Perché i corridoi elettrificati richiedono una protezione ferroviaria dedicata
Sulle ferrovie elettrificate le rotaie di scorrimento fungono anche da conduttore di ritorno per la corrente di trazione. Sui sistemi CC, la corrente di ritorno seguirà qualsiasi percorso a bassa-resistenza fino alla sottostazione e, dove l'isolamento delle rotaie è debole, parte della corrente lascia le rotaie e viaggia attraverso la zavorra, le traversine di cemento e le strutture in acciaio interrate. Questa perdita è chiamata corrente vagante e, quando scorre da una struttura in acciaio interrata verso la rotaia, rimuove il metallo mediante elettrolisi - vaiolando le reti delle rotaie, corrodendo gli elementi di fissaggio e danneggiando i rinforzi all'interno delle traversine di cemento entro poche stagioni operative. Proteggere le rotaie in un corridoio elettrificato significa quindi controllare sia il percorso elettrico che l'umidità dell'ambiente: mantenere la corrente di ritorno sulla rotaia e tenere l'acqua e i sali lontani dall'acciaio.
La pratica di progettazione per i sistemi metropolitani e di linea principale CC mantiene la dispersione di corrente vagante al di sotto di circa il 5% della corrente di ritorno di trazione, seguendo i principi delle norme EN 50122-2 e IEC 62128-2 sulla protezione della corrente vagante. Le linee CA hanno un profilo di rischio diverso - tensioni indotte e scariche elettriche piuttosto che elettrolisi - ma si applicano ancora le stesse misure di isolamento e drenaggio perché i circuiti di segnalamento dei binari dipendono da un isolamento pulito delle rotaie.
Principali minacce alle rotaie nei corridoi elettrificati
Corrosione da corrente vagante:Le dispersioni CC nell'interfaccia rotaia-a-terra si concentrano in corrispondenza dei giunti delle rotaie, dei punti di fissaggio e delle zone scarsamente drenate, dove la base e la rete della rotaia perdono metallo per elettrolisi.
Rottura dell'isolamento:i pattini delle rotaie, i blocchetti e i montanti terminali bagnati o contaminati perdono resistenza elettrica, consentendo alla corrente di dispersione di aumentare bruscamente dopo la pioggia o il lavaggio del tunnel.
Corrosione atmosferica:tunnel, linee costiere e corridoi industriali combinano umidità, cloruri e polvere abrasiva, accelerando la ruggine del piede della rotaia, dei fermagli e dei bulloni.
Degrado dei contatti:i prodotti della corrosione tra il piede della rotaia e il cuscinetto aumentano la resistenza di contatto, creano punti caldi e riducono l'effettiva forza di serraggio del sistema di fissaggio.
Misure e specifiche di protezione principale
Il pacchetto di protezione per un corridoio elettrificato combina isolamento, rivestimento, drenaggio e monitoraggio:
| Misura | Specifica tipica |
|---|---|
| Cuscinetto isolante composito sotto il piede del binario | A base EPDM o PA6, resistenza elettrica Maggiore o uguale a 10^6 Ω a secco, spessore adeguato al profilo della rotaia |
| Blocchetti isolanti | Nylon-rinforzato con fibra di vetro di grado PA66, blocchi stile 9#/11# per la regolazione del manometro e l'isolamento elettrico |
| Grasso dielettrico sugli elementi di fissaggio | Base in silicone o litio non-conduttivo, intervallo di servizio da -40 gradi a +120 gradi, riapplicato a intervalli di ispezione |
| Rivestimenti-resistenti alla corrosione | Clip e bulloni zincati a caldo-o vernice ricca di zinco-per bulloni, secondo ISO 1461 dove specificato |
| Progettazione del drenaggio | Pendenza della banchina di zavorra, aperture di drenaggio sul binario in soletta e sigillatura delle canaline dei cavi per mantenere asciutto il percorso dalla ferrovia-alla-terra |
| Giunti ferroviari isolati | Resistenza elettrica pari o superiore a 10^8 Ω a 500 V CC per la separazione del circuito di binario, verificata alla consegna |
I valori di resistenza di isolamento vengono verificati in fabbrica e nuovamente dopo l'installazione; un gruppo di fissaggio con una pastiglia e un blocchetto di riscontro puliti e asciutti normalmente misura nell'intervallo 10^6 Ω, mentre lo stesso gruppo con una pastiglia bagnata e-contaminata dal fango può scendere al di sotto di 10^3 Ω.
Scenari applicativi
Metropolitana DC e metropolitana leggera:l'ambiente di correnti vaganti più severo; ogni posizione di fissaggio è un punto di isolamento e il drenaggio è progettato deliberatamente.
Linee principali elettrificate in AC a 25 kV:l'isolamento protegge i circuiti di binario di segnalamento e limita la corrosione indotta; il drenaggio dalla ferrovia-alla-terra è importante nei tunnel.
Tunnel e corridoi costieri:dominano umidità e cloruri; Gli elementi di fissaggio rivestiti e il reingrassaggio periodico- garantiscono la massima durata degli elementi di fissaggio.
Corridoi di traffico-misto e merci:i carichi pesanti sugli assi sollecitano lo strato isolante, pertanto sono preferibili cuscinetti resistenti all'abrasione-con rigidità stabile.
Punti di selezione e funzionamento
Indicare i valori di prova della resistenza di isolamento e il metodo di prova nelle specifiche di approvvigionamento in modo che i fornitori possano certificare lo stesso parametro verificato in loco.
Misura il potenziale dalla linea-a-terra e la corrente di dispersione durante la messa in servizio e ripeti la misurazione ogni anno sulle linee CC.
Ispezionare le pastiglie, i blocchetti di riscontro e le condizioni del grasso all'interno dei tunnel ad ogni ciclo di manutenzione; ri-applicare grasso dielettrico anziché sostituire le parti in cui la pastiglia è intatta.
Conservare un registro delle misurazioni dell'isolamento per sezione del binario in modo che un declino graduale sia visibile prima che diventi un problema di corrosione.
Idee sbagliate comuni
"Solo gli elementi di fissaggio zincati fermano la corrosione dovuta alle correnti vaganti."Il rivestimento in zinco protegge dalla ruggine, ma non impedisce l'elettrolisi - solo l'isolamento e il drenaggio controllano la corrente di dispersione.
"Le linee CA non necessitano di isolamento delle rotaie."Le linee CA trasportano ancora correnti di segnalazione e soffrono di corrosione indotta; per entrambi è necessario il pacchetto di isolamento e drenaggio.
"La corrente vagante è solo un problema-del tunnel umido."La zavorra a secco ha una resistività maggiore, ma i binari in lastre e le traversine di cemento possono perdere su qualsiasi linea; il rischio dipende dalla qualità dell’isolamento, non solo dal clima.
Domande frequenti
In che modo la corrosione dovuta alle correnti vaganti danneggia effettivamente la rotaia?
Quando la corrente di trazione fuoriesce dalla rotaia nel terreno e successivamente fuoriesce da una struttura in acciaio interrata, il metallo si dissolve nel punto di uscita anodico. Sul lato della rotaia ciò appare come vaiolatura sulla rete e sul piede, mentre le strutture sepolte perdono massa in punti concentrati; entrambi gli effetti sono proporzionali alla carica dispersa nel tempo.
Quale resistenza di isolamento dovrebbero fornire i dispositivi di fissaggio delle rotaie in un corridoio elettrificato?
Un gruppo di fissaggio pulito e asciutto con un tampone composito e un blocchetto di riscontro in nylon misura in genere 10 ^ 6 Ω o più. Le specifiche di appalto per i progetti metropolitani di solito richiedono questo valore o un metodo di prova documentato, con l'insieme testato a secco e dopo un'esposizione all'acqua definita.
Perché il grasso dielettrico viene applicato agli elementi di fissaggio?
Il grasso dielettrico sigilla l'interfaccia tra il piede della rotaia, la clip e la spalla contro l'acqua e i cloruri e previene la formazione di pellicole di umidità a bassa-resistenza. Inoltre facilita il futuro smontaggio perché i prodotti della corrosione non hanno mai la possibilità di saldare insieme le parti.
La zincatura a caldo-può proteggere le rotaie dalla corrente vagante?
No. La zincatura è un rivestimento anti-ruggine; non ha alcuna influenza sulla perdita di metallo elettrolitico causata da perdite CC. La rotaia stessa non è zincata in servizio - la protezione deriva dal mantenimento della corrente sulla rotaia e dalla rotaia asciutta.
Come viene monitorata la corrente vagante sulle linee operative?
Gli operatori misurano il potenziale della ferrovia-a-terra e la corrente che scorre attraverso i conduttori di collegamento e di messa a terra e confrontano le misurazioni dell'isolamento per sezione del binario nel tempo. Cambiamenti prolungati indicano che il pacchetto di isolamento o drenaggio necessita di manutenzione prima che inizino i danni da corrosione.