Согласно проведенному анализу, нормальный и аварийный режимы работы РЦ отличаются, главным образом, путем протекания тягового тока. В нормальном режиме ток от ЭПС возвращается через рельсовые нити обратно на подстанцию. В аварийном режиме часть тягового тока (>15 А) из рельсовой нити, которая заземлена, утекает через опору в землю, такая утечка вызывает разность величин тока в двух рельсовых нитях, что и является асимметрией тягового тока.

3.2 Основные факторы, влияющие на потенциал искрового промежутка

Главный параметр ИП – это напряжение пробоя, именно данная характеристика определяет защитные способности этого коммутационного аппарат [8]. Согласно законам физики потенциал в электрической цепи зависит от тока и сопротивления.

. (3.1)

Согласно статистики ЭЧ-2 ДВЖД при одинаковых значениях весов поездов и потребляемого ими тока, неисправности и пробои ИП происходят в холодное время года (температура меньше 0 t °), следовательно, основным влияющим фактором на напряжение на ИП является именно сопротивление, т.к. вследствие промерзания грунта поверхностное и нижнего сопротивление слоев балласта сильно увеличивается [1]. Шпалы и балласт в значительной мере изменяют свою электрическую проводимость в зависимости от наличия в них влаги, изменений окружающей температуры и других факторов. Поэтому сопротивление изоляции рельсовой цепи, или, как принято его называть, сопротивление балласта, получается низким или высоким и весьма нестабильным (изменяется от 0,25 до 100 Ом•км) [1]. Вследствие высокого сопротивление промерзшего грунта, проводимость между одним рельсом и землей, а также между двумя рельсами практически равна нулю, а проводимость изоляции другого рельса относительно земли определяется проводимостью опор контактной сети и может быть значительной [1]. Отсюда идет серьезное увеличение потенциала на ИП который встроен в цепь заземление рельс-опора.

Сопротивление изоляции зависит от состояния балласта и принимает следующие значения [1]:

– при мокром балласте – 1 Ом⋅км;

– при влажном балласте – 2 Ом⋅км;

– при сухом слабо промерзшем балласте – 50 Ом⋅км;

– при сильно промерзшем балласте – 50…100 Ом⋅км.

Эти параметры обеспечиваются при наличии зазора между подошвами

рельсов и балластом не менее 3 см. Подошвы рельсов от железобетонных шпал, обладающих низким сопротивлением, изолируются специальными резиновыми прокладками. Лучшим материалом для балластного слоя, с точки зрения изоляции между рельсовыми нитями, а также рельсами и землей, является щебень.

Далее мы смоделируем на нашей модели изменение сопротивления верхнего и нижнего слоев балласта. Для сравнение примем в первом случае сопротивление балластного слоя R=1 Ом•км потому что Нормативное сопротивление балластной призмы принято 1 Ом•км [1], во втором R=60 Ом•км.

Полученные результаты сведем в диаграммы, отражающие зависимость напряжения на ИП от тока электровоза, при разных сопротивлениях балластного слоя.

Рисунок 3.4 – Диаграмма зависимости напряжения на ИП от

тока ЭПС при сопротивлении балластного слоя R=1 Ом•км

На рисунке 3.4 при сопротивлении балласта R=60 Ом•км на нашей схеме напряжение на ИП оказалось в пределах нормы.

Рисунок 3.5 – Диаграмма зависимости напряжения на ИП от

тока ЭПС при сопротивлении балластного слоя R=60 Ом•км

В результате увеличения сопротивления балластного слоя на нашей имитационной модели, увеличилось и напряжение на ИП (рисунке 3.5). Красной полосой указана граница, при достижении которой ИП пробивается.

Во втором случае напряжение на ИП при прохождении состава в 12000 тонн оказалось выше минимального значения пробития из этого следует, что возрастание значения сопротивления увеличивает потенциал рельса относительно ИП.

На рисунках 3.4 и 3.5 токи для каждого подвижного состава принимаются максимального значения на участке Розенгартовка-Бикин и достигаются они в местах самых крутых подъёмов, согласно профилю пути в КОРТЭСЕ (рисунок 3.7). Все расчеты проводились при одинаковых условиях для грузовых составов с локомотивом 2ЕС5К «Ермак».

Такие же опыты проделаем для сопротивления балласта равным R=50 Ом•км и R=70 Ом•км, для того чтобы сравнить большее количество вариантов и сведём их в один график (рисунок 3.6). Значения максимальных токов приняты из таблицы 2.4.

Рисунок 3.6 – График зависимости U_ИП(I_эпс) при разных

сопротивлениях балластного слоя

На рисунке 3.6 изображена зависимость потенциала на ИП от сопротивления балластного слоя. Фиолетовым цветом изображена зависимость при значении сопротивления балласта R=1 Ом•км, зеленым R=50 Ом•км, красным R=60 Ом•км, синим R=70 Ом•км. Как видно из рисунка 3.6 потенциал на ИП сильно отличается в летнее R=1 Ом•км и зимнее R=50,60,70 Ом•км время года, это связано с промерзанием балластного слоя. Также видно, что при сопротивлении балласта R=60 и 70 Ом•км потенциал преодолевает границу пробоя 800 В. Отсюда можно сделать вывод, что сопротивление балластного слоя на участках, где достигаются максимальные значения тяговых токов от 1000 А (затяжные, крутые подъёмы), не должно превышать 60 Ом•км при токах от 900 до 1000 А - 70 Ом•км.

В данном разделе с помощью программы КОРТЭС и имитационной модели выяснили, что сопротивление балласта сильно влияет на потенциал на ИП и зимой на участках, где потребляется максимальный ток, не должно превышать R=60 и 70 Ом•км, при определенных условиях значения величины тока.

45

Рисунок 3.7 – Профиль и совмещённые с ним диаграммы токопотребления ЭПС в четном и нечетном

Направлениях на участке Розенгартовка-Бикин ДВЖД

3.3 Критерии оценки качества балластного слоя

Балластный слой, устраиваемый из сыпучих материалов - один из важнейших элементов верхнего строения железнодорожного пути. Он обеспечивает вертикальную и горизонтальную устойчивость пути под воздействием поездных нагрузок и изменяющихся температур. От конструкции и качества балластного слоя зависят: общее состояние железнодорожного пути, уровень допускаемых скоростей движения поездов, сроки службы всех элементов верхнего строения пути (рельсов, скреплений, шпал), затраты на текущее содержание пути и вся система его ремонтов.

Щебеночный балласт, приготовленный из прочных магматических пород, является лучшим из современных балластных материалов благодаря долговечности, высокой сопротивляемости осадкам шпал и их смещениям в горизонтальной плоскости, хорошим дренирующим, упругим и электроизоляционным свойствам щебеночной призмы.

Балластный слой должен [11]:

• воспринимать давление от шпал (брусьев на стрелочных переводах) и распределять его практически равномерно на возможно большую площадь земляного полотна;

• обеспечивать стабильное проектное положение рельсошпальной решетки в процессе эксплуатации;

• обеспечивать возможность выправки пути в профиле и плане за счет балластного слоя (подбивкой, рихтовкой)для компенсации неизбежных остаточных деформаций;

• быстро отводить воду из балластной призмы и с основной площадки земляного полотна, препятствовать переувлажнению и пересыханию верхнего слоя грунта земляного полотна, потере им несущей способности (весной) и пучению (зимой);

• иметь низкую электропроводность, обеспечивающую нормальную работу рельсовых цепей автоблокировки вне зависимости от погодных условий.

Засорение и загрязнение щебня происходит по двум причинам [11]:

• в результате истирания (износа) щебня в процессе работы его в пути под поездной нагрузкой, а также при уплотнении пути подбивкой;

• в результате засорения и загрязнения щебня частицами перевозимых грузов, пылью, приносимой ветром и водой.

Объемный вес засорителя и загрязнителя в этом случае отличается от объемного веса щебня. Засорение и загрязнение щебня реализуется за счет постепенного заполнения перового пространства. Для щебеночного балласта засорителями считаются фракции от 0,1 мм до 25 мм, а загрязнителями — фракции менее 0,1 мм, угольные, глинистые и другие примеси. При этом загрязнители наиболее резко снижают несущую способность, сопротивляемость сдвигу балластной призмы и увеличивают электрическое сопротивление, вызывая расстройство пути. По этой причине установлены различные нормы максимально допустимого засорения щебеночного балласта — 35 % (от объема пор), а загрязнения — 15 %.

Фактическая загрязненность балластной призмы определяется следующим упрощенным методом [11]:

1) на каждом перегоне выбираются для обследования по 2 — 3 км, на которых отбирают не менее трех проб на наиболее загрязненных пикетах;

2) пробы щебня в состоянии естественной влажности отбирают в шпальных ящиках от концов шпал до рельсов, на глубину до балластной подушки;

3) определяется общая масса пробы (Р0), включающая массу щебня (Рш) и засорителей (Р3), т. е.

(3.3)

где Р3 - масса части пробы, прошедшей через сито с отверстиями 25 мм;

4) определяется весовая загрязненность щебеночного слоя (Сзр, %) как отношение

(3.4)

5) определяется средний процент загрязнения по километру, затем — по перегону и заносится в технический паспорт дистанции пути.

Следует учитывать, что нормируется объемная концентрация засорителей и загрязнителей, а на практике определяется весовое содержание засорителей (см. формулу 3.3). Взаимосвязь между этими показателями при различных соотношениях объемных весов щебня ( _щ) и засорителей ( _щ) имеет вид:

(3.5)

где С - объемное содержание засорителей (принимается в долях единицы).

В данной главе мы детально разобрали работу РЦ в нормальном и аварийном режимах. Доказали работоспособность нашей имитационной модели и с её помощью провели опыты, доказывающие, что пробои происходят из-за высокого сопротивления промёрзшего, загрязненного балластного слоя. Засорители мешают нормальному отводу воды из балластного слоя, нарушая тем самым его пористость. Под действием засорителей оставшаяся вода в балласте замерзает и превращается в лед, который уменьшает проводимость балластного слоя до нуля. Проанализировав литературные источники и нормативные документы [1], [11], привели параметры, которыми должен обладать качественный балластный слой.

Далее перейдем к разработке мероприятий по обеспечения устойчивой работы РЦ на рассмотренном участке пути.

4 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ

В главе под номер 3 были определены критерии оценки состояния балластного слоя. В данном разделе мы разработаем технологическую карту мониторинга параметров балластного слоя и предложим мероприятия, для их улучшения. Предложенные мероприятия позволят повысить эффективность работы РЦ.

4.1 Разработка технологической карты проверки балластного слоя

Для того чтобы узнать электрическое сопротивление балластного слоя, его нужно измерить специальным прибором, предназначенным для этого. Проверку производят с согласия дежурного по станции и в свободное от движения поездов время.

Высокое сопротивление балласта зимой соответствует низкому сопротивлению летом [10], т.е. если летом сопротивление будет низким, то зимой оно будет высоким, это связано с количеством влаги, которое присутствует в балласте. Максимальное сопротивление достигается зимой, когда происходит максимальное промерзания балластного слоя, при сухом слабо промерзшем балласте R=50 Ом⋅км, при сильно промерзшем балласте R=50…100 Ом⋅км. Однако электрическое сопротивление балласта и шпал рельсовых цепей измеряют в теплую погоду и после дождя, т. е. когда грунт имеет минимальное сопротивление, такой замер проводится для определения минимального сопротивления, которое должно быть не меньше 1 Ом⋅км при мокром балласте и 2 Ом⋅км при влажном балласте, на горочных участках — 3 Ом⋅км.