждений КЛ.

С 2003 г. в ОАО «Ленэнерго» стали массово применять кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, однако эти кабели ещё нескоро заменят действующие КЛ, так как интенсивная прокладка и замещение КЛ идут только в сети 110 кВ.

На начало 2011 года кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена составили 43% от эксплуатируемых КЛ 110 кВ общей протяжённостью 191,9 км.

В сети 0,4 кВ кабели с пластмассовой изоляцией составляют 14,2%, из них с изоляцией из сшитого полиэтилена — 11%, а в сети 6—10 кВ кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена только 7,1%.

В случае коррозионного повреждения действующих КЛ 6—10—35—110 кВ делается следующее:
• производится анализ пробы грунта из котлована, где ведётся ремонт КЛ;
• осуществляется химический анализ продуктов коррозии и защитных покровов;
• участки оболочки кабеля, повреждённые коррозией, и продукты коррозии обрабатываются тетраметилдиадофенином в растворе 50-процентной уксусной кислоты, и изменение их цвета (посинение) подтверждает наличие коррозии от блуждающих токов. Этот метод разработан в Кабельной сети «Ленэнерго» в 1960 г. инженером-химиком М.В. Янишевской в сотрудничестве с Лесотехнической академией. На основании полученных данных разрабатываются мероприятия, обновляется карта коррозионных зон. Дополнительные сведения для карт также получаются после анализов проб грунтов с новых адресов прокладок КЛ.

Для защиты от блуждающих токов КЛ 6—10—35 кВ подключаются в совместные катодные защиты, которые осуществляются теми организациями, чьи инженерные подземные сооружения (водопроводные сети, газовые сети, тепловые сети) пересекают КЛ или идут параллельно.

Включение в систему совместной защиты КЛ производится через вентильные блоки, которые предотвращают перетекание токов из других защищаемых сооружений на оболочки КЛ. В настоящее время в эксплуатации находится 1120 блоков совместной защиты.

В системе электроснабжения Санкт-Петербурга действуют маслонаполненные КЛ 110 кВ низкого и высокого давления, а также КЛ 110 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена. КЛ 110 кВ низкого давления в основном выполнены кабелем МНСК со свинцовой оболочкой и небольшое количество — кабелем МНГАШву с алюминиевой гофрированной оболочкой. КЛ 110 кВ высокого давления имеют стальные трубы толщиной 10 мм с нанесённой на них весьма усиленной изоляцией.

В соответствии с «Руководящими указаниями по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозий» [1] электрохимическая защита маслонаполненных КЛ 110 кВ должна выполняться отдельно от других подземных сооружений, при этом значения защитных потенциалов на оболочках МНКЛ 110—220 кВ должны находиться в пределах, описанных в литературе [2].

Для определения значений потенциала (табл. 2), возникающего на устройстве катодной защиты, в Ленэнерго в 1982 г. были произведены исследования, при которых ток короткого замыкания в одной из фаз кабельной линий 220 кВ достигал 25 800 А, при этом проводились измерения на всех сопутствующих металлических сооружениях. Наибольшие напряжения, возникшие на оборудовании катодной защиты, приведены в табл. 3 [3].

Как видно из табл. 2, защитный потенциал должен поддерживаться для алюминия и стали в более узком интервале, чем для свинца.

Для примера: на КЛ высокого давления одной из организаций в Санкт-Петербурге в течение 2007—2008 гг. отмечено несколько случаев коррозионного разрушения стальной трубы на участке примерно 50 м в районе колодца № 2, приведших к утечкам изоляционного масла.

Вид повреждения — цепочка каверн с крутыми краями диаметром около 10—15 мм и шагом 10 см на всю толщину стальной трубы.

Как видно из рисунка, в течение ряда лет защитный потенциал почти на всей длине был ниже минимального.

Трасса КЛ имеет приближения к электрифицированной железной дороге 25—30 м на значительной длине и удаление примерно 900 м.

На начальном периоде строительства и эксплуатации систем катодных защит МНКЛ 110—220 кВ применялись катодные станции различных типов (КСС, ТСК, СКЗМ, ОПС, ТП, АП) с ручной регулировкой защитного потенциала и с использованием в качестве анодного заземления графитопластовых электродов или бывших в употреблении железнодорожных рельсов.

Графитопластовые электроды показали себя неудовлетворительно, их срок службы в 2—3 раза меньше, чем рельсов (средний срок — 10 лет). Основная причина — технология монтажа не создавала надёжного контакта дренажного кабеля к оголовку АЗ. Другой важнейший фактор, влияющий на срок службы АЗ, — это количество электричества, протекающего через заземление (или средний ток АЗ). Ввиду узости интервала допустимого защитного потенциала ток АЗ приходилось держать на пределе.

С появлением катодных станций, работающих в автоматическом режиме, эффективность катодных установок возросла. Это было достигнуто в результате модернизации катодных станций посредством установки блоков автоматического управления выходными токами, преобразователей катодной защиты и измерительных электродов сравнения, с которых снимается сигнал обратной связи. Эта работа была выполнена в НИИ постоянного тока совместно с Кабельной сетью «Ленэнерго». Количество электричества, протекающего через АЗ, уменьшилось не менее чем на 20%.

Для снижения эксплуатационных расходов была выбрана станция ОПЕ-63/48 мощностью 3 кВт, в качестве АЗ — железнокремниевые электроды ЗЖК-1500 длиной 3 м, глубина заложения — 1,5 м.

В настоящее время реконструированы уже 43 катодные установки из 48. Работа продолжается.

Замеры потенциалов проводятся ежеквартально с апреля по ноябрь включительно на контурах заземлений стопорных и соединительных колодцев МНКЛ 110—220 кВ. Они выполняются цифровым мультиметром ДТ-832 с внутренним сопротивлением 1 МОм/Вт, с применением неполяризованного медносульфатного электрода, а там, где есть асфальт или лёд, используется стальной электрод. Однако при прохождении по нему блуждающего тока стальной электрод поляризуется и вносит погрешность в измеряемую величину потенциала.

Станции катодной защиты осматриваются ежемесячно, регулировка катодных станций, работающих в ручном режиме, проводится ежеквартально с проверкой эффективности их работы.

«Руководящие указания по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозий» введены в 1996 г. За это время вышло в свет много новых нормативных документов, появилось и применяется новое оборудование, в том числе кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Складывается впечатление, что при прокладке кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена вопросы коррозионной повреждаемости отпадают сами собой. Однако это не так. Одно из требований к эксплуатации таких кабелей — это регулярные испытания напряжением 10 кВ в течение 1 минуты пластмассовой оболочки, чтобы грунтовые воды не попадали внутрь кабеля (при вводе в эксплуатацию через год после ввода в эксплуатацию и далее через каждые 3 года). Однако очень часто на практике происходит не полная замена КЛ с бумажно-пропитанной изоляцией на кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена, а только часть, при этом теряется возможность испытания оболочки [4].

Учитывая крайне низкий уровень электромонтажных работ, повреждения оболочек происходят повсеместно. При этом пробы грунтов и грунтовых вод с новых трасс прокладок в большинстве случаев не берутся, в то время как именно сейчас осваиваются окраины города, территории бывших свалок. Например, в 2010 году из 194 проб грунтов, сданных в химическую лабораторию филиала, 15% (29 проб) оказались высокой коррозионной активности.

ВЫВОДЫ

Электрохимическая защита МНКЛ 110 кВ — важнейшее мероприятие, повышающее надёжность работы КЛ.

При проектировании катодной защиты надо применять катодные станции, работающие в автоматическом режиме.

Применение кабелей 10 кВ и выше с изоляцией из сшитого полиэтилена не снимает вопросы защиты от коррозии.

«Руководящие указания по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозий» требуют пересмотра и дополнения в части применения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

ЛИТЕРАТУРА

1. Руководящие указания по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозий. РАО ЕЭС России, 1996 г., с. 18.
2. ГОСТ 9.602-2005. «Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии», с. 18.
3. В.М. Баринов, Н.И. Тесов. Защита подземных инженерных сооружений от коррозии. Издательство «Недра», Санкт-Петербург, 2008 г., с. 47—48.
4. Объём и нормы испытаний электрооборудования. РАО ЕЭС России. Москва, 2006 г., с. 174.

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Источник

Защитные оболочки и покровы кабелей: назначение, материалы, виды, борьба с коррозией, бронирование

Назначение защитных оболочек и покровов

Защитные оболочки служат для защиты изолирующего слоя провода или кабеля от влияния окружающей среды, а главным образом от влияния влаги. Чем менее влагоустойчива изоляция кабеля или провода, тем более совершенная оболочка должна быть применена.

Физические условия работы кабеля также влияют на выбор материала защитной оболочки, например, если от кабеля требуется повышенная гибкость, то нужно применять гибкую защитную оболочку.

Материалы, используемые для защитных оболочек, немногочисленны, а именно: свинец, алюминий, резина, пластмассы и их комбинации.

Защитные покровы проводов и кабелей служат для защиты провода от механических воздействий при прокладке или в эксплуатации, а также для защиты кабельных оболочек от коррозии, поэтому из группы защитных покровов иногда выделяют антикоррозийные покрытия.

В качестве антикоррозийного покрытия чаще всего используют кабельную бумагу, накладываемую повивом с одновременным поливом битумными составами соответствующей вязкости.

Защитные покровы состоят из хлопчатобумажной или кабельной пряжи, наложенной в виде повива или оплетки поверх изолирующего слоя или защитной оболочки кабеля или оплетки поверх изолирующего слоя или защитной оболочки кабеля или провода.

Большое распространение получают покрытия защитных оболочек пластмассами с целью защиты их от коррозии и механических повреждений.

В качестве антикоррозийного покрытия чаще всего используют кабельную бумагу, накладываемую повивом с одновременным поливом битумными составами соответствующей вязкости.

Для механической защиты гибких проводов и кабелей часто применяется оплетка из тонких стальных проволок.

Оплетки из хлопчатобумажной и иной пряжи в ряде конструкций покрываются специальными лаками (покровными лаками), которые защищают проводник от воздействия окружающей среды, от действия озона и увеличивают влаго- и бензиностойкость провода.

Применяются также комбинированные покрытия из слоев пластмассы, металлической фольги и ткани или лакированной бумаги, которые в некоторых случаях могут заменить свинцовую оболочку (в особенности в таких кабелях, которые применяются для прокладки внутри помещений и для временных установок).

Материалы защитных оболочек

Свинец является основным материалом, из которого изготовляются наиболее надежные кабельные оболочки. Основным преимуществом свинцовом оболочки перед всеми другими оболочками и покрытиями — ее полная влагонепроницаемость, достаточная гибкость м возможность быстро и дешево наложить ее на кабель с помощью свинцового пресса.

Однако свинец имеет много и недостатков: большом удельный вес, малую механическую прочность, недостаточную стойкость против механической и электрохимической коррозии.

Все это с учетом ограниченности и природных запасов свинца вызывает необходимость улучшать качество свинцовых оболочек, вводить заменители и конструировать новые виды кабельной продукции без свинцовых оболочек.

Для и потоплении кабельных оболочек применяется свинец не ниже марки С-3, с содержанием свинца 99,86%.

Механическая прочность свинцовой оболочки в значительной степени определяется ее структурой. Мелкопористая структура, получающаяся при изготовлении оболочки из свинца марок С-2 и С-3 при быстром и интенсивном охлаждении выпрессованой оболочки, является наиболее механически прочной и устойчивой.

При средней и крупнозернистом структуре получаются обо точки низкого качества. Из таких оболочках происходит, даже в обычных условиях производства, рост кристаллов свинца, которые затем сдвигаются друг относительно друга по плоскостям спайности, м это ведет к преждевременному разрушению оболочки.

Очень чистый свинец весьма склонен к образованию и росту кристаллов даже при комнатной температуре, поэтому для изготовления свинцовых оболочек непригоден.

Мерой борьбы с кристаллизацией свинца является, помимо охлаждения после освинцевания, присадка к свинцу олова, сурьмы, кальция, теллура, меди и других металлов.

Кабель для линейного крейсера, построенного для Королевского флота Великобритании, введенного в эксплуатацию в 1920 году. Три проводника, в свинцовой оболочке, в броне.

Наилучшей присадкой является олово, которое при содержании в свинце в количестве 1 — 3% по весу обеспечивает устойчивую мелкозернистую структуру. Однако олово весьма дефицитно и в настоящее время заменяется в кабельных оболочках другими металлами.

Помимо двойных сплавов, имеются тройные сплавы свинца с кадмием, оловом (0,15%), сурьмой и другими металлами. Эти сплавы менее удобны для производства, а результаты испытания их близки к таковым для некоторых двойных сплавов и медистого свинца.

Алюминий также может быть использован для изготовления кабельных оболочек. Для этой цели применяется как технический, так и особо чистый алюминий (с содержанием алюминия 99,5 и 99,99%), механические характеристики которого лучше, чем у свинца и свинцовых сплавов.

Прочность алюминиевой оболочки, по крайней мере, в 2 — 3 раза выше прочности свинцовой. Температура рекристаллизации алюминия, а также его стойкость против вибрации значительно выше, чем у свинца.

Удельный вес алюминия 2,7, а свинца — 11,4, поэтому при замене свинцовой оболочки алюминиевой могут быть получены большое снижение веса кабеля и увеличение механической прочности оболочки, что даст возможность в ряде случаев отказаться от бронирования кабеля стальными лентами.

Основным недостатком алюминия является его недостаточная коррозионная устойчивость. Значительно осложняют процесс наложения оболочки на кабель высокая температура плавления алюминия (657°С) и повышенное давление при опрессовании, которое достигает утроенной величины по сравнению с давлением при выпрессовании свинцовой оболочки.

Оболочка из алюминия может быть наложена не только опрессованием, но и холодным способом, для чего изолированные провода и кабели протягиваются в предварительно изготовленные выпрессованием алюминиевые трубы с последующей обсадкой их волочением или вальцеванием. Этот метод дает возможность использовать торговые сорта алюминия.

Некоторое распространение получает способ холодной сварки алюминиевой оболочки, который заключается в том, что края продольно наложенной на кабель алюминиевой ленты пропускаются между роликами, с помощью которых создается высокое удельное давление на алюминий, достаточное для холодной сварки его.

Пластмассы в настоящее время с успехом применяются для изготовления защитных оболочек проводов и кабелей взамен свинцовых. В тех случаях, когда необходима повышенная гибкость кабеля, оболочки из вулканизированной резины и пластмасс являются наиболее подходящими.

Наибольшее распространение в кабельном производстве получили шланговые оболочки из вулканизированной резины на натуральном или синтетических каучуках и из термопластических материалов, как, например, из полихлорвинилового пластиката, полиэтилена.

Основным недостатком является заметная влагопроницаемость, под которой понимается величина, характеризующая способность материала пропускать водяной пар под действием разности давлений с двух сторон слоя материала.

Вулканизированная резина на натуральном каучуке может длительно работать в пределах изменения температуры от —60 до +65° С. Для большинства пластмасс эти пределы значительно уже, в особенности для температуры ниже нуля градусов.

Существуют силиконовые резины, новые каучукообразные материалы, представляющие собой кремнийорганические полимеры, Это — высокомолекулярные вещества, в основе строения которых атомы кремния сочетаются с атомами углерода.

Разрушение свинцовой оболочки

Механическая прочность свинцовой оболочки необходима для того, чтобы обеспечить достаточную защиту изолирующего слоя от воздействия среды, окружающей кабель. Это свойство (механическая прочность) должна сохраняться длительно при эксплуатации кабеля в течение нескольких десятилетий и не изменяться с течением времени под воздействием механических (вибрации) и химических (коррозии) причин.

Механические свойства свинцовых оболочек и их устойчивость под воздействием различных причин зависит главным образом от структуры оболочки и ее изменений под влиянием нагревания и вибрации.

Кабели, имеющие свинцовую оболочку крупнозернистой структуры, часто не выдерживают длительной перевозки даже по железной дороге (в особенности в летнее время).

Под влиянием сотрясений и повышенной температуры начинают расти кристаллы свинца, на оболочке появляется сеть мелких трещин, которые все более и более углубляются и, наконец, приводят к разрушению оболочки. Особенно подвержены разрушению от вибрации свинцовые оболочки кабелей, проложенных на мостах.

Имели место случаи, когда освинцованные кабели, отправленные летом по железной дороге за несколько тысяч километров, приходили к месту назначения с совершенно разрушенной оболочкой.

Такие случаи чаще всего бывали на свинцовых оболочках, изготовленных из чистого свинца. Присадки олова, сурьмы, теллура и некоторых других металлов дают устойчивую мелкозернистую структуру и поэтому применяются при изготовлении свинцовых оболочек кабеля.

При выходе тока утечки из свинцовой оболочки кабеля, проложенного во влажной известковой почве, содержащей ионы С0₃, образуется карбонат свинца РbС0₃ в месте выхода, где впоследствии и разрушается свинцовая оболочка.

Электрохимическая коррозия свинца может привести к полному разрушению свинцовой оболочки в один-два года, так как ток в 1А в течение года может перенести около 25 кг свинца или 9 кг железа и, следовательно, при среднем, токе утечки в 0,005 А в один год будет разрушено около 170 г, свинца или около 41,0 г железа.

Радикальной мерой борьбы с электрохимической коррозией является так называемая катодная защита, основанная на том, что защищаемому металлу сообщается отрицательный потенциал по отношению к окружающим конструкциям, что делает этот металл невосприимчивым почти ко всем видам почвенной коррозии.

Минимальный электроотрицательный потенциал, при котором прекращаются все виды коррозии, равен 0,85 для стальных труб и 0,55 В для свинцовых оболочек электрических кабелей.

В ряде случаев хорошо защищает от электрокоррозии покрытие свинцовой оболочки защитным покровом, состоящим из слоя полупроводящего битума, двух лент полупроводящей резины и скрепляющей миткалевой ленты. В этом случае получается как бы электронный фильтр, который пропускает электрический ток, выходящий из оболочки, и отделяет свинец от непосредственного воздействия образующихся при электролизе ионов.

Механические усилия в оболочке кабеля

Механические усилия в оболочке кабеля возникают в результате стекания пропитывающего состава в вертикально подвешенных силовых кабелях, а также из-за теплового расширения пропитывающего состава при нагревании кабеля. В современных высоковольтных масло- и газонаполненных кабелях свинцовой оболочке приходится выдерживать значительные давления, приложенные изнутри.

По мере разогревания пропитывающего состава давление в кабеле увеличивается до величины, соответствующей гидростатичному давлению. Чем лучше пропитка изолирующего слоя, тем больше давление в кабеле получается при нагревании его, так как объем газовых включений уменьшается с улучшением пропитки кабеля.

Под влиянием давления, действующего изнутри оболочки, последняя стремится расшириться, и если при этом предел упругих деформаций свинца будет превзойден, то получится остаточная деформация, которая ослабляет свинцовую оболочку и понижает эксплуатационные свойства кабеля.

Повторение циклов нагрева и охлаждения кабеля, при которых получаются остаточные деформации в свинце, может повести к разрыву свинцовой оболочки.

Так как свинец без присадок при комнатной температуре почти не имеет предела упругости, то появление таких остаточных деформаций в свинцовой оболочке кабеля в эксплуатации несомненно приведет к нарушению ее механической прочности.

Наличие присадок в свинце повышает механические свойства, и в частности, предел упругости оболочки, поэтому для кабелей, подвергающихся давлению изнутри, обязательно применение легированного свинца или специальных двойных и тройных сплавов.

Снижение механических свойств свинцовой оболочки с течением времени определяет срок ее жизни. С этой точки зрения возникает понятие о «кривой жизни оболочки», под которой подразумевается зависимость между растягивающим усилием в оболочке и длительностью его действия до разрыва оболочки.

В тех случаях, когда требуется усиление свинцовой оболочки кабеля, например в газонаполненных кабелях или предназначенных для прокладки по крутонаклонной трассе, наложение ленточной брони из двух тонких латунных или стальных лент позволяет поднять механическую прочность оболочки и сделать ее пригодной для высоких давлений, развивающихся в кабеле.

Свинцовая оболочка не дает достаточной защиты от механических воздействий, например случайных ударов по кабелю во время прокладки, а в особенности — от растягивающих усилий, возникающих как при прокладке кабеля, так и при его эксплуатации.

В кабелях для вертикальной прокладки, речных и морских особенно, необходимо защитить свинцовую оболочку от растягивающих усилий, так как без такой защиты свинцовая оболочка будет с течением времени разорвана или повреждена.

Различают два основных вида брони: ленточную, предохраняющую кабель главным образом от случайных механических воздействий при прокладке, и проволочную — от растягивающих усилий.

Ленточная броня состоит из двух стальных лент, наложенных повивом поверх подушки из волокнистых материалов так, что зазоры между витками одной ленты перекрываются витками другой ленты. Зазоры между краями витков одной ленты равны примерно трети ширины ленты, а перекрытие витков одной ленты витками, другой должно быть не менее четверти ширины бронеленты.

Такое выполнение кабельной брони позволяет предохранить свинцовую оболочку от удара лопатой при прокладке кабеля и других не слишком сильных механических воздействий и в то же время сохраняет необходимую для прокладки кабеля гибкость, которая получается за счет перемещения «витков ленточной брони относительно друг друга.

Недостатком ленточной брони является возможность сдвига витков бронеленты при волочении кабеля по грунту при прокладке. Такая броня применяется главным образом для бронирования кабелей подземной прокладки, а также кабелей, прокладываемых внутри помещений в кабельных туннелях и по стенам зданий.

Для бронирования силовых кабелей применяется стальная лента толщиной 0,3, 0,5 и 0,8 мм и шириной — в зависимости от диаметра кабеля 15, 20, 25, 30, 35, 45 и 60 мм. Лента должна доставляться в кругах диаметром около 500 — 700 мм.

Проволока для брони употребляется круглая и сегментная (плоская). Круглая проволока применяется для бронирования кабелей, которые должны выдерживать при прокладке или в эксплуатации значительные растягивающие усилия (например, подводные кабели). Сегментная проволока применяется для кабелей, проложенных в шахтах и на крутонаклонных трассах.

Для защиты от коррозии проволока, применяемая для бронирования, должна быть покрыта плотным, сплошным слоем цинка.

При бронировании проволочная броня, как и ленточная, накладывается на кабель поверх подушки, которая может состоять из слоя предварительно пропитанной противогнилостным составом кабельной пряжи, покрытой сверху слоем битумного состава.

Для проволочной брони направление скрутки берут прогтивоположное направлению общей скрутки жил кабеля.

Для защиты бронепокрова от разъедания (коррозия) он покрывается битумным составом и слоем предварительно пропитанной кабельной пряжи, покрытой сверху таким же составом. Наружный слой кабельной пряжи предназначается не только для защиты бронеленты или бронепроволоки от коррозии, но, кроме того, служит для скрепления, т. е. не дает возможности сдвигаться бронелентам и сдерживает бронепроволоки в повиве.

Кабели, предназначенные для прокладки внутри помещений, не должны иметь слоя из пропитанной кабельной пряжи поверх бронепокрытия из соображений пожарной безопасности. Такие кабели, например кабели марки СБГ, должны бронироваться лакированной бронелентой.

Процесс бронирования состоит в наложении защитных покровов и брони. На освинцованный кабель должны быть последовательно наложены: слой битумного состава, повив двумя лентами кабельной бумаги (антикоррозийное покрытие), слой компаунда, кабельная пряжа или пропитанная сульфатная бумага (подушка под броню), слой битумного состава, броня из двух стальных лент или из стальных проволок, слой битумного состава, кабельная пряжа (наружный покров), слой битумного состава, и меловой раствор.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник