ПЗ_ГОТОВ ПОЛНОСТЬЮ (Методы защиты устройств заземления от растекания сигнального тока), страница 7

- иметь как можно большее сопротивление в нормальном режиме работы, таким образом, обеспечивая существенное снижение (отсутствие) утечки тяговых и сигнальных токов;

- иметь способность многократности срабатывания, с восстановлением большого (номинального) сопротивления после пропуска токов короткого замыкания.

Анализ имеющихся заземляющих устройств показывает, что в основном они присоединяются к тяговому рельсу индивидуально и через искровые промежутки. Измерения также показывают, что сопротивление номинально одинаковых устройств находится в широких пределах. Величина этого сопротивления зависит от многих факторов: размеров и типа заземляемой конструкции и ее фундамента, глубины залегания в грунте, состояния и химического состава грунта. В частности, сопротивления железобетонных опор контактной сети зависят от проводимости бетона в слое между хомутами и арматурой, от наличия электроизолирующих покрытий на фундаментах и закладных деталях. Сопротивление конструкций обычно значительно снижается со сроком службы и ростом влажности. Такое поведение сопротивления связано с тем, что бетон – это проводник второго рода. Проводимость таких материалов имеет ионный характер, и их электропроводимость меняется в значительных переделах. В частности, что сухой бетон практически неэлектропроводен. Действие увлажнения и растворение некоторых солей, заполняющих поры бетонного монолита, создает электропроводящие цепочки в бетонных конструкциях.

В связи с этим, необходимо уделять особое внимание состоянию сопротивления конструкций, заземляемых на тяговый рельс. С этой целью, в районах контактной сети должны вестись журналы учета состояний опор контактной сети. Также, необходимо в дистанциях электроснабжения, группам диагностики опор увеличивать частоту проверки состояния сопротивления заземленных конструкций. В случае выявлении низкоомных опор следует принимать меры приведения сопротивлений к требуемым значениям.

1. Анализ проблем эксплуатации различных защитных устройств цепей заземления тяговой сети

На электрифицированных участках Забайкальской железной дороги самым распространенным защитным элементом в цепях заземления, является искровой промежуток ИП – 3 рисунок (3.2).

Напряжение пробоя этого искрового промежутка (800 – 1200 В) регулируется толщиной слюдяной прокладки между медными электродами, которые создают пробивной зазор. Вкладыш является основным элементом искрового промежутка. Его можно многократно менять без замены корпуса ИП. Вкладыш сконструирован таким образом, что в случае протекания через него тока короткого замыкания создается магнитное дутье. Это дутье вытесняет дуга из пробивного зазора к стенкам корпуса, что и обеспечивает многократность действия искрового промежутка. Пробивное напряжение равное 1200 В обеспечивается в случае зазора в пределах 0,1 – 0,11 мм. Такой зазор обеспечивается тремя слюдяными прокладками с толщиной 0,03 – 0,04 мм.

Рисунок 3.2 - а) Искровой промежуток ИП – 3; б) вольтамперная характеристика искрового промежутка ИП – 3

Многолетний опыт эксплуатации искровых промежутков ИП-3 на участке Домикан – Архара показал, что пробой искровых промежутков является частой причиной отказов в работе рельсовых цепей. Пробой искровых промежутков происходит при повышенном напряжении в цепи заземляющих проводов, вызванном увеличением обратных тяговых токов, а также, увеличением сопротивлений рельсовой линии и увеличением переходного сопротивления «рельс – земля» в условиях зимнего периода.

Согласно приведенным в таблице 3.1 имеющимся данным основной причиной отказов рельсовой цепи по Забайкальской дороге за период с января по июнь 2016 г. явились асимметрии тягового тока.

Таблица 3.1 - Причины отказов рельсовых цепей и их последствия за январь – декабрь 2016 г по Забайкальской дороге.

Таблица 3.1(продолжение)

В приложение Б приведен “АКТ технического заключения по отказу” на перегоне Домикан-Архара, сигнальная точка № 18. Выборка отказов (неисправности технических средств) представленная в таблице 4.1 и приведеный в приложении Б Акт показывают, что основные причины отказов рельсовых цепей на рассматриваемом участке это утечки тягового тока через заземленные конструкции. При мощном коротком замыкании дуга прошивает подвесные, стержневые изоляторы и токи уходят через заземляющий спуск, разрушая ИП–3. Разрушенный ИП – 3 изображен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Неисправный ИП – 3, разрушенный в результате короткого замыкания.

Подключение одного заземляющего устройства увеличивает проводимость рельсовой цепи на величину равную проводимости подключаемого заземляющего устройства. Проводимость утечек первого и второго рельсов (эквивалентная проводимость рельсовой цепи) вследствие возрастает. Расчет значений эквивалентной проводимости рельсовой линии в случае подключения к ней заземляющих устройств с разными удельными сопротивлениями заземления показывает: при относительно высоком сопротивлении заземления каждого сооружения 120 Ом (удельное сопротивление заземления 6 Ом при 20 заземляющих устройствах на 1 км пути) эквивалентная проводимость в цепи утечки повышается относительно нормального уровня на 5 %. Если сопротивление заземления каждого сооружения уменьшается до 20 Ом, то эквивалентная проводимость в цепи утечки повышается относительно нормального уровня на 20 %. Таким образом, уменьшение величины сопротивления заземляющих устройств существенно увеличивает эквивалентную проводимость. Такая зависимость объясняется тем, что заземления опор контактной сети подключены к тяговому рельсу параллельно, и, следовательно, общее сопротивление опор меньше наименьшего из сопротивлений опор. Работники контактной сети в результате обхода и осмотра защитных заземлений для проверки исправности искровых промежутков отмечают, что шунтирование искрового промежутка, обычно, вызывается точечным оплавлением, а также завариванием медных электродов и искрового промежутка. В соответствии с технологией работ, завинчиванию корпуса искрового промежутка во время установки должна предшествовать смазка резьбы солидолом или тавотом. Такая смазка необходима для того, чтобы внутрь искрового промежутка не проникала влага. Влага, конденсируясь, сильно снижает пробивное напряжение. Изображенный на рисунке 3.3 неисправный ИП-3 сильно проржавел, и очевидно, его состояние даже до пробоя не соответствовало нормальным характеристикам этого устройства.

1. Способы повышения надежности работы защитных элементов цепей заземления тяговых сетей

Проведённый анализ причин отказов рельсовых цепей на участке Домикан – Архара показал, что искровые промежутки на участке пробиваются все чаще, что является следствием значительного увеличения потенциалов на тяговых рельса. При таком увеличении время приложенного к искровому промежутку напряжения «рельс – земля» существенно больше, чем в случае короткого замыкания контактной сети. Как результат, при пробое, через искровый промежуток длительное время течет ток утечки тягового тока. Этот ток утечки вызывает оплавление и заваривание искрового промежутка.

Представим технические параметры искрового промежутка в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Технические параметры искрового промежутка ИП - 3

ИП-3, используемый на электрифицированных железных дорогах, предназначен для заземления конструкций и устройств контактной сети, совмещенных с контактной сетью воздушных линий, других сооружений и устройств. ИП-3 должны обеспечивать надежную работу защит от токов короткого замыкания, электробезопасность обслуживающих работников и других лиц. Таким образом ИП-3 способствуют нормальному функционированию рельсовых цепей автоблокировки и электрической централизации, а на участках постоянного тока ограничивают утечки тяговых токов в землю.