Drenážní ochrany úložných zařízení na rekonstruovaných

1
Drenážní ochrany úložných za ízení na rekonstruovaných železni ních tratích
Ing. Jan Matouš
D a.s., Technická úst edna eských drah
Abstrakt
ednáška objas uje závislosti mezi novými elektrickými parametry zp tné
trak ní cesty na koridorových tratích elektrizovaných stejnosm rnou trak ní
proudovou soustavou a korozním ohrožením úložných za ízení. Jsou zde uvedeny
íklady m ení drenážních ochran vvtl plynovod ve Studénce a v íkovicích, kde
po rekonstrukci železni ního koridoru došlo k výraznému nár stu drenážního
proudu. V p ísp vku jsou uvedeny i p íklady m ení elektrických parametr zp tné
trak ní cesty na železni ním koridoru, které souvisí s únikem bludných proud do
zem a objasn ny p iny zm n na chrán ném plynovém potrubí.
1. Úvod
U stejnosm rn elektrizovaných tratí souvisí úniky zp tných trak ních
proud (bludných proud ) do zem s kvalitou kolejnicového vedení (zp tnou
trak ní cestou), resp. s jejími elektrickými parametry. Pravd podobn
nejd ležit jším ukazatelem je hodnota p echodového odporu koleje proti zemi,
jejížhodnota je dána vyhl. 177/1995 Sb. zákona, p íloha táto vyhlášky pak íká kde
se má m it a s jakou etností. V souvislosti s výstavbou koridorových tratí, resp.
i jejich rekonstrukci, se však elektrické parametry železni ního svršku zásadním
zp sobem m ní a izola ní stav kolejí proti zemi bývá ádov vyšší než ur uje
zmín ná vyhláška. D vodem je p edevším používání
nových technologií
odizolování kolejových pás od pražc dle evropských standard a ukolej ování
es regenerovatelné pr razky UPO. Hodnoty p echodového odporu na nových a
rekonstruovaných tratích mnohdy p evyšují hodnotu 100 Ωkm, u
nerekonstruovaných tratí tato hodnota obvykle bývá obvykle okolo 1 Ωkm.
2. D sledky zm ny elektrických parametr zp tné trak ní cesty na
drenážní ochranu vvtl plynovod
V souvislosti s rekonstrukcí tra ových úsek Otrokovice – P erov a
Hranice – Studénka bylo v lo ském roce fy Transgas zjišt no neúm rné zvýšení
drenážních proud na vvtl plynovodech. Vzhledem k tomu, že ze strany SŽDC
nebyla zajišt na pot ebná korozní m ení, (v tomto p ípad p ed rekonstrukcí a po
rekonstrukci trati) a nebylo tedy z ejmé, jaké korozní zm ny na zmín ných
plynovodech byly rekonstrukcí zp sobeny, bylo na jednáních se zástupci fy
Transgas, Plynoprojekt, SŽDC a D a.s. dojednáno, že veškerá pot ebná m ení
provede D a.s., Specializované st edisko diagnostiky korozních vliv . Výsledky
ení m ly zjistit a prokázat možné souvislosti mezi rekonstrukcí tra ových úsek
a zvýšením drenážních proud (p edevším ve Studénce) a navrhnout taková
opat ení, která by tento nežádoucí stav eliminovala.
3. M ení zp tné trak ní cesty
2
V první ad bylo t eba vylou it p ípadný poruchový stav na zp tné trak ní
cest vlivem proražené pr razky, ukolejn ní nebo absencí izolovaných styk mezi
elektrizovanou a nezávislou trakcí. Tyto závady se mohou projevovat proudem
tekoucím do kovových za ízení dosahujícím p i trak ních odb rech zna ných
hodnot. Dále bylo t eba zm it izola ní stav kolejí v p edm tných úsecích tratí a
zjistit úniky trak ních proud z kolejí. Všechny tyto innosti byly nezbytné k tomu,
aby byl vylou en poruchový stav na elektrizovaných tratích a jeho možnou
souvislost se zvýšením drenážních proud . Po zm ení p íslušných úsek zp tné
trak ní cesty nebyly v žádném p ípad zjišt ny závady, které by souvisely s danou
problematikou a izola ní stavy kolejí vysoce p ekra ovaly hodnoty požadované
íslušnou vyhláškou.
Obr. . 1: Záznam zp tných trak ních proud v úseku Studénka – Jistebník, 2.
kolej, km 245,780 –246,782
Pozn: Na obrázku je znázorn n graf proudu v trak ní koleji na za átku
eného úseku (zelená) a na jeho konci (oranžová). íselné vyjád ení je dáno
následující tabulkou.
Tab. . 1: Porovnání hodnot zp tných trak ních proud
as
15:15:21
15:15:22
15:15:23
15:15:24
15:15:25
15:15:26
15:15:27
15:15:28
15:15:29
I1 (náv. 2-2468,
km 246,782)
247,18
252,06
252,06
249,13
255,97
272,58
267,70
266,72
263,79
I2 (náv. 2L,
km
245,780)
259,88
264,77
264,77
261,83
268,67
284,31
280,40
279,42
275,51
∆I [A]
∆I [%]
12,70
12,70
12,70
12,70
12,70
11,72
12,70
12,70
11,72
5,14
5,04
5,04
5,10
4,96
4,30
4,74
4,76
4,44
4. M ení drenážních ochran
Jako zásadní se projevilo samotné m ení na drenážích v íkovicích a
edevším ve Studénce. Rekonstrukce trat v obou zmi ovaných úsecích
prob hla v letech 2001 až2003 a dle dostupných záznam drenážních proud ve
Studénce, které byly vedeny aždo sou asnosti, skute
docházelo k postupnému
zvyšování drenážních proud mezi VVTL plynovodem a zp tnými vodi i m nírny
Studénka (p vodní hodnoty drenážního proudu do 100 A se v pr hu
rekonstrukce postupn zvyšovaly špi kov ažna 350 A). Drenážní ochrany ve
Studénce i v íkovicích jsou konstruk
ešeny jako ne ízené polarizované
drenáže, kde pro zajišt ní propustnosti proudu pouze v jednom sm ru slouží
výkonové k emíkové diody s chladi em.
Kontrola funk nosti a m ení
drenážního proudu se u obou drenáží provádí dálkovým p enosem. Drenážní
kabel ve Studénce je napojen p es tlumivku DT06 a p ipojen v drenážní ochran
firmy Severomoravská plynárenská (SMP), která je umíst na v bezprost ední
blízkosti zp tných vodi m nírny. V íkovicích je napojení drenážní ochrany
3
provedeno p ímo (bez tlumivky) mechanicky na trak ní kolej. U obou drenážních
ochran bylo provedeno m ení potenciálu plynového potrubí proti referen ní
elektrod synchronn s m ením drenážních proud .
Obr. .2: Synchronní m ení potenciálu vvtl plynovodu proti referen ní elektrod
a drenážního proudu ve Studénce
Obr. . 3: Synchronní m ení potenciálu vvtl plynovodu proti referen ní
elektrod a drenážního proudu ve Studénce – asová lupa
Ze záznam je patrný abnormáln vysoký nár st záporného potenciálu vvtl
plynovod ve Studénce i v íkovicích p i zvýšení drenážního proudu. Tato
skute nost souvisí s ádovým zvýšením izola ního stavu kolejí proti zemi, resp.
proti vvtl plynovodnímu potrubí.
Obr. . 4: Náhradní schéma propojení vvtl plynovodu a železni ní trat
Studénce
ve
Z obrázku je z ejmé, že velmi d ležitým parametrem pro velikost drenážního
proudu je p echodový odpor koridorové trati proti zemi (R2) za p edpokladu, že
ostatní rozložení odpor ve schématu z stává stejné.
ádové zvýšení
echodového odporu kolej – zem, d sledné používání opakovatelných pr razek
UPO a odizolování kolejí mezi elektrizovanou a nezávislou trakcí minimalizují
úniky bludných proud do zem , zárove však výrazným zp sobem zvyšují
potenciál kolejí proti vzdálené zemi, resp. proti m enému VVTL plynovému
potrubí. Pokud tedy drenážní odpor, izola ní odpor potrubí, zp sob drenážování,
drenážní vodi a místo p ipojení drenážního vodi e k trak ní kolejnici z stávají
stejné, projeví se výše uvedená skute nost zvýšením drenážního proudu
(Studénka, íkovice).
Stav p ed rekonstrukcí trat
K TNS ve Studénce p itékal trak ními kolejnicemi zp tný trak ní proud
a rovn žk ní p itékaly drenážní proud Id a bludný proud I2. P ed rekonstrukcí trat
dosahoval m rný p echodový odpor mezi kolejí a zemi R2 hodnot max. jednotek
.km. V katodických oblastech plynovodu vstupoval do potrubí proud, a to
v závislosti na hodnotách p echodového odporu mezi potrubím a zemí Rp2. ed
rekonstrukcí trati byly hodnoty p echodových odpor R2 a Rp2 ádov
srovnatelné.
Obr. . 5: Náhradní schéma zapojení p ed rekonstrukcí trat
Stav po rekonstrukci trati
Rekonstrukce trati m la za následek podstatné zvýšení hodnot
echodového odporu mezi kolejí a zemi R2 na desítky až stovky .km. Tato
skute nost má za následek významné omezení p vodních bludných proud I2
itékajících k TNS, dalším následkem je zvýšení potenciálu trak ní koleje U1 proti
vzdálené zemi.
Proti p vodní paralelní kombinaci odpor R2 a Rp stal odpor Rp stejný, kdežto
odpor R2 se ádov zvýšil (na plynovodu nenastalo ekvivalentní zvýšení
4
echodového odporu mezi potrubím a zemí) a v následujícím schématu proto
žeme pro zjednodušení odpor R2 zanedbat.
Obr. . 6: Náhradní schéma zapojení po rekonstrukci trat
Z porovnání obr. 5 a 6 je patrné, že pokud p vodní nap tí U1 bylo na paralelní
kombinaci odpor R2 a Rp, pak zvýšení hodnot R2 a sou asn i U1 (p i
nezm ných odporových parametrech plynovodu) v d sledku rekonstrukce trat
je p inou nár stu drenážního proudu Id.
Z výše uvedených skute ností tedy vyplývá, že po stavebních úpravách na
koridorové trati došlo k celkovému poklesu bludných proud , avšak p i
nezm ných parametrech drenáže nastalo zvýšení drenážního proudu. To má,
krom zvýšení proudu tekoucího potrubím, za následek nadm rný posun korozního
potenciálu potrubí VVTL plynovodu v míst drenážování do výrazn záporných
hodnot . Na základ projednání díl ích výsledk se všemi zú astn nými stranami
bylo provedeno týdenní m ení potenciálu vvtl plynovodu proti referen ní
elektrod p i rozpojeném drenážním vodi i ve Studénce i v íkovicích.
Obr. . 7: M ení potenciálu vvtl plynovodu proti referen ní elektrod ve
Studénce p i odpojené drenáži
Tab. . 2: Statistické informace ze 7denního m ení potenciálu proti referen ní
elektrod na vypnuté drenáží Studénka
popis m ení: korozní potenciál plynového potrubí p i vypnuté drenáži (Studénka)
rozd lení nam ených hodnot [V]
údaje o m ení
-20,00 - -5,00:
0,0 %
za átek:
20. 07. 2006, 11:20:39
-5,00 - -2,50:
0,0 %
konec:
27. 07. 2006, 14:06:29
-2,50 - -1,50:
99,7 %
KD /rozsah:
5/20,00 V
-1,50 - -1,00:
0,3 %
perioda
5 sek
-1,00 - -0,50:
0,0 %
min. hodnota:
-1,99 V
-0,50 - -0,20:
0,0 %
max. hodnota:
-0,92 V
-0,20 - 0,00:
0,0 %
pr m. hodnota:
-1,72 V
0,00 - 2,00:
0,0 %
2,00 - 5,00:
0,0 %
5,00 - 20,00:
0,0 %
Obr. . 8: M ení potenciálu vvtl plynovodu proti referen ní elektrod
v íkovicích
5
Tab. . 3: Statistické informace ze 7denního m ení potenciálu proti referen ní
elektrod na vypnuté drenáží íkovice
popis m ení: korozní potenciál plynového potrubí p i vypnuté drenáži ( íkovice)
rozd lení nam ených hodnot [V]
údaje o m ení
-20,00 - -5,00:
0,0 %
za átek:
18. 07. 2006, 17:05:33
-5,00 - -2,50:
0,4 %
konec:
25. 07. 2006, 09:46:43
-2,50 - -1,50:
98,7 %
KD /rozsah:
8/20,00 V
-1,50 - -1,00:
0,9 %
perioda
5 sek
-1,00 - -0,50:
0,0 %
min. hodnota:
-3,23 V
-0,50 - -0,20:
0,0 %
max. hodnota:
-1,22 V
-0,20 - 0,00:
0,0 %
pr m. hodnota:
-1,88 V
0,00 - 2,00:
0,0 %
2,00 - 5,00:
0,0 %
5,00 - 20,00:
0,0 %
Z výše uvedených grafických záznam a statistických vyhodnocení je z ejmé, že p i
vypnuté drenáži ve Studénce i v íkovicích bylo potrubí VVTL plynovodu
dostate
chrán no okolními katodickými stanicemi. V t chto p ípadech tedy
drenážní ochrany ve zna né mí e ztrácejí svojí p vodní funkci, v p ípad
ne ízených polarizovaných drenáží pak m že být funk ní drenáž spíše na škodu
(vysoké záporné potenciály na chrán ném za ízení).
5. Záv r.
i rekonstrukci železni ních tratí, p ípadn p i jejich výstavb , je t eba
požadovat po majiteli (Správa železni ní dopravní cesty s.o.) p íslušná korozní
ení p ed rekonstrukcí a po rekonstrukci, která jsou dána TKP (Technické
kvalitativní podmínky) staveb eských drah. P i návrhu nových drenážních ochran
je t eba provést m ení ú innosti (anodická pásma nemusí být nutn u m níren a
mohou být mén z etelná). Zpravidla je nutné p ipojovat drenážní vodi na st ed
stykového transformátoru, obvykle p es drenážní tlumivku, p emžzapojení i jeho
zm ny je nutné konzultovat s pracovníky odv tví sd lovací a zabezpe ovací
techniky na železnici. Naprosto nevhodné a velmi nebezpe né jsou snahy o
ipojení drenážního kabelu na sb rnice zp tných kabel . Pokud by pak
z jakýchkoliv d vod nastalo p erušení zp tných kabel mezi kolejišt m a sb rnicí
(nap . p i vykolejení vagónu p i posunu), plynovod by se krátkodob stal jediným
zp tným vodi em celé trak ní zát že s možností vzniku rozsáhlé havárie.