18. КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ
Надежная работа устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи в большой степени зависит от качества и состояния кабельных линий. Обработка статистической информации показывает, что среднесетевое число отказов на 100 км кабеля в год (независимо от числа жил) составляет 0,93. На отдельных дорогах этот показатель превышает среднесетевое значение в 1,5—3 раза. Это свидетельствует о несвоевременности выявления неисправных кабелей.
Анализ неисправностей кабельных линий показывает, что отказы из-за повреждения кабеля при проведении работ другими организациями составляют 28 %, понижения сопротивления изоляции — 33 %, дефектов кабеля — 7 %, нарушения сроков проверки — 7 %, некачественного соединения в муфтах — 10 %, повреждения грозой и транспортом — 5 %, повреждения тяговыми и блуждающим токами — 2 % и по другим причинам — 8 %. При этом виновными в повреждении кабеля обычно бывают строительные организации Министерства транспортного строительства — 29,8 %, организации других ведомств и посторонние лица — 30,8 %, дистанции пути - 20,2 %, дистанции сигнализации и связи и дистанции электроснабжения - 3,1 %.
Из рис. 18 видно, что резкое нарастание отказов кабельных линий наблюдается в марте и апреле и является следствием оттаивания грунта и снега и проникновения влаги в кабель через микротрещины в оболочке, а также плохо герметизированные кабельные муфты; расширения фронта земляных работ в районах кабельных трасс.
Повреждения кабеля происходят из-за стихийных бедствий, попадания тягового тока и тока молнии, падения предметов с поезда и др.
Рис. 18. Распределение отказов кабеля по месяцам
Определенное число отказов кабеля происходит из-за действия механических нагрузок, климатических, биологических и электрических воздействий, старения, из-за некачественного изготовления на заводе. Основными механическими воздействиями на подземные кабели являются: изгибы, растяжения, вибрация и истирание.
Во время прокладки и монтажа кабель минимум дважды подвергают изгибу: один раз при прокладке, когда кабель проходит через кассету кабелеукладчика, другой — во время монтажа при выкладке концов кабеля по форме котлована. При прокладке принимают меры, обеспечивающие свободную размотку кабеля без заметных натяжений. Однако могут возникнуть вынужденные остановки или неравномерное движение кабелеукладчика, вследствие чего кабель подвергается растягивающему усилию. Такое же воздействие испытывает подземный кабель при изменении температуры почвы.
Попеременные расширение (удлинение) и сжатие (укорочение) кабеля под влиянием температуры приводят к его продольным перемещениям и истиранию верхней защитной оболочки о грунт или края труб канализации.
На кабель, проложенный под дорогами с интенсивным транспортным движением, механическое воздействие могут оказывать прогибы грунта, вызывающие его продольное перемещение. Такому воздействию подвергаются и кабели, проложенные в телефонной канализации. При этом наиболее распространенными повреждениями -являются перемещение кабельных муфт, наплывы ("разбухание") оболочки в направлении перемещения, смятие оболочки непосредственно в месте припайки муфты к оболочке. Кабель, проложенный непосредственно в земле, перемещается не только сам, но и проводники внутри него, в муфтах сдвигаются жилы, с них сползают изолирующие гильзы.
На кабель воздействует также сила тяжести, создаваемая массой проходящего транспорта и передаваемая через грунт. Повторные воздействия силы тяжести транспорта на кабель приводят к перемещениям кабеля. Обычно наибольшие перемещения наблюдаются в более слабых грунтах, например болотистых.
Еще одним видом механических нагрузок являются удары и вибрация. Эти нагрузки возникают при транспортировке кабеля, погрузке и выгрузке. Вибрации может подвергаться и кабель, находящийся в эксплуатации, проложенный под или вдоль дороги с интенсивным движением. Удары и вибрация приводят к повреждениям кабельной оболочки, а в некоторых случаях — к изменению электрических характеристик кабеля.
Вредное климатическое влияние может оказывать на подземные кабели окружающая среда, в основном при изменении температуры и влажности и воздействии содержащихся в грунте различных примесей. Например, при охлаждении мест спая кабельных жил, экранов и оболочек кабеля в них возникают растягивающие усилия. Припой, как правило, плохо выдерживает растяжение. Если конструкция сростка выполнена так, что при последующих периодических нагревах и охлаждениях возникают растягивающие усилия, превышающие прочность крепления припоя, то возникают повреждения. При низкой температуре существенно изменяются свойства многих изоляционных материалов. Пластмассы теряют ударную вязкость и прочность на растяжение. У бронированных кабелей растрескивается или разрывается защитный джутовый покров, пропитанный битумом, что уменьшает надежность покрытия. Кроме того, с понижением температуры повышается относительная влажность внутри кабеля.
Изменение температуры всегда приводит к изменению электрических характеристик кабеля. С повышением температуры снижается сопротивление изоляции жил кабеля постоянному току, увеличивается сопротивление жил и затухание кабельных цепей, изменяются и другие характеристики.
Подземные кабели пребывают в различных условиях влажности. Даже кабели, проложенные в сухой местности, весной и осенью могут находиться во влажном груше. Влага способствует разрушению защитных оболочек кабеля. При наличии в металлической оболочке малейших трещин, даже несквозных, вода заполняет их. В зимнее время вода замерзает и, расширяясь, увеличивает трещины, что приводит к разрушению оболочки. При пластмассовых оболочках влага может проникнуть внутрь кабеля вследствие диффузии.
Биологическое воздействие на кабели оказывают грызуны, грибковые образования (плесени) и насекомые. Наиболее подвержены повреждениям от грызунов кабели в свинцовой, пластмассовой и поливинилхлоридной оболочках. Бронированные кабели в свинцовой оболочке благодаря защите стальными лентами не повреждаются грызунами. Наибольшие повреждения от плесени имеют верхние джутовые покровы бронированных кабелей. В результате разрушения джутового покрова стальная броня кабеля подвергается интенсивному разрушению от коррозии, и защитный покров кабеля теряет надежность.
Электрические воздействия проявляются в виде пробоя или электрокоррозии, а также в виде мешающего влияния, которое может частично или полностью выводить кабельные цепи из строя. Источниками электрического воздействия являются грозовые разряды, установки сильного тока и мощные радиостанции.
Старение кабеля — это постепенное необратимое изменение электрических и механических характеристик кабеля с течением времени. При этом повреждению прежде всего подвергаются защитные оболочки. У поливинилхлоридных оболочек снижаются морозостойкость и изоляционные свойства. Пластификаторы, входящие в материал оболочки, под влиянием тепла постепенно улетучиваются из пластиката или, окисляясь, ухудшают свои свойства. Процесс старения ускоряется под влиянием химических сред, высокой температуры и напряженности электрического поля, а также внешних механических воздействий.
Некоторые отказы кабеля являются следствием его некачественного изготовления на заводе, что может приводить к обрыву жил, короткому замыканию между жилами, понижению сопротивления изоляции и др. Загрязнение медной токопроводящей жилы, наличие на ней окалины или масла не изменяют сопротивления шлейфа, но через некоторое время могут привести к разрушению токопроводящей жилы или нарушению изоляции. В результате нарушения технологического процесса при наложении оболочки возможны случаи попадания влаги под изоляцию или броню. Это может не отразиться на электрических характеристиках при контрольной проверке кабеля, однако с течением времени может вызвать резкое ухудшение электрических характеристик кабеля.