Лекция 1

Лекция 1 Введение

Защита подземных сооружений и строительных конструкций от коррозии является важной народнохозяйственной задачей.

Ж.Д.Т является одним из основных потребителей изделий из металлов (рельсы, кабели, трубопроводы) и железобетона (мосты, путепроводы, опоры контактной сети, шпалы и др). В условиях ж.д. хоз-ва коррозия может причинить не только материальный ущерб, но и создать угрозу безопасности движения поездов. Наибольшая опасность коррозионного разрушения создается на электрифицированных ж.д. постоянного тока, где и атмосферной и почвенной коррозии, имеющим место на всех дорогах, добавляется весьма агрессивный фактор – электрокоррозия токами утечки электротяги (блуждающими токами), особенно для подземных коммуникаций и конструкций, расположенных в непосредственной близости от тяговых рельсовых сетей.

Рельсовые сети участка постоянного и переменного тока.

На электрифицированных железнодорожных линиях постоянного и переменного тока в качестве обратного провода используется рельс (рельсовая сеть), чем ниже сопротивление рельсовой цепи, тем меньше потери напряжения и энергии в ней. Р43, Р50, Р65, Р75. Электрическое сопротивление принимается на 1 км пути при температуре +20ºC и составляет:

Р43 – 0,0348 Ом Р75 – 0,0218 Ом

Схема электрического соединения рельсовой сети.

а) двухниточная

б) однониточная

1 – стыковой электрический соединитель.

2 – изолированный стык.

3 – дроссель-трансформатор.

4 – продольный электрический соединитель.

5 – электротяговая рельсовая сеть.

6 – не тяговая рельсовая сеть.

Для уменьшения сопротивления рельсовой сети устанавливают стыковые электрические соединители (1) из гибкого медного провода,

сечением не менее 50 мм2 на переменном токе, а на постоянном – 70 мм2. Привариваются к головкам рельсов термоили электросваркой. Площадь не более 250 мм2.

На электрифицированных линиях оборудованы автоблокировки и электрические централизации с использованием обоих рельсов (применяют на перегонах и главных путях станции), для выделения блок участков устанавливают изолированные электрические стыки (2).

Для создания пути обхода токи устанавливают дроссельтрансформатор (3). Большое индуктивное сопротивление обмоток (3) делает невозможное перетекание переменного тока принимаемого в устройствах СЦБ с одной рельсовой нити на другую.

На линиях переменного тока для лучшей избирательности в устройствах СЦБ используют частоту 25 или 75 Гц (предпочтительна частота 25 Гц при которой возможно резервирование автоблокировки от линий ДПР).

На постоянном токе применяют 50 или 25 Гц (25 предпочтительна т. к. это частота отлична от промышленной и устройство СЦБ будут работать в более надежных условиях).

Для соединения двух путей используют продольный электрический соединитель (4). Их выполняют стальными (70мм2) или медными (50мм2), ставятся через три блок-участка.

Схема Электрических соединений на стрелочном переводе.

а)

б)

Лекция 2 Понятия о блуждающих токах

Особенностью электрифицированного рельсового транспорта, отличающей его от обычных потребителей электроэнергии, является постоянное перемещение тяговой нагрузки (поездов) и использование рельсовой сети в качестве обратного провода системы энергоснабжения.

Использование рельсов для возврата тяговых токов на подстанцию оказалось крайне выгодным и удобным, а именно: экономятся цветные металлы, электроэнергия и уменьшается падение напряжения. Отказ от использования рельсовой сети в качестве обратного провода привел бы к необходимости монтажа двух контактных подвесок на каждый путь, что крайне затруднило бы токосъем, переход с одного пути на другой.

Но рельсы, лежащие на шпалах и балласте, неидеально изолированы от земли, и поэтому в возврате тягового тока на подстанцию участвует и земля, как параллельный рельсам проводник. Поднять сопротивление изоляции рельсов выше определенного уровня, составляющего несколько Ом-км, в условиях значительных динамических нагрузок при проходе подвижного состава, периодического увлажнения и загрязнения верхнего строения пути практически невозможно. Поэтому ответвление части тягового тока с рельсов в землю следует признать неизбежным в сопутствующим явлением любого вида электрифицированного рельсового транспорта.

Ток, стекающий с рельсов или с соединенных с ними конструкций (имеющих связь с землей), получил название — ток утечки. Токи утечки, суммируясь в земле, создают поле токов в земле, названных блуждающими токами.

Блуждающие токи – токи в земле, возникающие вследствие работы посторонних источников постоянного или переменного тока (электрифицированный транспорт, сварочные агрегаты, устройства электрохимической защиты посторонних сооружений и пр.).

Блуждающие токи зависят:

-от сопротивления рельсовой сети.

-от свойств почвы.

Распространение блуждающего тока возможно от 200м до 2 км. В глубину приблизительно 7 м.

Схема распространения блуждающих токов.

1) Одностороннее питание от ТП.

1 – без тока утечки

2 – с током утечки

2) Двухстороннее питание от ТП.

Лекция 3

Мероприятия по ограничению утечки тяговых токов.

1.Основные мероприятия:

-обеспечение воздушного зазора величиной 30 мм между подошвой рельса и балластом.

-рельсы укладываются на специальный балласт;

-укладывают на специальные пропитанные антисептиком шпалы;

-скрепляют рельсовыми скреплениями, изолированные (рельсы со шпалами);

-противоугонные устройства не должны касаться балласта.

2.Дополнительные мероприятия:

–вентильное секционирование применяется для уменьшения утечки тяговых токов с главных путей станции на боковые (они могут быть неэлектрифицированные или менее нагруженные). Применяют вентили лавинного типа (6 и 8 класса);

–переход с постоянного тока на переменный (на это должно быть экономическое обоснование);

–повышение напряжения в КС на 6 или 12 кВ (Должно быть экономическое обоснование, применяется обычно за границей);

– установка ПИТов (путевые источники токов) Схема подключения ПИТа в контактную цепь.

Принцип действия заключается в создании поля токов в земле встречно полю блуждающих токов и тем самым компенсация их. Пит включается в рассечку контактной сети и рельсовой сети в зоне нулевого потенциала, и питается от источника переменного тока мощностью от 50 до 100 кВ. В ПИТе есть выпрямитель.

Достоинства:

1. Защищает большое количество подземных сооружений. Недостатки:

1.Дополнительный расход энергии.

2.Сложность конструкции.

3.При прохождении подвижного состава, ПИТ кратковременно отключается и как следствие при интенсивном движении он не применим.

4.Невозможность защиты соседних фидерных зон.

5.Сложность установки.

Лекция 4

Особенности защиты подземных сооружений.

Подземные сооружения по реализации их на межподстанционной зоне подразделяются:

1.Магистральные;

2.Комплекс подземных сооружений конечной длины;

3.Комплекс подземных сооружений без тяговой подстанции.

Их защищают:

1.Поляризованными дренажами, подключенными к точке отсоса тяговой подстанции;

2.Дренажной защитой;

Подземные сооружения электрически разделяют на отдельные секции чтобы повысить продольное сопротивление сооружения. (Недостаток: при большой величине блуждающих токов может накопиться большая разность потенциалов, что приведет к пробою).

Вывод: Исключить любое металлическое соединение подземных сооружений и рельсов.

Активная защита.

1. Дренажная защита Схема.

1 – регулировочное добавочное сопротивление; (чтобы регулировать блуждающий ток).

2 – вентиль (диод); (современный – лавинный).

Лавинный вентиль – сам восстанавливается после пробоя; устанавливается для того чтобы не было перетекание токов с рельсов. 3 – плавкий предохранитель или быстродействующий выключатель, для защиты от максимальных токов.

Принцип действия.

Металлическое сооружение соединяется (в анодной зоне) с рельсом, чем достигается отвод блуждающего тока.

Достоинства:

-простота конструкции;

-дешевизна. Недостатки

-зона действия только 2 – 5 км от п/ст.

Формула для определения токов дренажной защиты:

Iдр =Uс-р /(Rр+Rдр+Rс)

Условие работы дренажной защиты φр <φс

2. Катодная защита.

Схема.

Принцип действия:

Заключается в компенсации стекающих с подземного сооружения блуждающих токов встречным током от специального источника постоянного тока – катодной станции. Для создания этого тока в земле

катодную станцию подключают минусовой клеммой к подземному сооружению, плюсовой – к специальному анодному заземлителю.

С анодного заземлителя постоянно стекают токи до несколько десятка ампер для создания положительного потенциала.

В качестве катодной станции используют полупроводниковые выпрямители, получающие питание от сети переменного тока.

Достоинства:

1.Возможность применения в любом месте между подстанциями.

2.Реализация защитных токов независимо от величины блуждающих токов.

Недостатки:

1.Сложность в конструкции

2.Дополнительный расход электроэнергии

3.Необходимо сооружать анодный соединитель.

4.Необходимость электрического тока к катодной станции.

Условия работы.

iк.ст. = iблужд.

iк.ст.≥iблужд.

Благодаря этому создается поляризация. Ток катодной защиты

 Протекторная защита

Схема

Принцип действия:

Электрическая энергия для создания защитного тока образуется за счет саморастворения электрода (протектора) из специального сплава, получаемого на основе магния (φmax=-2,34 В), он более электроотрицателен и, если подключить такой протектор к подземному сооружению пойдет электрический ток по цепи сооружение–соединительный провод–протектор– земля–сооружение.

Недостатки:

Из – за низкого создаваемого напряжения ток защиты iпр будет недостаточным для защиты сооружений от блуждающих токов и, как

следствие, протекторная защита используется только для защиты от почвенной коррозии.

Достоинства:

Дешевизна и простота конструкции

Лекция 6

 Усиленный дренаж Схема

Принцип действия:

Усиленный дренаж работает от катодной станции с подключением плюса к ходовым рельсам, а минуса к подземному сооружению, что обеспечивает стекание токов с него. Роль анодного заземлителя выполняют рельсы; полупроводниковый вентиль подключается последовательно в цепь с целью повышения обратного пробивного напряжения.

Ток, протекающий по цепи усиленного дренажа:

Rк.ст. – сопротивление катодной станции, рельсы, сооружений

Iу.др.=Iк.з+Iдр

Усиленный дренаж является суперпозицией дренажной и катодной защиты, а его ток состоит из двух состоит их двух составляющих: дренажного тока, определяемого полем блуждающих токов в земле и тока катодной защиты, создаваемого источником ЭДС и растекающегося вдоль рельсов как по протяженному анодному заземлителю.

При подключении усиленного дренажа в разных точках перегона между подстанциями возможны следующие режимы его работы.

Режим работы усильного дренажа

-дороговизна (из – за необходимости сооружать анодный заземлитель);

-сложность конструкции в эксплуатации.

Дублированный дренаж.

Сочетание земляного дренажа с поляризованным дренажем на рельсы.

схема

Недостатки:

-возможность только применить в катодной зоне рельсовой сети. Достоинства:

-для увеличения стекания блуждающих токов с подземного сооружения, т. к. в дренажной защите защита зависима от величины блуждающих токов.

Всовременных условиях за место предохранителя стали ставить выключатели серии ВАБ.

Особенности защит цепей с автоблокировкой.

Для повышения безопасности движения совместно с автоблокировкой применяется автоматически локомотивная сигнализация (АЛС)

При АЛС в рельсы навстречу движущемуся поезду посылается кодированный ток, который несет информацию о показаниях путевых сигналов.

Питание может быть:

-импульсное;

-кодовое;

-непрерывное.

Импульсное питание – эффективный способ защиты от помех и повышения чувствительности цепей к шунту и поврежденному рельсу. Кодовое питание дополнительно к преимуществам импульсного дает возможность использования рельсовых цепей в качестве телемеханического канала для управления напольными светофорами и канала для управления локомотивными устройствами АЛС Для того чтобы защитить рельсовые цепи от шунтирования используют импульсное и непрерывное питание.

Схема рельсовой цепи с автоблокировкой

схема

ИП – источник питания ПП – путевое реле (приемник)

П – питающий конец, к нему относится вся аппаратуру, включаемая между источником питание и рельсами Р1 и Р2 и электрически отделенной рельсами