橡胶轨道减震器电阻测试方法探讨

刘国钧 罗能凤 陶 玲 于晓辉 程 璐

（1.株洲轨道交通高分子材料及制品质量监督检验中心 2.株洲时代新材料科技股份有限公司技术中心）

0 引言

随着铁路运输朝着高速、重载方向发展，对行车安全、振动噪声等的要求越来越高［1］。

轨道扣件系统被用于保证轨道结构的平稳、安全和可靠［2］。其中，扣件系统用橡胶轨道减震器，其结构特点是利用橡胶将上层承轨板和下层底座硫化在一起，橡胶材料的应用使扣件系统兼具良好的减振降噪性能和绝缘性能［3］。轨道电路可分为直流轨道电路和交流轨道电路。直流轨道电路已被淘汰，现已采用交流供电的轨道电路，称为交流轨道电路。国内用直流电测试轨道减震器绝缘电阻的方法较为成熟，而使用交流电测试的方法较少。在实际使用中，轨道减震器主要处于户外使用，使用环境较为复杂，有干态、湿态和雨淋状态等，针对这些环境下的研究相对较少。本文旨在探讨如何在实验室内真实有效地测量轨道减震器的绝缘电阻，为今后该类产品绝缘电阻的测量提供参考依据，将有利于指导产品的有效安全使用。

1 测试装置

6517B型高阻计，美国吉时利仪器公司；DV-AC交流电阻测试仪，桂林东木科技有限公司；ZX50-A宽频阻抗测量仪，桂林彰信检测设备有限公司；高绝缘同轴屏蔽电缆导线，上海精密科学仪器有限公司。

2 测试方法和结果探讨

2.1 直流和交流电源及其电压大小的影响

轨道减震器应用于不同轨道上，首先需要根据实际使用的轨道电路情况选择合适的测量电源。

直流电路测试电阻：用电缆导线连接6517B型高阻计的高压端与低压端，在轨头上施加1min的直流电进行测试。

交流电路测试电阻：50Hz工频下的交流绝缘电阻测试现场如图1所示，电缆导线连接交流电阻计的高压端与低压端，在轨头上施加1min的交流电。

图1 交流绝缘电阻测试实物图

实际测试中，直流电压测试电阻依据TB／T 2626-1995《铁道混凝土枕轨下用橡胶垫板技术条件》，一般测试电压为100V、500V、1000V，测试结果见表1；交流电压测试弹性元件阻抗依据TB／T 3396.5-2015《高速铁路扣件系统试验方法第5部分》，一般测试电压为30V，测试结果见表1。由表所知，正常测试情况下，采用交流和直流电源测试结果差异很大，直流电阻大于交流阻抗。因此，在测试弹性元件产品的电阻时，必须根据该产品的实际使用情况，选择合适的电源进行测试。使用直流和交流电源，随着电压的增大，测试得到的电阻／阻抗均减小。因此，在实际测试弹性元件产品电阻时，选择合适的电压。根据经验，一般建议直流选择500V，交流选择30V、50Hz。

表1 直流电源和交流电源测试结果

轨道减震器在不同电压下的绝缘电阻变化趋势如图2所示。

图2 轨道减震器在不同交直流电压下的绝缘电阻

从图中可以看出，直流条件下的测试电阻较交流条件下的测试电阻高得多，且随着测试电压增大，直流电阻值仍在不断增大，而交流电阻变化不大，稍有下降。轨道减震器接在电路中，相当于在电路中串联了一个电阻器和电容器的综合体，而电容器的阻抗Xc表达式如下：

式中，f为测试频率；C为电容量。

容抗Xc的概念反映了交流电可以通过电容器，电容器的电容越大，表明电容器储存电荷的能力越大，在电压一定的条件下，单位时间内电路中充、放电移动的电荷量越大，电流越大，所以电容对交变电流的阻碍作用越小，即容抗越小；当电容器与直流电源相连接时，除了接通的瞬间因电容器充电而有电流外，一旦充电完毕，电路中就没有电流了，其阻抗就相当大，所以轨道减震器用直流电测试的总电阻比交流电测试的高。

2.2 交流电测试频率的影响

用电缆导线连接ZX50-A宽频阻抗测量仪，施加1min的50V交流电在轨头上，测量频率范围为20～10000Hz，在20～100Hz内每次增量为20Hz，在100～1000Hz内每次增量为200Hz，在1000～10000Hz内每次增量为2000Hz，计算每个频率增量所对应的阻抗。

轨道减震器在50V测试电压下不同频率时的绝缘电阻变化趋势如图3所示。从图中可以看出，随着轨道减震器测试频率的增加，绝缘电阻先急剧减小，后渐渐趋于平缓。分析原因从，公式（1）可知，交流电频率越高，容抗越小，即电容的阻碍作用越小。在交变电流的电压一定时，交变电流的频率越高，电路中充、放电越频繁，单位时间内电荷移动速率越大，电流越大，电容对交变电流的阻碍作用越小，即容抗越小，从而使得轨道减震器的总电阻值随着测试频率的增加而减小。当频率达到2000Hz时，其电阻值趋于平缓，这是因为在一定的频率时，电容器电阻值高时以分布电容影响为主，电阻值低时以其电感成分影响为主。随着测试频率升高，电阻串联的电容导致阻抗减小，频率再继续升高到2000Hz时，则与电阻串联的分布电感开始起作用，使阻抗减少的斜率也变小。

图3 轨道减震器在不同频率下交流的绝缘电阻

2.3 干态、湿态和喷淋对试样的影响

（1）干态：将试样在（23±2）℃、（50±2）%RH环境下调节24h后进行实验；

（2）湿态：将试样在去离子水中浸泡24h后，取出试样擦干表面水分，在标准环境（23±2）℃、（50±2）%RH下进行实验；

（3）喷淋：参照标准TB／T3396和EN13146-5设计喷淋装置，照片如图4所示。

图4 喷淋环境中交流绝缘电阻实验照片

不同状态下的电阻测试结果见表2。通过结果可知，对于处于干态、湿态、喷淋状态下的轨道减震器，干态电阻最大，湿态电阻次之，喷淋状态下电阻最小。

表2 不同状态下的电阻测试结果

图5给出了表面喷油漆和表面没有喷油漆的轨道减震器在水喷淋环境的绝缘电阻变化趋势。从图中可以看出，在常温常湿环境中其绝缘电阻有1.36×107Ω，而在2min的水喷淋过程中喷油漆的轨道减震器绝缘电阻下降到9.9×103Ω左右，未喷油漆的轨道减震器绝缘电阻下降到100Ω左右，随着水喷淋的停止，电阻值又慢慢的随着时间的增加而上升，直到10min时电阻趋于平稳，表面喷油漆的绝缘电阻达到8.0×106Ω，远比未喷油漆的绝缘电阻3.4×106Ω高。这是由于轨道减震器表面涂油漆后，油漆为疏水材料，能迅速将喷在轨道减震器表面的水排开，使减震器表面的水膜厚度降低，电阻值变大［4-5］。

图5 某地铁下轨道减震器在水喷淋环境中的绝缘电阻

对于表面喷油漆和表面没有喷油漆的轨道减震器产品，水喷淋时的电阻是最小的，因为水喷淋时，在两条钢轨之间形成水膜，而水导电，使绝缘电阻变小。在列车高速运行时，两条钢轨之间的阻抗由多个电阻的并联值所决定，即主要取决于其中最小的电阻，因此在实际应用中更要重视轨道减震器在水喷淋环境中的绝缘电阻值测试、减震材料的选择及表面的处理。

3 结束语

对轨道减震器绝缘电阻实验的系统研究，明确了交流电与直流电对轨道减震器绝缘电阻值的影响，特别是高频电压、水喷淋环境对电阻值的影响。在交变电流电压一定时，交变电流的频率越高，电阻值越大，水喷淋环境会极大地降低电阻值，采用涂料防护可有效降低这种影响。

所提出的不同交流电阻实验方法同样适用于其它轨道扣件的电阻性能测试，实际应用中，建议采用实际的频率、水喷淋环境，进行绝缘电阻实验，将更有利于指导产品的有效安全使用。