銅、アルミ接触面の電食について

質問

いつもお世話になります。
現在、電車線設備の電食について調べているのですが、
以下の点について教えてください。
（き電線はアルミ、トロリ線は銅でできているため、
以下の質問では銅、アルミの電食についてお願いします。）

ケース１
図のように銅線とアルミ線が接続されているとします。
矢印の方向に負荷電流は1 kA程度流れます。
この時、電線の接触面と周りの空気が完全に乾いているとすれば
電子の移動は負荷電流のみであり自由電子の移動となるため、
電食は一切起こらないと考えて良いのでしょうか？(Q1)

ケース２
ケース１と同様の接続で、接触面近傍は雨水で濡れているとします。
このケースはよく「イオン化傾向の違いによって発生する電食」として
解説されていると思います。

電食というからには(1)Al→Al3+ + 3e-、(2)Al3+ + 3OH- →Al(OH)3の反応が
起きていると考えています。(1)の反応が起こるのは、ケース２の図に描いた
ように、雨水によって電流の流れるパスができるからでしょうか？(Q2)

また、(1)の反応では電子が発生(3e-)しますが、この電子はどのような還元反応に
用いられるのでしょうか。(3)Cu2+ + 2e- → Cuが思いつくのですが、ケース２は
電食が激しく発生するケースとして解説されていることを考えると、(1)の反応は
かなり激しく起こると推測しています。(1)の反応で発生した多量の電子を(3)の反応で
使用するためには元々多量のCu2+が必要になると思います。
しかし、Cuはそもそもイオン化しにくい金属であるので、元々のCu2+は少量ではないかと
感じます。(1)の反応で発生した多量の電子はどのように消費されるのでしょうか？(Q3)

Q2, Q3の質問とは直接関係ありませんが、負荷電流が流れた場合電食は進行するのでしょうか(Q4)？
ジュール熱で多少反応が進みそうな気はするのですが。

ケース３
ケース１，２とは全く異なり、アルミ電線が銅線の数十ｃｍ下にあり、全く接触していない状態です。
この時、雨水が銅線を伝ってアルミ電線に垂れるという事象が長期的に続いたとします。
このようなケースでもアルミ電線は非常に早く腐食すると教えていただいたことがあります。
接触していない以上電食は無関係であると思うのですが、上述の内容が正しいとすると、
アルミ電線はなぜ早く腐食するのでしょうか(Q5)？

Q1～Q5で5つも質問があるのですが、どれか一つでも回答をいただけると大変ありがたいです。
皆様のお知恵を貸してください！
よろしくお願い致します。

回答No.1

noname#177582

電車線というのは詳しくないのですが、
銅とアルミの腐食速度の違い、というのは電食以外の要因は考えられないでしょうか。
雨水、そして空中にある電線において電食というのは難しいと思います。

またアルミは表面に緻密な酸化膜を作るため、それ以上の酸化腐食はされにくい物質です。

き電線とトロリ線とで電気の流れる量は異なりませんか？
また、き電線とトロリ線とで摩擦受ける回数が違ったりしませんか？