Совершенствование методики оценки электрокоррозионной опасности

Электрокоррозионная опасность для арматуры и анкерных болтов фундаментных частей опор контактной сети наблюдается, как уже от­мечалось, на участках постоянного тока и обусловлена влиянием токов утечки с тягового рельса. Условия отекания этих токов с рельсов, основ­ные закономерности, механизм попадания их на опоры рассмотрены в работах [35].

Оценка опасности электрокоррозии, которой могут быть подверже­ны арматура железобетонных опор и анкерные болты железобетонных фундаментов, является одним из важнейших и ответственных этапов в техническом обслуживании опор, предотвращении их случайного раз­рушения и средством сокращения трудозатрат на диагностику.

Основным показателем опасности электрокоррозии опор от дей­ствия токов утечки с рельсов является значение плотности анод­ного тока, стекающего с поверхности арматуры в подземной части конструкций. В соответствии с современными нормативными до­кументами по защите строительных конструкций от электрокорро­зии предельное значение опасной плотности тока установлено рав­ным           0,6 мА/дм². Однако прямое измерение плотности тока не пред­ставляется возможным, поэтому в эксплуатационной практике для оценки электрокоррозионной опасности используются косвенные показатели. В качестве таких показателей для железобетонных опор

 

108

 

Глава 4. Диагностика подземной части железобетонных опор

и фундаментов контактной сети принимаются суммарный ток утеч­ки с опор (или фундаментов) или же сопротивление цепи заземления опор, приходящееся на каждый вольт среднего положительного по­тенциала рельс — земля. По этим показателям опора считается электрокоррозионно опасной, если с нее стекает ток более 40 мА или ее сопротивление менее 25 Ом на каждый вольт среднего положитель­ного потенциала рельс — земля.

Оценка электрокоррозионной опасности опор по току утечки и по­тенциалу рельс - земля проводится для всех опор, имеющих сопротив­ление цепи заземления менее 10 кОм и находящихся в анодных и зна­копеременных зонах (рис. 4.1). Для опор, имеющих сопротивление це­пи заземления более 10 кОм, оценка электрокоррозионной опасности может производиться только путем периодического измерения сопро­тивления цепи заземления. При этом необходимо иметь в виду, что если по каким-либо причинам сопротивление цепи заземления снижалось до уровня ниже 10 кОм, то оценка электрокоррозионной опасности в этом случае должна производиться, как отмечалось выше, по току утечки и потенциалу рельс - земля.

Таким образом, для оценки электрокоррозионной опасности опор по отмеченным косвенным показателям требуется в общем случае зна­чение двух величин: среднего положительного потенциала рельс - зем­ля в месте установки опор и сопротивления цепи их заземления. По этим двум величинам путем деления среднего положительного потен­циала рельс—земля на сопротивление цепи заземления опор определя­ется ток утечки для каждой опоры, или путем деления сопротивления цепи заземления каждой опоры на значение среднего положительно­го потенциала рельс - земля находится сопротивление цепи зазем­ления опоры на каждый вольт среднего положительного потенциала рельс - земля.

 

 

109

 

 

Глава 4. Диагностика подземной части железобетонных опор

Нахождение требуемого для оценки электрокоррозионной опасно­сти опор среднего положительного потенциала рельс - земля длитель­ное время осуществлялось путем измерения вольтметром М231 в те­чение 30 мин с интервалом в 10 с значений потенциалов при проходе поезда и нахождения на основании этих измерений среднего положи­тельного потенциала в анодной зоне, средних положительного и отри­цательного потенциалов в знакопеременных зонах и среднего отрица­тельного потенциала в катодной зоне. На основании этих измерений строились потенциальные диаграммы. Данная работа оказалась чрезвы­чайно трудоемкой и требовала длительного времени на ее выполнение. И это явилось одной из причин появления ошибок в оценке электро­коррозионной опасности опор и отказа в ряде случаев от снятия потен­циальных диаграмм.

В настоящее время с участием ВНИИЖТа разработана группа спе­циализированных приборов, позволяющих в автоматическом режиме измерять при проходе поезда потенциалы рельс - земля, определять по этим измерениям средние положительные, средние отрицательные по­тенциалы в данной точке, а также фиксировать там же максимальные положительные и отрицательные потенциалы.

Использование названных приборов позволило резко упростить и ускорить процедуру измерения потенциалов рельс—земля и построения потенциальных диаграмм. При этом появилась возможность без особого увеличения трудоемкости сократить сроки корректировки потенциаль­ных диаграмм, получать более точную информацию по потенциальным условиям на электрифицированных участках.

Более сложным моментом является измерение сопротивления цепи заземления опор. До последнего времени для этих целей использовались различные приборы общеэлектротехнического назначения. Среди этих приборов следует отметить прежде всего магнитоэлектрический прибор МС-08 (07), основанный на известном методе амперметра-вольтметра и встроенном логометре. После снятия с производства этих приборов непродолжительное время использовался измеритель сопротивления М-146. Однако из-за значительной чувствительности к помехам в цепях заземления и больших погрешностей при измерениях от этого прибора пришлось также отказаться.

В этих условиях единственным способом, позволявшим изме­рять сопротивление заземления и рекомендованным действующи­ми «Указаниями по техническому обслуживанию и ремонту опор­ных конструкций» (К-146), был способ амперметра-вольтметра. Для его реализации применялся амперметр-вольтметр типа М4231. Но для измерения сопротивления цепи заземления опор этим способом и прибором требовалось наличие в рельсе значительного потенциала, что делало процесс измерения сопротивлений зависимым от поезд-

 

 

110

 

Глава 4. Диагностика подземной части железобетонных опор

ной обстановки, чрезвычайно медленным, трудоемким и недоста­точно точным.

Для устранения этих недостатков в последующие годы были раз­работаны и рекомендованы к применению уже упоминавшиеся спе­циализированные приборы для измерения сопротивления цепей за­земления опор типа ПК-1 (ПК-1м), ИСО. Отметим, что все прибо­ры разрабатывались в соответствии с требованиями, установленными для электротехнических приборов подобного типа. Как правило, они предназначались для измерения токов от 2,5 до 10 мА и напряжений от 60 до 250 В. Последующие испытания и применение отмеченных приборов показали большую зависимость результатов измерений от типа прибора, его диапазона измеряемых токов и состояния цепей за­земления. Для выяснения причин такого положения были проведены комплексные испытания основных применявшихся и применяющихся измерителей сопротивления цепей заземления опор. Для испытаний были взяты приборы: ПК-1м, ИСО-1м, МС-08, мегомметр М1101, им­пульсный прибор ПК.-2. Испытания были проведены на двух группах опор: одна группа состояла из опор со сроком службы свыше 30 лет, другая - не более 10 лет.

Проведенные испытания со всей очевидностью показали, что все приборы дают идентичные результаты (с учетом измерительных харак­теристик) и могут одинаково применяться только при отсутствии пере­ходных сопротивлений в цепях заземления опор или при небольших их значениях. Об этом свидетельствуют измерения на второй группе опор, где под закладные детали на бетон уложены изолирующие про­кладки и переходные сопротивления имеют чрезвычайно малую ве­личину по сравнению с сопротивлением изоляции. С другой стороны, все перечисленные приборы с типовыми характеристиками измери­тельного тока совершенно непригодны для измерения сопротивле­ния цепей заземления опор, в которых имеются значительные пере­ходные сопротивления, сопоставимые с сопротивлением материала конструкций. Эти сопротивления формируются по мере эксплуата­ции опор на контакте между заземляемыми деталями крепления кон­тактной подвески и бетоном конструкций. При таких переходных со­противлениях использование для измерения приборов с небольшими измерительными токами приводит к искусственному завышению со­противления опор и ошибочному исключению (в ряде случаев) опор из числа электрокоррозионно-опасных. Причем это завышение тем больше, чем на меньший измерительный ток рассчитан прибор. Об этом говорят результаты измерений, выполненных на первой группе опор и представленных в табл. 4.1.

В таблице приведены значения сопротивлений, полученные разны­ми приборами в порядке их применения. Первым применяется прибор

 

 

111

 

Глава 4. Диагностика подземной части железобетонных опор

ПК-1м и последним — импульс­ный прибор ПК-2 с большим из­мерительным то-ком. Как следует из таблицы, значения сопротив­лений, полу-ченных разными при­борами, значительно отличаются между собой и несопоставимы со значением сопротивления, полу­ченным прибором ПК-2.

В табл. 4.2 приведены резу-льта­ты измерения сопротивле-ний, по­лученные на той же опоре при по­вторном измерении после приме­нения прибора ПК-2.

Таким образом, на опорах с по­явившимся переходным сопро­тивлением отчетливо наблюдает­ся зависимость показаний прибо­ров от их токовых характеристик. После применения импульсно­го прибора и частичного пробоя переходных сопротивлений показа­ния приборов сближаются. При этом следует отметить незначитель­ное влияние на полученные результаты состояния клеммных соеди­нений самого заземляющего спуска. Об этом свидетельствует тот факт, что перед повторными измерениями сопротивления цепи заземления опор была проведена ревизия спуска с заменой всех клемм. Однако это не привело к существенному изменению величин сопротивления, т. е. основное влияние на значение сопротивления цепи заземления опор оказывают переходные сопротивления в зоне крепления контактной подвески к опорам.

Переходные сопротивления, повышающие общее сопротивление це­пи заземления опор при небольших измерительных токах и небольших токах утечки, тем не менее могут легко пробиваться при повышении то­ков в цепи заземления при коротких замыканиях на подвижном составе или при пробое искровых промежутков. При этом сопротивление цепи заземления опор резко снижается, и начинаются процессы электрокор­розии арматуры. Отсюда следует вывод, что переходные сопротивления в цепях заземления опор не могут рассматриваться как положительное явление с точки зрения защиты опор от электрокоррозии и их включе­ние (при обследовании) в общее сопротивление цепи заземления опор может привести к отрицательным последствиям. Подтверждением этому могут служить многочисленные случаи повреждения опор от электро­коррозии арматуры.

 

 

112

 

 

Глава 4. Диагностика подземной части железобетонных опор

Для исключения влияния пе­реходных сопротивлений при оценке электрокоррозионной опасности должны применяя-ться способы и приборы измерения, способные проби-вать переход­ные сопротивле-ния и исключать их из измеренного сопротивления цепи заземления опор. Как пока­зывает опыт [36], для таких целей наиболее приемлемым является импульсный метод, реализующий значительные измерительные то­ки. Этот метод в настоящее время использован для измерения сопро­тивления цепи заземления опор и реализуется с помощью упомянуто­го прибора ПК-2. В этом приборе для измерения сопротивления цепи заземления опор встроено звено разряда калиброванной емкости на измеряемую цепь. При этом измерительное напряжение составляет около 600 В, а измерительный ток в зависимости от сопротивления цепи заземления может колебаться в пределах от десятых долей до десятков ампер. Этих характеристик измерительного тока достаточно для преодоления любого переходного сопротивления, возникающего в цепи заземления опор. На рис. 4.2 показаны сравнительные харак­теристики выходного напряжения приборов ПК-2 и МС-08. Как сле­дует из рисунка, прибор ПК-2 имеет постоянное значение выходного напряжения практически во всем диапазоне измеряемых сопротив­лений. В то же время прибор МС-08 при небольших сопротивлениях имеет переменную характеристику выходного напряжения, что мо­жет привести к значительным ошибкам при измерении таких сопро­тивлений. Это подтверждает и практика измерений сопротивления групповых заземлений, где ошибка измерений в ряде случаев дости­гала 30%. Опытное применение прибора ПК-2 показало его высокую эффективность и вместе с тем позволило выявить значительное ко­личество электрокоррозионно-опасных опор, ранее определявших­ся как неопасные. И это объяснимо, так как выпускавшиеся опоры не имели надежной изоляции крепежных деталей от бетона. В то же время опоры, в которых установлена полиэтиленовая изоляция, не­зависимо от срока службы стабильно показывают высокое сопротив­ление цепи заземления при измерении как импульсным, так и други­ми приборами.

Итак, из-за установленного влияния переходных сопротивлений це­лесообразно при оценке электрокоррозионной опасности арматуры во избежание ошибок пользоваться импульсным измерителем сопротив­ления ПК-2 или другими подобными приборами.

 

113

 

Глава 4. Диагностика подземной части железобетонных опор