ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ДОРОГ НА ОКРУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
- Работа рельсовых цепей. Блуждающие токи
Работа рельсовых цепей.
На электрифицированных дорогах рельсы используют в качестве второго провода тяговой сети. Они не изолированы от земли, поэтому через шпалы и балластный слой часть тягового тока ответвляется от них и протекает по земле. В местах, ближайших к пунктам присоединения отсасывающей линии подстанций, токи вновь возвращаются в ходовые рельсы. Таким образом, часть его проходит по ходовым рельсам, а другая часть — по земле и находящимся в ней металлическим сооружениям, распространяясь иногда на десятки километров от железнодорожного пути. Ток, протекающий по земле и металлическим сооружениям в ней, называют блуждающим. Блуждающие токи составляют значительную часть тягового тока, достигая иногда 50—60%.
Рассмотрим работу поезда на участке одностороннего питания (рис. 117, а). Значение тока в рельсах (рис. 117, б) непостоянно: наибольший ток наблюдается в месте нахождения поезда и у пункта присоединения отсасывающей линии подстанции А, а наименьший — в середине участка. Ток в земле будет небольшим в середине участка. Наибольший потенциал рельсов Uр наблюдается в месте нахождения нагрузки, а наименьший (отрицательный) — в месте присоединения отсасывающей линии (на рис. 117, в показана кривая Up с учетом шунтирующего действия земли).
Участки, где рельсы и металлические сооружения в земле имеют положительный потенциал по отношению к земле и токи стекают с них в землю, называются анодными зонами, а участки с отрицательным потенциалом, к которым токи притекают из земли, — катодными зонами. В анодных зонах происходит электролитическое разрушение металла сооружения (электрокоррозия), приводящее к нарушению их нормальной работы. В катодных зонах электрическая коррозия металла не наблюдается (за исключением свинца и алюминия при окружающей щелочной среде).
Рис. 117. Пути протекания тока
(а) и кривые изменения токов
(б) и потенциалов (в) в рельсах при одностороннем питании и
одной нагрузке
Значение тока утечки с рельсов в землю зависит от потенциала рельсов относительно земли, сопротивления рельсов, переходного сопротивления рельс-земля и климатических условий.
Утечка происходит с подошвы рельсов, через костыли, шурупы и подкладки, противоугоны, междурельсовые и междупутные соединения и заземляющие устройства.
Влияние блуждающих токов на металлические сооружения. Коррозионные действия блуждающих токов приводят к выносу в грунт частиц металла и разрушению металлических конструкций. В результате этого происходит утечка газов и жидкостей из трубопроводов, что может привести к пожарам и взрывам или прекращению работы устройств связи и снабжения электроэнергией при повреждениях кабелей.
Опасность в отношении электрокоррозии представляет постоянный ток. Коррозионное воздействие переменного тока частотой 50 Гц в 100 раз меньше, чем постоянного, и увеличивается с уменьшением частоты и увеличением плотности тока стекания.
Потеря металла Q в анодных зонах в процессе электрокоррозии определяется формулой Q=ait, где а — электрохимический эквивалент металла, г/Кл (для стали 0,289-10_3, свинца 1,073-10~3 г/Кл); i — стекающий ток, A; t — время протекания тока, с.
В результате электрокоррозии теоретическая потеря металла в течение года при протекании 1 А составит около 9 кг стали и 34 кг свинца (оболочки кабеля). На практике наблюдаются значительные отклонения от этих значений, что объясняется разнородностью электролита (грунт с содержащимися в ней влагой, солями, кислотами и щелочами), различной плотностью тока в анодных зонах и другими факторами. Опасность повреждения зависит от плотности тока утечки, приходящейся на единицу площади.
В Правилах защиты металлических сооружений от коррозии блуждающими токами (СН 266-63) для неизолированных освинцованных кабелей считаются опасными все анодные зоны и не допускается любая малая плотность тока утечки в этих зонах. Для бронированных кабелей опасной считают среднесуточную плотность тока утечки 0,15 мА/дмг, а для стальных трубопроводов — 0,75 мА/дм2.
При положительной полярности контактной сети в случае двустороннего питания (рис. 118) анодные зоны на трубопроводе оказываются фиксированными: они находятся вблизи отсасывающих пунктов подстанций. Такая полярность принята на Советских железных дорогах, так как при ней облегчается защита подземных сооружений от коррозии.
Рис. 118. Потенциальные зоны на трубопроводе при положительной полярности контактной сети
В случае отрицательной полярности контактной сети анодные зоны перемещаются вдоль трубопровода, следуя за перемещением поездов, и осуществить защиту трубопровода в этом случае труднее и дороже.
При рекуперативном торможении подвижного состава направление токов в рельсах и земле изменяется. Местоположение анодных зон также изменяется. Это учитывают при разработке защит металлических сооружений от электрокоррозии.
