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

нельзя выдвигать только в целях ограничения утечки тяговых токов, если необходимость усиления системы энергоснабжения4 еще не возникла, поскольку стоимость тяговой подстанции на один-два порядка выше стоимости защиты подземных сооруже­ ний. Но, как показывает статистика, в последние годы именно- в целях усиления на сети строится много дополнительных под­ станций; среднее сетевое расстояние между подстанциями со­ кратилось на двухпутных участках с 22,4 до 19,2 км, на одно­ путных — с 29 до 21,9 км. Естественно, это улучшает положение с защитой подземных сооружений.

Повышение напряжений контактной сети с 3 до 6 — 12 кВ

(а разработка такой системы ведется) [5] при неизменности рас­ стояния между подстанциями и расхода электроэнергии на тя­ гу приведет к кратному снижению блуждающих токов. Приме­ нение этой системы на вновь электрифицируемых участках мо­ жет и не дать заметного снижения блуждающих токов, посколь­ ку расстояние между тяговыми подстанциями будет принято большим, чем в системе 3 кВ. При усилении энергоснабжения по схеме Уральского отделения ЦНИИ (Система энергоснабжения повышенного напряжения) [6] на перегоне к контактной сети 3 кВ подключаются один-два выпрямительно-инверторных пунк­ та, получающих питание от тяговых подстанций по самостоятель­ ному фидеру 6—12 кВ постоянного тока. Максимальное ожидае­ мое снижение блуждающих токов при этом будет в 2 раза для линии б кВ и в 4 раза для линии 12 кВ. Все зависит от установ­ ленного соотношения мощностей, потребляемых электровозом от тяговых подстанций по контактной сети 3 кВ и от преобразова­ тельных ПУНКТОВ.

Наиболее эффективной мерой по значительному (порядка в несколько сотен раз) снижению коррозионного воздействия блуждающих токов электротяги на металлические подземные сооружения является применение системы энергоснабжения на

переменном токе промышленной частоты (напряжением 27,5 кВ).

Достигается почти восьмикратное снижение абсолютного значе­ ния токов в земле (по сравнению с системой постоянного тока) и значительно меньшая «коррозионная активность» переменного тока (см. главу I): создаются условия, при которых явление электрокоррозии практически не наблюдается. Даже на подзем­ ных сооружениях, металлически связанных с ходовыми рельса­ ми и эксплуатирующихся уже десятки лет, как показывает оте­ чественный и зарубежный опыт, не было ни одного случая по­ вреждения электрокоррозиеи.

Поэтому электрификация железных дорог на переменном токе, что является основным перспективным направлением у нас в стране, уже само по себе является крупным вкладом в за-

30

щиту подземных сооружений многих отраслей народного хозяй­ ства, имеющих подземные коммуникации вдоль электрифици­ руемых участков.

Перевод электротяги с постоянного тока на переменный мо­ жет рассматриваться и как вариант усиления системы энерго­ снабжения участков постоянного тока. Естественно, что только по соображениям уменьшения коррозии подземных сооружений такой перевод не может быть оправдан, но если он мотивирован и другими причинами (как, например, на Киевском железнодо­ рожном узле), это вообще будет наиболее эффективным реше­ нием, не снижающим, а устраняющим коррозионное влияние, блуждающих токов. ■

В силу названных причин на участках переменного тока утечка тяговых токов в землю не нормируется. Тем более, что

'из-за индуктивного сопротивления рельсов весь ток электрово­ за стекает в землю в районе 2—3 км от поезда. И только если

vесть необходимость снижения индуктивного влияния электротя­ ги на цепи связи, принимаются специальные меры (отсасываю­

щие трансформаторы), приводящие к возврату тока по рельсам или по специально подвешиваемому соединенному через опреде­ ленные расстояния с рельсами проводу.

§ 5. ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ ОГРАНИЧЕНИЯ УТЕЧКИ ТЯГОВЫХ ТОКОВ НА УЧАСТКАХ

С РЕЛЬСОВЫМИ ЦЕПЯМИ АВТОБЛОКИРОВКИ

На электрифицированных железных дорогах рельсовые нити, помимо обратного провода тяговой сети, используются в каче­ стве канала связи для автоматического контроля за движением поездов. Наиболее совершенным средством регулирования дви­ жением поездов в настоящее время является автоматическая блокировка, представляющая собой систему устройств, при ко­ торой движущиеся поезда автоматически ограждаются путевы­ ми сигналами. Благодаря этим устройствам удается получить требуемую пропускную способность железнодорожных линий, обеспечивая следование поездов друг за другом с заданным ин­ тервалом времени.

. В основе устройств автоблокировки лежат: деление перего­ на на блок-участки, автоматический контроль занятости каждо­ го блок-участка поездом и автоматическое управление огнями светофоров, ограждающих каждый блок-участок. Для повыше­ ния безопасности движения совместно с автоблокировкой, как

лправило, применяется автоматическая локомотивная сигнализа­ ция (АЛС). При АЛС в рельсы навстречу движущемуся поезду посылается кодированный ток, который несет информацию о по­

казаниях путевых сигналов. С помощью этого тока, восприня­ того на локомотиве, осуществляется управление огнями локо­ мотивного светофора.

31

На неэлектршфицнрованных железных дорогах питание рель­

Режим питания рельсовых цепей бывает импульсный, кодо­ вый и непрерывный.

Импульсное питание — эффективный способ защиты от по­ мех и повышения чувствительности цепей к шунту и поврежден­ ному рельсу. Кодовое питание дополнительно к преимуществам импульсного дает возможность использования рельсовых цепей в качестве телемеханического канала для управления наполь­ ными светофорами и канала для управления локомотивными устройствами АЛС.

По способу пропуска обратного тягового тока в обход изоли­ рующих стыков различают двухниточные рельсовые цепи со стыковыми дросселями (или дроссель-трансформаторами) и од­ нониточные.

В двухниточных рельсовых цепях (рис. 16, а) стыковые дрос­ сель-трансформаторы ЦТ позволяют пропускать тяговый ток по обеим рельсовым нитям. Два дроссель-трансформатора вклю­ чают между рельсовыми нитями по обе стороны изолирующего стыка, средние (нулевые) точки соединяют между собой пере­ мычкой для пропуска тягового тока.

Дроссель-трансформатор состоит из основной и дополнитель­ ной обмоток, насаженных на общий сердечник. Основная об­ мотка рассчитана на пропуск тягового тока и имеет большое сечение провода (130—250 мм2). Концы обмоток подключены к рельсам цепи, а средний вывод каждой основной обмотки сое­ динен медной перемычкой со средним выводом основной обмот­ ки другого дроссель-трансформатора, установленного в смежной рельсовой цепи.

При этом тяговые токи / тхи / т2 проходят из рельсовых ни­ тей цепи 1РЦ по обеим половина^ основной обмотки дроссель-

дроссель-трансформатора. Обычно эти обмотки имеют большее количество витков, чем основные, поэтому дроссель-трансфор­ матор, пропуская тяговый ток в обход изолирующих стыков, яв­ ляется также трансформатором сигнального тока.

На питающем конце цепи к вторичной .- обмотке дроссельтрансформатора подводится напряжение,'уровень которого мо­ жет колебаться в пределах 40—210 В в зависимости от-длины цепи и сопротивления изоляции. При этом в импульсных рель­ совых цепях на рельсах (а значит, и на основной обмотке дрос-

34'

Рис. 16. Схема распределения тяговых токов в двухниточных (а) н однони точных, (б) рельсовых цепях

сель-трайсформатора) напряжение сигнального тока колеблется в пределах от 1,5 до 8,0 В. На релейном конце напряжение на ос­ новной обмотке (на рельсах) составляет 0,34—2 В, а на путе­ вом реле, которое подключено к вторичной обмотке, находится в пределах 3,2—4,4 В. Для надежной работы АЛ С сигнальный ток на релейном конце должен быть не менее 1,5 А.

Поскольку тяговые токи I Tl и /т2 проходят по двум полови­ нам основных обмоток ДТ в противоположных направлениях, магнитные потоки, образованные ими в сердечнике, взаимно вы­ читаются. Для создания наилучших условий работы цепи во всех режимах следует стремиться к тому, чтобы токи, проте­ кающие в рельсах / Tl и / т,, были равны друг другу. Появление разностного постоянного или переменного тока в полуобмотках дроссель-трансформатора приводит к подмагничиванию сердеч-

,ника и появлению напряжения помехи на путевом приемнике, что ухудшает режимы работы цепи.

Воднониточных цепях (рис. 16, б) для пропуска тягового тока выделяют только одну рельсовую нить, называемую тяго­ вой. При ЭТОМ общий ТЯГОВЫЙ ТОК I то проходит из одной цепи 1РЦ в другую по соединителю ТС в цепь 2РЦ и т. д.

меры против воздействия тягового тока на аппаратуру цепи. Рельсовые цепи как двухниточные, так и однониточные раз­

личны по длине: от нескольких десятков до нескольких сотен метров на станциях и до 2600 м на перегона^.

Условия передачи сигнального тока зависят от первичных параметров рельсовой линии: продольного сопротивления рель-

сов и сопротивления изоляции рельсовых нитей от балласта. Для выполнения всех функций цепи при различных ее длинах необходимо поддержание указанных параметров в нормируемых пределах.

Под электрическим сопротивлением рельсов подразумевает- -ся сопротивление рельсовой петли, образуемое обеими рельсо­ выми нитями и состоящее из сопротивления собственно рельсов и рельсовых стыков.

Нормативное удельное сопротивление 1 км рельсовой линии при медных приварных стыковых соединителях составляет для частот 25 Гц-^0,5 Ом/км; для 50 Гц—0,8 Ом/км, для 75 Гц— 1,07 Ом/км. при фазовых углах соответственно 52, 65, 68°. .

Под электрическим сопротивлением изоляции R H рельсов подразумевается сопротивление, оказываемое току утечки от од-

.ной рельсовой нити к другой через шпалы и балласт (условно называется сопротивлением изоляции цепи). Это сопротивление определяется конструкцией и состоянием верхнего строения пу­ ти, изоляцией рельсоа от балласта и шпал и при частоте тока до 1000 Гц носит практически активный характер.

Обеспечение нормируемых величин сопротивления изоляции цепи и сопротивления рельсовой линии в условиях эксплуата­ ции органически связано с устойчивой работой рельсовых це­ пей и в целом систем автоблокировки. Однако на электрифици­ рованных железных дорогах дополнительную утечку сигнально­ го тока через землю создают различного рода конструкции и сооружения, которые для выполнения условий техники безо­ пасности, увеличения надежности защиты контактной сети от то­ ков короткого замыкания и защиты подземных металлических сооружений от коррозии блуждающими токами (простые, поля­ ризованные и усиленные дренажи) соединяют с рельсами.

Согласно действующим «Правилам» [7] все металлические конструкции (мосты, опоры контактной сети, путепроводы, свето­ форы и т. п.), расположенные от частей контактной сети, нахо­ дящихся под напряжением, на расстоянии менее 5 м, зазем­ ляют на рельсы электрифицированных путей. Заземлению под­ лежат также все расположенные в зоне влияния контактной се­ ти переменного ток*а металлические сооружения, на которых могут возникнуть опасные наведенные напряжения.

При этом конструкции и сооружения к рельсовой сети при­ соединяют как индивидуальными, так и групповыми заземлителями. На станциях с однониточными рельсовыми цепями зазем­ ляющий трос присоединяют непосредственно к тяговому рельсу.

На участках с автоблокировкой при двухниточных рельсовых цепях заземляющие проводники опор контактной сети закрепля­ ют в пределах каждой цепи к одной (обычно ближней) рельсо­ вой нити.

36

Фермы мостов заземляют только с одной стороны двойным тросом сечением не менее 90 мм2 непосредственно на среднюю точку дроссель-трансформатора, установленного на расстоянии не более 200 м от крайней фермы моста при электротяге на пе­ ременном токе п не более 300 м на постоянном токе. Опоры и другие сооружения в пределах рельсовой цепи моста также за­ земляют на среднюю точку дроссель-трансформатора. Соседние мосты (четного и нечетного путей) металлически не соединяют друг с другом, а заземляют на средние точки дроссель-транс­ форматоров своих рельсовых цепей.

Дополнительные дроссель-трансформаторы, используемые специально для заземления, при постоянном токе можно уста­ навливать только в рельсовых цепях длиной до 2000 м; дроссельтрансформатор типа ДТ-0,6 с настройкой в резонанс для тока 50 Гц вторичной обмотки. Для этого вторичную обмотку под­ ключают к емкости 32 мкФ (£/рав не менее 1000 В). На каждой рельсовой цепи дополнительно допускается установка только одного дроссель-трансформатора.

Присоединенные к рельсовым нитям различного рода соору­ жения и конструкции характеризуются входным сопротивле­ нием или сопротивлением заземления.

Так, сопротивление заземления металлических и железобе­ тонных опор по данным, многих измерений составляет от не­ скольких десятых до нескольких тысяч Ом (глава IV).

Искусственные сооружения, мосты, путепроводы, виадуки имеют сопротивление заземления в пределах 0,2—900 Ом. Соп­ ротивление заземления релейных шкафов, светофорных мачт составляет от 20 до 300 Ом. Входное сопротивление подземных сооружений может находиться в пределах от сотых долей до не­ скольких сотен Ом.

В условиях эксплуатации следует стремиться к тому, чтобы подключение к рельсам заземляющих устройств (ЗУ) не нару­ шало надежности и устойчивости работы автоблокировки и в первую очередь рельсовых цепей. Вместе с тем целый ряд ЗУ отличается не только сопротивлением заземления, но и нали­ чием в цепи заземления дополнительны^ источников э. д. с. При подключении такого рода ЗУ к рельсовым путям возможно как мешающее, так и опасное влияние на путевые приемники рель­ совых цепей и АЛС. Мешающее влияние может проявляться в виде нарушения работы канала передачи 'сигнального тока при подключении или отключении ЗУ.

Опасное влияние может возникнуть в том случае, если путе­ вой приемник будет срабатывать от сигнального тока соседнего канала через цепь ЗУ или будет получать сигнал от источника электроэнергии в цепи самого ЗУ, возбуждая при этом сигналь­ ные реле и осуществляя выбор кодов, посылаемых в рельсовую цепь.

37

Для обеспечения устойчивой и безотказной работы рельсо­ вых цепей необходимо знать допустимые электрические пара­ метры ЗУ.

Исходя из рассмотренных предпосылок, на рис. 17 приведена классификация ЗУ, присоединяемых к рельсовым путям желез­ ных дорог. При этом все ЗУ подразделяются на ЗУ с активны­ ми (АЗУ) и пассивными (ПЗУ) элементами в цепи заземления. Заземляющие устройства, содержащие в нормальном режиме работы в цепи заземления источники э. д. с., относятся к группе активных заземляющих устройств. В эту группу входят прежде всего все типы усиленных дренажей (УД) й путевые источники тока (ПИТы). Наличие в АЗУ источника э. д. с. в виде мощных выпрямительных агрегатов, а также весьма низкое их входное сопротивление вызывает необходимость предъявлять к ним соответствующие требования как по уровню тока гармонических составляющих, попадающих в рельсовую цепь, так и по величи­ не сопротивления растекания для сигнального тока с учетом устойчивой и надежной работы путевого реле.

Характер воздействия того или иного класса ЗУ на рельсо­ вые цепи, а также возможная категория и существующие меры ограничения этого воздействия приведены в табл. 7.

Рнс. 17. Классификация заземляющих устройств

39