Глава 9. Рельсовые цепи, заземления, защитные устройства и ограждения

9.1. Рельсовые цепи, отсасывающие линии

На электрифицированных линиях постоянного и переменного тока в качестве обратного провода используют рельсы (так назы­ваемая рельсовая цепь). Чем ниже сопротивление рельсовой цепи (РЦ), тем меньше потери напряжения и энергии в ней. Электричес­кое сопротивление 1 км рельса Р75 постоянному току при t = 20 С составляет 0,0218 Ом, а переменному — в 5—7 раз больше, вслед­ствие влияния магнитных свойств стали.

На сопротивление РЦ также оказывает влияние наличие сты­ков между отдельными рельсами. Для уменьшения сопротивления стыков на них устанавливают стыковые электрические соедините­ли 1 (рис. 9.1) из отрезков гибкого медного провода сечением не менее 50 мм² при переменном и не менее 70 мм² при постоянном токе с двумя наконечниками, привариваемыми электросваркой или термитным способом к рельсам. Поверхность контакта должна

Рис. 9.1. Схема электрических соединителей в рельсовой цепи на участках, оборудованных автоблокировкой с двухниточными (а) и однониточными (б) рельсовыми цепями; 1 и 4 — стыковой и продольный электрические соединители; 2 — изолирующий стык; 3 — дроссель-трансформатор; 5,6 — электротяговая и нетяговая рельсовые цепи

быть не менее 250 мм². При ремонте пути допускается временное использование стыков с графитовой смазкой вместо стыковых элек­трических соединителей в течение не более трех месяцев с обяза­тельной установкой на стыковых болтах тарельчатых пружин. Со­стояние рельсовых стыков проверяют стыкомером или с помощью милливольтметров, которыми определяют сопротивление неизоли­рованного рельсового стыка по отношению к сопротивлению рель­са. Сопротивление стыка не должно превышать сопротивления 3 м целого рельса (не более 100 мкОм) при длине рельсов 12,5 м и 6 м при длине рельсов 25 м и более, а на уравнительных рельсах бесстыко­вого пути не более 200 мкОм. Преимущественным считается приме­нение бесстыкового пути.

На электрифицированных линиях, оборудованных автоблокиров­кой или электрической централизацией с использованием обеих рель­совых нитей (что применяют на перегонах и главных путях промежу­точных станций) для выделения блок-участков устраивают изолирующие стыки. Для создания пути току в обход изолирующих стыков устанавливают дроссель-трансформаторы 3 (см. рис. 9.1, а). Большое индуктивное сопротивление обмоток дроссель-трансформа­торов делает невозможным перетекание переменного тока, применяе­мого в устройствах СЦБ, с одной рельсовой нити на другую. Большое индуктивное сопротивление создается в результате сложения маг­нитных потоков при одном и том же направлении тока в обеих половинах обмотки дроссель-трансформатора.

Для участков постоянного тока обмотки дроссель-трансформато­ров представляют незначительное сопротивление и каждая пара дрос­сель-трансформаторов с объединенными средними точками обеспе­чивает надежное электрическое соединение.

На линиях переменного тока тяговый ток также свободно прохо­дит через обмотки дроссель-трансформаторов и перемычку между сред­ними точками, так как тяговые токи в двух половинах каждого транс­форматора имеют противоположное (разное) направление, вследствие чего магнитные потоки, наводимые этими токами, компенсируют друг Друга. Путь протекания тягового тока через дроссель-трансформато-Ры на рис. 9.1, а показан стрелками.

На электрифицированных линиях переменного тока в отличие от частоты 50 Гц, на которой работает электрическая тяга, для лучшей из­бирательности в устройствах СЦБ используют частоту 25 или 75 Гц.

Предпочтительной является частота 25 Гц, при которой возможно ре­зервирование питания автоблокировки от линий ДПР. На линиях по­стоянного тока принимают частоты 50 и 25 Гц. Здесь также более предпочтительна частота 25 Гц, отличная от промышленной и этим самым создающая условия для более надежной работы устройств СЦБ. Двухпутные и многопутные электрифицированные участки обо­рудуют междупутными электрическими тяговыми соединителями. Эти соединители, как и между рельсовые, междросселъные, дроссельные и стрелочные, выполняют медными и не менее чем двухпроводными с сечением каждого провода 70 мм² и более при постоянном токе и 50 мм² — при переменном. Их прокладывает изолированно от земля­ного полотна и балласта. Длина межпутного электрического соедини­теля не должна быть более 100 м. Параллельное соединение путей при применении дроссель-трансформаторов обеспечивают установкой со­единителей между средними точками через три блок-участка.

При однониточных рельсовых цепях СЦБ на станциях для тяговых токов отводят одну из ниток на каждом пути. В этом случае у каждого изолирующего стыка осуществляют переход цепи СЦБ с одной рель­совой нити на другую. Для обеспечения прохождения тягового тока в этих случаях устанавливают продольный электрический соединитель 4 (рис. 9.1, б). Междупутные соединители при этом располагают в гор­ловинах станции, местах присоединения отсасывающих проводов и через каждые 400 м пути.

Схема установки электрических соединителей на стрелочных пе­реводах при двухниточных РЦ приведена на рис. 9.2, а и однониточ­ных — на рис. 9.2, б.

Рис. 9.2. Схема установки электрических соединителей на стрелочных переводах при двухниточных (а) и однониточных рельсовых цепях (б); 1 и 5 — электротяговая и нетяговая рельсовые цепи; 2 — стальной штеп­сельный соединитель; 3 — стрелочный и междурельсовый электрические соединители; 4 — изолирующий стык

На электрифицированных линиях, где рельсы не используют для це­пей автоблокировки и электрической централизации, междурельсовые и междупутные электрические соединители могут быть из стального прут­ка диаметром 12 мм при постоянном токе и 10 мм — при переменном или из стальной полосы 40x5 мм. Их прокладывают изолированно от земляного полотна и балласта. Междурельсовые соединители устанав­ливают через каждые 300 м, а междупутные — через каждые 600 м.

На линиях переменного тока применяют провода обратного тока или экранирующие, подключаемые параллельно рельсам (см. рис. 5.1, г, д). Их подвешивают на опорах контактной сети и присоединяют к рельсам при подключении отсасывающих трансформаторов — между ними, а без трансформаторов — через два на третий блок-участок. При этих схемах тяговый ток, переходя из РЦ, в основном протекает в этих проводах.

Отсасывающие линии у тяговых подстанций присоединяют непос­редственно к тяговым рельсовым нитям и в этом месте устраивают междупутное электрическое соединение. На участках с двухниточными РЦ отсасывающие линии присоединяют к средним точкам дроссель-трансформаторов, установленных у ближайшего к тяговой подстан­ции изолирующего стыка. В этих местах также устраивают междупут­ное электрическое соединение. Отсасывающие линии переменного тока выполняют двумя параллельными цепями, используя рельсы подъезд­ного пути, соединенные с контуром заземления подстанции, и пере­мычку между заземленной фазой трансформаторов и рельсами стан­ционных путей.

Отсасывающие линии постоянного и переменного тока выполняют воздушными или кабельными, при этом они должны иметь изоляцию от земли не менее чем на 1000 В. Воздушные отсасывающие линии рас­полагают на тех же опорах, что и питающие (ниже их).

Тяговый ток, возвращаясь на тяговую подстанцию по рельсам, при недостаточной изоляции рельсов от земли растекается по земле. Такой ток называют блуждающим. Блуждающие токи, ответвляясь в землю, проходят также по подземным металлическим сооружениям (водопро­водам и т.п.). Переход тока с подземного металлического сооружения в землю вызывает электрокоррозию металла, которая может быть очень интенсивной. Вследствие электрокоррозии выходят из строя стальные трубопроводы, кабели, подземные части опор контактной сети (без про­ведения специальных мероприятий по защите). Опасность электрокор­розии стальной арматуры железобетона усугубляется тем обстоятельством, что объем продуктов коррозии в два с лишним раза больше объема металла, подвергнувшегося электрокоррозии. Это создает внутреннее перенапряжение в бетоне, вызывающее его растрескивание, что приво­дит к еще более интенсивной коррозии — атмосферной и почвенной. На электрифицированных дорогах переменного тока электрокоррозия проявляется в значительно меньшей степени ввиду периодического из­менения направления тока (100 раз в 1 с при частоте 50 Гц).

Для ограничения утечки тяговых токов в землю и тем самым сниже­ния вредного воздействия блуждающих токов на подземные сооруже­ния принимают меры по увеличению переходного сопротивления меж­ду рельсами и землей и уменьшению сопротивления РЦ.

Изоляции рельсов от земли способствуют: щебеночный балласт, просвет между подошвой рельса и поверхностью балласта размером не менее 30 мм, железобетонные или деревянные (пропитанные анти­септиками) шпалы. Все присоединенные к рельсам заземляющие про­вода и соединители изолируют от земли, металлических и железобе­тонных сооружений. Неэлектрифицированные пути отделяют от электрифицированных не одним, а двумя изолирующими стыками, установленными в каждую рельсовую нить так, чтобы исключалась возможность замыкания подвижным составом. В местах примыкания к электрифицированным путям тупиков, не используемых для прохож­дения тяговых токов, устанавливают по одному изолирующему сты­ку в каждой рельсовой нити.

На линиях постоянного тока при прохождении поездов между рельсами и землей создается разность потенциалов (рис. 9.3). Зоны

Рис. 9.3. Схема расположения катодных (]), анодных (2) и знакопеременных (3) зон на участках постоянного тока

потенциалов подразделяются на катодную 1, где рельс по отноше­нию к земле имеет отрицательный потенциал (что характерно для мест около тяговых подстанций, так как ток из земли стекает к рельсу); анодную 2, где рельс имеет положительный потенциал (ха­рактерную для середины фидерной зоны, так как здесь ток от рельса стекает в землю) и знакопеременную 3, где потенциал рельса может меняться. При рекуперативном торможении на спусках, когда элек­троэнергия от двигателей поступает в контактную сеть, в зависи­мости от значения тока1 рекуперации катодная зона может быть и в середине фидерной зоны.