Схемы дренажных защит

Равенство положительных и отрицательных площадей на диаграммах рельсовых цепей нарушается – площадь отрицательных потенциалов снижается и точка q смещается к точке 0₁ – узлу присоединения обратного фидера. Часть тока утечки возвращается по земле, а остальная часть по ПС и дренажу. Штриховая линия (рис. в) получена из распределения потенциалов рельсовой цепи за вычетом потерь напряжений в переходном сопротивлении рельсы – земля, земля и в переходном сопротивлении земля – ПС.

В схеме дренажных защит (рис. б) в рассечку проводника включается вентиль, позволяющий проводить ток только в одном направлении от ПС к рельсам, т.е. позволяющий дренажу работать только в случаях, когда он находится в анодной зоне.

8

Распределение потенциалов на рельсах и пс при наличии электродренажа

2. Катодные защиты используются для защиты от почвенной коррозии ПС, находящихся вне зоны активного действия блуждающих токов и для защиты от электрокоррозии в сочетании с электродренажной защитой.

Защита основана на формировании на ПС потенциалов, отрицательных по отношению к земле, в результате чего выход блуждающих токов и связанный с ним унос металла с ПС отсутствуют.

Принципиальная схема катодной защиты 1 – выпрямитель, 2 – регулируемый трансформатор; 3 – анодный заземлитель; 4 – соединительные кабели.

Катодная защита пред-ставляет собой выпрямитель, получающий питание от источника переменного тока через регулируемый трансфор-матор. Положительный вывод выпрямителя соединяют со специальным анодным зазем-лителем, а отрицательный – с ПС. При этом ПС по отношению к удалённой земле приобретает в точке А потенциал φ0. Кабель соединяющий ПС с выпрями-телем, можно рассматривать как обратный фидер с током Iк.

3. Протекторная защита – пассивный метод, применяется в качестве средства защиты от почвенной коррозии. Основа протекторы – анодные электроды, погружаемые в грунт вдоль трассы ПС и металлически соединяемые с ПС. Для изготовления протекторов применяют магний, алюминий, цинк и их сплавы.

Закладка протекторов в грунт в непосредственной близости от ПС в анодной или знакопеременной зонах создаёт местный контур для блуждающих токов. Благодаря низкому потенциалу протекторов блуждающие токи в этих зонах стекают с них, защищая ПС от коррозии.

4. Путевой источник тока (ПИТ) включают в рассечку ходовых рельсов на участках предполагаемых нулевых потенциалов между тяговыми нагрузками и подстанциями.

Схема включения и кривые распределения потенциалов и токов на рельсовых цепях при наличии ПИТ, при одной нагрузке и одной подстанции

На рисунке в рассечку рельсов на изолирующий стык включают согласно с полярностью подстанции выпрямитель с Э.Д.С. Еп. Питание выпрямителя осуществляется от трансформатора 3, через дроссель насыщения 2 по управляющей обмотке которого проходит ток контактной сети Iэ. В рабочей обмотке протекает ток Iв практически равный Iэ. Следовательно, на рельсы возвращается весь ток, стекший с рельсов в правой части от сечения q. Распределение по-тенциалов по рельсам показано на рис. а – без ПИТ, при наличии только ПИТ – рис. б; при взаимодействии ПИТ и нагрузки – рис. в.

5. Защита фундаментов опор контактной сети от коррозии. Опоры контактной сети не имеют непосредственного контакта с рельсовыми цепями и в случае пробоя изоляции на одной из опор или падения подвески на опоры контур тока

10

КЗ проходит от подстанции по контактной сети, через опору к фундаменту, через сопротивление заземления опоры, землю, переходное сопротивление земля – рельсы и рельсы к подстанции. Этот контур связан со значительным сопротивлением. В результате ток КЗ оказывается малым, меньше рабочих токов подстанции.

Защита фидеров на такие токи может не реагировать.

Схема цепи короткого замыкания при опорах контактной сети,

электрически не связанных с ходовыми рельсами (рис. а), и

схема группового заземления опор контактной сети (рис. б)

Если опора электрически соединена к рельсам, то в анодных и знакопеременных зонах токи утечки стекают не только с рельсов, но и с опор. В результате арматура фундаментов коррозирует, что приводит к выходу из строя опор.

Распределение токов и напряжений в проводах,

рельсовых цепях, земле и в подземных сооружениях

на участках переменного тока.

По контактной сети от подстанции к электровозу протекает переменный ток, который создаёт синусоидально изменяющееся во времени электромагнитное поле. Во всех проводниках, уложенных вдоль контактной сети индуцируются электродвижущиеся силы, которые влияют на работу тех сетей, в которых они индуцируются.

Рельсовая цепь по отношению к переменному току обладает значительным индуктивным и активным сопротивлениями. Магнитная проницаемость рельсов, а следовательно, и их индуктивное и активное сопротивления зависят от тока, протекающего по ним. Эти сопротивления увеличиваются с ростом тока в рельсах

При переменном токе меняется характер протекания тока в земле: тяговый ток стекает с рельсов в непосредственной близости от электровоза и возвращается на рельсы в непосредственной близости от обратного фидера. Зоны выхода тягового тока с рельсов l_в и возврата на рельсы l_вх оказываются существенно меньшими расстояний между подстанциями и между подстанциями и нагрузками.

В точке выхода тока I_э он разделяется в земле на бесчисленное множество токов i₁, i₂, i₃…, протекающих в различных слоях земли на различной глубине от её поверхности.

Если рассматривать контур, образованный каждым таким током, протекающим по подвеске и земле, то площади петель, образованных каждым током, будут различными. Чем больше площадь петли тока, тем больше её индуктивное сопротивление. Следовательно, чем глубже по земле протекает ток, тем большее сопротивление он встречает и тем меньше его значение. Токи в земле не совпадают и по фазе друг с другом, так как сопротивления в их контурах различны. При частотах 50 Гц ток распространяется в земле на глубину в зависимости от характера грунта на несколько километров. С ростом частоты тока индуктивное сопротивление растёт и ток в земле вследствие поверхностного эффекта вытесняется ближе к поверхности земли.

Принимаем, что индуктивное сопротивление петли, составленной полным током I_э, протекающим на глубину lэ, будет равно результирующему индуктивному сопротивлению всех петель токов i₁, i₂, i₃… в реальной схеме протекания токов через землю. Внутри этой петли оказываются рельсы (проводник) и участок земли между ними и током I_э в земле. Этот участок земли (заштрихован) связан переходным сопротивлением с рельсами и образует вторичный электрически замкнутый контур, связанный рельсами с первичным. Так как этот контур рельсы – земля пронизывается частью электромагнитного поля, создаваемого первичным контуром контактная подвеска – земля, в нём индуцируется ЭДС. Под действием этой ЭДС в контуре рельсы – земля протекает ток, называемый вихревым.