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

и загрязненного цементной пылью 2 мг/см2) при прочих равных условиях были определены по реальным данным среднегодовые токи утечки, которые составили соответственно 1,47 и 82,5 мкА.

При допустимом диаметре стержня по механической нагруз­ ке, например 12 мм, срок службы будет составлять по условиям коррозии стержня соответственно для этих изоляторов 8 и 460 лет, т. е. изолятор с загрязнением прослужит значительно меньший срок по сравнению с нормируемым сроком эксплуата­ ции (равным 22 годам); для изолятора без загрязнения электро­ коррозия безопасна. Механические испытания изоляторов, про­ веденные с целью выявления допустимой по прочности изолято­ ров коррозии стержней, показали, что стержень изолятора (не прокорродировавший) является наиболее прочным элементом конструкции изолятора: примерно 30%-ный запас против гаран­ тированного 10%-го по ГОСТ 6490—70 по отношению ко всей конструкции изолятора. Использование этого запаса на потери от коррозии не снизит общую прочность изолятора. Таким об­ разом, снижение диаметра стержня с 16 до 14 мм .допустимо с сохранением гарантированной разрушающей нагрузки изолято­ ра (6000 кгс) по ГОСТу.

В зависимости от места установки изолятора допускаются следующие минимальные значения диаметра коррозионной шей­ ки в мм:

130

При обследовании изоляторов в контактной сети в обязател^ ном порядке следует удалять продукты коррозии, поскольку они скрывают действительные размеры коррозионного дефекта (рис. 55, б) и могут повлиять на неправильную оценку положе­ ния с коррозией стержней.

§ 3. СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ СТЕРЖНЕЙ ИЗОЛЯТОРОВ

Поскольку срок службы изоляторов до допустимого размера коррозионного дефекта в районах с загрязненной атмосферой значительно (в 2—4 раза) меньше нормального, возникла необ­ ходимость разработки мер защиты стержней. Эти меры можно подразделить на две группы, первая из которых (обычно приме­ няется при борьбе с перекрытиями изоляторов) связана с уменьшением токов утечки по поверхности изолятора, а вто­ рая — с отводом тока утечки со стержня на другой специально создаваемый конструктивный элемент в изоляторе.

К первой группе относятся: периодическая чистка поверхно­ сти изолятора от продуктов загрязнения, увеличение количества изоляторов в гирлянде, применение специальных изоляторов с большой длиной пути утечки или изоляторов стержневого типа, установка изоляторов (где это возможно) шапкой к плюсовой полярности. Например, замена двух изоляторов (ПФ-б) на спе­ циальные грязестойкие изоляторы НС-2 (2 шт.) увеличивает длину*пути утечки на 74%. Даже если три'изолятора ПФ-б за­ меняются на два НС-2, то при равной стоимости по всем пока­ зателям (длина пути утечки, высота гирлянды, вес) такая заме­ на оправдана. Однако меры этой группы лишь уменьшают кор­ розию стержней, не устраняя ее полностью. Для успешной борь­ бы с коррозией стержней требуется значительно более частая очистка поверхности изоляторов, чем это вообще возможно в условиях эксплуатации. .

В какой-то мере могли спасти положение специальные изо­ ляторы с покрытием фарфора электропроводной глазурью. Ток утечки в этих изоляторах стекает со стержня в'среду” уже не с ионной, а электронной проводимостью, и процесс электрокорро­

зии не должен наблюдаться. Но как показывает опыт, у таких изоляторов быстро стареет контактный слой глазури в месте примыкания его к стержню и, следовательно, явление электро­ коррозии стержня в этом месте со временем будет все-таки про­ исходить, причем с еще большей интенсивностью, так как токи утечки таких изоляторов больше. Все это потребовало разработ­ ки специальных мер защиты стержней.

' Сюда, прежде всего, следует отнести заливку околостержнег вой впадины изолятора легкоплавким сплавом металлов (на­ пример, кадмия с цинком). Получаемое таким образом охран­ ное кольцо отводит ток со стержня и само (вместо стержня) подвергается коррозии. Такой способ был предложен в Англии, но не получил из-за дефицитности материалов и термического воздействия сплава при заливке на фарфор широкого распро­ странения. Опасность термических перенапряжений в фарфоре не позволяет применять для такой заливки свинец и алюминий (хотя это было бы наиболее простым решением). Попытки соз­ дать токоотводящую заливку на основе электропроводных по­ лимеров холодного отверждения пока не увенчались успехом.

Не дает положительного решения и покрытие стержня слоем изолирующего материала: коррозия начинает развиваться выше изолированного участка стержня (изоляция стержней не может существенно уменьшить ток утечки). Нашедшие ограниченное применение дренажные пружины, отводящие токи со стержня на поверхность фарфора,.не в состоянии длительно защищать стержень из-за постепенного растворения опорного кольца пру­ жины, возрастания вследствие этого сопротивления в ее цепи и снижения эффективности. Наиболее перспективным и простым решением вопроса является применение изоляторов со стержнем переменного сечения, т. е. стержнем, имеющим утолщение — припуск на коррозию. Большая партия таких изоляторов была изготовлена в 1970—1971 гг. по техническим условиям ЦНИИ МПС Славянским арматурно-изоляторным заводом им. Артема и успешно проходит эксплуатационные испытания на ряде до­ рог. Достаточный диаметр утолщения (рис. 59,а) — 26—28 мм. На рис. 59,6 представлен стержень изолятора переменного сече­ ния после 20 лет эксплуатации (в коррозионной камере ускорен­ ных испытаний).

Применение таких изоляторов вообще снимает с эксплуата­ ционного персонала контактной сети необходимость заниматься защитой стержней.

Но в эксплуатации находится и продолжает поступать боль­ шое количество изоляторов прежней конструкции (без утолще­ ния стержня). Создание такого утолщения возможно в условиях дистанции контактной сети — на стержень приклеивается элект­ ропроводным полимерным клеем (табл. 15) втулка (чугунное литье), состоящая из двух полувтулок, корродирующая вместо стержня.

132

Г л а в а У 11

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ЗАЩИТЕ ОТ ЭЛЕКТРОКОРРОЗИИ

§ 1. ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

При установлении опасности электрокоррозии и решении за­ дач защиты от нее подземных сооружений и конструкций дол­ жен быть произведен определенный комплекс электрических из­ мерений как на рельсовой сети, так и на самих сооружениях. Причем большая зависимость от конкретных условий делает ре­ зультат электрических измерений практически единственным ис­ точником информации о коррозионной опасности и защищенно­ сти для каждого реального сооружения. Поэтому качественное выполнение коррозионных измерений по единым отработанным методикам весьма важно. Все необходимые электрические из­ мерения по назначению можно разделить на следующие группы:

проверка выполнения действующих норм и требований к тя­ говой рельсовой сети (измерения на рельсовой сети и в системе энергоснабжения электрифицированных железных дорог);

определение степени опасности электрокоррозии на подзем­ ных сооружениях и конструкциях (измерения разностей потен­ циалов рельс—земля, сооружение—земля, сопротивления цепи утечки тягового тока через конструкцию, удельного сопротивле­ ния грунта и т. п.) ;

проверка защищенности подземных сооружений и конструк­ ций, работы защитных устройств “(определение эффективности защиты, влияния защитных устройств на работу рельсовых це­ пей, проверка исправностей элементов защитных устройств, иск­ ровых промежутков и т. п.).

В связи с изменением поля блуждающих токов во времени, обусловленным изменением тяговых нагрузок как по величине* так и по месту приложения, принципиальное значение имеет вы­ бор момента измерений и их продолжительности.

Все измерения, связанные с определением коррозионной опасности и защищенности сооружений и конструкций, провер­ кой выполнения нормы по ограничению утечки токов, следует производить в условиях нормальной работы электротяги (отсут­ ствие «окон», спада движения, все подстанции работают в обыч­ ных режимах). Продолжительность измерений должна быть та­ ковой, чтобы полученные за этот период средние величины по­ тенциалов и токов были близки к действительным. Для этога

134

измерения, связанные с проверкой нормы по ограничению утеч­ ки тяговых токов и нормализацией распределения тяговых на­ грузок между подстанциями, должны охватывать период не ме­ нее суток. Продолжительность периода измерений потенциалов рельс—земля, сооружение—земля не менее 30 мин. Показания прибора записывают через каждые 10 с. Необходимо, чтобы на участках с интенсивным движением поездов (более 100 пар в сутки) за период измерения прошло не менее двух поездов в каждом направлении, на участках с неинтенсивным движением (меньше 100 пар поездов) — не менее одного поезда.

Измерение сопротивлений рельсовых стыков цепи, утечки тя­ говых токов через конструкции, удельного сопротивления грун­ та, проверка искровых промежутков и т. д. могут производиться

влюбое время без увязки с условиями работы электротяги.

§2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ НА РЕЛЬСОВОЙ СЕТИ

ИВ СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Вцелях контроля выполнения мер по ограничению утечки тяговых токов, выявления коррозионной, опасности для рельсов и рельсовых скреплений, а также для конструкций, присоединяе­

мых к рельсам, определяют величину этих токов соответствую­ щими измерениями.

Выполнение норм допустимой утечки тягового тока с рель­ сов для перегона проверяют между двумя соседними тяговыми подстанциями. Для этого включают 12 поляризованных счетчи­ ков Ампер-часов на двухпутном или шесть счетчиков на одно­ путном участке (рис. 60,а) в следующих пунктах: на каждом фидере постоянного тока обеих тяговых подстанций (в ячейке быстродействующего выключателя), питающих данный перегон, т. е. четыре или два счетчика; в промежуточной точке контакт­ ной сети участка (на посту секционирования — в каждой секции контактного провода в ячейках быстродействующих выключате­ лей, либо на воздушных промежутках, отделяющих контактную сеть от перегона) четыре—два счетчика; в дроссельных пунктах каждого пути на расстоянии 74—7s длины перегона от ближай­ шей тяговой подстанции (зона нулевого потенциала рельсов).

Допускается использовать поляризованные счетчики элект­ рической энергии постоянного тока с питанием обмотки напря­ жения от сухих батарей.

Измеряют всеми счетчиками одновременно и непрерывно в течение суток.

Ток в контактной сети в сечении, соответствующем месту установки счетчиков в рельсах / кс> определяют ординатой, вос­ становленной до пересечения с линией токораспределения в

.контактной сети (прямая, соединяющая среднесуточную сум-

135

Рис. 60. Включение счетчиков Ампер-часов на однопутном участке (или на одном из путей двухпутного участка) (а) и построение токораспределениж вдоль контактной сети (б)

марную величину измеренных токов по фидерам со среднесуточ­ ной суммарной величиной измеренных токов в промежуточно)!

тактной сети и суммарной величиной тока в рельсовых сетях / р. Отношение максимального значения тока в земле к току нагруз­ ки фидеров (питающих этот участок) ближайшей тяговой под­ станции ( /ф ) сравнивают с нормой тока утечки для соответст­ вующих условий данного участка (см. рис. 9).

Измерения по приведенной методике выполняют по мере не­ обходимости службой электрификации и энергетического хозяй­ ства дороги в присутствии представителей заинтересованных ор­ ганизаций. Счетчики к рельсовым цепям присоединяют обяза­ тельно в присутствии представителя дистанции сигнализации и связи. Счетчики, подключенные к фидерам на подстанциях, по­ сту секционирования или в контактную сеть, должны быть уста­ новлены на изолирующих площадках, испытанных при напряже­

параллельно перемычке,' соединяющей средние точки дросселей, а затем эту перемычку снимают.

136

Нормализация распределения тяговых нагрузок между под­ станциями производится на трех и более тяговых подстанциях одновременно путем измерения расхода электроэнергии по фи­ дерам поляризованными счетчиками килоВатт-часов (включа­ ются так же, как и в предыдущем случае) в такой последова­ тельности:

измеряют расход электроэнергии (сумма расхода электро­ энергии по фидерам каждого направления) тяговых подстанций

(А 2-1 , А 2-3, Л 3-4 ИТ. д.);

определяют электроэнергию уравнительных токов от сосед­

подключают противоположные концы токовых обмоток поляри­ зованных счетчиков;

измеряют расход электроэнергии на каждую межподстанци-

Определяют нормализованный расход электроэнергии фиде­ ров одного направления

[Xi_n Ai-u , (1 — Х^ц) Ац_ 1, XII_ni Ац-ш ; (1 — Xn_in) Аш-п]

и общий расход электроэнергии тяговой подстанции

(Ац1, Ан2? Анз и т. д.)

установления величин уравнительных токов и определения дей­ ствительного и нормализованного расходов электроэнергии тя­ говых подстанций решается вопрос о выборе регулировочных ответвлений трансформаторов на каждой тяговой подстанции. Чтобы не допустить чрезмерного увеличения блуждающих то­ ков и потерь электроэнергии, следует руководствоваться следу­ ющими положениями: средняя суточная величина (по измерени­ ям на магистральных участках в течение одних суток, на приго­ родных — в течение 7 суток) электроэнергии уравнительного тока (суммарная по фидерам от одной тяговой подстанции че­ рез шины соседней) не должна превышать 8000 кВт • ч'*(~100А),

а расход электроэнергии по фидерам (среднесуточная суммар­ ная величина по фидерам одного направления за те же периоды) не должен превышать нормализованный больше чем в 1,5 раза.

В тех случаях, когда с помощью регулировочных ответвле­ ний или в силу отсутствия последних нельзя достичь требуемого снижения электроэнергии уравнительного тока и выравнивания распределения электроэнергии между фидерами смежных тяго­ вых подстанций, следует рассмотреть, с учетом технико-эконо­ мических показателей, введение специальных мер (замена трансформаторов без регулировочных ответвлений на трансфор­ маторы с регулировочными ответвлениями, другими номинала­ ми, с плавным автоматическим регулированием напряжения и т. п.). Данная методика не распространяется на участки с си­ стематическим применением рекуперации электроэнергии под­ вижным составом.

Разность потенциалов рельс—земля измеряют высокоомным вольтметром (не менее 2000 Ом на 1 В) с двусторонней шкалой. Вольтметр соединяют положительным зажимом с рельсом, отри­ цательным — со специальным заземлителем, который представ­ ляет собой стальной стержень диаметром 10—15-мм и длиной 0,6—0,8 м, забитый в грунт в середине пролета между соседними по данному пути опорами (в створе опор). Контакт с рельсами осуществляется установкой рельсового зажима на подошву или присоединением проводника непосредственно к стыковому со­ единителю. Средние величины положительных и отрицательных значений характеризуют потенциальное состояние рельсов. В некоторых случаях, например, при оценке степени опасности электрокоррозии опор контактной сети необходимо знать потен­ циальное состояние рельсов на участке большой протяженности, для чего разность потенциалов рельс—земля измеряют не реже чем через 1 км.

Электрическое сопротивление рельсовых стыков измеряют стыкоизмерителем ЦНИИ-56. При использовании этого прибора на участках дорог, электрифицированных на постоянном токе, в качестве источника питания цепи используют тяговый ток, про­ ходящий вдоль рельсовой нити. На дорогах переменного тока или в отсутствии тягового тока в рельсах источником для пита­ ния прибора может являться щелочной аккумулятор 1,2 В (две банки типа НКМ-10 на 10 А-ч, соединенные параллельно, или одна банка аккумулятора большей емкости). Принципиально схема измерения сопротивления стыка дана на рис. 61,а. Схема прибора собрана по принципу неполного моста, дополняемая двумя плечами при установке на путь стыкоизмерителя (сплош­ ной рельс длиной 1 м и стык рельсов с двумя концами рельсов общей длиной 1 м). Нулевое показание (мост уравновешен) ин­ дикатора в измерительной диагонали моста достигается измене­ нием сопротивления регулируемых плеч моста. При измерениях стрелку индикатора следует установить на нуле, отсчет измеряе-

138

При U = \ ми /2= 2 м должно быть R= 1, т. е. нулевому поло­ жению гальванометра должно соответствовать положение «1» ручки потенциометра.

При измерениях необходимо следить за тем, чтобы рельсо­ вые накладки и стыковые соединители полностью находились между крайним и средним зажимами штанги (с отметкой «стык») и за поддержанием 'хорошего контакта между зажима­ ми и рельсовой нитью.

Стыковые соединители проверяют внешним осмотром 2 раза в месяц, электрические измерения производятся не реже чем через шесть месяцев.

проверяют внешним осмотром и измерением разности потенциа­ лов между рельсами и фермой или арматурой железобетона с