CZ14186U1

CZ14186U1 - Zapojení pro svod bludných proudů z liniového zařízení a zapojení elektrické drenážní ochrany

Info

Publication number: CZ14186U1
Application number: CZ200415061U
Authority: CZ
Inventors: Polákájosefáing@Ácsc
Original assignee: Polákájosefáing@Ácsc
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2004-03-29

Description

Zapojení pro svod bludných proudů z liniového zařízení a zapojení elektrické drenážní ochrany

Oblast techniky

Technické řešení se týká zapojení pro svod bludných proudů z liniového zařízení a zapojení elektrické drenážní ochrany s podstatným omezením koroze liniového zařízení, především ocelových izolovaných potrubí uložených v zemi v souběhu s kolejemi stejnosměrně elektrizované tramvaje. Toto řešení současně omezuje nepříznivý interferenční vliv na úložná zařízení, která nejsou připojena k tomuto systému ochrany, jako jsou litinové vodovody, uzemňovací soustavy a pod.

Dosavadní stav techniky

Pro omezení vlivu bludných proudů ze zdrojů, jako jsou železniční a tramvajové trati a důlní dráhy, se běžně používají tzv. svodové metody, což jsou především elektrické polarizované drenáže (EPD). Základním znakem této ochranné metody je svod bludných proudů z liniového zařízení (potrubí, kabely) z anodické oblasti ke zdroji. Zatímco u železničních tratí ČD jsou anodické oblasti v blízkosti měníren (pokud nejde o přenesenou interferenci), které jsou v průměrné vzdálenosti asi 20 km, u tramvajových tratí jsou korozní poměry u liniových zařízení rozdílné v závislosti na polaritě kolejí a způsobu provedení zpětné trakční cesty. Tato zpětná trakční cesta je obvykle tvořena jízdními kolejnicemi a zpětnými kabelovými vedeními, která jsou ukončena na zpětném rozvaděči měnírny.

Vzdálenost jednotlivých odsávacích bodů na kolejích je obvykle v rozmezí 300 až 600 m, průměrná délka tramvajové tratě připadající na 1 měnírnu činí 3,0 až 4,0 km, průměrný počet odsávacích bodů je 8 na 1 měnírnu. Z této skutečnosti vyplývá, že při mínus polaritě kolejí a při paralelním vedení liniového zařízení s kolejemi tramvaje je anodická oblast u každého odsávacího bodu.

Podle dosavadní praxe jsou EPD zřizovány v blízkosti měníren v místech, která z hlediska chráněného liniového zařízení (především ocelového potrubí plynovodů) nejsou převážně anodická, takže účinnost EPD je relativně nízká. EPD jsou navrhovány jako lokální instalace nebo v rozestupu jednoho a více kilometrů, aniž by byla respektována distribuce zpětného trakčního proudu tekoucího kolejemi, zemí a zpětnými kabely do příslušných měníren s dělícími místy na troleji ve vzdálenosti cca 2 km na obě strany od dané měnírny. Z tohoto důvodu je drenážovaný proud velký (desítky ampér), tudíž i koroze vlivem interference je velká, což se nepříznivě projevuje u úložných zařízení nepřipojených k danému systému, jako jsou vodovody a uzemňovací soustavy.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje zapojení pro svod bludných proudů z liniového zařízení a zapojení elektrické drenážní ochrany, jehož podstata spočívá v tom, že do sérioparalelního obvodu, sestávajícího z galvanické a elektrolytické proudové cesty, je k první sériové kombinaci odporů paralelně připojena třetí sériová kombinace odporů v pořadí liniové zařízení napojovací místo - drenážní kabel - zařízení zajišťující svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji - připojovací svorkovnice zpětných kabelů, která je současně připojena propojovacím vodičem k odsávacímu bodu na koleji, přičemž tato třetí sériová kombinace odporů je uspořádána u všech dostupných odsávacích bodů na koleji, s výhodou připojení přes spojovací skříně, při souběhu liniového zařízení s kolejemi tramvaje.

Zapojení elektrické drenážní ochrany je realizováno tak, že u zařízení zajišťujícím svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji je v sérii zapojen pevný rezistor k omezení proudu, který s výhodou je dimenzován podle hodnoty limitního drenážního proudu a přechodového odporu koleje tramvaje - půdní elektrolyt - liniové zařízení a napětí úložné zařízení - koleje tramvaje, měřeno u připojovací svorkovnice zpětných kabelů podle stanoveného vztahu.

-1 CZ 14186 Ul

Zapojení elektrické drenážní ochrany podle technického řešení je provedeno také tak, že k zařízení zajišťujícím svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji je připojeno elektronické zařízení k řízení spínacího obvodu.

Zapojení elektrické drenážní ochrany podle technického řešení je možno provést tak, že zařízení zajišťující svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji je uspořádáno jako polovodičový ventil nebo řízený polovodičový spínač s úbytkem napětí v rozmezí 0 až 0,7 V.

Výhody zapojení spočívají v tom, že bude podstatně snížen celkový drenážovaný proud a tím se sníží interference (a tudíž i koroze) u úložných zařízení, která nejsou připojena k danému systému. Současně dojde k optimalizaci aktivní ochrany vlastního liniového zařízení, tj. k řízenému posunu potenciálu v anodické oblasti směrem k zápornějším hodnotám až k hodnotám ochranného potenciálu a v katodické oblasti pouze k nejnutnějšímu posunu k zápornějším hodnotám. Účinnost EPD bude tak ve všech případech vyšší než 90 %. Další výhodou je omezení stavebněmontážních prací v ulicích, když bude využito zařízení provozovatele tramvaje. Dále dojde ke snížení pořizovacích nákladů na vlastní zařízení EPD, přičemž provozní náklady se nezvýší. Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení je blíže osvětleno pomocí výkresu, na kterém obr. 1 ukazuje zapojení sérioparalelního obvodu se třemi sériovými kombinacemi odporů, přičemž plné čáry znázorňují galvanickou proudovou cestu a přerušované čáry elektrolytickou proudovou cestu (půdním elektrolytem).

Na obr. 2 je znázorněno zapojení elektrické drenážní ochrany včetně rezistoru k omezení proudu a zařízení zajišťující svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji s dalším připojeným zařízením k řízení spínacího obvodu. Na obr. 2 je současně znázorněna příslušná druhá sériová kombinace odporů včetně části první sériové kombinace odporů, tj. od odsávacího hodu na koleji přes připojovací svorkovnici zpětných kabelů ve spojovací skříni až ke zpětnému rozvaděči měnírny.

Příklad provedení

Zapojení je možno prakticky ukázat na modelovém příkladu napájecího obvodu tramvajové měnírny s uspořádáním zpětných kabelů při plus polaritě na troleji s principiálním schématem zapojení EPD do odsávacích bodů zpětných kabelů při souběhu potrubí s kolejemi.

Liniové zařízení i s výhodou ocelové izolované potrubí, uložené v půdním elektrolytu 2, je vedeno souběžně s kolejemi tramvaje 3 ve vzdálenosti do 10 m při délce souběhu 1,8 km. Zpětná trakční cesta koleje tramvaje 3 - měnírna 5 je provedena přes systém odsávacích bodů 31, 32, 33, 34, 35 na kolejích, které jsou ve vzájemné vzdálenosti 300 až 600 m podle poměrů na tramvajové dráze. Odsávací bod 31 na koleji ve tvaru ocelové propojky kolejnic, je propojovacím vodičem 31L např. kabelem YY 240 mm² v délce 10 až 15 m, spojen s připojovací svorkovnicí 41 zpětných kabelů umístěné ve spojovací skříňi 10 provozovatele tramvaje (jedná se o tzv. odsávací bod zpětných kabelů). Z připojovací svorkovnice 4 zpětných kabelů jsou vedeny zpětné kabely 41, např. 3x AYKCY 500 mm², ke zpětnému rozvaděči 51 měnírny 5. Tento způsob zpětné trakční cesty je realizován analogicky i pro další odsávací body 32, 33, 34, 35 na kolejích s tím rozdílem, že počet zpětných kabelů typu AYKCY 500 mm² jev počtu jeden až čtyři v závislosti na vzdálenosti odsávacích bodů 31, 32, 33, 34, 35 na kolejích od měnírny 5. K měnírně 5 je připojena trolej 6, pro daný případ s plusovou polaritou, s dělícími místy ve vzdálenosti asi 2 km na obě strany. V příkladu je znázorněn elektrický vlak 7 pouze na konci úseku, ačkoliv v jednom okamžiku ve špičce bývá až 14 elektrických vlaků 7 v napájeném úseku z měnírny 5 v obou směrech a na obou kolejích tramvaje 3.

Principiální schéma zapojení pro svod bludných proudů z liniového zařízení i do připojovací svorkovnice 4 zpětných kabelů při souběhu liniového zařízení I, v daném případě ocelového izolovaného potrubí uloženého v půdním elektrolytu 2 v souběhu s kolejemi tramvaje 3 pro čtyři

-2CZ 14186 Ul napojovací místa 11, 12, 13, 14 je znázorněno na obr. 1. Každé napojovací místo 11. 12, 13. 14 na liniovém zařízení i je drenážním kabelem 8, např. vodičem CYKY 3x10 mm², přes zařízení 9 zajišťující svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji, např. polovodičovým ventilem s prahovým napětím 0,6 až 0,7 V, umístěným s výhodou ve spojovací skříni 10 provozovatele tramvaje, spojeno s připojovací svorkovnicí 4 zpětných kabelů. Ze schématu je zřejmé, že výše popsanou galvanickou proudovou cestou protéká část stejnosměrného proudu, který při provozu elektrického vlaku 7 vystupuje z koleje tramvaje 3 do půdního elektrolytu 2 a vstupuje do liniového zařízení L Zapojení podle technického řešení minimalizuje délku úseku na liniovém zařízení I, kde stejnosměrný proud elektrolytickou proudovou cestou nekontrolované vystupuje z liniového zařízení I (a tím působí korozi) a půdním elektrolytem 2 se vrací do koleje tramvaje 3 v úsecích, kde jsou lokalizovány odsávací body 31, 32, 33, 34 a 35 na kolejích.

Zapojení elektrické drenážní ochrany je dále demonstrováno na obr. 2, kde je podrobněji vyznačena galvanická a elektrolytická proudová cesta u odsávacího bodu 31 na koleji. Z koleje tramvaje 3 vstupuje bludný proud do půdního elektrolytu 2 a v místech s poškozenou izolací vstupuje do liniového zařízení i. Větší část bludného proudu, více než 90 %, protéká galvanickou proudovou cestou, tj. od napojovacího místa 11 směrem k připojovací svorkovnici 4 zpětných kabelů. Menší část bludného proudu vystupuje z liniového zařízení i do půdního elektrolytu 2 paralelní elektrolytickou proudovou cestou směrem ke kolejím tramvaje 3 a z odsávacího bodu 31 na koleji galvanickou proudovou cestou přes propojovací vodič 311 do připojovací svorkovnice 4 zpětných kabelů a odtud standardně zpětnými kabely 41 ke zpětnému rozvaděči 51 měnírny 5.

Vlastní zapojení elektrické drenážní ochrany (EPD) sestává z drenážního kabelu 8, např. vodiče CYKY 3x10 mm² v délce cca 15 m, z vypínače 81, pojistky 82, bočníku 83 k měření proudu, z rezistoru 84 k omezení proudu, ze spojovacího vodiče 85 k připojovací svorkovnici 4 zpětných kabelů a ze zařízení 9 zajišťující svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji.

Pro tyto účely se může použít např. polovodičový spínač s úbytkem napětí 0 až 0,7 V, přičemž průměrná hodnota je v rozsahu 0,2 až 0,3 V. Optimální hodnota drenážovaného proudu je zajištěna připojeným elektronickým zařízením 91 k řízení spínacího obvodu. Nastavení spínacího prvku je odvozeno od zapínacího potenciálu liniové zařízení 1 - půdní elektrolyt 2, který by měl být v rozmezí U_z = -0,6 až -1,2 V měřeno Cu/CuSO₄ permanentní referenční elektrodou. V případě, že je dosaženo potenciálu negativnějšího než U_z = -1,2 V je spínací prvek automaticky vypnut. Zařízení (EPD) je tedy v provozu za všech provozních stavů, kdy je potenciál liniové zařízení i - půdní elektrolyt 2 kladnější než U_z = -1,2 V.

Aby nedošlo k překročení definovaného maximálního proudu EPD je použit rezistor 84 k omezení proudu, např. odporník z konstantanu. Pro odsávací bod 31 na koleji byla v místě připojovací svorkovnice 4 zpětných kabelů změřena ohmetrem hodnota přechodového odporu koleje tramvaje 3 - půdní elektrolyt 2 - liniové zařízení 1, R_p = 0,7 Ω.

Dále byla registračním voltmetrem při špičkovém provozu změřena hodnota napětí liniové zařízení 1 - koleje tramvaje 3, U_max = 9,0 V (při plus polaritě liniového zařízení I). Max. drenážový proud může být až I_d = U_max / R_p = 9,0 / 0,7 = 12,85 A, při nulovém úbytku napětí polovodičového spínače.

Pro I_d (max) = 10,0 A; U_max = 9,0 V; a R_p = 0,7 Ω je Rj = (U_max-I_d. R_p) / I_d = (9 - 10.0,7) / 10 = 0,2 Ω.

Ztrátový výkon EPD bude P = Rd . I² = 0,2.10² = 20 W.

Průmyslová využitelnost

Zapojení pro svod bludných proudů z liniového zařízení lze s výhodou použít ve městech s tramvajovou dopravou se systémem zpětných kabelů pro omezení koroze vlivem bludných proudů a interference u podzemních kovových potrubí a uzemňovacích soustav, jakož i kabelů s kovovým pláštěm.

-3 CZ 14186 Ul

Zařízení elektrické drenážní ochrany lze průmyslově vyrábět a umístit do skříně, která může být instalována u odsávacích bodů na koleji tramvaje, nebo zařízení může být umístěno do spojovacích skříní provozovatele tramvaje k připojovací svorkovnici zpětných kabelů.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zapojení pro svod bludných proudů z liniového zařízení, sestávající z galvanické a elektrolytické proudové cesty, vytvářející sérioparalelní obvody s první sériovou kombinací odporů v pořadí měnírna - trolej - elektrický vlak - koleje tramvaje - odsávací bod na koleji - propojovací vodič - připojovací svorkovnice zpětných kabelů - zpětné kabely - zpětný rozváděč měnírny měnírna a s druhou sériovou kombinací odporů v pořadí koleje tramvaje - půdní elektrolyt - liniové zařízení - půdní elektrolyt - koleje tramvaje, zajišťující podstatné omezení koroze a interference, vyznačující se tím, žek první sériové kombinaci odporů je paralelně připojena třetí sériová kombinace odporů v pořadí: liniové zařízení (1) - napojovací místo (11) - drenážní kabel (8) - zařízení (9) zajišťující svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji připojovací svorkovnice (4) zpětných kabelů, která je současně připojena propojovacím vodičem (311) k odsávacímu bodu (31) na koleji, s výhodou k ocelové propojce všech kolejnic v souběhu, přičemž tato třetí sériová kombinace odporů je uspořádána u všech dostupných odsávacích bodů (31, 32, 33, 34, 35) na kolejích, s výhodou připojení přes spojovací skříň (10), při souběhu liniového zařízení (1) s kolejemi tramvaje (3).
2. Zapojení elektrické drenážní ochrany, sestávající z drenážního kabelu, z vypínače a pojistky, jakož i bočníku k měření proudu a spojovacího vodiče k připojovací svorkovnici zpětných kabelů, vyznačující se tím, že k zařízení (9) zajišťujícímu svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji je v sérii zapojen pevný rezistor (84) k omezení proudu.
3. Zapojení podle nároku 2, vyznačující se tím, žek zařízení (9) zajišťujícímu svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji je připojeno elektronické zařízení (91) k řízení spínacího obvodu.
4. Zapojení podle nároků 2 a 3, vyznačující se tím, že pevný rezistor (84) k omezení proudu, tj. Rd je dimenzován podle hodnoty přechodového odporu liniové zařízení (1) půdní elektrolyt (2) - koleje tramvaje (3), tj. Rp (Ω) a maximálního napětí liniové zařízení (1) koleje tramvaje (3), tj. U_max (V), měřeno s výhodou u připojovací svorkovnice (4) zpětných kabelů a podle definované hodnoty limitního drenážovaného proudu I_d (A), přičemž platí:

Rd ⁼ (Umax - Id · Rp) / Id (Ω).
5. Zapojení podle nároků 2 a 3, vy znač uj íc í se t í m , že zařízení (9) zajišťující svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji je uspořádáno jako řízený polovodičový spínač s úbytkem napětí v rozmezí 0 až 0,7 V.
6. Zapojení podle nároku 2, vyznačující se tím, že zařízení (9) zajišťující svod stejnosměrného proudu pouze směrem ke zdroji je uspořádáno jako polovodičový ventil.