Рисунок 1.20 – Электрическая схема распределения сигнального тока для индивидуального заземления опор.

Полученные значения токов утечки и сигнальных токов при исправной работе защитных устройств на участке Домикан – Архара, показывает, что сигнальный ток на релейном конце находится в допустимых пределах I_c =(1,4 – 6) А. В тоже время, имеется существенная проблема, связанная с изменением сопротивления заземляющих конструкций в случае пробоев защитных устройств. На рассматриваемом участке Домикан – Архара, защитные устройства – это искровые промежутки типа ИП – 3, установленные на 19 опорах. Поэтому проведем расчеты индивидуального заземления, а также определим значение сигнального тока, приходящего на релейный конец, в случае пробоя 19-ти ИП. Будем предполагать, что все опоры, на которых пробиты искровой промежуток имеют сопротивление 1 Ом. Общее сопротивление рассчитаем как и ранее из выражения (1.1):

Тогда на рассматриваемом участке длиной 1984 м общее сопротивление заземляющих устройств составит

Рассчитаем среднее сопротивление между опорами для определения распределения сигнального тока из формулы (1.2):

Сигнальный ток, который вырабатывается источником питания участка, составляет 2,2 А. Далее, рассчитаем по формуле (1.3) величину тока утечки на опоре, на которой искровой промежуток пробит:

Электрическая схема замещения заземленной опоры и соответствующая схема распределения сигнального тока для одной опоры изображены на рисунке. (1.22).

Рисунок 1.21 - а) Электрическая схема замещения заземленной опоры на рельс б) Схема распределения сигнального тока для заземленной
опоры, на которой пробит искровой промежуток.

Значение тока утечки рассчитаем с использованием программы Microsoft Office Excel:

Общий ток утечки в 17 раза выше, чем для исправного состояния искровых промежутков. Сигнальный ток, приходящий на релейном конце составляет:

Естественно, что сигнальный ток, приходящий на релейный конец, зависит не только от конструктивной величины сопротивления заземляемых конструкций (с учетом износа), но и от климатических особенностей района в данный период времени, состояния рельсовой нити и балласта.

Таким образом, участок Домикан – Архара следует рассмотреть учитывая возможность выхода из строя искровых промежутков. Такая поломка как следует из расчета приводит к существенным утечкам тока, вызывая асимметрию в дроссель – трансформаторе. Состояние балласта, суглинистое. Имеется также некоторая запесоченность балласта на рассматриваемом участке. В локомотивах используется песочница. Песочница предназначена для подачи песка под движущие колесные пары. Подаваемый песок повышает коэффициент сцепления колес с рельсами. В тоже время, песок с грязью является хорошим проводником. Это приводит к значительному снижению сопротивления изоляции рельсовой линии до до 0,29…0,35 Ом∙км, что существенно меньше нормативного значения 1 Ом∙км. Такое снижение сопротивления изоляции рельсовой линии увеличивает ток утечки увеличивает ток утечки до трех раз.

Конструктивное исполнение токопроводящих стыков оказывает значительное влияние на работу рельсовых цепей. Сопротивление сборных токопроводящих стыков сильно зависит от стыковых соединителей (штепсельных, приварных), в частности от качества затяжки скрепляющих болтов. В основном ток течет по рельсовым накладкам. Исследования показали, что даже при нормированной затяжке болтов сопротивление рельс – накладки варьируется в пределах от 2 до 4 мкОм (в то время как, сопротивление стыка составляет в среднем величину 6 мкОм). Переходное сопротивление приварного соединителя – рельс варьируется в пределах от 35 до 45 мкОм [5]. Эти данные и показывают, что практически 90% тока протекает по накладкам. Основная причина значительных разбросов сопротивлений токопроводящих стыков вызывается нарушениями установленной технологии затяжки стыковых болтов. При обрыве приварочного соединителя сопротивление стыка увеличивается в среднем на 2 мкОм.

Имеется еще один фактор, влияющий работу рельсовых цепей. Этим фактором является конструктивное выполнение заземляющих устройств. Согласно инструкции ЦЭ – 191 п.4.9 [3]:

- заземляющие проводники открытой прокладки изолируют от земли укладкой на деревянных полушпалках;

- заземляющий провод по всей длине покрывают антикоррозионным составом (лак, мастика битумная и др.)

Заземляющие проводники под рельсами жестко закрепляются на шпалах или укладывают в асбоцементных или полиэтиленовых трубах, обеспечивая изоляцию от пересекаемых рельсов.

Заземляющие проводники между опорой и рельсом необходимо изолировать от земли си применением полиэтиленовых трубок или полушпал ЦЭ – 868 [6], (п. 2.23.19)

Однако осмотр показал, что заземляющие устройства контактных опор не соответствуют указанным требованиям инструкции на большей части участка. Заземляющие проводники не имеют антикоррозийного покрытия, который бы обладал изоляционными свойствами. Эти проводники, как правило, уложены непосредственно на грунт. Находясь под слоем балласта (грунта) они не снабжены дополнительными устройствами изоляции.

Сопротивления заземлений контактных опор на рассматриваемом участке варьируется в пределах от 7,3 Ом до 67,9 кОм. Как известно, малое сопротивление заземлений контактных опор является одной из наиболее частых причин в отказах работы рельсовых цепей.

Установленные искровые промежутки снижают вероятность отказов в рельсовых цепях. В тоже время они часто выходят из строя, и эта причина заметно снижает эффективность их установки.

Искровые промежутки выходят из строя по следующим основным причинам:

- из-за низкого качества приборов в выпускаемых заводами–изготовителями;

- из-за возникновения высокого напряжение рельс – земля во время пропуска тяжеловесных подвижных составов

Все перечисленные факторы совместно влияют на токи утечки. Как показывает практика, при определенных условиях, даже один пробитый искровой промежуток способен привести к отказу в работе рельсовой цепи. Снижения вероятности отказа можно добиться установив более надежные защитные устройства на всех опорах.

1. АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ АСИММЕТРИИ ТЯГОВОГО ТОКА НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ РЕЛЬСОВЫХ цепей

1. Общие сведения об асимметриях тягового тока

Снижение надежности работы рельсовых цепей часто является следствием помех в рельсовой линии. В зависимости от характера и величины помеха может приводить к опасным последствиям (например, к сигналу ложного контроля свободного пути), или же такая помеха может, является причиной задержки поезда (в случае, например, ложного контроля занятости свободного пути).

Анализ показывает, что основными источниками помех в рельсовой цепи являются следующие факторы [7]:

- создаваемые заземленными конструкциями блуждающие токи;

- гармонические составляющие тягового тока.

Помехи, связанные с действием гармонических составляющих тягового тока в двухниточных цепях возникают из-за неравномерного распределения тягового тока вдоль линии и по полуобмоткам дроссель – трансформаторов. Возникающее в результате этого несимметричное распределение тока в рельсовых цепях существует всегда. Поскольку проявления связанных с этим явлением этих помех изменяются во времени и местоположении, то они не находятся под непрерывным контролем.

Мы можем выделить следующие виды асимметрии на электрифицированных железных дорогах:

- емкостную асимметрию, обусловленную различным распределением рельсов по поверхности грунту полотна;

- асимметрию проводимости изоляции рельсовых нитей;

- асимметрию активных сопротивлений, определяемую состоянием материала рельсов (их износом, коррозией), состоянием стыковых соединителей;

- асимметрию индуктивных сопротивлений, определяемую материалом рельсов и рельсовых соединителей, их однородностью, типом грунта.

Влияние емкостной асимметрия можно не учитывать вследствие малой изоляции рельсовых нитей. Асимметрии же активных и индуктивных сопротивлений могут быть объединены в один тип – продольную асимметрию. Асимметрию проводимостей изоляции называют поперечной асимметрией. Количественные характеристики обоих типов асимметрии определяются первичными параметрами рельсовой цепи и качеством технического обслуживания рельсовой линии. Было показано, что и продольная и поперечная асимметрии имеют сложный характер воздействия на вторичные параметры рельсовой линии.

Непрерывное распределение тягового тока между рельсовыми нитями обуславливает влияние тягового тока на аппаратуру рельсовых цепей. Именно продольная и поперечная асимметрии являются причинами неравномерного распределения тягового тока.

Поперечная асимметрия, являясь асимметрией утечек, возникает, как правило, вследствие замыкания на одну из тяговых нитей заземления контактных опор и других металлических конструкций. Величина поперечной асимметрии существенно ограничена правилами заземления устройств. В соответствии с этими правилами не допустимо непосредственное подключение индивидуальных заземлений с сопротивлением не ниже 100 Ом к рельсам двухниточных рельсовых цепей. Также не допускается подключение к рельсам групповых заземлений с сопротивлением менее 6 Ом∙км. В случае если конструкции обладают сопротивлением заземления меньшим нормативных значений, то такие конструкции должны подключаться к рельсам через искровые промежутки.

Продольная асимметрия, являясь асимметрией сопротивлений, возникает по причине нарушений целостности одного или нескольких стыковых соединителей на какой-либо рельсовой нити. В результате, продольное сопротивление рельсовой нити возрастает, и протекающий по ней ток становится меньше, чем ток протекающий по другой нити. Надо отметить, что в стыках со стыковыми соединителями имеется резервный элемент – рельсовая накладка. Сопротивление рельсовой накладки на порядок меньше сопротивления медного рельсового соединителя при нормальной затяжке болтов крепящих накладку. При различие сопротивлений короткой и длинной дроссельных перемычек, (как правило, в коротких рельсовых цепях) также может возникнуть продольная асимметрия.

Естественно, в рельсовой цепи могут иметь место оба типа асимметрии. В зависимости от условий эксплуатации один из типов может преобладать.

Дроссель – трансформаторы применяются для прохождения тягового тока в обход изолирующих рельсовых стыков. При равенстве тяговых полутоков и , в полуобмотках дроссель – трансформаторов, образованные этими полутоками магнитные потоки компенсируются и э.д.с. в дополнительных обмотках не трансформируется.

В реальных условиях абсолютно симметричные рельсовые линии не возможны, поскольку всегда имеет место и продольная и поперечная асимметрии рельсовых линий. Для количественной оценки продольной и поперечной асимметрий вводится коэффициент асимметрии:

Согласно ЦЭ – 868, п.2.21.1 [6], предельная допустимая величина асимметрии обратного тягового тока не должна превышать 12 А при переменном токе в двухниточных рельсовых цепях.

Надежность и устойчивость работы устройств СЦБ во многом определяется электрическими характеристиками железнодорожного пути. На эти характеристики влияют следующие факторы:

- сложность конструкции путей, для которых характерен контакт различных материалов – металла, дерева, бетона, резины, балласта и др.;

- не изолированность железнодорожных путей от внешней среды, климатические условия;