浅析引起煤矿电缆腐蚀的因素与防止电缆腐蚀的措施

【摘 要】分析了煤矿电缆的腐蚀机理和对其造成腐蚀的物质，然后分析了影响电缆腐蚀速率的因素，最后提出了几点防止或减缓电缆腐蚀的方法。

【关键词】煤矿电缆；腐蚀；化学腐蚀；电化学腐蚀

煤矿生产离不开电力，而在煤矿供电系统中，电缆是必备的设施之一。在使用过程中电缆会因为受到污水浸渍、酸碱土壤腐蚀和杂散电流等的作用而被破坏、腐蚀，影响煤矿供电安全。在此，本文拟对电缆腐蚀的形式、影响因素等进行分析，并就防止电缆腐蚀、延长其使用寿命做出一些浅显地探讨。

1 电缆的腐蚀机理

电缆腐蚀主要指电缆的金属护套（铠装、铅或铝）受到周围环境中某些物质的侵蚀作用而被腐蚀失效。能腐蚀电缆的物质形态有气体、液体和固体，还包括一些杂散电流等。对于大部分的固态或气态物质，它们在干燥条件下对电缆的腐蚀很小，但由于在自然条件下空气和土壤中都含有一定量的水分，这些有侵蚀性的气体或固体溶于水以后，与水反应，生产一些电解质，这些电解质会对金属产生侵蚀作用。侵蚀作用包括化学腐蚀和电化学腐蚀两个方面。

1.1 化学腐蚀

环境中腐蚀金属护套的物质直接与金属护套发生化学反应，将金属腐蚀，腐蚀过程中没有电流产生。这种腐蚀通常发生在非电解质溶液及干燥气体中，且腐蚀过程比较简单。

1.2 电化学腐蚀

在一定的环境下，电缆金属护套与环境中的物质构成原电池，发生电化学反应，从而将金属护套腐蚀，这种腐蚀成为电化学腐蚀。在一个原电池反应中，有阳极区和阴极区，阳极失去电子而被腐蚀，阴极得到电子，不会被腐蚀。金属护套一般在原电池反应中作阳极，失去电子而被腐蚀。要形成原电池反应，电缆周围首先需要有能充当阴极的物质，其次要有导电介质。电化学腐蚀一旦发生，其腐蚀速度往往较化学腐蚀要快得多。

2 对电缆造成腐蚀的物质

2.1 土壤

土壤中含有各种可溶性盐类和酸、碱物质，这对电缆金属护套与周围土壤发生电化学作用的危害性极大。土壤中含有不同程度的水分及电解质，且各处的组分常常差异较大，故可将潮湿土壤视作不均匀的电解液。电缆埋设在土壤中，由于土壤通透气的难易、干湿度的差异、含盐浓度的多寡，以及电缆金属护套本身含杂质的不均匀性，在土壤与电缆之间会构成各种类型的腐蚀电池，促使电缆受到腐蚀。

2.2 大气

由于煤矿产区自身的能源是以煤炭为主，而燃烧煤炭对空气有较大的污染，因此我国许多煤矿产区都空气污染较为严重，空气中二氧化硫、二氧化氮等酸性气体含量较高，这些酸性气体遇到雨水，就形成酸雨降落下来。煤矿电缆遇到酸雨，其金属护套既会受到酸雨的化学腐蚀，又会受到电化学腐蚀。

2.3 杂散电流

煤矿及周围存在电气机车、电焊机以及利用大地做回路的直流电气装置，这些电气设备电源输出的电流从正极出发，通过负载经地线流回负极。由于地线与大地并不是绝对绝缘的，因而可能会有部分电流经过地线流入土壤，由于电缆的金属护套是导体，电阻很小，如果电缆附近的土壤中有杂散电流，则杂散电流势必会流经电缆的金属护套，时间长了，金属护套会因为电解作用而被腐蚀。

2.4 微生物

土壤中含有大量的细菌等微生物，这些细菌的新陈代谢作用会改变土壤的酸碱性，从而引起电缆的化学腐蚀或电化学腐蚀。

3 影响电缆腐蚀速率的因素分析

3.1 制造和施工质量的影响

电缆金属护套在制造和施工过程中，由于受到外部冲压、焊接和拉伸作用而产生固定的或交变的内应力，电缆在交变应力和腐蚀介质的共同作用下将产生应力腐蚀破坏。此外，施工过程中若电缆接头密封不严，使环境中的水分及导电介质侵入绝缘层也易导致电缆腐蚀。

3.2 土壤理化性质的影响

（1）土壤含盐浓度差异的影响

电缆腐蚀程度与土壤的化学性质有直接关系，介质中含盐浓度不同时，会由于浓差电池的作用而受到腐蚀。在一定范围内，当含有活性离子时，靠近较浓溶液的区域为阳极，电缆受到腐蚀。土壤所含的可溶性盐类主要有硝酸盐、碳酸盐、氯盐及硫酸盐等。

（2）土壤结构的影响

土壤的孔隙、透水性及通气度直接影响电缆的腐蚀过程，如黏土土粒较小以微孔隙为主，粒间孔隙都较小，孔隙中常充盈着水分而通气度并不大；土粒较大以大孔隙为主，粒间孔隙都较大，因而透水性较强，对水的毛细管作用较弱。由于土壤结构和潮湿程度不同，会产生通气差电池而腐蚀电缆。

3.3 介质pH值的影响

pH值是影响电缆腐蚀的重要因素，对于不同的介质、不同的金属，pH的影响都不一样。介质的pH值与电缆腐蚀程度大体分为2种类型：①对于铅、铝、锌、锡等两性金属，它们在酸性和碱性介质中均会发生腐蚀，这是因为它们的氧化物在酸碱中都能溶解。如图1曲线1所示，从图中可以看出，无论pH升高或降低腐蚀程度均会增加。②对于铁金属，其氧化物易溶于酸而不溶于碱，故在酸中pH值降低很容易被腐蚀，但在碱性溶液中，由于其腐蚀产物氢氧化铁的不溶性而其腐蚀速度较慢，如图1曲线2所示。

图1 介质pH 值对腐蚀量的影响

4 煤矿电缆防蚀技术措施

4.1 改进电缆护层结构和材料

电缆护层材料可选用弹性塑料，这类材料有热塑性塑料（聚乙烯、聚氯乙烯、交联聚乙烯等）及合成橡胶（丁基橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶等）2种，其中以热塑性塑料用得较多，尤其是聚乙烯作为电缆的防蚀层已成为最常用的材料。护层结构有绕包护套型及综合护套型。目前不少国家普遍采用塑料综合护套电缆，这种结构具有良好的防蚀性能。

4.2 表面防蚀处理

在电缆表面提供一个干燥的永久涂层。有机防蚀护层是一种耐蚀涂料，主要用于防止工业大气腐蚀及弱腐蚀性的土壤及水对电缆的腐蚀，亦可防止因天气和空气污染因素对电缆的腐蚀。常用的涂料种类有沥青、过氯乙烯及沥青环氧树脂等。国外采用玻璃纤维与沥青环氧树脂涂料结合使用，涂装在地下电缆或埋设管的外层，厚度为0.25～1.5mm，防蚀效果很好。此外，可采用一种在金属护套表面形成一个抗蚀镀层的方法，使电缆与外界环境有效隔离。

4.3 减少杂散电流影响

为防止电缆敷设附近杂散电流对其电解腐蚀，减少流向电缆的杂散电流，凡是电缆金属护层与大件金属物体接近的地点都必须有电气绝缘。当电缆与电车轨道平行敷设时，二者距离应>2m，若不能保持这一距离，电缆则应穿在绝缘管中敷设。在杂散电流密集点应增设排流装置，并使电缆铠装上任何部位的电位不超过周围土壤电位1V以上。加强电车轨道与大地之间的绝缘，以限制钢轨漏电。

4.4 保障电缆敷设质量

在设计电缆敷设线路时，应收集线路经过区域的土壤资料，调查、分析、判断土壤和地下水的侵蚀程度，尽量选择无腐蚀性的地带进行敷设。在含有酸、碱等化学物质的土壤中或者敷设地点附近含有这些物质时，应加强电缆的外层保护，如将电缆穿在耐腐蚀的管道中与土壤隔离，或者采用电缆沟、电缆构架等方式敷设。制作电缆中间接头时确保密封效果良好，外壳需加强防腐保护。

5 结语

由上面的叙述可以看出，引起煤矿电缆腐蚀失效的因素很多，有大气因素、土壤因素、微生物因素，等等，防止电缆腐蚀的措施也有多种，如改进电缆护层结构和材料、进行表面防蚀处理、减少杂散电流影响等等。在实际应用中，应该充分考虑到矿区的地质、气候等环境因素，找出电缆腐蚀的主要因素，然后有针对性地采取措施。

参考文献：

[1]朱启林，李仁义.电力电缆故障测试方法与案例分析[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]史传卿.电力电缆安装运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，2002.