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

55

■ Р

2,0 -

18 -

1,6 -

t.*• ~ U2 -

1,0 -

участка между* тяговыми подстанциями. На номограмму накла­ дывают линейку таким образом, чтобы она соединяла точку ли­ нии номограммы, соответствующую расстоянию между тяговы­

подстанции), с точкой, определяющей величину отношения Р на­ грузок фидеров, питающих контактную сеть данного участка.

уменьшением утечки тяговых токов неизбежно приводит к уве­ личению уровня их потенциалов относительно земли (см. рис. '8Г штриховая линия). Такое повышение нежелательно как с точки зрения возможного усиления коррозии рельсов, рельсовых скреплений и конструкций, связанных с рельсами, в местах ло­ кального понижения изоляции их от земли (см. главу V), так и по технике безопасности обслуживающего путевое хозяйство

20.

персонала. До настоящего времени при реально наблюдаемом переходном сопротивлении рельсов на участках постоянного то­ ка пока не возникали затруднения как по первой, так и по вто­ рой причинам, а следовательно, и необходимость ограничений верхней границы /?пер . Возможно, что с ростом энергопотребле­ ния, с введением скоростного движения, сдвоенных поездов и одновременным применением в связи с этим более совершенной конструкции верхнего строения пути, имеющей более высокое переходное сопротивление, в дальнейшем потребуется вводить ограничение R пер или применять специальные меры, понижаю­ щие потенциал рельсов. На некоторых скоростных магистралях переменного тока за рубежом уже столкнулись с такой проб­ лемой.

§ 4. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ УТЕЧКИ ТЯГОВЫХ ТОКОВ

\

Мероприятия по ограничению утечки тяговых токов целесо­ образно подразделить на основные, требуемые «Правилами» и ГОСТом, и дополнительные, которые могут быть осуществлены сверх основных при соответствующем технико-экономическом обосновании. К основным мероприятиям относится ряд требо­ ваний к рельсовой сети и устройствам электроснабжения.

Требования к рельсовой сети сводятся к обеспечению опре­ деленного уровня изоляции рельсов от земли. Это обеспечивает­ ся прежде всего тем, что рельсы на главных путях укладывают на щебеночном, гравийном пли равноценном им по изоляцион­ ным свойствам балласте; деревянные шпалы пропитывают мас­ ляными антисептиками, не проводящими электрический ток; на железобетонных шпалах пли подрельсовых основаниях рельсы и рельсовые скрепления, связанные с ними, изолируют от бетона п арматуры шпал и подрельсовых оснований с помощью изолирующих прокладок, втулок. При этом не допускается за­

лически связанными с рельсом. Зазор между подошвой рельса главных путей и балластом как, на перегонах, так и на станциях должен быть не менее 30 мм; противоу гонные устройства не должны'касаться балласта.

Все неэлектрифицированные пути отделяют от электрифици­ рованных двумя изолирующими стыками, установленными в каждую рельсовую нить так, чтобы исключалась возможность замыкания подвижным составом неэлектрифицмрованных пу­ тей с электрифицированными. Тупиковые упоры отделяют одним изолирующим стыком в каждой рельсовой нити. На ме­ таллических и железобетонных мостах рельсы следует уклады­ вать изолированно от ферм моста, от бетона и арматуры желе­

21

зобетона. Рельсы на территории депо электроподвижного сос­ тава — изолировать от металлических сооружений, бетона и ар­ матуры железобетонных конструкций и от контуров заземле­ ний. Если по условиям техники безопасности требуется глухое заземление на рельс металлических конструкций и сооружений внутри здания депо, то на вводах кабелей и трубопроводов в

•здание должны быть установлены изолирующие муфты и фланцы. Все присоединяемые к рельсам конструкции устанавливают на железобетонные фундаменты, а увеличение сопротивления

цепи утечки через них достигается применением изолирующих элементов или установкой искровых промежутков. Стрелочные переводы, а также элементы конструкций устройств обдува и обогрева стрелок, металлически связанные с рельсами, выпол­ няют изолированно от земли и подходящим к ним трубопрово­ дам и кабелям. Неэлектрифицированные пути отстоя вагонов с электроотоплением должны быть выполнены с соблюдением всех требований, предъявляемых к электрифицированным путям. Соединительные провода, подключаемые к рельсам, во всех слу­ чаях прокладывают изолированно от балласта п земляного по­ лотна.

Продольная проводимость рельсовой сети зависит от прово­ димости самих рельсов и мест их соединения (стыков). Выбор того или иного типа рельсов для электрифицированных у*частков определяется в основном грузонапряженностью, скоростями дви­ жения, осевой нагрузкой, но отнюдь не соображениями ограни­ чения утечки тяговых токов. Однако поскольку электрифициру­ ются наиболее грузонапряженные участки, то, как правило, на них укладывают рельсы тяжелых типов, а следовательно, с большей проводимостью (табл. 5), что способствует уменьше­ нию утечки тяговых токов (см. рис. 8).

, Но если не ограничивать сопротивление сборного стыка рель­ сов, а оно может быть и минимальным (накладки плотно при­ жаты к рельсу, контактные поверхности зачищены) и беско-

22.

нечно большим (ослабленные болты, ржавые накладки), то практически состояние стыков будет определять величину тока в земле. Поэтому было принято, что стыки не должны увеличи­ вать продольное сопротивление рельсов более чем на 20%• При длине рельсов 12,5 м это равнозначно увеличению длины каж­ дого рельса на 2,5 м. Учитывая возможный разброс сопротив­ ления, за норму приняли сопротивление сборного стыка не вы­ ше сопротивления целого рельса длиной 3 м [1].

Такая относительная норма удобна в смысле контроля, по­ скольку измерить непосредственно в пути сопротивление поряд­ ка 1 • 10 Ом крайне затруднительно. Обеспечение нормы дости­ гается специальными мерами: приваривают стыковые медные соединители сечением 70 мм2 с площадью приварки 250 мм2 или контактные поверхности рельса и накладки зачищают и смазы­ вают специальной графитовой смазкой, герметизирующей места контактов. При надлежащем содержании стыка (постоянная- и контролируемая затяжка болтов, чистые контактные поверхно­ сти) норма обеспечивается и без специальных мер, но любое ос­ лабление болтов в данном случае грозит, прежде всего, отказом в работе рельсовых цепей автоблокировки, а следовательно, и задержкой движения поездов. При графитовой смазке также иногда отмечаются случаи отказа в работе автоблокировки из-за потери проводимости сигнальных токов вдоль рельсов; кроме того, графитовая смазка требует более тщательного контроля в процессе эксплуатации и периодического обновления. Поэтому из соображений надежности в качестве основного решения на электрифицированных участках приняты приварные медные стыковые соединители.

Осуществляемый в последние годы переход на длинномер,- ные рельсы и бесстыковой путь значительно уменьшил влияние сопротивления сборных стыков на общее продольное сопротив­ ление рельсовой сети, а следовательно, и на утечку тяговых то­ ков. ‘

Каковы же основные причины того обстоятельства, что на многих дорогах имеются затруднения в поддержании даже при­ варными соединителями нормируемого сопротивления стыка? Дело в том, что применяемая норма (3 м целого рельса) не аб­ солютная, а относительная и справедлива для всех типов рель­ сов. Переход на рельсы тяжелых типов, естественно, снизил (рис. 10) требуемое омическое (кривая 1) сопротивление соеди­ нителя (из-за увеличения сечения рельсов), а вместе с тем сече- ние-стыкового соединителя на протяжении многих лет остава­ лось неизменным (70 мм2 по меди). В результате создалось по­ ложение, что для рельсов тяжелых типов норма на сопротивле- , ние стыка ужесточилась в 1,5—2 раза, что и явилось основной причиной трудностей поддержания сопротивления стыков в рам­ ках нормы. Положение усугубляется тем, что сами стыковые

23

Здесь также еще следует учесть, что в обеспечении проводимо­ сти стыка участвуют накладки, облегчающие работу соедините­ ля. По крайней мере, как показывает опыт эксплуатации, кро­ ме некоторых участков (однопутные, перевальные и т. п.), сты­ ковые соединители (70 мм2) на сети работают нормально. Учи­ тывая, что увеличение сечения соединителя потребует повыше­ ния расхода дефицитной меди, представилось нецелесообразным переходить на большее сечение только из соображений ограни­ чения утечки тяговых токов (пока это не требуется условиями нагревания соединителя), хотя в отдельных местах по условиям нагревания можно и увеличить сечение. Но рельсы тяжелых типов, применяемые в настоящее время, имеют минимальную длину 25 м, т. е. количество стыков на километр пути по срав­ нению с рельсами длиной 12,5 м уменьшилось вдвое. Следова­ тельно, не нарушая общую двадцатипроцентную норму, можно увеличить единичную норму сопротивления стыка для этих рельсов в 2 раза (рис. 10, кривая 2), доведя ее до 6 м целого рельса, в то же время фактически не ухудшая положения с утечкой тягозых токов и сохраняя выигрыш в снижении блуж­ дающих токов. Такой подход оказался наиболее целесообраз­ ным, и в настоящее время для рельсов длиной 25 м и более (бесстыковой путь) нормой сопротивления стыка является со­ противление 6 м целого рельса.

Существенную роль в ограничении утечки тяговых токов играют междупутные соединители, запараллеливающие рельсо­

24

вые тяговые нити обоих путей. Соединители должны устанав­ ливаться: при двухниточных рельсовых цепях СЦБ — через два дроссельных стыка на третий или более часто при условии вклю­ чения в цепь соединителя защитного дросселя с сопротивлением сигнальному току 50 Гц не менее 5 Ом; при однониточных рель­ совых цепях — в горловинах станций, у выходных сигналов и через каждые 400 м пути. Сечение медного соединителя должно быть не менее 70 мм2, а длина не более 100 м. Места установ­ ки междупутных соединителей, как правило, должны тяготеть к участкам наибольшего потребления электроэнергии поездами и систематического применения ими р'екуперации (места трогания поездов, затяжные подъемы, уклоны). На участках с реку­ перацией электроэнергии очень важно обеспечить поперечное электрическое соединение путей, так как при его отсутствии раз­ ность разнополярных потенциалов между рельсами путей может достигать 100 В и более; при этом возникает в земле сильное поперечное (по отношению к пути) поле блуждающих токов, ко­ торое может усилить коррозию подземных сооружений. Между­ путные соединители прокладывают изолированно от земляного полотна и балласта. Если отсутствуют рельсовые цепи, то сое­ динители выполняют из стального провода диаметром 12 мм (или полосы 40X3 мм) и устанавливают: междурельсовые — через каждые 300 м, междупутные — через каждые 600 м. Рель­ совые нити неэлектрифицированных путей можно использовать в качестве проводника тяговых токов, если они удовлетворяют всем требованиям, представляемым к электрифицированным путям.

Требования к устройствам электроснабжения сводятся к вы­ бору определенной полярности контактной сети. На всех желез­ ных дорогах постоянного тока принята положительная поляр­ ность, при которой удобно и экономично защищать подземные сооружения от блуждающих токов наиболее простым способом— дренажной защитой (глава III). В нормальном режиме рабо­ ты электрифицированной линии должно осуществляться двусто­ роннее питание перегонов от тяговых подстанций (исключая консоли) при минимальных уравнительных токах между ними. Последнее требование весьма важно, так как протекание урав­ нительных токов между подстанциями существенно увеличивает блуждающие токи в земле [2], особенно на пригородных участках. Например, устранение двукратной неравномерности распреде­ ления нагрузки между двумя соседними тяговыми подстанция­ ми снижает блуждающий ток в земле в 1,5 раза при расстоянии между подстанциями 12,5 км и в 1,3 раза при 25 км. Поэтому рекомендуется систематически контролировать распределение тяговых нагрузок между подстанциями и проводить нормализа­ цию его по методике, приведенной в главе VII. Отрицательные питающие (отсасывающие) линии и минусовую шину тяговой подстанции изолируют от земли на напряжение 1000 В; не допу­

25

тель (/р ), равен току кон­ тактной сети (/к ) , а следова­ тельно, ток в земле равен нулю. Фактически через вы­ прямитель проходят два то­ ка: ток, который протекал бы по рельсам в этой точке до подключения ПИТа, и ток, создаваемый ПИТом, по величине равный току в земле и дополняющий ток

врельсах до величины

тока в контактной сети.

тока. На рис. 11 представ­ лены диаграммы потенциалов рельсов и токов в земле до и пос­

вень блуждающих токов и коррозионная опасность на подзем­ ных сооружениях в 3—4 раза для близлежащих сооружений и в 4—6 раз для удаленных сооружений [4]. Существенно, что при применении ПИТов наряду с уменьшением токов в земле уменьшаются и потенциалы на рельсах. В моменты прохода поездов, во избежание дуговых процессов на стыке и режима короткого замыкания выпрямителя (на изолирующем стыке в рельсах может быть напряжение до 60 В), ПИТ временно пре­ кращает свое действие, чтд является недостатком применения этого способа в условиях интенсивного движения поездов. В районе подключения ПИТа на подземном сооружении создает-' ся дополнительная коррозионно опасная (анодная) зона, тре­ бующая применения защиты. Ориентировочные капитальные затраты, связанные с применением двух ПИТов, на фидерную зону составляют 0,6—0,8 тыс. руб/км. К недостаткам ПИТов можно отнести невозможность компенсации блуждающих токов от нагрузок, находящихся на соседних фидерных зонах.

Наиболее целесообразно применение ПИТов в крупных горо­

их встретит трудности: необходимость продольного секци­ онирования контактной и рельсовой сети по всем путям в месте установки ПИТа, перемещение точек нулевого потенциала рель­ сов из-за уравнительных токов между подстанциями [2], суже­ ние области компенсации поля токов в земле из-за пониженного входного сопротивления рельсов, создаваемого развитым путе­ вым хозяйством станции, и т. д. В условиях же магистральных

27

Рис. 12. Ток в перемычке, соединяющей ' деповской парк с главными путями. Положительные значения — ток утечки-с главных путей

железных дорог защита одиночных сооружений (трубопровод, кабель) может быть осуществлена значительно более дешевыми средствами и применение ПИТов (как «глобального» средства борьбы с блуждающими токами) будет не всегда оправдано. В настоящее время несколько опытных образцов ПИТов прох.0: дят эксплуатационные испытания.

Одним из дополнительных средств уменьшения утечки тяго­ вых токов с локальных участков рельсовой сети является вен­ тильное секционирование. Крупные станционные и деповские парки в силу пониженного переходного сопротивления рельсов увеличивают утечку тяговых токов. Основное токопотребление при электротяге происходит на главных путях, а в парках на­ грузка незначительна и появляется кратковременно (маневры, трогание). Но будучи постоянно подключенными к рельсам глав­ ных путей, .парковые пути вызывают в анодной зоне рельсовой сети постоянное стекание токов в землю с главных путей через парковые (рис. 12). Такая утечка устраняется подключением парковых путей к главным через вентильные блоки, пропускаю­ щие ток с парковых путей (когда там есть тяговая нагрузка) на главные, но препятствующие обратному протеканию тока. Схема вентильного блока проста: 10 параллельно соединенных вентилей ВЛ-2-200 — 6—8-го класса. Охлаждение вентилей есте­ ственное (рис. 13). Применение вентильного секционирования, помимо уменьшения блуждающих токов, оказалось весьма эф­ фективным для защиты рельсов и рельсовых скреплений на ло­ кальных участках пути и подземных сооружений, расположен­ ных в станционных и деповских парках (главы III и V). Стои­ мость одного вентильного блока составляет порядка 0,5 тыс. руб.

К рельсам в районах тяговых подстанций через цепи элек­ трических дренажей (глава III) подключают и подземные соору­ жения в целях защиты последних от электрокоррозии. Входное сопротивление сооружений (особенно магистральных трубопро­ водов или комплекса объединенных городских коммуникаций) составляет десятые и сотые доли ома. Такое «заземление» релъ-

28