CC BY
108
УДК 656.259.12 : 629.423.31
В. I. ЩЕКА, I. О. РОМАНЦЕВ*, К. I. ЯЩУК (ДНУЗТ)
* Каф. АТЗ, Дшпропетр. нац. ун-т зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, 49010, Украша, тел.: 373-15-04, ел. пошта: rio_mail@i.ua
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЗВОРОТНОГО ТЯГОВОГО СТРУМУ НА РЕЖИМИ РОБОТИ ТОНАЛЬНИХ РЕЙКОВИХ К1Л
Вступ: 1з впровадженням швидк1сного руху спостертаеться пвдвищене споживання тягових струм1в но-вими типами рухомого складу. Ця проблема е актуальною, так як висош р1вш тягових струм1в можуть здшс-нювати не тшьки заважаючий, але 1 небезпечний вплив на апаратуру пристро!в зал1знично! автоматики. Тому виникла необхщшсть дослвдити характер розповсюдження тягових струм1в 1 потенщал1в вздовж рейок. Мета: Дослщження розповсюдження тягових струм1в 1 потенщал1в вздовж рейок, визначення гх критичних значень, при яких можливе невиконання режим1в роботи тональних рейкових к1л. Методи: Для проведення дослщжень використовувалася розроблена математична модель, а також методика розрахунку режим1в роботи тональних рейкових кш. Результати: За допомогою математичноГ модел1 були отримаш епюри розповсюдження струм1в 1 потенщал1в вздовж рейок для електричноГ тяги постшного 1 змшного струму при зна-ходженш на ф1дерно! зош дек1лькох рухомих одиниць при р1зних опорах рейок 1 1золяци. Проведено пор1в-няльний анал1з експериментальних даних 1 результапв дослщження. На основ1 отриманих р1вшв тягових струм1в було проведено дослщження Гх впливу на режими роботи рейкових кш. Висновки: Р1вень зворотно-го тягового струму поблизу шдстанцп та рухомого складу може становити бшьше 600 А. Велик! р1вш тягових струм1в впливають 1 на роботу тональних рейкових кш, а саме на нормальний 1 шунтовий режими роботи. Внаслвдок дослiдження було встановлено, що при досягненш тягових струм1в 200 А може спостер1гатися зниження критерпв роботи ТРК.
Ключовi слова: тональш рейков1 кола, математичне моделювання, тягов1 струми, потенщали, режими роботи, ошр 1золяцп
Вступ
В сучасних умовах стр1мкого розвитку науко-во-техшчного прогресу зашзничний транспорт Украни зазнае дедаш бшьших змш, що пов'язаш з удосконалення юнуючих систем, модершзащею апаратури з метою забезпечення якомога вищо! пропускно! здатносп одночасно з високим р1внем надшносп та безпеки руху. Одшею з провщних тенденцш е перехщ на тональш рейков1 кола (ТРК) та автоблокування на !х основу вщм1нною особливютю яких е забезпечення тдвищено! за-вадостшкосп. Наряду з цим проходить модерш-защя парку рухомого складу, впроваджуються нов1 сучасш електропо!зди та локомотиви, з метою реашзацл швидюсного руху на зашзницях Украни. Кр1м того зростае вантажний об1г зашз-ницями, що потребуе збшьшення маси поГзду та тдвищення пропускно1 здатносп прських д1ля-нок. В таких умовах важливим залишаеться пи-тання електромагштно1 сумюносп апаратури за-л1знично1 автоматики з контактною мережею (КМ) та електрорухомим складом (ЕРС), бо саме вщ цього залежить безпека руху на зашзнищ.
Дослiдження розповсюдження зворотного тягового струму в рейках
Сучасний ЕРС, що активно впроваджуеться на зашзницях Украши здатний рухатися з1 швид-
костями 160 км/год та бшьше. Рух такого ЕРС супроводжуеться споживанням з КМ тягових струм1в, р1вень яких може сягати кшькох сотень (при тяз1 змшного струму), або тисяч (при тяз1 постшного струму) ампер[1, 2]. Такий потужний ЕРС створюе суттеве навантаження на КМ { зок-рема на РК, як водночас е основним елементом забезпечення безпеки руху на зашзнищ. Об1г у фщернш зош (ФЗ) сучасних швидюсних по1зд1в викликае протшання в рейковш л1нл (РЛ) зворот-них тягових струм1в великого р1вня, кр1м того наявшсть струму створюе потенщал рейок вщно-сно земл1, все це ускладнюе нормальне функщо-нування та обслуговування РК. Тому невщ'ем-ною частиною забезпечення електромагштно1 сумюносп апаратури автоматики з КМ е визначення можливих р1вшв зворотного тягового струму та потенщашв рейок [1, 2].
Для виршення цього питання була розроблена математична модель з подальшою комп' ютерною реашзащею, яка дозволяе автоматизувати визначення характеру розповсюдження потенщашв та струм1в у рейках вздовж ФЗ. Математична модель дозволяе реашзувати р1зш ситуацл шляхом зм1ни довжини ФЗ, юлькосп локомотив1в у ФЗ, роду тяги, потужносп ЕРС, опору рейок та ¡золяцл. Також запропонована модель враховуе щцуктивний вплив КМ при тяз1 зм1нного струму [3].
© В. I. Щека, I. О. Романцев, К. I. Ящук, 2012
Результати роботи комп'ютерно! реашзащ! математично! моделi наведено на рис. 1 та 2.На рис. 1 наведено дiаграму розповсюдження зворо-тного тягового струму (а) та потенщалу (б) рейок вздовж ФЗ прсько! дiлянки тяги постшного струму. Довжина ФЗ 10 км, ЕРС знаходиться на координатах 3 та 8 км. Великий рiвень тягових
а — 0,1 Ом-км — 1 Ом км — 4 Ом км
Г• V ' •' Л
"ч \ ч\ А
1 1 I
з крутим профшем [4].
На рис. 2 наведено дiаграму розповсюдження зворотного тягового струму (а) та потенщалу (б) рейок вздовж ФЗ для тяги змiнного струму при рiзних опорах iзолящ!. Довжина ФЗ дорiвнюe 60 км [3], в якосп навантаження прийнято два елек-тропо!зди з координатами 30 та 50 км.
б /\ / Ч /' \ 1 -0,1 Ом-км .....0,5 Ом км ---1 Ом км -----4 Ом км
/Л / \
•V. V/ V 1А
III
Рис. 1. Д1аграма розповсюдження тягового струму (а) та потенщалу (б) в рейках при тяз1 постшного струму
Рис. 2. Ддаграма розповсюдження тягового струму (а) та потенщалу (б) в рейках при тяз1 змшного струму
З приведених дiаграм видно, що рiвень тягового струму в рейках найбшьший в межах тягових тдстанщй та ЕРС та може досягати рiвня 3000 А при тязi постiйного струму i 600 А при тязi змiнного струму. Таю рiвнi струму усклад-нюють процес експлуатащ! РК та можуть призве-сти до збо!в у роботi апаратури автоматики [5].
З метою тдтвердження адекватносп розроб-лено! математично! моделi та й комп'ютерно! ре-алiзацi! було проведено експериментальш досль дження характеру розтшання потенцiалiв та струмiв вздовж рейок на донках з тягою постшного та змiнного струму. Для умов, аналопчних до експерименту було промодельоване розпо-всюдження тягових струшв та потенцiалiв на дь лянцi ФЗ, що дало можливють пiдтвердити адек-ватнiсть розроблено! математично! моделi за кри-терieм Вшкоксона на 5 % рiвнi значносп.
Дослiдження впливу тягового струму на режими роботи ТРК
Як зазначалося, рiвm тягових струмiв за певних умов при рiзних видах тяги можуть досягати зна-
чень, яю негативно впливатимуть на роботу рейко-вих кiл. Адже рейковi кола е основним колiйним датчиком, що контролюе мiсцезнаходження потягу, цiлiснiсть рейкових ниток, а також виконуе функщ! каналу передачi сигнально! частоти та коду автоматично! локомотивно! сжгатзаци (АЛС) вiд колш-них пристро!в на локомотив [6]. Водночас РК е самими ненадшними елементами залiзнично! автоматики i вщ !хньо! справно! роботи залежить забезпе-чення технологiчного процесу перевезення вантажiв i пасажирiв. Тому виникае необхщтсть дослщити вплив великих рiвнiв тягових струшв на режими роботи ТРК, що вщповщае обов'язковим вимогам, яю висуваються до сучасних систем. За-стосування систем автоблокування на осжга ТРК без iзолюючих стиюв дозволяе забезпечувати укла-дання безстиково! коли в межах цiлого перегону, за рахунок чого спостерiгаеться значне зниження ви-трат на обслуговування коли та пiдвищення надш-ностi роботи автоблокування в щлому [7].
1снуе велика кiлькiсть факторiв, що мають як детермшований, так i стохастичний характер, i здшснюють вплив на ТРК, зокрема на !х
режими роботи. Кожен з режимiв роботи мае сво1 сприятливi та критичш умови. На умови роботи РК в кожному з режимiв впливають три не-залежнi параметри: ошр рейок, опiр iзолящl i на-пруга джерела живлення. При рiзних поеднаннях цих параметрiв створюються найбiльш важи (критичнi) умови для кожного режиму. Характер впливу вказаних чинниюв на режими роботи та-кож залежить вщ довжини, схеми i параметрiв апаратури РК. Роботу РК в нормальному, шунто-вому i контрольному режимах кiлькiсно ощню-ють за допомогою наступних критерпв: коефще-нта перевантаження, коефiцiента чутливосп до нормативного шунта i коефщента чутливостi РК до обiрваноl (пошкоджено!) нитки [8]. Тяговий струм, який протiкае вiд локомотиву до тягово! пщстанцл по рейках, на деяких навантажених дiлянках може досягати кшькох сотень або навiть тисяч ампер (в залежносп вщ роду тяги) [4].
Для дослщження впливу тягового струму на режими роботи ТРК було використано результа-ти математичного моделювання характеру розпо-всюдження тягового струму вздовж рейок при тязi змiнного струму, а також виконаний розра-хунок нормального та шунтового режимiв роботи ТРК, схеми замiщення для яких приведенi на рис. 3. Особливютю розрахунку ТРК е наявнiсть в схемi замiщення опору 2М та 2М ,що е опором, е^валентним вiдсутностi iзолюючих стиюв[9]. Координатою х позначено вщстань вiд точки шд-ключення апаратури релейного кiнця до нормативного шунта, Ь - загальна довжина РЛ.
ня реле, що критерiем виконання нормального режиму роботи. Для дослщження було взято два значення опору iзоляцil - номшальний 1 Ом-км i максимальний 50 Ом-км. В реальних умовах величина опору iзоляцil в значнш мiрi залежатиме вщ стану баласту, погодних умов. [6, 10]
Рис. 4. Залежнють коефщенту перевантаження реле вщ величини тягового струму: 1 - для опору 1золяци 1 Ом-км, 2 - для опору 1золяцп 50 Ом-км Як вщомо, коефщент перевантаження реле не повинен бути меншим одиницi [6]. Судячи з при-ведених на рис. 4 результата дослiдження при максимальному опорi iзоляцil коефiцiент перева-нтаження реле знаходиться в допустимих нормах та мае запас. При номшальному опорi iзоляцil та тягових струмах бшьше 400 А, яю можуть спо-стерiгатися в районi тягово1 пiдстанцil, коефiцiент перевантаження близький до одинищ, але його значення дозволяе стверджувати, що нормальний режим роботи ТРК виконуеться.
Виходячи з результата розрахунку нормального режиму роботи ТРК опорi iзоляцil, для досль дження шунтового режиму роботи приймався но-мiнальний,1 Ом-км. Дослщжувалася залежнiсть коефiцiенту шунтово! чутливостi при накладант шунта на живлячому та релейному инцях (рис. 5).
Рис. 3. Схеми замщення ТРК для розрахунку нормального (а) та шунтового (б) режиму роботи
Як зазначалося, при протаанш змшного струму змiнюеться напруженiсть магнiтного поля, а вщповщно, i вiдносна магнiтна проникшсть рейково1 сталi. Таким чином, тяговий струм може змшювати комплексний ошр рейок, змша якого впливатиме на виконання режимiв роботи ТРК.
В залежносп в1д величини опору рейок, що змшюватиметься зi змiною струму, та величини опору iзоляцil, який е одним з параметрiв, що здшснюють вплив на режими роботи, змiнюва-тиметься, вiдповiдно, i коефщент перевантажен-
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
, А
Рис. 5. Залежшсть коеф1ц1енту шунтово1 чутливост1 вщ величини тягового струму:
1 - при накладанш шунта на живлячому кшщ,
2 - при накладанш шунта на релейному кшщ
З отриманих результат дослщження видно, що при CTpyMi бiля 200 А коефщент шун-тово! чутливост при накладаннi шунта на живлячому кшщ та релейному кiнцi починае зменшуватися, але залишаеться в межах нормативного значення.
Висновки
В робой запропоновано математичну модель, що дозволяе визначити характер розповсюджен-ня потенцiалiв рейок та стрyмiв в них вздовж ФЗ при будь-яких по!зних ситyацiях та рiзних станах РЛ. За результатами роботи моделi та експериме-нтальними дослiдженнями на донках з тягою змiнного струму виявлено, що струми в рейках можуть досягати 500 А i бiльше.
При дослiдженнi режимiв роботи ТРК вияв-лено, що у нормальному та шунтовому режимах роботи при досягнент струму в рейках бiля 200 А спостери-аеться зниження вiдповiдно кое-фiцiентy перевантаження реле та коефщенту шу-нтово! чyтливостi на живлячому та релейному юнцях, проте значення цих коефiцiентiв залишаеться в межах норми, що свщчить про виконання режимiв роботи ТРК та забезпечення безпеки ру-
ху.
Таким чином можна зробити висновок, що тд час руху нових титв ЕРС та протiкання в рейках великих тягових стрyмiв можуть виникати збо! в роботi ТРК. Уникнути яких можна зменшивши рiвень тягового струму в рейках шляхом змен-шення опору iзоляцi! та тдтриманням його в межах номшального.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Tuttas, Ch. Elektrische Bahnen [Text] / Ch. Tuttas // 2001, - № 6/7, - S. 262 - 267.
2. Runge, W. Eisenbahntechnische Rundschau [Text] / W. Runge // 2005, - № 7/8, - S. 443 - 453.
3. Марквардт, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог [Текст] / К. Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982. - 527 с.
4. Разгонов А. П. Дослвдження роботи рейкових кш та системи автоблокування на перевальних дшянках з крутим профшем / А. П. Разгонов, К. I. Ящук // Вюник Д11Ту 1м. В. Лазаряна. -2011. - № 37. - Д. : ДНУЗТ - С.186-190.
5. Щека В. I. Розробка системи захисту рейкових кш ввд електромагштного впливу контактно! мереж1 сум1жно! коли / В. I. Щека, О. В. Завго-роднш // Вюник ДИТу 1м. В. Лазаряна. - 2011. -№ 36. С. 157-161.
6. Аркатов, В. С. Рельсовые цепи магистральных железных дорог [Текст] / В. С. Аркатов, А. И. Баженов, Н. Ф. Котляренко. - М. : Транспорт, 1992. - 384 с.
7. Федоров, Н. Е. Современные системы автоблокировки с тональными рельсовыми цепями: учебное пособие [Текст] / Н. Е. Федоров. - Самара: СамГАПС, 2004. - 132 с.
8. Системы интервального регулирования движения поездов на перегонах [Текст] / А. Б. Бойник [и др.]. - Х. : УкрГАЖТ, 2005. - 256 с.
9. Романцев И. О. Анализ методов расчета тональной рельсовой цепи перегона / Романцев И. О., Гаврилюк В. И. // Вюник Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - 2010. -Вип. 35. - С. 187-192.
10. Кулик, П. Д. Тональные рельсовые цепи в системах ЖАТ: построение, регулировка, обслуживание, поиск и устранение неисправностей, повышение эксплуатационной надежности [Текст] / П. Д. Кулик, Н. С. Ивакин, А. А. Удовиков. - К. : Изд. дом «Мануфактура», 2004. - 288 с.
Надiйшла до редколегп 15.11.2012. Прийнята до друку 18.12.2012.
___ А _
В. И. ЩЕКА, И. О. РОМАНЦЕВ , Е. И. ЯЩУК
* Каф. АТС, Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, 49010 Днепропетровск, Украина, тел.: 373-15-04, эл. почта: по_таД@1.иа.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБРАТНОГО ТЯГОВОГО ТОКА НА РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТОНАЛЬНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
Введение: С внедрением скоростного движения наблюдается повышенное потребление тяговых токов новыми типами подвижного состава. Эта проблема является актуальной, так как высокие уровни тяговых токов могут оказать не только мешающее, но и опасное влияние на аппаратуру устройств железнодорожной автоматики. Поэтому возникла необходимость исследовать характер распространения тяговых токов и потенциалов вдоль рельсов. Цель: Исследование распространения тяговых токов и потенциалов вдоль рельсов, определение их критических значений при которых не выполняются режимы работы тональных рельсовых цепей. Методы: Для проведения исследований использовалась разработанная математическая модель, а также методика расчета режимов работы тональных рельсовых цепей. Результаты: При помощи математической модели были получены эпюры распространения токов и потенциалов вдоль рельсов для электрической тяги постоянного и переменного тока при нахождении на фидерной зоне нескольких подвижных еди-
ниц при разных сопротивлениях рельсов и изоляции. Проведен сравнительный анализ экспериментальных данных и результатов исследования. На основе полученных уровней тяговых токов было проведено исследование их влияния на режимы работы рельсовых цепей. Выводы: Уровень обратного тягового тока вблизи подстанции и подвижного состава может составлять более 600А. Большие уровни тяговых токов оказывают влияние и на работу тональных рельсовых цепей, а именно на нормальный и шунтовой режимы работы. Вследствие исследования было установлено, что при достижении тяговых токов 200 А может наблюдаться снижение критериев роботы ТРЦ.
Ключевые слова: тональные рельсовые цепи, математическое моделирование, тяговые токи, потенциалы, режимы работы, сопротивление изоляции
V. I. SCHEKA, I. O. ROMANCEV*, E. I. JASCHUK
* Dep. ATC, Dnipropetrovsk national university of railway transport named after ac. V. Lazaryan, Lazaryan st., 2, Dnipropetrovsk, 49010, Ukraine, tel.: 373-15-04, mail: rio_mail@i.ua.
THE INVESTIGATION OF REVERSE TRACTION CURRENT INFLUENCE ON TONE TRACK CIRCUIT MODES
Introduction: With the introduction of high-speed traffic there is an increased consumption of traction current by new types of rolling stock. This issue is important, as high levels of traction currents can have not only prevents, but also a dangerous impact on the equipment of railway automation devices. It is necessary to investigate the propagation of traction currents and potentials along the rails. Objective: Investigate the propagation of traction currents and potentials along the rails, the determination of critical currents, which not executed tone track circuits modes. Methods: In order to investigate the mathematical model, and the method of calculation tone track circuits modes was used. Results: By means of mathematical model, which includes being several rolling-stocks at the feeder zone, different rail resistance and isolation, the diagrams of currents and potentials propagations for DC and AC electric traction have been obtained. A comparative analysis of the experimental data and the results of the investigation has been realized. Based on received levels of reverse traction current their influence on track circuit modes has been investigated. Conclusions: The reverse traction current level near the substation and rolling-stock can be more than 600A. Great reverse traction current levels have an influence on tonal track circuit functioning, namely normal and shunt modes. When the traction current arrives 200 A there is a reduction criteria of tonal track circuits.
Keywords: tone track circuits, simulation, traction currents, potentials, modes of operation, the insulation resistance
