Наряду с перечисленными методами защиты широко применяют электрические методы защиты кабелей от коррозии блуждающими токами, к которым относятся электрический дренаж, катодная защита, анодные электроды и электрическое секционирование.
Электрический дренаж представляет собой устройство для отвода блуждающих токов со свинцовой оболочки и брони кабеля, проложенного в земле, в электрическую систему, которая создает эти токи.
Рис. 132. Схемы электрического (а) и вентильного (б) дренажей
Электрический дренаж присоединяют к кабелю в точке, где потенциал кабеля выше потенциала той части сети, куда отводятся блуждающие токи, т. е. в анодной зоне. Если такое состояние потенциалов остается постоянным, то применяют так называемый простой электрический дренаж (рис. 132, а), который представляет собой провод, изолированный от земли и соединяющий оболочку и броню защищаемого кабеля с тяговым рельсом или другой частью обратной сети. Так как при наличии дренажа ток из оболочки и брони кабеля отводится через дренажный провод, то электролиз (коррозия) в месте выхода тока из оболочки кабеля отсутствует. Резистор R включают в цепь дренажа для ограничения тока в этой цепи. Для этого же служит и плавкий предохранитель FLJ. При перегорании предохранителя реле Р, включенное параллельно предохранителю, замыкает контакты и по сигнальной цепи передается сигнал о выключении дренажной установки. Подключив к зажимам 1-2 амперметр и выключив рубильник, можно измерить ток, отводимый через дренаж.
Данная схема электрического дренажа очень проста и обладает существенным недостатком, так как применима только в устойчивых анодных зонах. Если в месте подключения дренажа, имеющего двустороннюю проводимость, потенциал рельсов изменится и станет выше потенциала оболочки кабеля, то в дренаже появится обратный ток, т. е. ток из рельсов в оболочку кабеля. Обратный ток. протекающий по оболочке кабеля, будет уходить с оболочки кабеля в землю в другом месте, т. е. образовывать анодную зону там. где дренажа может не оказаться, и, следовательно, в этом месте будет наблюдаться коррозия оболочки кабеля.
Поляризованный дренаж получил более широкое распространение для защиты кабелей от коррозии. Он обладает односторонней проводимостью. Известен целый ряд конструкций поляризованных дренажных установок с применением в схеме поляризованных реле и вентилей.
В качестве примера рассмотрим наиболее простую схему поляризованного дренажа с селеновым выпрямителем или германиевым диодом (рис. 132, б), называемого вентильным дренажем. Из оболочки кабеля ток может свободно идти к рельсам, а в том случае, когда потенциал рельсов станет выше потенциала оболочки кабеля, тока в цепи дренажа практически не будет, так как включенный в цепь вентиль V представляет для токов обратного напряжения большое сопротивление.
Катодную защиту предусматривают в местах с явно выраженными анодными зонами на кабельных оболочках. Принцип действия этой защиты заключается в том, что на участках, где наблюдается выход блуждающих токов из оболочки кабеля, к последней подключают отрицательный полюс какого-либо источника постоянного тока. Обычно постоянный ток получают от выпрямителя (селенового или собранного на германиевых диодах), получающего питание от сети перемещенного тока.
Схема катодной установки (рис. 133) состоит из выпрямителя В, получающего питание от сети переменного тока напряжением. 120.220 В через трансформатор Т. Отрицательный полюс выпрямителя на стороне выпрямленного напряжения подключают в анодной зоне к металлической оболочке и броне кабеля, а положительный полюс — к специальному заземлители) (аноду), имеющему сопротивление растекания порядка 1 -5 Ом и устанавливаемому на расстоянии не менее 50 м от защищаемого кабеля Ток от положительного полюса выпрямителя В течет по изолированному от земли проводу к заземлителя) и далее, растекаясь по земле, входит в оболочку кабеля и возвращается по другому проводу к отрицательному полюсу выпрямителя. Регулируя ток, получаемый от выпрямителя, при подключении к различным выводам трансформатора, можно добиться того, что потенциал оболочки кабеля к земле станет отрицательным, и положительные потенциалы, создаваемые блуждающими токами, будут скомпенсированы. Иными словами, анодная зона на кабеле превратится в катодную.
В зависимости от типа катодных установок их изготавливают с селеновыми и кремниевыми выпрямителями с выпрямленным током от 3 до 100 А и выпрямленным напряжением от 3 до 60 В.
Если положительный полюс катодной установки присоединяют непосредственно к рельсам, то такое устройство называют усиленным электрическим дренажом. Такой дренаж аналогично обычному поляризованному дренажу отводит блуждающий ток в рельсы, усиливает эффект защиты оболочки и брони кабеля с помощью компенсации на них положительного потенциала.
При погружении металла в электролит возникает разность потенциалов между металлом и электролитом, которую называют электрохимическим потенциалом данного металла. Разные металлы обладают различными положительными и отрицательными электрохимическими потенциалами; например, свинец около —0,2 В, алюминий —0,53 В. сталь 0,55 В, магний 2,3 В. литий —3,0 В и т. п. На этом свойстве металлов основан метод защиты кабеля от электрической и почвенной коррозии при помощи анодных электродов (протекторов). Этот метод несколько сходен с катодной защитой, но менее совершенен.
Он заключается в том, что на расстоянии от 2 до 6 м от защищаемого участка кабеля в землю закапывают металлический электрод, имеющий более низкий потенциал, чем потенциал защищаемой оболочки, и соединяют его изолированным проводом с оболочкой кабеля. Здесь образуется гальванический элемент, в котором анодом является электрод, катодом защищаемый кабель, а электролитом окружающая почва. Ток, протекая от анода к катоду, компенсирует положительные потенциалы в оболочке кабеля, создаваемые блуждающими токами, и защищает оболочку от коррозии.
Электрод (рис. 134) представляет собой цилиндр 1 из сплава магния, алюминия и цинка или из сплава магния и алюминия. В центр цилиндра заплавляют контактный стержень 2 из стали диаметром 6 8 мм, к которому присоединяют провод 4, идущий к защищаемому кабелю. Между электродом и грунтом помещают заполнитель (деполяризатор) 3 из смеси глины, гипса и сернокислого магния или из других подобных смесей. Основное назначение заполнителя - это деполяризация электрода для обеспечения его длительной работы. Зона действия протектора невелика (не более нескольких десятков метров), и поэтому их устанавливают вдоль трассы защищаемого кабеля на расстоянии 50—100 м друг от друга. Использование протекторной защиты дает положительные результаты только в тех случаях, когда положительный потенциал металлических покровов кабеля не превышает 0,3—0,4 В.
Рис. 133. Схема катодной установки.
Рис. 134. Анодный электрод, установленный в грунте.
Электрическое секционирование металлических покровов кабеля также защищает кабель от коррозии. Оно заключается в том, что через определенные промежутки на кабеле устанавливают изолирующие муфты и таким образом нарушают электрическое соединение брони и металлической оболочки соседних участков кабеля. На отдельные изолированные друг от друга участки кабеля поступает меньше блуждающих токов и вследствие этого снижается их коррозионное воздействие.
Однако следует иметь в виду, что изолирующие муфты снижают коэффициент защитного действия металлических покровов кабеля от магнитного индуктивного влияния тяговых переменных токов и токов линий электропередачи.
Обычно изолирующие муфты предусматривают в местах выхода кабелей за пределы подземных сооружений метрополитена, на переходах трассы через реки и другие водные преграды, а также в местах пересечения с рельсами электрифицированного транспорта.
Металлическое соединение оболочки и брони кабелей снижает коррозию кабелей блуждающими токами. Его применяют в местах установки оконечных, промежуточных и тройниковых муфт, а также боксов. При прокладке нескольких кабелей в одной траншее или в общей канализации правилами по защите от коррозии блуждающими токами рекомендуется выполнять металлическое соединение свинцовых оболочек и брони всех прокладываемых кабелей между собой металлическими лентами или проводами. Такие соединения обычно осуществляют во всех кабельных колодцах, в местах ответвления одного или нескольких кабелей в другую траншею, в местах присоединения кабелей от катодных и дренажных установок, у места установки контрольных измерительных пунктов, в стыках строительных длин кабелей и т. п.