Елена Дмитриевна Винникова, ведущий специалист
129626, г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, д. 10, стр. 1
Elena D. Vinnikova, Leading Specialist
129626, Moscow, bldg. 1, 10, 3rd Mytishchinskaya St.
Александр Борисович Косарев, д-р техн. наук, проф., научный руководитель института — ученый секретарь
129626, г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, д. 10, стр. 1
Author ID: 352781
Alexander B. Kosarev, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Scientific Advicer — Scientific Secretary
129626, Moscow, bldg. 1, 10, 3rd Mytishchinskaya St.
Author ID: 352781
Введение. Активное применение геосинтетических материалов при модернизации железнодорожного пути для повышения его механической стабильности приводит к значительному увеличению электрического сопротивления балластного слоя. Это создает серьезную проблему для электрифицированных железных дорог переменного тока, так как нарушает нормальное растекание обратных тяговых токов и приводит к возникновению опасных разностей потенциалов между рельсом и землей. Целью исследования является разработка и верификация физико-математической модели определения разности потенциалов между рельсом и землей на участках электрифицированных железных дорог переменного тока для количественной оценки потенциала и анализа влияния структуры балластной призмы на его распределение.
Материалы и методы. Для решения задачи была разработана уточненная физико-математическая модель на основе метода конечных элементов. Данный метод позволяет учесть пространственную неоднородность электрических параметров пути. Модель интегрирует сопротивления различных элементов конструкции пути: рельсов, шпал, балласта и земляного полотна. Для валидации модели были проведены натурные эксперименты на Экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ».
Результаты. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность разработанной модели. Результаты расчетов продемонстрировали высокую степень соответствия с данными натурных измерений распределения потенциала вдоль пути. В результате проведенной работы создан инструмент для решения прикладных задач, связанных с определением разности потенциалов между рельсом и землей.
Обсуждение и заключение. Сравнение опытных и расчетных данных уточненной физико-математической модели показывает, что разработанная модель является эффективным инструментом для прогнозирования потенциально опасных участков на этапе проектирования верхнего строения пути.
Introduction. The active use of geosynthetic materials in the modernisation of railway track in order to enhance its mechanical stability leads to a significant increase in the electrical ballast layer resistance. This presents challenge for electri- fied AC railways, as it disrupts the normal flow of reverse traction currents and leads to dangerous potential differences between the rail and the ground. The aim of the study is to develop and verify a physical-mathematical model for the as- sessment of potential difference between the rail and the ground on electrified AC railways sections for a quantitative assessment of rail potential and analysis of the effect of the ballast prism structure on its distribution.
Materials and methods. In order to solve the problem, the authors developed a refined physical-mathematical model based on the finite element method, which allows to consider the spatial heterogeneity of the electrical parameters of the pipe. The model integrates the resistance of various structural elements of the track: rails, sleepers, ballast and roadbed. Field experiments were conducted on the Experimental Loop of the Railway Research Institute to validate the model.
Results. Experimental studies confirmed the adequacy of the developed model. The calculation results demonstrated a high degree of consistency with the field measurements data of the potential distribution along the way. As a result of the work carried out, a tool has been created for solving applied problems related to determining the potential difference between the rail and the ground.
Discussion and conclusion. Comparison of the experimental and calculated data of the refined physical-mathematical model shows that the developed model is presented as an effective tool for predicting potentially dangerous sections at the ballastless track superstructure design.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.