7.1. Мероприятия по защите подземных сооружений от блуждающих токов
Применяемые защитные мероприятия подразделяют на две группы: во-первых, это снижение величин блуждающих токов, во-вторых, это защита непосредственно подземных сооружений.
К первой группе относятся следующие мероприятия.
1. Уменьшение тока в рельсах и в земле. При системе распределенного питания или при сокращенных расстояниях между подстанциями снижается утечка тока с рельсов в землю. В последнем варианте возможно появление уравнительных токов, которые могут даже ухудшить положение.
2. Уменьшение сопротивления рельсового пути. Это мероприятие требует надежного соединения между стыками.
3. Увеличение переходного сопротивления рельсы-земля. Достигается путем пропитки шпал непроводящими составами, подсыпкой щебеночного балласта и устройством дренажа для осушения полотна.
4. Регулируемый путевой источник тока (ПИТ). ПИТ представляет собой вольтодобавочное устройство, включаемое в рассечку рельсов (рис. 20а). Его питание осуществляется от сети переменного тока, а выходное напряжение управляется током в контактной сети, при этом ток выпрямителя регулируется примерно равным току в контактной сети. ПИТ создает дополнительное напряжение (рис. 20б) и заставляет ток нагрузки течь по рельсам (рис. 20в). Увеличение напряжения на нагрузке при этом незначительно, а потребляемая им мощность сравнительно невелика.
Ко второй группе относятся следующие мероприятия по защите подземных сооружений.
1. Катодная защита. Суть катодной защиты заключается в искусственном создании на подземном сооружении в его анодной зоне катодной зоны от дополнительного источника напряжения (рис. 21,а). Очевидно, при этом будет интенсивно разрушаться дополнительное заземление катодной защиты. В катодных зонах подземного сооружения потенциал станет еще более отрицательным, что может привести к повреждению краски подземного сооружения из-за интенсивного выделения водорода между металлом и слоем краски. По этим причинам максимальный потенциал катодной защиты ограничивают.
При установке катодной защиты учитывают возможные изменения потенциалов соседних сооружений и усиление их коррозии.
Рис. 20
2. Протекторная защита. Присоединение к подземному сооружению металла с более низким электрохимическим потенциалом создает источник ЭДС с анодом на присоединенном металле. Эта ЭДС, однако, мала и защита применима лишь при небольших потенциалах (обычная почвенная коррозия).
Рис. 21
3. Дренажная защита. Анодная зона подземного сооружения при такой защите соединяется с отрицательной шиной подстанции или с рельсами (рис. 21б). Происходит "осушение" электрических зарядов анодной зоны - дренаж. Резистор Rд позволяет регулировать потенциал подземного сооружения, а диод предотвращает протекание тока в обратном направлении при случайном повышении потенциала рельсов в точке соединения. Дренажная защита усиливает отток с рельсов у нагрузки и коррозию рельсов.
На рис. 21в показана схема усиленного дренажа, аналогичная катодной защите.
7.2. Суммирование напряжений разных видов влияния
С появлением целых трех разных видов влияния - электрического, магнитного и гальванического - возникает вопрос о том, как поступать при нескольких влияниях одновременно. Собственно, вопрос сводится к суммированию магнитного и гальванического влияний при заземленных объектах (когда электрическое влияние практически отсутствует) и к суммированию магнитного и электрического влияний для изолированных от земли линий. Исходным пунктом суммирования является возможность просто складывать потенциалы от разных источников в соответствии с законом сохранения энергии или в соответствии с наложением нескольких токов. Очевидно, что в каждом случае необходимо сначала аккуратно определиться со слагаемыми и только затем складывать их.
1. Воздушные и кабельные однопроводные линии с рабочими заземлителями, подземные провода. Напряжение магнитного влияния сдвинуто на угол 90 градусов относительно влияющего тока (при синусоидальных токах и напряжениях), а гальваническое влияние находится в фазе с током контактной сети. Из-за отсутствия электрического влияния суммарное напряжение будет равно
(20)
2. Изолированные от земли провода воздушных линий. Эти провода подвержены как электрическому, так и магнитному влияниям. Суммирование необходимо проводить с учетом разностей фаз напряжений U э и U м. В соответствии с рис. 10 и формулой (17) напряжения магнитного влияния в начале UМ0 и в конце UМ l определяются выражениями такого вида:
.
Суммирование этих напряжений с напряжением электрического влияния, по фазе совпадающего с напряжением контактной сети, показано на рис. 22 с учетом запаздывания тока контактной сети от напряжения на угол около 37о и расположения векторов UМ0 и UМ l перпендикулярно току.
Рис. 22
Как видно из рис. 22, величины UМ0Э и UМ lЭ не одинаковы по величине и по фазе. В соответствии с теоремой косинусов суммарное напряжение в начале и в конце линии определится выражением
,(21)
где U м - полное напряжение магнитного влияния, равное величине ЭДС по выражению (17). "Правила защиты..." [1] допускают упрощенный расчет с суммированием напряжений в квадратурах (предполагающий угол 90о между векторами):
Рис. 23
(22)
Формула (22) справедлива для случая, когда вся смежная линия находится в зоне влияния. Если же смежный провод выходит за пределы зоны влияния и его длина l больше длины участка в зоне влияния (длины сближения) l э, то расчет немного усложняется. Схема соответствующего случая изображена на рис. 23а. На рис. 23б приведена схема замещения для расчета напряжений, возникающих в начале линии для такого случая. Схема соответствует предложенному в разделе 2.1 варианту (по рис. 10), в котором пренебрегается малыми падениями напряжений на индуктивностях проводов. Эта схема составлена тремя ячейками, последняя из которых не содержит источника ЭДС магнитного влияния. Величины емкостей на землю пропорциональны длинам соответствующих отрезков. Расчет напряжения на левом конденсаторе схемы не составляет трудностей, и это напряжение равно U м l с/ l, где U м=2 E 1, а l с - расстояние от середины зоны влияния до конца смежного провода. U м при этом определяется эффективной длиной l э. Формула (22) для расчета суммарного напряжения в начале смежного провода теперь будет выглядеть таким образом:
(22)
РЕЗЮМЕ
Различные методы защиты от гальванического влияния подразделяются на две группы, первая из которых сводится к снижению блуждающих токов в земле, а вторая - к непосредственной защите подземных сооружений.
На смежные линии возможно одновременное воздействие двух видов влияний: электрического и магнитного или гальванического и магнитного. В обоих случаях напряжения влияний можно суммировать в квадратурах.
