Состоянию опор - повышенное внимание!
Безопасность движения поездов, перевозок пассажиров и грузов во многом зависит от состояния системы электроснабжения, надежности и бесперебойности ее работы. В значительной мере это определяется своевременной, качественной диагностикой аппаратуры и оборудования подстанций, устройств тяговой сети, в частности, опор. Подавляющее большинство из них составляют предварительно напряженные железобетонные конструкции с арматурой из высокопрочной проволоки. В верхнем поясе закладные детали часто не изолированы от арматуры и
крайне чувствительны к воздействию токов утечки. Даже при их кратковременном стекании резко снижаются прочностные и деформативные свойства арматуры,, существенно уменьшается несущая способность опор. Число конструкций, простоявших более 30 лет, достаточно велико. Поэтому их состоянию необходимо уделять повышенное внимание.
Предлагаем вниманию читателей подборку из трех материалов, в которых проанализированы условия работы опор, приборы и методы контроля их коррозионной стойкости.
1. Усовершенствованная оценка коррозионной стойкости опор
Электрокоррозионное разрушение арматуры опор проис-шш ходит, в основном, на участках постоянного тока. На участках переменного тока при выполнении требований нормального функционирования рельсовых цепей автоблокировки (сопротивление цепи заземления опор должно быть не менее 100 Ом) опасность электрокоррозии отсутствует.
Основным показателем повреждения конструкций от действия токов утечки с рельсов является плотность тока, стекающего с поверхности арматуры в подземной части конструкций. В соответствии с действующими нормами она принята равной 0,6 мА/дм2. Однако прямое измерение плотности тока невозможно. Поэтому для оценки электрокоррозионной опасности используют косвенные показатели.
В их качестве выбраны ток утечки и сопротивление цепи заземления опор на каждый вольт среднего положительного потенциала «рельс—земля». Опора считается электрокор-розионно опасной, если с арматуры ее подземной части стекает ток более 40 мА или ее сопротивление на каждый вольт среднего положительного потенциала меньше 25 Ом.
Это правило распространяется на все опоры, имеющие сопротивление цепи заземления меньше 10 кОм, находящиеся в анодных и знакопеременных зонах. Если оно более 10 кОм, то электрокоррозионную опасность можно оценивать по результатам периодического измерения сопротивления цепи заземления опор. При этом необходимо иметь в виду, что если по каким-либо причинам оно стало ниже 10 кОм, то судить о возможном повреждении конструкций надо по току утечки и потенциалу «рельс—земля».
Измерение требуемого потенциала «рельс—земля» в настоящее время не вызывает особых трудностей. Для этого можно использовать специализированные приборы ПК-2 (ПК-1), которые в автоматическом режиме через заданный интервал времени определяют потенциалы при проходе поезда и средние значения положительного и отрицательного потенциалов.
Кроме того, приборы также фиксируют их максимальные значения. Измерения ведутся в течение не менее 5 мин, за это время должно пройти не менее одного поезда. На двухпутных участках, имеющих междупутные соединители, потенциалы измеряют вдоль одного из путей, а на участках с разведенными путями измерения — по каждому пути.
При индивидуальных заземлениях опор указанный показатель необходимо определять один раз на каждом километре пути. При групповых заземлениях измерения целесообразны в местах установки защитных устройств. По результатам измерений для каждого перегона строят потенциальную диаграмму, являющуюся одним из основных документов, используемых при оценке электрокоррозионной опасности опор.
Более сложно измерять сопротивление цепи заземления опор. До недавнего времени наиболее широко применяли приборы МС-07(08). После снятия их с производства непродолжительный период рекомендовали пользоваться приборами М-416 и амперметром-вольтметром М-231.
Следует отметить, что приборы М-416 оказались крайне чувствительными к электромагнитным наводкам, давали значительную погрешность при измерениях, и от них пришлось отказаться. Амперметр-вольтметры типа М-231 рекомендованы для измерений сопротивления цепи заземления опор действующими указаниями № К-146—2002, однако требуют значительного потенциала в рельсах. Их применение трудоемко. Кроме того, не налажено их промышленное производство. Поэтому в последние годы были разработаны и рекомендованы к применению специализированные приборы ПК-1 (ПК-1 м) и ИСО.
Их комплексные испытания показали, что устройства дают одинаковые результаты (с учетом характеристик приборов) и могут применяться только при отсутствии переходных сопротивлений в цепях заземления опор или при их небольших значениях. Однако приборы совершенно не пригодны для обследования опор, в которых имеются значительные переходные сопротивления, сопоставимые с сопротивлением материала опор. Эти сопротивления со временем формируются в контакте между металлическими деталями крепления контактной сети и бетоном конструкций.
Они особенно велики в опорах, не имеющих специализированной изоляции металлических деталей от бетона. Использование приборов с небольшими измерительными токами приводит к искусственному завышению сопротивления опор и ошибочному исключению некоторых из числа электрокоррозионно-опасных. Между тем, переходные сопротивления, повышая сопротивление опор при небольших измерительных токах или небольших токах утечки, могут легко пробиваться после повышения токов в цепи заземления из-за коротких замыканий на подвижном составе или пробоя искровых промежутков.
При этом сопротивление опор резко падает, и начинается электрокоррозия арматуры. Следовательно, переходные сопротивления в цепях заземления опор не могут рассматриваться как положительное явление с точки зрения защиты опор от электрокоррозии. Их включение в общее сопротивление опор может привести к отрицательным последствиям.
тобы избавиться от влияния переходных сопротивлений ш на сопротивление цепи заземления опор на определение фактического сопротивления, в приборах должны применяться измерительные токи, способные пробивать переходные сопротивления и исключать их из измеренного сопротивления опор. К таким устройствам, разработанным в последние годы, относится импульсный измеритель сопротивления ПК-2. В нем реализуется метод разряда калиброванной емкости. При этом измерительное напряжение составляет около 600 В, а измерительный ток, в зависимости от сопротивления, может колебаться от десятых долей до десятков ампер.
Данных характеристик измерительного тока достаточно для преодоления любого переходного сопротивления, возникающего в цепи заземления опор. Кроме того, прибор ПК-2, подобно устройству ПК-1, позволяет снимать потенциальные диаграммы и проверять защитные устройства в полевых и в стационарных условиях. Отметим, что использование большого тока и напряжения при измерении сопротивления цепи заземления опор согласуется с подходами, принятыми в геофизике при определении сопротивлений протяженных заземлителей и заземленных объектов.
Схема измерения прибором ПК-2 приведена на рисунке. Установленный в цепи заземления искровой промежуток шунтируют перемычкой с заведомо исправным искровым промежутком (желательно использовать промежуток с повышенным до 1600 В пробивным напряжением). Со стороны опоры из цепи заземления отключают вывод эксплуатируемого искрового промежутка и прибором проверяют его исправность, неисправный заменяют. Не отключая шунтирующую перемычку и не подключая исправный искровой промежуток, определяют сопротивление цепи заземления опоры.
Измерения следует повторить несколько раз (не менее трех раз) до получения постоянного значения сопротивления. После этого прибор выводят из измерительной схемы, подсоединяют отключенный вывод искрового промежутка и снимают шунтирующую перемычку. Данные измерений заносят в память прибора или записывают в журнал обследований.
При измерении сопротивлений цепи заземления опор без отключения искрового промежутка необходимо иметь в виду, что его пробивное напряжение под влиянием климатических факторов может снизиться, и он будет пробит измерительным напряжением прибора. В данном случае будет невозможно измерить сопротивление цепи заземления или оно окажется ошибочным. Поэтому во избежание ошибок всякий раз при измерениях следует, как правило, исключать искровой промежуток из цепи заземления опор.
По определенным средним положительным потенциалам «рельс—земля» и сопротивлениям цепи заземления судят об электрокоррозионной опасности для каждой опоры, имеющей индивидуальное заземление. При групповых заземлениях конструкций ее оценивают с учетом наличия и состояния защитного устройства в цепи заземления. Если групповое заземление не имеет глухой связи с рельсом за счет установки защитных устройств, то основную опасность представляют перетекающие токи. Последние возникают вследствие нахождения опор под разными потенциалами поля блуждающих токов в земле вдоль пути.
При этом считается, что опасность электрокоррозии от подобных токов появляется независимо от длины троса и сопротивлении опор менее 100 Ом. Такие опоры классифицируют как низкоомные. Они характеризуются наличием металлического контакта между деталями крепления контактной сети и арматурой опор. Для начала электрокоррозии в них достаточно появления в цепи заземления разности потенциалов, превышающей 4 В. Если сопротивление опоры более 100 Ом, принято считать, что опасность электрокоррозии арматуры в ней от перетекающих токов отсутствует, нет потенциалов, способных вызвать электрокоррозию опор с большим сопротивлением. мл а основании изложенного установлен единый критерий оценки опасности электрокоррозии в групповых заземлениях, не имеющих глухой связи с рельсом, от перетекающих токов. В его качестве выбрано входное сопротивление, измеряемое в месте установки защитных устройств. Принято считать, что опасность от перетекающих токов отсутствует, если входное сопротивление заземления более 100 Ом. И, наоборот, если оно меньше 100 Ом, то возможно электрокоррозионное разрушение опор.
Следует уточнить, что для появления перетекающих токов и начала разрушения конструкций необходимо иметь в группе, как сказано в указаниях № К-146—2002, по крайней мере, не менее двух низкоомных опор: на одну опору ток должен натекать, а с другой — стекать. При небольших входных сопротивлениях (несколько ом или десяток ом), это условие легко выполняется, так как в диапазоне от нескольких ом до 100 Ом может находиться сопротивление нескольких опор.
Однако при сопротивлениях, близких к 100 Ом, его может создать, в принципе, одна опора. Но и тогда нет противоречий! При значительной разности потенциалов вдоль пути ток может натекать на опору с сопротивлением больше 100 Ом и стекать с опоры с сопротивлением 100 Ом и ее разрушать.
При измерении входного сопротивления группового заземления менее 100 Ом заранее не известно, какие опоры формируют низкое сопротивление группы. Поэтому надо обязательно определить в группе все опоры, сопротивление которых менее 100 Ом, вывести их из группового заземления и заземлить индивидуально. Входное сопротивление группы можно установить по той же методике, что применяется при измерении сопротивления индивидуально заземленных конструкций. Предварительно обязательно проверяют исправность всех установленных в групповом заземлении защитных устройств (диодных заземлителей, искровых промежутков).
Измерения в групповых заземлениях должны проводиться во всех потенциальных зонах, независимо от их знаков (анодных, катодных и знакопеременных).
Для определения входного сопротивления групповых заземлений можно использовать прибор ПК-2 или в случае установки опор в групповых заземлениях с высокой изоляцией, где переходные сопротивления несоизмеримо малы по сравнению с сопротивлением изоляции, — приборы ПК-1м и ИСО.
Низкоомные конструкции в группах целесообразно искать методом градиента потенциала в соответствии с указаниями № К-146—2002, применяя генератор «Поиск» и вольтметр приборов ПК-2 (ПК-1м). Разрешается отыскивать низкоомные опоры и с помощью прибора ИСО. Во всех подозрительных конструкциях следует диагностировать подземные части с откопкой и защитить их от электрокоррозии, заземлив опоры индивидуальным заземлением с установкой искрового промежутка.
Оценивая электрокоррозионную опасность опор в группах, необходимо иметь в виду, что, обнаружив отказавшее защитное устройство, особенно в случаях, когда в его качестве использовали диодный заземлитель без искровых промежутков, групповое заземление необходимо рассматривать в дальнейшем как имеющее глухую связь с рельсом. В этом случае надо оценить электрокоррозионную опасность по току утечки и потенциалу «трос—земля» каждой опоры, находящейся в группе.
Все опасные конструкции должны быть откопаны, проведена диагностика их подземных частей. Опоры, имеющие сопротивление меньше 100 Ом, следует вывести из группы и заземлить индивидуально. При положительных результатах диагностики подземных частей оставшихся конструкций их включают в групповое заземление, а защитное устройство заменяют. Затем повторно измеряют входное сопротивление группы. После вывода из группового заземления низкоомных конструкций сопротивление группы должно быть более 100 Ом.
При оценке электрокоррозионной опасности опор необходимо записывать результаты измерений в журнал. В обязательном порядке они должны быть продублированы в книге опор района контактной сети. При этом следует зафиксировать данные о потенциалах, сопротивлениях опор, групп, а также об отказах искровых промежутков, диодных заземлителей и времени их замены. Такие сведения помогут анализировать динамику изменения сопротивлений опор и групп, частоту отказов защитных устройств и усилить защиту опор от электрокоррозии.
Д-р техн. наук В.И. ПОДОЛЬСКИЙ, вниижт
2. Достоверность контроля опор повышена
В «Указаниях по обслуживанию и ремонту опор контактной В сети № К-146—2002» содержится требование периодически измерять сопротивление опор для предотвращения электрокоррозии арматуры. Однако наличие контактов с непостоянным и нелинейным сопротивлениями (ржавые зазоры между арматурой и закладными деталями, окисленные болтовые соединения) не позволяло своевременно выявлять низкоомные опоры. Имевшиеся в распоряжении электромехаников по коррозии приборы, такие как МС-08, М-416, ИСО-1, ПК-1м и другие, при обследовании опор с подобными дефектами в цепи заземления выдавали различные (как от прибора к прибору, так и от года к году) значения сопротивления. Их диапазон составлял от сотен до тысяч ом.
Однако в определенных условиях (например, при уменьшении сопротивления из-за вибрации контактов, в сырую погоду) или до возникновения повреждения в контакте опора могла длительное время находиться под влиянием блуждающих токов опасной величины. Процесс электрокоррозии арматуры необратим, поэтому опора к тому времени уже могла быть повреждена до опасных пределов. Формально она не относилась к категории электрокоррозионноопасных, следовательно, ее подземную часть не откапывали и не диагностировали.
В ходе опытной эксплуатации прибора ПК-2 на Томской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской дороги выявилось его основное достоинство — способность восстанавливать непостоянные электрические контакты в цепях заземления опор. Данное преимущество основано на новом принципе измерения сопротивлений опор при помощи высоковольтного (600 В) импульса со значительным током, прожигающим все поврежденные контакты. Сопротивление опоры, измеренное прибором ПК-2 с указанным дефектом, составляло от 20 до 100 Ом. Таким образом, она сразу попадала в разряд низкоомных. Поэтому ее подземную часть немедленно обследовали, а в дальнейшем — более тщательно контролировали состояние защитных устройств.
Анализ результатов измерений прибором ПК-2 около 500 сопротивлений индивидуально заземленных конструкций (в основном опор типа СК со сроком эксплуатации 35 лет) показал, что низкоомные опоры составляют около 40 % от общего количества (до этого считалось, что порядка 10 %). Та-
ким образом, их число на участке значительно увеличилось. Это произошло не вследствие ошибки измерений прибора, а в результате выявления прибором низкоомных опор, которые до этого никакими другими приборами не выявлялись.
Сказанное подтверждается и тем фактом, что из 63 нововыявленных низкоомных опор, подвергнутых диагностике с откопкой, обнаружили семь с опасными коррозионными повреждениями в подземной части. Установлено, что ранее сопротивление этих остродефектных конструкций периодически контролировали различными приборами. Средний расчетный ток утечки не превышал опасных пределов.
Так, сопротивление одной из опор, измеренное в 1996 г. прибором МС-08, составило 1000 Ом, в 2001 и 2004 гг. приборами ПК-1м и ИСО-1 И — 6000 и 2500 Ом соответственно. При контроле параметра прибором ПК-2 в 2005 г. ее сопротивление составило 32 Ом. После откопки выяснили, что у опоры повреждены пять пучков арматуры с разрушением прилегающего к ним бетона. Очевидно, что подобные дефекты развивались годами, а не в течение года после предыдущих измерений. Аналогичная ситуация сложилась и с остальными обследованными конструкциями. Таким образом, прибор ПК-2 позволяет выявлять и опоры с опасными повреждениями, которые не вызывали ранее особых подозрений (на Томской дистанции их проверяли приборами не менее 10 разновидностей).
Из дополнительных особенностей ПК-2 следует отметить эффект «озвучивания» разрядным щелчком мест дефектов в цепи заземлений, а также полное устранение влияния на результаты измерений помех, как связанных с наличием блуждающих токов, так и с наличием защитных устройств. Кроме того, применение прибора при измерении входного сопротивления опор с групповым заземлением повышает достоверность выявления низкоомных конструкций в данных группах (особенно при использовании прибора совместно с прибором «Поиск»).
Д.В. САННИКОВ, начальник ремонтно-ревизионного участка Томской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской дороги
