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

лами тоннеля. Следовательно, коррозионные повреждения при вентильном секционировании могут быть снижены в 4— 6 раз. Так, суточные измерения, проведенные в одном из действующих тонне­ лей длиной 2 км, имеющем повышенную утечку тяговых токов, показали, что при суммарном времени нахождения поездов в пределах тоннеля (считая с момента входа электровоза на уча­ сток по момент выхода из него последнего вагона), равном 8,6 % суток, положительный потенциал на рельсах держится в течение 75% суток. Поезда занимают тоннель в среднем всего 3 — 3,5 мин, и среднесуточный потенциал, взятый только за время нахождения поездов в тоннеле, составляет +0,68 В, в то время как общий средний потенциал за сутки равен +4,35 В. Следова­ тельно, если электрически отделить (секционировать) рельсы тоннеля от рельсов снаружи его на все время отсутствия поез­ дов в тоннеле, то можно достичь снижения среднесуточной ве­ личины положительных потенциалов рельс—земля внутри участ-

4 35

ка в 'о’б8~ = 6,4 раза и во столько же раз уменьшить утечку тя­

говых токов и потери металла от коррозии. В одном из тонне­ лей впервые была осуществлена схема секционирования, под­ твердившая высокую эффективность этого способа снижения потенциалов рельсов. На рис. 52 приведены регистрограммы, снятые при работе схемы.

Если в тоннеле не применяется поездами рекуперации элект­ роэнергии, то в схеме вентильного секционирования устанавли­ ваются вентильные блоки, имеющие только вентильное плечо (см. рис. 13). Для тоннелей с рекуперацией электроэнергии раз­ работаны и выпускаются Московским электромеханическим за­ водом ЦЭ МПС вентильные блоки, схема которых показана на рис. 53. Блок имеет два плеча: вентильное (10 вентилей RK-2- 200) и тиристорное (10 тиристоров Т-160). Вентильное плечо пропускает ток при нахождении поезда в тяговом режиме виут-

1 2 0

Рис. 52. Фрагменты регистрограммы при работе схемы вентильного секциони­ рования:

ри тоннеля и препятствует протеканию тока внутрь тоннеля от поездов за его пределами (т. е. выполняет основное назначение схемы секционирования). Тиристорное плечо пропускает ток при нахождении внутри тоннеля рекуперирующего электровоза. Для открытия тиристорного плеча предусмотрена специальная запускающая схема, работающая от напряжений в рельсовой сети. От отрицательного потенциала внутри тоннеля рельс—зем­

зервной цепи от потенциометра R2^rRz при наличии напряжения

рации — 1000 А; токов длительного режима соответственно 500 и 400 А, токов короткого замыкания контактной сети на рельс внутри тоннеля длительностью 0,06 с 10— 12 кА.

Обходная перемычка может быть выполнена в двух вариан­ тах: либо из старогодных рельсов, либо кабельная. Первый ва­ риант дешевле и предпочтительнее по выполнению — для пере­ мычки могут быть использованы рельсы, снятые по коррозии в этом же тоннеле. Обходную перемычку (3-й рельс) укладывают на шпалах-коротышах сбоку от пути. Между шпалой и рельсом устанавливают изолирующие резиновые прокладки. Стыки рель-

121

са скрепляют накладками и приваривают по два _типо­ вых медных стыковых сое­ динителя на каждый стык. Для перемычки можно ис­ пользовать рельсы любого типа (от IV-a до Р50). При кабельном варианте испол­ нения обходной перемычки используют кабель ААШв 3X185, закрепляемый на кронштейнах внутри тонне­ ля. В цепь обходной пере­ мычки и одного из блоков включают последовательно специальные защитные дрос­ сели, имеющие на частоте сигнального тока 50 Гц со­ противление 5 Ом, или ис­ пользуют типовые дроссели

ДТ-0,6-1000 с настройкой вторичной обмотки в резонанс (емко­ стью 32 мкФ). Дроссели исключают снижение чувствительно­ стирельсовой цепи СЦБ в контрольном режиме.

Кратность снижения потенциалов (коэффициент эффектив­ ности) при включении схемы секционирования можно прибли­ женно определить по следующей формуле:

Для участка секционирования в районе середины фидерной

зоны (/ ^ ~2 )

122

где

Р=^Рт (при (п> / с ) ;

ру — вероятность движения поезда в тяговом режиме;

подстанционной зоны выделяется секционированием, тем выше эффективность применения схемы. В длинных тоннелях протя­ женностью больше 1,5—2 км целесообразно дополнительное сек­ ционирование с устройством трансляции сигнального тока без соединения средних точек дросселей (на рис. 51 показано штри­ ховыми линиями). В двухпутных тоннелях лучше применять раздельную схему секционирования по путям с общей обходной перемычкой.

В принципе для снижения потенциалов рельсов в тонне­ лях возможно применение и пу­ тевых источников тока (глава II). Но это значительно более дорогое средство по капиталь­ ным затратам, кроме того, тре­ бует подвода электроэнергии.

больше, чем при вентильном секционировании. ПИТы воз­ можно могут найти применение в длинных (порядка 3—4 км) тоннелях или когда короткие тоннели следуют друг за дру­ гом. Во всех случаях опреде­ ляющим должно быть техникоэкономическое сравнение этих способов.

Глава VI

ЗАЩИТА СТЕРЖНЕЙ ИЗОЛЯТОРОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ОТ ЭЛЕКТРОКОРРОЗИИ

§ 1. УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ ЭЛЕКТРОКОРРОЗИИ СТЕРЖНЕЙ ИЗОЛЯТОРОВ

%

Помимо утечки тяговых токов с рельсов через шпалы, бал­ ласт и соединенные с рельсами конструкции на электрифициро ванных железных дорогах имеет место утечка токов с контакт­ ной сети через изоляторы, на которых она подвешена. Величина этих токов из-за значительного сопротивления изоляции (106—■ 1010 Ом) не может быть большой и составляет даже при увлаж­ нении изоляторов осадками сотые и десятые доли миллиАмпера. Поэтому такие токи утечки не могут заметно повлиять на увели­ чение коррозии арматуры опор контактной сети и тем более на величину блуждающих токов в земле. Однако для самих изоля­ торов контактной сети они оказываются достаточными, чтобы вызвать преждевременный их выход из строя. На зарубежных и отечественных железных дорогах постоянного тока было заме­ чено, что в районах с интенсивным загрязнением атмосферы и на участках со смешанной тягой (электровозы и паровозы) на­ блюдается характерное явление: стержень подвесного изолятора у входа его в цементную заделку утоньшается (рис. 55), причем развитие такого дефекта носит явно коррозионный характер. Те факты, что подобное явление отсутствует на линиях электропе­ редачи и электрифицированных участках переменного тока, что коррозия стержней наблюдается только на изоляторах, имеющих 'плюсовую полярность на стержне и что явление* происходит лишь на загрязненных изоляторах с повышенными токами утеч­ ки по поверхности, однозначно свидетельствуют, что это явление может быть классифицировано только как электрокоррозия. Эксперименты показывают, что сколь длительно ни подверга­ лись бы образцы изоляторов воздействию различных агрессив­ ных сред при отсутствии тока утечки, коррозия стержня не на­ блюдается. И, наоборот, стоит только наложить ток утечки со стержня, как начинается характерное развитие коррозионного дефекта в виде постепенного уменьшения его сечения в-месте стекания тока. В условиях эксплуатации изоляторов стекание тока происходит (рис. 56,а) с контактной подвески на стержень и далее по загрязненной, т. е. электропроводной поверхности це­ ментной заделки и фарфора к шапке изолятора. Поскольку внут­ реннее сопротивление через тело изолятора от стержня к шапке

124

Повышение уровня изоляции контактной сени, осуществлен­ ное на всех электрифицированных участках дорог постоянного тока в 1964—1965 гг., практически ликвидировало пробои изоля­ торов и значительно снизило число повреждений изоляторов при перекрытиях, так как амплитудные значения токов утечки сни­ зились в 2 раза. Изоляторы в загрязненных районах стали слу­ жить значительно дольше.

И вот в этих условиях коррозия стержней, накапливаясь по мере эксплуатации изоляторов в загрязненной атмосфере, стала основной причиной снятия изоляторов с контактной сети. Имен­ но этим можно объяснить тот факт, что массовая смена изоля­ торов из-за коррозии стержней началась только в последние годы. В какой-то мере сказалась и перемена полярности кон­ тактной сети, осуществленная на ряде дорог в 1957—1958 гг. На­ пример, на Московской дороге при минусовой полярности кон­ тактной сети имела место коррозия кромки шапок изоляторов, которая не угрожала потерей прочности изолятора.

Уровень средних величин токов утечки с контактной сети же­ лезных дорог постоянного тока (два изолятора в гирлянде) сле­ дующий:

Существенную роль в величине тока утечки играет загряз­ нение поверхности изолятора и степень увлажнения ее при этом.

Эксперименты показывают, что электропроводность поверх­ ностного слоя загрязнения в основном определяется количест­ вом загрязняющего продукта и в меньшей степени его химиче­ ским составом. Зависимость тока утечки от степени загрязнения близка к параболической, т. е. увеличение количества загрязня­ ющего вещества приводит к квадратичному увеличению тока по поверхности изолятора. Как и при перекрытиях, наиболее опас­ ны в отношении коррозии стержня загрязнения цементной пылью (особенно в сочетании с солью), солевые и солончаковые запыления, запыление минеральными удобрениями; в меньшей сте­ пени опасны загрязнения изоляторов топочными уносами и ти­ пично железнодорожные загрязнения, К последним относятся: пыль с полотна железной дороги, частицы сыпучих грузов, уно-

127

симые с открытого подвижного состава при движейии поездов, пыль от износа тормозных колодок и бандажей, песок, применя­ емый для увеличения коэффициента сцепления, и т. п. Напри­ мер, на Московской дороге замечены повышенная загрязнен­ ность изоляторов и коррозия стержней в местах частого тормо­ жения электропоездов у пригородных пассажирских плат­

форм.

В практике эксплуатации нередки случаи комплексного за­ грязнения изоляторов, т. е. одновременно несколькими химиче­ скими веществами. Так, в районе коксохимического комбината (Донецкая дорога) в атмосфере содержатся сернистые соедине­ ния, углекислый газ, окиси калия, натрия, кальция и т. д. Сум­ марный состав этих веществ по количеству в несколько раз пре­ вышает засоренность атмосферы, обычно наблюдаемую в про­ мышленных районах. В таких условиях токи утечки по изолято­ ру значительны, а коррозия стержней более интенсивна. •

Однако только отложение загрязненных продуктов на по­ верхности изолятора является необходимым, но недостаточным условием протекания тока утечки, так как электропроводность продуктов загрязнения в сухом состоянии практически равна нулю. Это подтверждается данными на стр. 127; по загрязненно­ му сухому изолятору, как и по чистому, протекает ничтожный ток, равный долям микроАмпера. Положение существенно меня­ ется, если поверхность изолятора увлажняется (при дожде, ту­ мане, росе, мокром снеге и т. п.). При этом продукты загрязне­ ния, растворяясь, создают электролитическую среду, обеспечива­ ющую ионную проводимость по поверхности изолятора. Даже на чистом изоляторе за счет электропроводности пленки влаги, по­ крывающей фарфор, ток утечки возрастает в 102—103 раз (по сравнению с сухим изолятором), но остается все-таки недоста­ точным (0,01—0,1 мА), чтобы вызвать заметную коррозию стержня. Увлажнение загрязненного изолятора увеличивает ток утечки в 1Q4—106 раз и ток может достичь величины в несколь­ ко миллиАмпер (1 мА растворяет 9 г металла в год).

Следовательно, процесс электрокоррозии стержней в усло­ виях эксплуатации происходит как бы «порциями», т. е. только во влажные периоды, причем в наибольшей степени в туман, росу, мокрый снег, когда влага обильно «окутывает» изолятор по всей поверхности и вследствие этого наблюдается максималь­ ная утечка тока с контактной сети. Чем длительнее периоды, тем интенсивнее коррозия стержней изоляторов. Например, в наибольшей степени подвержены электрокоррозии стержни изо­ ляторов Донецкой, Приднепровской, Львовской дорог, на кото­ рых практически всю зиму (4 месяца) преобладают туманы, длительные моросящие дожди, мокрый снег, гололед. Средняя температура зимой.близка к нулевой. Интересны в этом отно­ шении данные (рис. 57) об авариях на ЛЭП из-за перекрытия гирлянд изоляторов, полученные в ГДР, подтверждающие, что

128

чивающее электропроводность. В силу большего объема, чем корродированный металл, они осаждаются и на некорродированной поверхности стержня, за счет чего поверхность утечки тока со стержня увеличивается. В результате продукты коррО; зии образуют на поверхности стержня около заделки «ласточ­ кино гнездо», постепенно разрастающееся и рассредоточиваю­ щее утечку тока по стержню до 20 мм от заделки; минимальный диаметр шейки й ш наблюдается в 3—5 мм от цементной задел'; ки. Так как образование продуктов коррозии не может замет­ ным образом изменить величину тока утечки, определяемую зна­ чительно большим общим сопротивлением поверхности фарфо­ ра изолятора, то при таком развитии процесса зависимость меж: ду диаметром шейки и потерей веса стержня идет по затуха­ ющей кривой. Измерения на большом количестве изоляторов подтвердили, что уменьшение диаметра стержня идет с замед: лением (рис. 58). Очевидно, такая эмпирическая зависимость является стабильной и не зависимой от химического состава загрязнения (данные получены на изоляторах из разных райо­ нов, с разных дорог, при различном сроке нахождения изо^ ляторов в эксплуатации). Если бы утечка тока не рассредото­ чивалась вдоль стержня, а происходила все время только в