CC BY
101
Общетехнические задачи и пути их решения 72
Рис. 3. Сопоставление расчетных P, МПа и экспериментальных данных Як= f(P):
Q - экспериментальные данные [7];
П - расчетные данные
Незначительное увеличение
расчетных значений КТС в области давлений от 6 до 10 МПа может быть связано с тем, что предлагаемая
Заключение
По результатам расчетов можно сделать следующие выводы.
1. Сопоставление экспериментальных данных [7] с расчетными позволяет заключить, что математическая модель для контактных пар СПП-охладитель, используемых в ППУ ж.-д. транспорта, составлена правильно.
Библиографический список
1. Электронный каталог компания ОАО
«Электровыпрямитель». -
URL:http://www.elvpr.ru/poluprovodnikprib/diody/i ndexl.php.
2. Механические свойства металлов и сплавов : справочник / ред. Л. Н. Лариков. -Киев : Наукова думка, 1986. - 568 с.
3. Электрические контакты / Р. Хольм. -М. : Иностранная литература, 1961. - 464 с.
4. ГОСТ 25293-82.Охладители воздушных
систем охлаждения силовых
полупроводниковых приборов. Общие технические условия. - Введ. 1982-05-28. - М. : Изд-во стандартов, 1982. - 24 с.
математическая модель только упругую
микровыступов поверхностей, в то действительности при может наступить упругопластическая деформация. Это свидетельствует о
рассматривает деформацию шероховатых время как в этих давлениях
необходимости математической модели теплообмена для
упругопластической микровыступов поверхностей, находящихся в контакте, с учетом механических и теплофизических свойств материалов, используемых в ППУ ж.-д. транспорта.
разработки
контактного
условий
деформации
шероховатых
2. Предлагаемая методика расчета с использованием автоматизированных
программ позволяет еще на стадии проектирования блоков ППУ получить расчётное значение КТС и выбрать оптимальные размеры охлаждающих устройств для СПП.
5. Микрогеометрия и контактное взаимодействие поверхностей / Я. А. Рудзит. -Рига : Зинатне, 1975. - 210 с.
6. Управление переходного сопротивления электрических контактов / В. С. Савченко // Электрические контакты : сб. науч. тр. - М. : Энергия, 1967. - С. 135-147.
7. Исследование контактного теплового сопротивления в системах СПП-охладитель / А. Б. Буянов, С. И. Степанов, В. И. Крылов // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2007. - № 4. - С. 107-114.
УДК 629.4.053.3
А. М. Костроминов, А. А. Костроминов, К. В. Варис
Петербургский государственный университет путей сообщения
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2012/1
Общетехнические задачи и пути их решения 72
АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ КОНТРОЛЯ СРАБАТЫВАНИЯ ПЛАВКИХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
Рассмотрены используемые в настоящее время на железнодорожном транспорте плавкие предохранители с контролем перегорания, выявлены основные недостатки механической системы контроля срабатывания предохранителей. Представлена статистика отказов плавких предохранителей, предложены возможные пути повышения их надежности. плавкий предохранитель, плавкая вставка, токовая перегрузка, короткое замыкание, система железнодорожной автоматики и телемеханики, система механического контроля.
Введение
Неотъемлемой частью любой системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) является плавкий предохранитель (НИ). Главное его назначение - защита СЖАТ от пожаров и повреждений аппаратуры при
возникновении коротких замыканий (КЗ) и токовых перегрузок в многочисленных цепях. Благодаря используемому в НИ физическому принципу защиты -расплавлению проволочной плавкой вставки (ИВ) с нормативным поперечным сечением - предохранитель гарантирует отключение поврежденного участка цепи при КЗ и токовых перегрузках. Несмотря на то, что НИ в качестве устройства защиты цепей СЖАТ применяется уже около ста лет, ряд его параметров, такие как разрывная способность и быстродействие, остаются не
превзойденными другими устройствами токовой защиты (например,
автоматическими выключателями с тепловыми и электромагнитными
расцепителями) [1].
Важной характеристикой 1111 является его низкая стоимость (автоматические
выключатели многократно дороже), особенно с учетом того, что в СЖАТ эксплуатируется более 1,35 млн плавких предохранителей. Даже если на рынке электротехнической продукции появится альтернатива НИ, подобное устройство должно иметь конструктивную
совместимость с существующей аппаратурой по штепсельному соединению и габаритным размерам, позволяющую осуществить замену ИИ на это устройство без каких-либо изменений в конструкции и монтаже СЖАТ.
Таким образом, альтернативы ИИ в СЖАТ пока не видится.
В наиболее ответственных цепях, таких как цепи питания стрелочных электроприводов, рельсовые цепи, применяются ИИ с контролем перегорания. Контроль перегорания - это незаменимый атрибут ИИ, позволяющий в кротчайшие сроки найти сработавший предохранитель. Ирименение ИИ с контролем перегорания необходимо для сокращения времени на восстановление нормальной работы устройств СЖАТ.
1 Устройство и принцип работы системы контроля срабатывания плавких предохранителей
На рисунке 1, а, б представлен Работа системы осуществляется схематический вид ИИ и системы следующим образом. В предохранителе за контроля срабатывания предохранителей. плавкую вставку зацеплен крючок бойка.
ISSN 1815-588Х. Известия ИГУИС
2012/1
Общетехнические задачи и пути их решения 74
Боёк находится во взведенном состоянии над сигнальными лепестками за счет пружины. Сигнальные лепестки установлены в цоколе и являются коммутирующим элементом контрольной цепи. В контрольную цепь подключаются сигнальная лампа и звонок. В нормальном режиме, когда все предохранители исправны, сигнальные лепестки
разомкнуты, лампы не горят и звонок не звенит. При перегорании предохранителя его плавкая вставка расплавляется и освобождает крючок бойка. Боёк под действием пружины опускается и замыкает сигнальные лепестки. По контрольной цепи начинает протекать ток, загорается сигнальная лампа и звенит звонок.
б)
Плавкая вставка Крючок бойка
Боёк Пружина
Держатель плавкой вставки
щ ж Щ ll
\\^лл 1j
Сигнальные
лепестки
Контрольная
цепь
Рис. 1. Схематический вид ПП (а) и системы контроля срабатывания предохранителей (б)
2 Недостатки механического контроля срабатывания ПП
Основная часть недостатков ПП относится к системе механического контроля срабатывания. Можно выделить следующие ее недостатки:
- трудность в обеспечении
параметрической совместимости
упругости нормально разомкнутых контактов выходной части системы
механического контроля и упругости пружины бойка;
- несрабатывание системы
механического контроля ПП вследствие застревания подпружиненного элемента контроля (бойка) на шарообразном наплыве, образовавшемся после расплавления ПВ;
- загрязнение сигнальных лепестков;
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2012/1
Общетехнические задачи и пути их решения 73
- отсутствие информации о точном адресе сработавшего ПП;
- высокие эксплуатационные затраты, связанные с периодической регулировкой бойка в КИПах;
- отказ системы механического контроля при зазоре более 2 мм между ПП и цоколем.
Рассмотрим более подробно каждый из этих недостатков.
1. Предохранитель с контролем
перегорания представляет собой довольно сложное электротепломеханическое
устройство, содержащие различные упругие элементы. Поэтому одной из причин низкой надежности контроля, связанной с конструкцией, является трудность в обеспечении
параметрической совместимости
упругости нормально разомкнутых
контактов выходной части системы механического контроля (сигнальные лепестки) и упругости пружины механического подпружиненного
элемента контроля - бойка. Силовые характеристики последней должны быть минимальны для уменьшения вредного вытягивающего влияния на ПВ. В противном случае крючок бойка растянет проволочную вставку и, опускаясь,
замкнет сигнальные лепестки, что приведет к ложному сообщению о
срабатывании ПП.
2. На практике часто наблюдались
случаи, когда механический
подпружиненный элемент контроля застревает, зацепившись за шарообразный наплыв, возникающий при расплавлении ПВ на конце оставшейся части ее проволоки (рис. 2).
Рис. 2. Иллюстрация отказа контроля ПП
вследствие возникшего шарообразного наплыва на конце проволоки ПВ
Был проведен эксперимент по определению вероятности отказа системы механического контроля, возникающей при данном эффекте.
Плавкий предохранитель с ножевыми выводами с контролем перегорания (по черт. 24714-00-00-04) на номинальный ток 5 А включался в цепь с нагрузкой общей мощностью 4 кВт. Схематический вид сверху исследуемого предохранителя представлен на рисунке 1, а. В качестве источника питания использовался аккумулятор типа А412/3206
напряжением 12 В.
Через ПП пропускался ток, в несколько десятков раз превышающий номинальный. Каждый раз после его срабатывания фиксировалась зона разрыва плавкой вставки. Всего было проведено 10 опытов, результаты которых приведены на рисунке
3.
Из рисунка 3 видно, что расплавление плавкой вставки по центру не наблюдалось. Это можно объяснить тем, что и держатели плавкой вставки, и крючок бойка выполняют функцию охлаждения. Таким образом,
расплавление ПВ будет происходить между ними, так как на этом участке ее температура максимальна. В опытах 6, 7, 8, 10 система механического контроля не сработала, так как крючок бойка оставался подвешенным на шарообразном наплыве, образовавшемся при расплаве на конце проволоки. Полученные результаты показывают, что вероятность отказа системы механического контроля составила 0,4.
Опыт 1 Опыт 2
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2012/1
Общетехнические задачи и пути их решения 74
Опыт 3
Опыт 4
Опыт 5 Опыт 6
Опыт 7 Опыт 8
Опыт 9 Опыт 10
Рис. 3. Схематическое представление образования наплывов в зоне разрыва ПВ по результатам эксперимента
3. Сигнальные лепестки ПП никаким образом не изолированы от внешней среды, поэтому в помещениях с большим количеством пыли возможно их загрязнение. Это может привести к тому, что в случае санкционированного срабатывания ПП в замкнутом положении сигнальные лепестки будут иметь высокое сопротивление. Следовательно, система механического контроля не сработает и времени на поиск неисправности уйдет больше.
4. Система механического контроля не дает обслуживающему персоналу информацию о точном адресе сработавшего ПП, а лишь обозначает группу, в которой находится сработавший экземпляр. Количество ПП, входящих в одну такую цепь, может достигать трех десятков. В условиях стрессовой ситуации электромеханик должен найти в обозначенной группе сработавший ПП, и 3
этот поиск не только занимает длительное время, но и зачастую приводит к ошибкам.
5. Все ПП ремонтируются по графику
один раз в год в соответствии с технологической картой № 27 [2, с. 108]. Это трудоемкая работа, включающая в себя осмотр и чистку корпуса, проверку сопротивления изоляции между силовыми контактами, регулировку бойка, напайку новой ПВ и проверку ПП на стенде. Наиболее длительная по времени и ответственная часть этой работы -регулировка пружины бойка, поскольку от правильной настройки ее упругости и чувствительности сигнальных лепестков зависит надежность системы
механического контроля срабатывания ПП. Так как в настоящее время эксплуатируется около 700 тысяч плавких предохранителей с контролем
перегорания, нетрудно представить, насколько велики эксплуатационные затраты на их ремонт и регулировку.
6. Иногда в процессе эксплуатации
под воздействием вибрации и даже небольшого несоответствия размеров цоколя и расстояния между контактными ножами ПП постепенно выходит из цоколя. Если этот зазор превысит 2 мм, то боёк не сможет надежно замкнуть цепь системы механического контроля при срабатывании ПП. Поэтому
обслуживающий персонал должен
периодически проверять отсутствие этого зазора, но практически это делается только раз в год [3, с. 389].
3 Анализ эксплуатационной надежности контроля срабатывания плавких предохранителей в СЖАТ
Были собраны данные об отказах ПП за 2010 год по Октябрьской железной дороге на основании записей в журнале нарушений работы устройств сигнализации, централизации и блокировки ШУ-78; произведён
статистический анализ причин
срабатывания плавких предохранителей, приведенный в таблице.
Из данных таблицы следует, что эксплуатируемые в настоящее время типовые предохранители с проволочной
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2012/1
Общетехнические задачи и пути их решения 75
плавкой вставкой срабатывают
санкционированнолишь в 16 % случаев, а в оставшихся 84 %случаев они отключают исправные системы автоматики и телемеханики. Следовательно,
функционирование последних
прекращается вследствие собственного отказа ПП. Несанкционированно сработавший предохранитель отключает часть устройств СЖАТ от источника питания, и это приводит не только к сбою графика движения поездов, но и к необходимости перехода на ручное управление стрелками и сигналами. В такой ситуации из-за неправильных действий оперативного персонала наблюдаются случаи ошибочного перевода стрелок под подвижным составом и другие опасные события, т. е.
возникает прямая угроза безопасности движения поездов.
На Октябрьской железной дороге эксплуатируется примерно 220 тысяч плавких предохранителей, из них 120 тысяч - с контролем перегорания. Несмотря на то, что число ПП с контролем и без контроля перегорания примерно одинаковое, число отказов существенно отличается. В цепях, защищаемых ПП с контролем перегорания, произошло на 23,8 %
отказов больше. Из таблицы видно (столбцы 4 и 7), что 8,3 %
несанкционированных срабатываний ПП с контролем перегорания обусловлено отрицательным влиянием существующей механической подпружиненной системой контроля целостности проволочной плавкой вставки.
ТАБЛИЦА. Отказы плавких предохранителей в устройствах СЖАТ по Октябрьской железной дороге за 2010 год
Предохранители Характер отказов и причина
Несоответ ствие номинала Короткое замыкани е цепи Некачест венная пайка Гроза, внешние перенапря жения Окислен ие, коррози я Некачеств енная регулиров ка Всего
1 2 3 4 5 6 7 8
Всего 2 19 2 85 7 3 118
С контролем перегорания 2 13 2 50 3 3 73
Без контроля перегорания - 6 - 35 4 - 45
Таким образом, в 8,3 % случаев несанкционированных срабатываний
происходит разрыв ПВ вследствие воздействия на нее механической системы контроля, а исходя из результатов
эксперимента пункта 2 в 40 % случаев санкционированных срабатываний
механическая система контроля отказывает и не извещает персонал о перегорании ПП.
4 Метод совершенствования системы механического контроля срабатывания ПП
Повышением надежности контроля срабатывания ПП кафедра
«Электрическая связь» занимается с 2004 года и уже имеет определенные успехи. Так, разработана теория проволочной ПВ, на её основе создан двухнитевой ПП (рис. 4), который при поддержке
департамента автоматики и телемеханики ОАО РЖД освоен Санкт-Петербургским электротехническим заводом (СПбЭТЗ) -филиалом ОАО «Элтеза» - и серийно выпускается в настоящее время [4]. В нем установлены две параллельно
включенные ПВ: медная и
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2012/1
Общетехнические задачи и пути их решения 75
константановая. Медная ПВ является рабочей и калибруется под заданный номинал тока, а константановая выполняет контрольную функцию. Данный метод полностью устраняет основной недостаток системы
механического контроля 1111 -
застревание подпружиненного элемента контроля (бойка) на шарообразном наплыве, образовавшемся после расплавления ПВ.
Внедрение двухнитевого 1111 дало положительный эффект - практически вдвое увеличилась надежность (доля санкционированных срабатываний
возросла с 10 % в 2006 году [5, с. 80] до 18 % в 2010-м). Тем не менее эта величина пока еще мала. Оставшиеся пять описанных выше недостатков
сохранились, поэтому по-прежнему
Заключение
Из приведенного анализа следует, что задача совершенствования системы контроля срабатывания 1111 в СЖАТ представляется весьма актуальной. 1ерспективным направлением
совершенствования является переход от контактно-механического принципа
работы к бесконтактному. Для этого предлагается следующее [6], [7].
• Лринять за основу двухнитевое
исполнение 11 (в таком исполнении
СЛбЭТЗ серийно выпускает в настоящее время разработанный кафедрой «Электрическая связь» плавкий предохранитель).
• Лринять в качестве признака
работоспособности 11 низкое
сопротивление контура из двух параллельных плавких вставок.
• Для осуществления контроля низкого сопротивления контура применить высокочастотный генератор, создающий контрольный ток в этом контуре с помощью развязывающего
основным фактором, снижающим надежность данного 11 , является механический контактный контроль срабатывания. Следовательно, общая эксплуатационная надежность системы механического контроля 11 по-прежнему является неудовлетворительной.
Рис. 4. Двухнитевой плавкий предохранитель с контролем перегорания
трансформатора, построенного на малогабаритном ферритовом кольце, и приемник в виде порогового элемента (например, триггер Шмитта),
подключенный к контуру через аналогичный трансформатор. Когда обе ЛВ целые, высокочастотные сигналы от генератора воспринимаются приемником, что свидетельствует о работоспособности ИП. В случае КЗ в защищаемой цепи 1В перегорают, контур размыкается, сигналы от генератора не передаются к приемнику, который фиксирует это событие как срабатывание 11 .
• Обеспечить удобную индикацию состояния 11 для обслуживающего персонала, используя блок индикации. Данный блок высвечивает информацию о состоянии каждого установленного на стативе 11 с помощью светодиода. Каждому состоянию 11 (срабатывание,
обрыв основной 1В и др.) соответствует определенное свечение светодиода.
ISSN 1815-588Х. Известия
2012/1
Общетехнические задачи и пути их решения 77
Макетные испытания этого
предложения подтвердили его
Библиографический список
1. Плавкий предохранитель - элемент силовой электронной техники / Д. Андроников // Силовая электроника. - 2007. - № 1. - С. 10-15.
2. Аппаратура СЦБ. Технологический процесс ремонта РМ32-ЦШ 09.11-82.Ч. II / утв. 11.08.81 В. И. Сироткиным. - М. : Транспорт, 1982. - С. 108.
3. Устройства СЦБ. Технология
обслуживания /утв. 25.12.1997
В. Д. Водяхиным. - М. : Транспорт, 1999. - 433 с. - ISBN 5-277-02068-3.
4. Анализ надежности контроля
срабатывания плавких предохранителей СЖАТ / А. М. Костроминов, Д. Л. Павлов, К. В. Варис // Материалы 66-й научно-технической
конференции СПбНТОРЭС им. А. С. Попова / ред. В. С. Гутин [и др.]. - СПб., 2011. - С. 102104.
5. Повышение надежности работы плавких
предохранителей в устройствах
работоспособность и реализуемость.
железнодорожной автоматики и телемеханики / Д. Л. Павлов // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2005. - Вып.
I. - С. 79-83.
6. Пат. 105085 Российская Федерация,
МПК Н 02 H 3/05. Устройство для контроля резервированного предохранителя /
Костроминов А. М., Костроминов А. А.,
Насонов Г. Ф., Шишков Н. А., Варис К. В.,
Гаврилов В. В. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ПГУПС. - № 2011100589/07; заявл.
II. 01.2011; опубл. 27.05.2011, Бюл. № 15.
7. Пат. 105072 Российская Федерация,
МПК Н 01 H 85/00. Предохранитель с контролем срабатывания / Костроминов А. М., Костроминов А. А., Насонов Г. Ф.,
Шишков Н. А., Варис К. В., Гаврилов В. В. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ПГУПС. - № 2011100859/09; заявл. 12.01.2011; опубл. 27.05.2011, Бюл. № 15.
УДК 629.423.32
А. Н. Марикин, А. Т. Бурков, В. Г. Жемчугов, С. В. Кузьмин
Петербургский государственный университет путей сообщения
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ТЯГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ НА РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ СЦБ
Применение управляемых выпрямителей на тяговых подстанциях постоянного тока приводит к появлению неканонических гармоник в рельсовых цепях. Для выявления причин появления гармоник и степени их влияния на рельсовые цепи выполнено математическое моделирование для тяговой подстанции Хмелевка скоростной линии Санкт-Петербург -Москва.
преобразовательные агрегаты, тяговые подстанции постоянного тока, обратная тяговая сеть, неканонические гармоники.
Введение
В тяговой сети постоянного тока мешающее действие на устройства СЦБ и линии связи оказывает переменная составляющая напряжения и тока
контактной сети и рельсовой цепи [1]. Переменная составляющая возникает вследствие применения да-пульсовых выпрямительных агрегатов на тяговых
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2012/1
