Tại sao hành lang điện khí hóa lại cần bảo vệ đường sắt chuyên dụng
Trên đường sắt điện khí hóa, đường ray chạy tàu đóng vai trò là dây dẫn hồi lưu cho dòng điện kéo. Trên hệ thống DC, dòng điện hồi lưu sẽ theo bất kỳ đường dẫn có điện trở thấp- nào quay trở lại trạm biến áp và ở nơi cách điện đường ray yếu, một phần dòng điện sẽ rời khỏi đường ray và đi qua chấn lưu, tà vẹt bê tông và kết cấu thép bị chôn vùi. Sự rò rỉ này được gọi là dòng điện rò rỉ và khi nó chảy từ kết cấu thép bị chôn vùi trở lại đường ray, nó sẽ loại bỏ kim loại bằng cách điện phân - làm rỗ mạng lưới đường ray, ăn mòn các vật đúc dây buộc và làm hỏng cốt thép bên trong tà vẹt bê tông trong một vài mùa hoạt động. Do đó, bảo vệ đường ray trong hành lang điện khí hóa có nghĩa là kiểm soát cả đường dẫn điện và môi trường ẩm ướt: giữ dòng điện hồi lưu trên đường ray, đồng thời giữ nước và muối tránh xa thép.
Phương pháp thiết kế dành cho hệ thống đường dây chính và tàu điện ngầm DC giúp duy trì mức rò rỉ dòng điện rò dưới khoảng 5% dòng hồi lưu do lực kéo, tuân theo các nguyên tắc của EN 50122-2 và IEC 62128-2 về bảo vệ dòng điện rò. Đường dây AC có mức rủi ro khác - điện áp cảm ứng và phóng điện thay vì điện phân - nhưng các biện pháp cách nhiệt và thoát nước tương tự vẫn được áp dụng vì các mạch đường tín hiệu phụ thuộc vào lớp cách nhiệt đường ray sạch.
Các mối đe dọa chính đối với đường ray ở hành lang điện khí hóa
Ăn mòn dòng điện rò:Rò rỉ DC ở bề mặt đường ray-với-mặt đất tập trung tại các mối nối đường ray, vị trí dây buộc và vùng thoát nước kém, nơi chân đường ray và lưới bị mất kim loại do điện phân.
Sự cố cách điện:Tấm lót đường ray, khối đo và trụ cuối đường ray bị ướt hoặc bị ô nhiễm sẽ mất điện trở, khiến dòng điện rò rỉ tăng mạnh sau khi mưa hoặc rửa đường hầm.
Ăn mòn khí quyển:đường hầm, đường ven biển và hành lang công nghiệp kết hợp với độ ẩm, clorua và bụi mài mòn, làm tăng tốc độ rỉ sét của chân ray, kẹp và bu lông.
Suy thoái liên hệ:sản phẩm ăn mòn giữa chân ray và tấm đệm làm tăng điện trở tiếp xúc, tạo ra các điểm nóng và giảm lực kẹp hiệu quả của hệ thống buộc chặt.
Các biện pháp và thông số bảo vệ cốt lõi
Gói bảo vệ hành lang điện khí hóa kết hợp cách nhiệt, sơn phủ, thoát nước và giám sát:
| Đo lường | Đặc điểm kỹ thuật điển hình |
|---|---|
| Tấm cách nhiệt composite dưới chân ray | Dựa trên EPDM hoặc PA6, điện trở Lớn hơn hoặc bằng 10^6 Ω khi khô, độ dày phù hợp với đường ray |
| Khối đo cách điện | Sợi thủy tinh-nylon được gia cố bằng sợi PA66, khối kiểu 9#/11# để điều chỉnh máy đo và cách điện |
| Mỡ điện môi trên ốc vít | Đế silicon hoặc lithium không dẫn điện, phạm vi bảo trì khoảng -40 độ đến +120 độ, được áp dụng lại sau các khoảng thời gian kiểm tra |
| Lớp phủ chống ăn mòn- | Kẹp và bu lông mạ kẽm nhúng nóng-hoặc sơn giàu kẽm-cho bu lông, theo tiêu chuẩn ISO 1461 nếu được chỉ định |
| Thiết kế thoát nước | Độ dốc vai dằn, lỗ thoát nước trên đường bản và bịt kín máng cáp để giữ cho đường ray-đến-đất khô ráo |
| Mối nối đường ray cách nhiệt | Điện trở từ 10^8 Ω trở lên ở 500 V DC để phân tách mạch đường ray, được xác minh khi giao hàng |
Giá trị điện trở cách điện được xác minh tại nhà máy và sau khi lắp đặt; cụm dây buộc có miếng đệm sạch, khô và khối đo thường đo trong phạm vi 10^6 Ω, trong khi cụm tương tự có miếng đệm ướt,{2}}bị nhiễm bùn có thể giảm xuống dưới 10^3 Ω.
Kịch bản ứng dụng
Tàu điện ngầm DC và đường sắt nhẹ:môi trường dòng rò khắc nghiệt nhất; mọi vị trí dây buộc đều là một điểm cách nhiệt và hệ thống thoát nước được thiết kế có chủ ý.
Đường dây điện xoay chiều chính ở 25 kV:lớp cách nhiệt bảo vệ các mạch đường truyền tín hiệu và hạn chế sự ăn mòn gây ra; vấn đề thoát nước từ đường sắt-đến{1}}trái đất trong đường hầm.
Đường hầm và hành lang ven biển:độ ẩm và clorua chiếm ưu thế; ốc vít được phủ sơn và bôi trơn lại-định kỳ mang lại tuổi thọ cho dây buộc lâu nhất.
Hành lang-giao thông và vận chuyển hàng hóa hỗn hợp:tải trọng trục nặng làm căng lớp cách nhiệt, do đó,-các miếng đệm chống mài mòn có độ cứng ổn định được ưu tiên sử dụng.
Điểm lựa chọn và hoạt động
Nêu rõ các giá trị kiểm tra điện trở cách điện và phương pháp kiểm tra trong thông số kỹ thuật mua sắm để nhà cung cấp chứng nhận thông số tương tự mà bạn xác minh tại chỗ.
Đo điện thế đường ray-với-đất và dòng điện rò rỉ trong quá trình vận hành thử và lặp lại phép đo hàng năm trên đường dây DC.
Kiểm tra các miếng đệm, khối đo và tình trạng dầu mỡ bên trong đường hầm mỗi chu kỳ bảo trì; -bôi lại mỡ điện môi thay vì thay thế các bộ phận có miếng đệm còn nguyên vẹn.
Lưu giữ hồ sơ về các phép đo cách điện trên mỗi đoạn đường ray để có thể nhận thấy sự suy giảm dần dần trước khi nó trở thành vấn đề ăn mòn.
Những quan niệm sai lầm phổ biến
"Chỉ riêng ốc vít mạ kẽm đã ngăn chặn được sự ăn mòn của dòng điện đi lạc."Lớp phủ kẽm bảo vệ chống rỉ sét nhưng không ngăn được quá trình điện phân - mà chỉ ngăn chặn dòng điện rò rỉ cách điện và thoát nước.
"Đường dây AC không cần cách nhiệt đường ray."Đường dây AC vẫn mang dòng điện tín hiệu và bị ăn mòn; gói cách nhiệt và thoát nước là cần thiết cho cả hai.
"Dòng điện lạc chỉ là vấn đề-trong đường hầm ướt."Đá dằn khô có điện trở suất cao hơn, nhưng tà vẹt bê tông và đường ray có thể bị rò rỉ trên bất kỳ đường dây nào; rủi ro phụ thuộc vào chất lượng cách nhiệt chứ không chỉ khí hậu.
Câu hỏi thường gặp
Sự ăn mòn của dòng điện rò thực sự làm hỏng đường ray như thế nào?
Khi dòng điện kéo rò rỉ từ đường ray vào đất và sau đó chảy ra khỏi kết cấu thép bị chôn vùi, kim loại sẽ bị hòa tan ở điểm thoát anốt. Về phía đường ray, vết này xuất hiện dưới dạng vết rỗ trên mặt và chân, trong khi các công trình bị chôn vùi sẽ mất khối lượng tại các điểm tập trung; cả hai hiệu ứng đều tỷ lệ thuận với lượng điện tích bị rò rỉ theo thời gian.
Các ốc vít đường ray nên cung cấp điện trở cách nhiệt như thế nào trong hành lang được điện khí hóa?
Bộ phận buộc chặt sạch sẽ, khô ráo với một miếng đệm composite và khối đo nylon thường có kích thước 10^6 Ω trở lên. Thông số kỹ thuật mua sắm cho các dự án tàu điện ngầm thường yêu cầu giá trị này hoặc phương pháp thử nghiệm được ghi lại, với việc lắp ráp được thử nghiệm khô và sau khi tiếp xúc với nước xác định.
Tại sao mỡ điện môi được áp dụng cho ốc vít?
Mỡ điện môi bịt kín bề mặt giữa chân ray, kẹp và vai chống lại nước và clorua, đồng thời ngăn chặn sự hình thành các màng ẩm có điện trở suất thấp. Nó cũng giúp việc tháo gỡ dễ dàng hơn trong tương lai vì các sản phẩm ăn mòn không bao giờ có cơ hội hàn các bộ phận lại với nhau.
Liệu-mạ kẽm nhúng nóng có thể bảo vệ đường ray khỏi dòng điện rò không?
Không. Mạ kẽm là một-lớp phủ chống gỉ; nó không liên quan đến tổn thất kim loại điện phân do rò rỉ DC. Bản thân đường ray không được mạ kẽm khi sử dụng - khả năng bảo vệ xuất phát từ việc giữ cho dòng điện trên đường ray và đường ray khô ráo.
Dòng rò được giám sát như thế nào trên đường dây vận hành?
Người vận hành đo điện thế đường ray-với-đất và dòng điện chạy qua dây dẫn liên kết và nối đất, đồng thời họ so sánh các phép đo cách điện trên mỗi đoạn đường ray theo thời gian. Những thay đổi liên tục cho thấy gói cách nhiệt hoặc thoát nước cần được bảo trì trước khi bắt đầu hư hỏng do ăn mòn.