Защита кабелей связи и СЦБ от влияния обратного тягового тока
ШУРЫГИН Сергей Анатольевич, ОАО «РЖД», Центральная станция связи, Иркутская дирекция связи, главный инженер, г. Иркутск, Россия
КОЗИЕНКО Леонид Владимирович, Иркутский государственный университет путей сообщения, кафедра «Автоматика, телемеханика и связь», доцент, канд. техн, наук, г. Иркутск, Россия
ВОРОБЬЁВ Юрий Николаевич, ОАО «РЖД», Центральная станция связи, Иркутская дирекция связи, Иркутский региональный центр связи, начальник участка производства, г. Иркутск, Россия
ВЛАСОВ Матвей Алексеевич, Иркутский государственный университет путей сообщения, факультет «Системы обеспечения транспорта», выпускник, г. Иркутск, Россия
Ключевые слова: кабельная линия, медножильный кабель, обратный тяговый ток, удельное сопротивление грунта, наведенное напряжение, заземление
Аннотация. Кабели с металлическими жилами по-прежнему используются в хозяйстве связи и СЦБ, несмотря на фактическое исчерпание своего эксплуатационного ресурса. Одной из проблем при обеспечении бесперебойной работы магистральных кабельных линий является их защита от влияния обратного тягового тока, особенно в условиях повышенного удельного сопротивления грунта.
Несмотря на повсеместное внедрение волоконно-оптических линий связи, кабели с металлическими жилами по-прежнему остаются в эксплуатации в хозяйстве и связи, и СЦБ. Проложенные на перегонах магистральные кабели используются в системах железнодорожной автоматики и телемеханики, с их помощью организуется перегонная связь ПГС и связь с местом аварийно-восстановительных работ МАВР.
Для контроля параметров кабельных линий применяются модульные диагностические комплексы МДК-М1 производства «Пульсар-Телеком», подключенные к единой системе мониторинга и администрирования ЕСМА. Они проверяют активное
сопротивление кабеля в нескольких режимах, включая омическое сопротивление изоляции жил и наведенное напряжение. По данным Центральной станции связи ОАО «РЖД» в настоящее время на сети эксплуатируется около 4,8 тыс. подобных устройств, которые контролируют 130 тыс. км магистральных кабельных линий (80 % общей протяженности линий связи).
Одной из проблем при эксплуатации кабельных линий на электрифицированных участках является возникновение наведенного напряжения в жилах кабеля из-за влияния обратного тягового тока. Особенно актуальна эта проблема на участках с повышенным сопротивлением
грунта, где проходят тяжеловесные поезда. К примеру, на участке Андриановская - Ангасолка Восточно-Сибирской дороги датчики МДК-М1 фиксировали факт повышения напряжения на кабеле автоблокировки при прохождении тяжеловесных составов.
Данный участок представляет собой часть Восточного полигона и расположен в горно-перевальной местности. Наряду с высокой сейсмической активностью, он характеризуется дисперсными и скальными грунтами с высоким удельным сопротивлением. На этом перегоне длиной 12,3 км оборудованы устройства автоблокировки с использованием медножильного кабеля марки ТЗПАБШп 7x4x0,9, проложенного в 1986 г. На территории станций Андриановская и Ангасолка расположены тяговые подстанции, обеспечивающие электроснабжение контактной сети на этих станциях и смежных перегонах.
Согласно целевым показателям комплексного проекта развития Восточного полигона предусматривается увеличение пропускной способности этого участка в 2023 г. до 137 пар поездов в сутки, в том числе 107 пар грузовых, а провозной способности - до 116,7 млн т в год. При этом повышение провозной способности происходит в том числе и за счет увеличения массы составов.
Всего на участке Андриановская - Ангасолка за последние три года было зарегистрировано восемь случаев повышения наведенного напряжения в жилах магистрального кабеля ТЗПАБШп 7x4x0,9, связанных с прохождением тяжеловесных составов: пять в 2020 г., один и два случая - в последующие годы соответственно. Уменьшение количества отказов прежде всего связано с изменением подхода к обслуживанию магистральных кабельных линий.
Практика показывает, что одна из причин увеличения наведенного напряжения заключается в повреждении металлических оболочек или брони кабеля. Так, при проведении восстановительных работ на перегоне были обнаружены характерные деформации (рис. 1), в результате которых кабель подвергался изгибу выше допустимого радиуса и сдавливанию. Это способствовало разрушению оболочки и повреждению брони кабеля (рис. 2).
Основными причинами возникновения деформаций можно считать движение грунта (сезонные подвижки, осадка земляного полотна, землетрясения), приводящее к повышенным разрушающим нагрузкам, и механическое воздействие тяжелой техники, проходящей над трассой кабеля при проведении капитального ремонта путей. Причем прохождение тяжеловесных составов в местах повреждения оболочек и брони кабелей создает резкое увеличение наведенного напряжения, вызывающее в ряде случаев оплавление изоляции жил кабеля (рис. 3).
При замене кабеля на поврежденных участках линии следует уделять особое внимание соблюдению технологии ремонта магистральных кабелей. При монтаже муфт необходимо следить за качеством пайки брони и оболочки с выкладкой запасов кабеля на дне котлованов, предотвращающих воздействие натяжения кабеля при подвижке грунта в процессе дальнейшей эксплуатации.
Другим немаловажным моментом является правильная организация защиты кабельной линии от влияния различных видов тяги. Основным документом, регламентирующим этот процесс, служат Правила защиты [1,2]. При этом к мерам защиты относятся: прокладка экранирующих, хорошо проводящих заземленных тросов, устройство заземлителей метал-лопокровов, использование бронированных кабелей в алюминиевой оболочке с высоким коэффициентом защитного действия и др. Наиболее эффективный способ защиты заключается в прокладке дополнительных металлических тросов параллельно с кабельной линией на глубине 0,4 м. Однако данный метод довольно дорогостоящий. При реконструкции или строительстве новых участков целесообразно использовать кабели марок СБВББЭауПсБбШп и СБВБЭмуПсБбШп, имеющих повышенную защищенность от внешних электромагнитных влияний с КЗД близким к 0,1 [3].
Как уже было отмечено, горно-перевальные участки в основном содержат скальные и дисперсные грунты с высоким удельным сопротивлением, варьирующимся в диапазоне от 400 до 800 Ом м [4]. Такие данные были получены в процессе инженерно-геологических изысканий в районе станции Андриановская по заказу Восточно-Сибирской дирекции инфраструктуры при подготовке проекта реконструкции станционной инфраструктуры. Выполненные в соответствии с методикой [5, 6] расчеты показали, что при высоких удельных сопротивлениях грунта величина наведенных на кабеле напряжений может превышать допустимые значения в 1,5-2 раза даже при использовании кабелей с наименьшим КЗД, равным 0,1. Высокое удельное сопротивление грунта ограничивает использование магниевых протяженных протекторов, применяемых для защиты от коррозии. Их установка возможна в грунтах с удельным сопротивлением не выше 500 Ом-м [7].
Таким образом, на существующих магистральных кабельных линиях оптимальным способом защиты по-прежнему остается организация заземления оболочек кабеля при его вводе на оконечных пунктах (постах ЭЦ) и контроль целостности защитных покровов в процессе эксплуатации [8].
Согласно правилам [9], сопротивление заземляющего устройства по концам кабельной линии должно составлять не более 4 Ом, в середине перегона - 5 Ом при удельном сопротивлении грунтов до 100 Ом м. Для заземления аппаратуры и всех приборов, устанавливаемых в шкафах, следует предусматривать вынос индивидуальных заземляющих устройств сопротивлением не более 5 Ом при удельном сопротивлении земли до 100 Ом м в сторону поля от тяговых рельсов на расстояние 10-15 м.
При повышенных удельных сопротивлениях грунта необходимо дополнительно производить расчет параметров и количества заземлителей для оконечных пунктов (постов ЭЦ) кабельной магистрали. Расчеты следует выполнять по методике [10]. При этом возможно использование специализированного программного обеспечения, например, ElectriCS Storm от российского разработчика АО «СиСофт». Для автоматизации расчетов можно также применять свободно распространяемый программный комплекс GNU Octave взамен ушедшего с российского рынка MATLAB.
Таким образом, строгое соблюдение регламента технического обслуживания при ремонте и эксплуатации магистральных кабельных линий позволяет существенно уменьшить число случаев возникновения повышенного напряжения на кабелях связи и СЦБ, вызванных воздействием обратного тягового тока. При ремонтных и профилактических работах нужно тщательно проверять качество пайки брони и оболочки кабеля, а также контролировать целостность заземляющих устройств на объектах кабельной магистрали. В таком случае существующая система заземления сможет обеспечить защиту от электромагнитных влияний даже в условиях повышенного удельного сопротивления грунта.
СПИСОК источников
1. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока. М.: Транспорт, 1989. 134 с.
2. ГОСТ 33398-2015. Железнодорожная электросвязь. Правила защиты проводной связи от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог постоянного и переменного тока. Введ. 01.06.2016. М.: Стандартинформ, 2019.
3. Попов Д.А. Проблема защиты медножильных кабельных линий И Автоматика, связь, информатика. 2022. № 6. С. 38-41.
4. Макулов В.Б. Вертикальное электрическое зондирование при решении геологических задач // Символ науки : международный научный журнал. 2016. № 8-1 (20). С. 20-22.
5. Козлов Л.Н., Кузьмин В.И. Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1981.232 с.
6. Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной связи и радиотрансляционных узлов. М.: Связь, 1971.88 с.
7. РД 153-39.4-039-99. Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок МН. Введ. 01.09.1999. М., 1999. 82 с.
8. Инструкция по заземлению устройств энергоснабжения на электрифицированных железных дорогах: ЦЭ-191. М„ 1993.
9. Попов Д.А. Проектирование кабельных линий в зоне влияния тяговой сети//Автоматика, связь, информатика. 2013. № 2. С. 10-13.
10. Заземляющие устройства для линейных и станционных сооружений связи: 410812-ТМП / Гипротранссигналсвязь. СПб., 2008 г. 102 с. (Типовые материалы для проектирования).
