Рельсы и некоторые другие элементы верхнего строения трамвайных путей, а также электрифицированных участков железных дорог, в том числе внутризаводских, как известно, являются проводниками обратного тягового тока. Как правило, рельсы не изолированы от балластного слоя и, следовательно, от земли. Поэтому в землю и через нее в находящиеся в земле металлические сооружения (трубопроводы, кабели и др.) проникают токи утечки. Эти токи утечки называются блуждающими токами.
В земле, как бы в растворе электролита, находятся два электрода: рельсы и подземные сооружения, между которыми при определенных условиях возникает разность потенциалов. Когда по этой цепи проходит ток, то отдающий электрод — анод (в данном случае это может быть кабель или трубопровод) отдает частицы металла в электролит (землю). В местах выхода тока из подземных металлических сооружений в землю эти сооружения постепенно разрушаются. Электрохимический процесс, который является причиной разрушений, называется электрокоррозией. Такая коррозия дополняет и усиливает влияние почвенной коррозии, вызванной химическим действием среды. Понятен вред, который блуждающие токи могут принести кабельным линиям, водопроводу, газовому хозяйству. Ведь постоянный ток силой в 1 А за год непрерывного действия может разрушить до 3 кг алюминия, до 9— 10 кг меди и стали, более 33 кг свинца. При этом повреждения могут носить как местный, так и общий характер. Действительная величина блуждающего тока переменна. Она зависит от степени электропроводности пути, т. е. от его конструкции, материалов и состояния; от влажности и электрических характеристик грунта, от числа и сечения кабелей, по которым тяговый электрический ток возвращается на подстанцию. Под влиянием непрерывных изменений тяговой нагрузки величина потенциала постоянно меняется.
Вредное воздействие блуждающих токов может быть снижено с помощью специально разрабатываемых и осуществляемых мер защиты подземных металлических сооружений. Большое значение имеют и активные меры, направленные на предотвращение возникновения токов утечки.
Как защитные, так и активные меры борьбы с блуждающими токами предусматривают:
по сооружениям — удаление их от рельсовых путей, устройство различных изолирующих сопряжений (муфт, фланцев, переходников), прокладку кабелей или трубопроводов в изолирующих каналах, желобах, гильзах, защиту сооружений изолирующими покрытиями;
по пути — увеличение переходного сопротивления от рельсов к основанию, осушение балластной призмы, уменьшение сопротивления рельсовых стыков, равномерное распределение электрической нагрузки на все рельсовые нити;
по электрическим цепям — уменьшение потенциала рельсов относительно земли за счет устройства специальных отсасывающих фидеров, уменьшение расстояния между подключениями питающих, а также отсасывающих фидеров, позволяющее уменьшить величину обратного тока в рельсовой цепи, устройство так называемого электрического дренажа.
Электрическим дренажем называется присоединение подземного сооружения к отсасывающему кабелю, рельсам или непосредственно к минусовой шине подстанции в местах наибольшего положительного потенциала. В этом случае токи из сооружений переходят в обратную сеть, почти не попадая в грунт.
Для обеспечения необходимой электропроводности рельсовых цепей и равномерного распределения электрической нагрузки на все четыре нитки пути (на двухпутном участке) применяются электрические соединения рельсов. При высоком сопротивлении
сборного стыка электрический ток как бы находит «путь наименьшего сопротивления» и уходит в землю. Поэтому на каждом сборном рельсовом стыке должен быть установлен стыковой соединитель (рис. 54). Применение такого соединителя должно обеспечить электрическое сопротивление стыка на уровне, не превышающем сопротивление целого рельса длиной 2,5 м. Соединитель выполняется из медного провода (пучка медных проволок) или медной пластины сечением не менее 70 мм2. Медь можно заменить сталью, но сечение соединителя должно быть эквивалентно медному по сопротивлению. Сопротивление стали примерно в шесть раз больше сопротивления меди, следовательно, сечение стального стыкового соединителя должно быть не менее 420 мм2 (70X6).
Медные соединители по концам имеют прочно закрепленные стальные обоймы, которые и привариваются к нерабочей боковой поверхности железнодорожного рельса или к лубке трамвайного рельса. Поверхность контакта с рельсом при этом должна быть не менее 500 мм2. Длина соединителя должна обеспечивать его устойчивость при температурных изменениях длины рельсов. Для этого устраивается компенсирующий изгиб соединителя — провисание не менее 30 мм.
Кроме стыковых соединителей устанавливаются путевые, междупутные и обводные (рис. 55). Путевые соединители — через каждые 150 м на трамвайных путях и через 300 м на внутризаводских, междупутные — через каждые 300 м на трамвайных путях и через 600 м на внутризаводских, обводные — в спецчастях в обход стрелок и сборных крестовин.
Рис. 54. Стыковой медный соединитель
Рис. 55. Схема электрических соединений рельсов:
а — на перегоне; б — на стрелочном переводе; 1 — междупутные соединители; 2 — путевые соединители; 3 — обводные соединители
Все эти соединители должны выполняться из медных проволок или пластин общим сечением не менее 35 мм2. Допускается применение стальных соединителей с эквивалентным по сопротивлению сечением. Соединители привариваются к рельсу в месте перехода шейки в наклонную полку подошвы рельса. Поверхность контакта при этом должна быть не менее 250 мм2.
В пунктах присоединения отсасывающих фидеров между всеми нитями рельсовых путей также устанавливаются электрические соединения из медных проволок или пластин сечением не менее 70 мм2 или из стальных с соответствующим эквивалентным сечением. Поверхность контакта соединений с рельсом в местах приварки должна быть не менее 500 мм2.