道床电阻值一方面取决于线路上部建筑结构,即道砟的材料,道砟层的厚度、清洁度,轨枕的材质和数量;另一方面还取决于温度和湿度的变化以及土壤的导电率等。
(1)道床材料因素。我国大部分地区采用不宜导电的碎石做道砟。当道床中混有炉渣、煤屑、列车制动所产生的金属粉末、盐质溶液等杂物时,道床电阻值就会下降。情况严重时,应按要求清筛道砟。在沿海盐碱地区,或经常运输盐类及冷藏车的区段上,由于氯离子作用,道床电阻会显著降低。另外,在沙粒道床及隧道内潮湿的条件下,站内排水能力较差和较脏的到发线路上,道床电阻也比较低。
(2)轨枕种类因素。我国使用的轨枕中以钢筋混凝土轨枕居多。钢筋混凝土轨枕区段钢轨底部设有绝缘垫板,它对道床电阻值会产生较大影响。钢筋混凝土轨枕的导电率受环境温度和湿度的影响比木枕更为显著。采用钢筋混凝土轨枕后,钢轨之间要呈现一定的电容性,最终会使道砟漏电增加。当信号电流的频率在千赫兹以内时,电容的作用很小,所以道床阻抗可以看作是纯电阻。理论上道床电阻与轨枕铺设数量成反比,当每公里轨枕为1 600~2 400根时,由于轨枕数量不同而引起道床电阻的实际变化是非常微小的,运输量大、行车速度高的线路,每公里的轨枕数量虽有所增加,但此时道床的要求也比较高,从而补偿了这种变化。每根轨枕的绝缘电阻值约为几十千欧姆,所以每公里轨枕绝缘电阻应在20Ω左右。但实际的道床电阻值却远低于该值,这是因为轨枕的绝缘电阻只是道床电阻的一部分。
(3)轨枕绝缘部件因素。我国铁路相关技标准中尚未明确轨枕及绝缘垫板电气绝缘具体指标。根据有关资料和日常测试,提出以下数据,供分析参考。①硫磺锚固轨枕用预制的试件测试,每个锚固孔的电阻不得小于120 kΩ。其主要测试条件是:试件顶部不涂防水层,在不低于15 ℃的水中浸泡24 h后取出,擦干其表面,在10 min内测定两螺钉间的直流电阻。②用直流500 V电压表测试,绝缘垫板绝缘电阻应大于1 MΩ。③保证轨道电路正常工作的极限运用条件:绝缘垫板的最高允许破损率不大于25%;钉栓电阻值60 kΩ以上的应占80%以上,20~60 kΩ的应占20%以下,在任何情况下钉栓电阻值不得低于20 kΩ。
(4)雨、雪及环境条件因素。钢轨、垫板、道钉等金属设备属于电子导电材料,道砟、轨枕、路基及土壤等则主要是离子导电材料。在电子导电和离子导电之间的边界上,会形成一种过渡层电阻,这个电阻就是道床电阻的另外一部分。这种结构相当于一个电解槽,钢轨为电极,轨枕等为电解液,所以电极反应的快慢就决定了通过道床的漏电流大小,即当电极反应快,道床电阻就小,反之道床电阻就大。而电极电位的高低,电解液的湿度、浓度和温度的高低又决定了电极反应的快慢。实践证明,当直流电位升高时,道床电阻值就降低;同样当湿度、温度升高时,道床电阻随之降低。因此,由于冬天温度低、湿度小,会出现道床电阻的最大值。而最小道床电阻值,一般是在夏季暴雨后8~10 min的炎热气候时出现。道床电阻的最大值和最小值,可能会相差十几倍,甚至上百倍。当轨道电路由交流供电时,漏泄电流的大小取决于电化学反应。一般交流供电时的道床电阻比直流供电时要低一些。道床电阻越小,漏泄电流越大,轨道电路消耗的电能就会越多,而且道床电阻变化的范围越大,轨道电路的工作就越不稳定。因此要保证轨道电路稳定工作,必须尽可能地提高最小道床电阻值。提高道床排水能力,定期清筛道砟,及时更换腐朽及破裂的枕木等,都是提高道床电阻的有效办法。
(5)其他因素。路基的构造、路基的土质等也在一定程度上影响道床电阻值。
钢轨阻抗包括钢轨本身的阻抗和钢轨接头处的阻抗。钢轨接头处的阻抗则包括鱼尾板及导接线的阻抗和它们的接触电阻。鱼尾板与钢轨接触电阻Zyj的大小与鱼尾板、钢轨端部表面污垢及生锈程度、螺栓的松紧、气候条件等有关,可在很大范围内变化。为了得到稳定并尽可能小的钢轨阻抗,在钢轨接头处安装了钢轨接续线(即导接线),这样变化范围大的Zyj就被比较小而稳定的接续线阻抗Zd及接续线与钢轨间的接触电阻Zdj并联,因此钢轨接头处的总阻抗就会显著降低,也较稳定。我国采用的轨端接续线有塞钉式和焊接式两种。当轨道电路中通以直流信号时,钢轨阻抗就是纯电阻,称之为钢轨电阻。当轨道电路中通以交流信号时,在钢轨周围与内部以及轨端接续线周围,形成交变磁场,因而除了交流电阻之外,还有感抗存在,总的阻抗比直流时要大很多。同时钢轨阻抗值还取决于信号电流的频率,频率越高,阻抗值就越大。