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

печивающими защиту сооружений), в дренажах предусматри­ вается регулировочное добавочное сопротивление. Защита цепи дренажа от максимальных токов обеспечивается плавким предо­ хранителем или автоматическим выключателем. На сети желез­ ных дорог получили широкое распространение [10, 11] поляри­ зованные дренажи релейного типа РПД-53 (средний ток 25А)

иРПД-55 (60А).

Впоследние годы ЦНИИ МПС разработал и начал приме­ нять вентильный дренаж ВД-ЦНИИ-50, в котором вместо поля­ ризованного реле используется значительно более простой и на­ дежный полупроводниковый вентиль ВЛ-2-200 шестого класса. Защита дренажа от перегрузок осуществляется автоматическим выключателем АП50-2МТ. Дренаж рассчитан на средний дрени­ руемый ток 50 А, размещается в путевом трансформаторном ящике 7324 с габаритом 450X380X313 мм.

Установка в цепь дренажей вентилей шестого класса (про­ бой обратным напряжением порядка 720 В) исключает возмож­ ность повреждения их обратным напряжением при коротких за­ мыканиях контактной сети на рельс в районе подключения дре­ нажа. Наиболее опасным в этом случае является короткое за­ мыкание при отключенной тяговой подстанции, в районе кото­ рой установлен дренаж.

.Как показывают многочисленные опыты короткого замыка­ ния на действующих участках, импульс потенциала рельс—зем­ ля в режиме короткого замыкания может достигать 500—600 В длительностью-0,04—0,05 с. В зимнее время возможны и большие потенциалы. Поэтому в цепь дренажей желательна установка преимущественно лавинных вентилей, способных пропускать непродолжительный импульс обратного тока, на тот случай, если напряжение окажется больше обратного пробивно­ го напряжения вентиля.

Ток, протекающий по цепи дренажа,

ной’зоны потенциалов рельсов, т. е. не далее 3 — 4 км от тяговой подстанции. Именно этим районом ограничена зона эффектив­ ного действия дренажной защиты.

50

Если дренирование блуждающих токов на рельсы осущест­ вить невозможно, то применяют катодную защиту, принцип действия которой заключается в компенсации стекающих с под­ земного сооружения блуждающих токов встречным током от специального источника постоянного тока — катодной станции (рис. 22, а). Для создания этого тока в земле катодную станцию подключают минусовой клеммой к подземному сооружению, плюсовой—к специальному анодному заземлению. При токе ка­ тодной защиты (/к ), равном блуждающему току, стекающему с сооружения (it ), электрокоррозия поверхности сооружения прекращается; при . i K >/б > создается эффект катодной поля­ ризации.

В качестве катодных станций обычно используют полупро­ водниковые выпрямители, получающие питание от сетей пере­ менного тока 220, 127 или ПО В.

Промышленностью выпускается ряд унифицированных сете­ вых станций (КСС) мощностью от 300 до 1200 Вт (табл. 9).

Т а б л и ц а 9

.

Ответственным элементом катодной защиты является анод­ ное заземление. Особенность работы заземления заключается в том, что с него постоянно стекает ток до нескольких десятков Ампер. Чтобы снизить электрокоррозионное повреждение зазем­ ления, принимают специальные меры, обеспечивающие его дол­ говечность: если заземление выполняют из стальных электродов, то их размещают в коксовую засыпку, создающую электронную проводимость между сталью п засыпкой; применяют также угольные, графитовые или железо-кремниевые электроды, рас­ творимость которых ниже, чем у стали, в 10—20 раз. Промыш­ ленностью выпускаются электроды для анодных заземлений в виде стальных стержней с опрессованной на них коксовой ру­ башкой.

Анодные заземления для более равномерного распределения защитных потенциалов вдоль сооружения располагают на рас­ стоянии не ближе 50—100 м от трассы подземного сооружения.

51

Ток катодной защиты

менения блуждающих токов в земле. Недостаток — расход эле­

дания защитного тока образуется за счет саморастворения электрода (протектора) из специального сплава, получаемого на основе магния. Равновесный электрохимический потенциал

магния равен —2,34 В, поэтому в контакте со сталью, алюми­

t

52

комбинации принципов дренажной и катодной защит. Широкое распространение получила схема так называемого «усиленного дренажа», фактически представляющего (рис. 23, а) катодную станцию с подключением к ходовым рельсам плюсового зажима выпрямителя (вместо анодного заземления). Полупроводнико­ вый вентиль подключается последовательно в цепь для повыше­ ния обратного пробивного напряжения схемы. Ток, протека­ ющий по цепи усиленного дренажа,

^с-о + £

/улр ~ R r + R n +R,КСА

'Сравнивая с выражениями (5) и (6), можно сказать, что

^У-Др —1Д р /к. 3.

т. е. усиленный дренаж (УД) является суперпозицией дренажион и катодной защит, а его ток состоит из двух составляющих:, дренажного тока, определяемого полем блуждающих токов в земле, и тока катодной защиты, создаваемого источником э.д.с. и растекающегося вдоль рельсов как по протяженному анодно­ му заземлению. При подключении усиленного дренажа в раз­ ных точках перегона между подстанциями возможны следую­ щие, режимы его работы (табл. 10).

Т а б л и ц а 10

"Ч

Схема усиленного дренажа выгодно отличается как от катод­ ной защиты (значительно меньший расход электроэнергии— входное (Сопротивление рельсов в десятки раз ниже сопротивле­ ния анодных заземлений, отсутствие необходимости сооружения; анодного заземления), так и дренажной (возможность примене­

53

ленного дренажа, работающего в режиме катодной защиты, не должен превышать 100 А, а применение усиленного дренажа в катодной зоне потенциалов рельсов не должно приводить к по­ явлению положительных значений потенциалов рельс — земля; в-третьих, не допускается подключение усиленных дренажей к рельсам деповских и боковых станционных путей.

Другим вариантом защиты является дренажно-катодная за­ щита с дополнительным анодом /рис. 23, б), являющаяся фак­ тически дальнейшим усовершенствованием схемы усиленного дренажа. Введение дополнительно анодного заземления позво­ ляет осуществлять защиту сооружения, даже если |£/с-р ] > Е (см. табл. 10). Такая схема получила наибольшее распростране­ ние при защите железнодорожных подземных сооружений в районах, удаленных от тяговых подстанций.

Если проанализировать выражение (6) при Е = 0, то видно, что ток в цепи катодной защиты даже при отключенном выпря­ мителе не равен нулю. Протекание этого тока вызвано раз­

54

предложено сочетание земляного дренажа с поляризованным дренажем на рельсы, получившее название «дублированный дренаж». Широкая эксплуатационная проверка такой защиты пока еще не проводилась.

§ 2. НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Железнодорожные подземные сооружения по размещению их на межподстанционной зоне можно подразделить на следующие группы: магистральные, комплекс подземных сооружений ко­ нечной длины на станциях с тяговыми подстанциями; то же на станциях без тяговых подстанций. Магистральные подземные сооружения защищают в основном поляризованными дренажа­ ми, подключаемыми к пунктам отсоса тяговых подстанций. Для подземных сооружений станций с тяговыми подстанциями эф­ фективна также дренажная защита. На станциях без тяговых подстанций, как правило, применяют дренажно-катодную защи­ ту с дополнительным анодом, размещая ее близко к концам группы подземных сооружений, тяготеющим к смежным тяго­ вым подстанциям.

В целях исключения взаимного влияния подземных соору­ жений друг на друга и сокращения числа защитных установок рекомендуется применять совместную защиту разнородных со­ оружений, объединяя их разъемными перемычками в одну сис­ тему. Все оболочки кабелей одного назначения перепаивают с броней и между собой в шкафах, колодцах, на вводах в здания. Исключение составляют высоковольтные кабели, которые защи­ щают отдельно. Объединение подземных сооружений создает преимущественное стекание токов только в одной анодной зоне на одном из сооружений, защита от которых осуществляется также одной установкой, подключенной в этой зоне. Броня ка­ белей с полимерной оболочкой подлежит защите лишь при сов­ местной прокладке этих кабелей в одной траншее с другими ка­ белями, защищенными катодной поляризацией; при этом осу­ ществляется перепайка брони всех кабелей, лежащих в одной траншее.

Кабели, защищенные двойными шланговыми покровами, если нет нарушений сплошности покровов, не подлежат дополнитель­ ной защите от блуждающих токов и почвенной коррозии. На вновь прокладываемые кабели такого типа разработка проекта защитных мероприятий не требуется.

Защита подземных сооружений тяговых подстанций (трубо­ проводов, высоковольтных кабелей) от блуждающих токов и почвенной коррозии осуществляется совместно с наружным кон­ туром заземления подстанции, с которым они соединяются, пу­ тем,подключения поляризованного дренажа между контуром за-

55

.земления и сборкой отсасывающих линий тяговой подстанции. При этом между сборкой отсасывающих линий и контуром за­ земления должен быть включен искровой промежуток много­ кратного. действия. В цепь дренажа обязательно включают бал­ ластное сопротивление, ограничивающее ток дренажа до мини­ мального (необходимого для защиты) уровня. Вообще подклю­ чение дренажей к сборке отсасывающих линий тяговых подстан­ ций нежелательно, так как такое подключение снижает отрица­ тельный потенциал рельсов в районе отсасывающего пункта и вследствие этого снижает эффективность всех дренажей, под­ ключаемых к рельсам. Поэтому подключение дренажей к сборке отсасывающих фидеров допускается лишь для сооружений тяго­ вой подстанции (в целях экономии дренажных кабелей) и’в тех случаях, когда подключение дренажей к отсасывающему пункту не обеспечивает .защиту подземного сооружения от коррозии блуждающими токами.

В поляризованных дренажах на высоковольтных кабелях устанавливают разрядник Р-350 между специально сооружае­ мым контуром заземления (10 Ом) и дренажным кабелем, сое­ диняющим дренаж с защищаемым высоковольтным кабелем. В усиленных дренажах и катодной защите высоковольтных кабе­ лей дополнительно устанавливают еще два разрядника между каждой входной клеммой питания и контуром заземления.

Активные средства защиты устанавливают по проектам, раз­ работанным на основе результатов всего необходимого комплек­ са электрических измерений по определению коррозионной опасности блуждающих токов и почвенной среды. Окончатель­ ный выбор наиболее подходящего для данных конкретных усло­ вий средства защиты и проверки эффективности его защитного действия производится на основе пробных включений защитных устройств.

§ 3. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПУНКТЫ

Для электрических измерений в целях определения Корро- -зионной опасности, наладки и контроля защиты подземных со­ оружений от коррозии вдоль трасс сооружений необходимо обо­ рудовать контрольно-измерительные пункты (КИПы), в-кото­ рых имелась бы возможность измерить потенциал сооружение— земля (методика измерений приводится в главе VII). КИПы размещают в первую очередь в доступных элементах коммуни­ каций, например: в смотровых колодцах, на вводах в здания, на выходах на опоры, в распределительные шкафы, коробки. На трассах стальных трубопроводов КИПы оборудуют в колодцах через 300—500 м на станциях и через 500—1000 м на перегоне. На кабелях СЦБ, связи, дистанционного управления, низковольт­ ных кабелях энергетического хозяйства: на станциях через 200 м; на перегонах — в местах расположения соединительных кабель-

■65

поверхности трубопровода или кабеля, КИП оборудуют в ка­ бельной стойке (рис. 24). На кабелях одного назначения, проло­ женных в общей траншее, следует устанавливать общие кон­ трольно-измерительные пункты с глухой перепайкой всех кабе­ лей, уложенных в траншее. ?КИПы на высоковольтных кабелях монтируют в запираемых металлических ящиках, заземленных на контур Заземления (10 Ом), с установкой разрядника Р-350, присоединенного одной клеммой к измерительному проводнику от высоковольтного кабеля и второй—к заземленному ящику.

' Места присоединения проводов контрольно-измерительных пунктов к кабелям и трубопроводам должны быть тщательно изолированы. Установка КИПов на вновь проектируемых со­ оружениях предусматривается проектом строительства подзем­ ного сооружения, а на всех существующих сооружениях ,(в слу:

§ 4. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ПОДЗЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

НА УЧАСТКАХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

На..участках переменного тока защита подземных сооруже­ ний необходима только от почвенной коррозии. Подземные

.стальные трубопроводы, прокладываемые непосредственно; в ^грунтах, весьма высокой, высокой и повышенной коррозионной активности,, помимо изоляционных покрытий, защищаются ка­ тодной . поляризацией-. Кабели СЦБ, силовые, связи .ср^ свинпо-

57.

элеклгродренажных устройств к дроссель-трансформаторам каж­ дой рельсовой цепи. Усиленные электродренажи (УД) согласно приведенной в главе II классификации заземляющих устройств относятся к категории активных ЗУ. К такого рода ЗУ, подклю ченным к рельсовым путям с автоблокировкой, предъявляются требования и по величине тока гармонических составляющих, содержащихся в цепи дренажа. В качестве дополнительного ис­ точника тока в УД применяют преимущественно выпрямители, работающие по двухполупериодной схеме выпрямления, вы­ прямленный ток которых может достигать значительного уров­ ня (до 100 А и более). Переменная и постоянная составляющие выпрямленного тока УД могут служить причиной мешающего и опасного влияния на путевые приемники рельсовых цепей и АЛС.

Известно, что выпрямленное напряжение любых статических преобразователей содержит, помимо постоянной, ряд перегленкых составляющих различных частот и значений. Последние обус­ ловлены формой кривых вторичных напряжений и всецело зави­ сят от фазности выпрямителей, угла коммутации и других фак­ торов, а амплитуда' отдельных гармоник, равно как и результи­ рующая пульсация, зависит только от числа фаз выпрямителя.

Однако условия работы выпрямителей УД на электрифици­ рованных железных дорогах отличаются от условий работы ста­ ционарных выпрямителей, работающих по той же схеме выпрям,- ления. Такой режим работы выпрямителей обусловлен наличием в дренажной цепи э.д.с. (напряжение рельс — подземное соору­ жение), изменяющейся во времени и вызванной полем блуждаю­ щих токов. При этом ток по приемнику может протекать только лишь в отрезки времени, когда напряжение какой-либо фазы вторичной обмотки трансформатора выпрямителя УД выше встречной э.д.с. Это приводит к тому, что импульсы тока в цепи дренажа имеют форму отсеченной синусоиды, а уровни гармо-

59