книги из ГПНТБ / Коррозия и защита сооружений на электрифицированных железных дорогах

надо, и на шпалах после трех месяцев сухой погоды. После ин­ тенсивных дождей это сопротивление сильно понизилось. На старом балласте на Rmв уже меньше влияло увлажнение бал­

кания шпалы, включая балласт, на сопротивление цепи утечки через элементы рельсовых скреплений КБ, приведены круговые диаграммы. Из круговых диаграмм следует, что /?шз оказывает существенное влияние на утечку тока только на старых шпалах, а именно при изношенных, сильно загрязненных и увлажненных изолирующих элементах, т. е. при предельно низких значениях переходного сопротивления R pn . На величину сопротивления между рельсовыми нитями 'на железобетонных шпалах состоя­ ние балласта мало оказывает влияния.

Электрокоррозия рельсов и рельсовых скреплений на стан­ ционных путях, переездах, стрелочных переводах и меры защи­ ты, На станционных путях, находящихся в зонах высоких поло­ жительных потенциалов рельс — земля, наиболее интенсивно идет электрокоррозия рельсовых скреплении.

Это объясняется тем, что верхнее строение пути очень сильно

реездах, наиболее удаленных от

110

Рис. 46. Схема защиты вентильным секционированием станционных рельсовых

путей от токов утечки с главных путей:

А, Б — вентильные блоки

утечки со станционных путей будет определяться только тяговой нагрузкой. А так как нагрузка станционных путей составляет не более 10% нагрузки главных путей, то эффект от применения такого способа защиты следует ожидать высоким. Эффектив­ ность определяется по отношению средних значений разности потенциалов рельс — земля на станционных путях до секциони­ рования и после.

Чтобы оценить целесообразность защиты станционных путей, следует определить среднее значение тока утечки с главных пу­ тей через станционные. Для чего в соединительные перемычки включают амперметры. Если ток утечки не превышает БОА, то осуществлять защиту станционных путей экономически не оп­ равдано.

утечку тягового тока непосредственно с рельсов, выявление условий, когда создается эта утечка;

установление непосредственной металлической связи (элект­ рического контакта) и ее продолжительности между элементами скрепления;

электрическое сопротивление цепей утечки через отдельные элементы рельсовых скреплений при наихудших условиях (увлажнении и загрязнении).lI

I l l

Оценивать скрепления целесообразно на опытной партии в эксплуатационных условиях на участках железных дорог, электрифицированных на постоянном токе, путем электрических измерений.

Наличие металлического контакта между деталями скрепле­ ний и рельсом можно определить включением двух высокоом­ ных регистрирующих вольтметров, один—между рельсом и поджладкой или другим элементом скрепления, другой—для записи разности потенциалов рельс—земля. Показания на первом при­ боре будут указывать на отсутствие металлической связи. Если стрелка на нем на нуле при Up-з=£0, то металлическая связь 1имеется.

Можно связь обнаружить и измерителем заземления, но в этом случае не раскрывается динамика ее изменения от прохож­ дения поездов. Измерять следует в сухой период времени, наибо­ лее благоприятный для установления отсутствия металлической

На подкладочном типе скрепления рекомендуется рельс изо­ лировать на обследуемой шпале от всех металлических деталей рельсовых скреплений установкой специальной резиновой прок­ ладки между поддомкраченным рельсом и подкладкой (рис. 47). Для измерения сопротивления подкладки между рельсом и под кладкой включают измеритель заземления по двухэлектродной схеме.

При бесподкладочном типе скрепления, например при ЖБ, на резиновую подрельсовую прокладку устанавливают спе­ циальную металлическую пластину — электрод с поверхностью

Рис. 47. Измерение сопротивления цепей утечки:

112

обеспечивают требующейся надежности скрепления, особенно на грузонапряженных участках.

По произведенному расчету для климатических зон с 40% дождевых дней и 20% дней с отрицательной температурой для грузонапряженных участков (Up3 =20 В, 7 = 7 лет) при условии,, что состояние шпал на протяжении рассматриваемого периода времени не сильно изменится, потеря веса костылей, имевших металлическую связь с рельсом, будет равной (7 = 110 г, т. е. 30% веса.

§ 4. ОСОБЕННОСТИ КОРРОЗИИ И ЗАЩИТЫ РЕЛЬСОВ

.И РЕЛЬСОВЫХ СКРЕПЛЕНИЙ В ТОННЕЛЯХ

Длительно сохраняемая в тоннелях высокая влажность в ус­ ловиях интенсивного загрязнения балластного слоя, поверх­ ности шпал, деталей скреплений является основной причиной повышенных (по сравнению с открытыми участками) токов утечки с рельсов, а следовательно, и интенсивной электрокор­ розии. Если на открытых участках, а также в неэлектрифицированных тоннелях, рельсы заменяют в основном по износу или другим дефектам, то в электрифицированных тоннелях основная причина замены рельсов—электрокоррозия подошвы. Значи­ тельно меньше, чем на открытых участках, служат в электрифи­ цированных тоннелях и детали рельсовых скреплений: костыли, шурупы, подкладки (рис. 48).

Атмосферная коррозия рельсов и скреплений в тоннелях в силу повышенной влажности происходит также более активно; причем в недалеком прошлом она усиливалась агрессивными компонентами, содержащимися в дыме, при применении паро­ вой тяги. По этой причине, согласно литературным данным, несколько увеличивался в тоннелях и износ рельсов по поверх­ ности катания. На протяжении многих лет изыскивались [17] способы снижения «ржавления» рельсов и скреплений в тон­

а переход на рельсы тяжелых типов в основном снял опасения в возможной потере механической прочности рельсами из-за ат­ мосферной коррозии. Положительно сказалась в этом вопросе щ замена параной тяги. Как показывает опыт эксплуатации в неэлектрифицированных тоннелях практически рельсы служат

коррозии электрокоррозионные повреждения рельсов в тонне­ лях значительны по величине и всегда локальны, а следователь­ но, более опасны.

Опасения излома рельса заставляют эксплуатационный пер­ сонал еще задолго до замены дефектных рельсов вводить в тон-

114

Наблюдения Закавказской дороги подтверждают: в летний пе­ риод коррозия рельсов в тоннелях происходит более интенсивно, В коротких (порядка нескольких сотен метров) тоннелях, кото­ рые хорошо проветриваются и температурно-влажностный ре­ жим в них мало отличается от наружных участков, рельсы прак­ тически служат столько же, сколько и на открытых участках.

Характерно, что даже на одном звене и при прочих равных условиях процесс электрокоррозии происходит далеко не на всех шпалах одинаково. Здесь влияет длительность отсутствия на каждой шпале металлического контакта между рельсом и дета­ лями скрепления (костылем, клеммой), что носит случайный ха­ рактер, и состояние шпалы.

На шпалах, потерявших электроизоляционные свойства, про­ питанных влагой, прогнивших, электрокоррозия рельсов, косты­ лей, шурупов и подкладок развивается в первую очередь и весь­ ма быстро.

В значительной степени снижает сопротивление изоляции рельсов от земли в тоннелях и поверхностное загрязнение шпал, балласта, деталей скрепления. Слой загрязнения, насыщенный влагой, создает хорошие электропроводные цепочки (мостики) утечки. Если на открытых участках металлическая пыль от тор­ мозных колодок, частички сыпучих перевозимых грузов, песок оседают на землю в довольно широкой полосе вдоль пути, то в силу замкнутого пространства в тоннеле они все оседают на бал­ ласт и шпалы.

Весь комплекс изложенных причин приводит к тому, что переходное сопротивление рельс—земля в протяженных элект­ рифицированных тоннелях, как показывает опыт, в среднем в 2—4 раза, а на увлажненных участках на порядок ниже сопро­ тивления вне тоннелей. Наложение на рельсы в таких условиях положительных потенциалов до нескольких десятков вольт и приводит к интенсивной утечке тяговых токов и весьма актив­ ному коррозионному процессу.

Коррозия рельсов и. скреплений происходит не только во время движения поезда в тяговом режиме по #тоннелю, но и без него. При нахождении поезда в 10—15 км от тоннеля на рель­ сах в тоннеле наблюдаются положительные потенциалы до 5— 10 В. По мере приближения поезда потенциалы возрастают и достигают в момент прохождения поезда по тоннелю 30—50 В, а в отдельных случаях (затяжной подъем, двойная тяга и т. д.) — 90— 100 В.

Участок пути внутри тоннеля из-за пониженного переходного сопротивления является как бы слабым местом в цепи утечки тяговых токов со всей рельсовой сети перегона, и ток от поездов, находящихся далеко за пределами тоннеля, в значительно большей пропорции стекает все-таки с рельсов тоннеля, чем это было бы при равенстве переходного сопротивления тоннеля сопротивлению открытых участков.

116

На рис. 49 представлен график тока утечки в пределах одно­ го тоннеля длиной 1,8 км, определенный по разнице регистрации токов в конце и начале тоннеля, во время приближения к нему поезда. При среднесуточной утечке тягового тока 50 А суммар­ ные весовые потери металла в год составят в таком тоннеле около 500 кг.

Мероприятия по защите рельсов в тоннелях от электрокор­ розии должны быть связаны с уменьшением токов утечки, что, в свою очередь, требует либо повышения уровня изоляции рель­ сов от земли, либо снижения уровня потенциалов рельсов, либо того и другого вместе.

Рассмотрим последовательно возможности реализации этих требований. Устранение течей и заводненности тоннелей было бы крайне желательно с точки зрения рассматриваемого вопроса. Во многих тоннелях постоянно ведутся весьма трудоемкие рабо­ ты по их осушению, устранению и локализации течей. Однако успешный результат этих работ достигается далеко не во всех случаях. В таких условиях необходимо хотя бы предотвращение прямых течей и капели воды на рельсы, шпалы и балласт уст­ ройством водоотводящих зонтов, каналов, лотков и т. п. Стеснен­ ность габарита и трудоемкость не позволяют наладить в тонне­ лях периодическую очистку балласта с удалением продуктов за­ грязнения из тоннелей.

В прследние годы опробуется мойка тоннелей с помощью воды, подаваемой под большим давлением из цистерны, пере­ мещаемой по тоннелю. При этом достигается положительный эффект по очистке шпал и деталей скрепления от загрязнения, однако балласт очищается мало, так как загрязняющие продук­ ты оседают в балласте.

Избирательный характер коррозии, определяемый износом и электроизолирующими свойствами шпал, позволяет считать за-

Рис. 49. Регистрограмма токов в рельсах в начале (1) и в конце (2) тоннеля; АУу — ток утечки с рельсов в пределах тоннеля

m

мену изношенных, промокших и прогнивших шпал в качестве одного из средств борьбы с электрокоррозией рельсов и рельсо­ вых скреплений. Правда, одиночная замена шпал без разборки звеньев в условиях тоннеля по габаритным соображениям труд­ но осуществима. Однако когда происходит смена рельсов, то не­ обходимо производить выборочную замену забракованных шпал. Уже за счет этой меры можно существенно на несколько лет затормозить развитие коррозии в местах, где она протекала наи­ более интенсивно.

Полезна с точки зрения увеличения переходного сопротивле­ ния и заливка шурупных отверстий шпал изолирующими со­ ставами на основе битумов или смол, а также полимерное по­ крытие шурупов. Такие работы в порядке экспериментов прово­ дятся, но результаты пока еще не публиковались.

Но только смена шпал не решит полностью задачу защиты рельсов от коррозии, так как в условиях тоннеля сопротивление самих шпал довольно быстро с течением времени уменьшается. Об этом можно судить по снижению сопротивления рельса по отношению к земле, уложенного на новые шпалы в одном из тоннелей Закавказской дороги (рис. 50,6). Это снижение в ос­ новном происходит за счет поверхностного увлажнения (в соче­ тании с загрязнением), хотя и внутреннее промокание шпал также имеет место. Не дало заметного положительного эффекта

иприменение специальных изолирующих элементов в узле рель­ совых скреплений [18].

На рис. 50,а проглядывается четкая тенденция активного снижения переходного сопротивления во времени пути со специ­ альными изолирующими элементами, совпадающая с тенденци­ ей снижения уровня изоляции рельса на новых шпалах.

Анализ наблюдений показал, что изолирующие элементы не могут полностью обеспечить защиту рельсов от электрокорро­ зии, так как поверхностное сопротивление изоляции в условиях загрязнения и повышенной влажности внутри тоннеля очень быстро (на протяжении не более 2 лет) снижается до уровня участков без изоляции. Но если на участке есть промокшие, гни­ лые шпалы, через которые происходит наибольшая утечка тока,

иэти шпалы пока нельзя заменить, то применение дополнитель­ ной изоляции поднимет их сопротивление до уровня «средних» шпал и тем самым снизит скорость коррозии рельсов (впредь до замены шпал). Вероятно, столь же активно будет снижаться

втоннеле и сопротивление балласта после очистки его или за­ мены новым. В одном из тоннелей после капитального ремонта

пути в первые 2—3 года коррозия практически не наблюдалась (в то время как до этого рельсы уже через 1,5—2 года требовали замены). Однако позже коррозионные явления проявили себя. Таким образом, можно сделать обобщающий вывод, что эффективность всех мер, связанных с улучшением изоляции рельсов в тоннеле, из-за активного поверхностного увлажнения

118

мер по снижению потенциалов рельсов в тоннелях. Минимальны электрокоррозионные повреждения рельсов и скрепления в катод­ ной зоне рельсовой сети, т. е. у тяговых подстанций. Поэтому раз­ мещение тяговых подстанций (на стадии проектирования элек­ трификации) вблизи тоннелей уже само по себе является ^мерой защиты рельсов в них. На ряде электрифицированных горных* участков в последние годы по проекту усиления энергоснабжения строятся дополнительные тяговые подстанции, что значительно снизит ранее наблюдавшуюся сильную электрокоррозию . рель­ сов в тоннелях, расположенных в районе строительства под­ станций.

В последние годы ЦНИИ МПС велись испытания по сниже­ нию потенциалов рельсов в тоннелях по методу катодной защи­ ты с сосредоточенными и распределенными вдоль тоннеля ано­ дами, по заземлению и «заморению» 1 рельсов [19].

Наиболее результативным оказался способ вентильного сек­ ционирования, заключающийся (рис. 51) в электрическом отде­ лении рельсов внутри тоннеля от рельсов вне его с помощью вентильных блоков, пропускающих тяговый ток от поездов при

119=