CC BY
50
m2 = 1,5 руб/кВт ч, то, выполняя вычисления по предложенной методике, получим, что оптимальная загрузка будет соответствовать режиму недовозбуждения с аДОПТ =-0,378. Таким образом, если не учитывать параметры
ТВУ и оптимальное использование компенсирующей способности СД совместно с КБ, то погрешность оптимальной загрузки по реактивной мощности составит около 6%.
Современные цифровые регуляторы синхронных двигателей, имеющие дискретные и аналоговые входы и выходы, и возможность адаптивно настраивать подобные функции, позволяют реализовать оптимальное распределение компенсирующей способности СД и КБ с учётом перечисленных выше требований в режиме реального времени.
Библиографический список
1. http://intmash.ru/
2. Абрамович Б.Н., Коновалов Ю.В. Дополнительные потери активной мощности в синхронных двигателях при их работе в режиме компенсации реактивной мощности // Электричество. 1990. № 5.
3. Коновалов Ю.В. Расчет параметров установившегося режима работы синхронного двигателя при использовании его компенсирующих способностей. Вестник Ангарской государственной технической академии. 2009. № 1, т. 3. 218 с.
УДК 621.331. - 621.332.3
ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫЙ РЕЛЬСОВЫЙ ТРАНСПОРТ КАК ИСТОЧНИК БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ
М.А.Корнеева1, В.К.Соломина2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены сведения о рельсовой сети трамвая как источнике блуждающих токов. Рассмотрены требования к рельсовой сети с целью уменьшения блуждающих токов, составлена схема замещения тяговой сети при двухстороннем питании и представлена система уравнений для расчета потенциалов в узлах схемы замещения, разработана и приведена структурная схема программы для решения системы уравнений узловых потенциалов, построена потенциальная диаграмма «рельс-земля» для конкретных данных, сделан анализ полученной диаграммы.
Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: электрифицированный рельсовый транспорт; трамвай; тяговая сеть; рельсовая сеть; блуждающие токи; узловые потенциалы; потенциальная диаграмма.
ELECTRIFIED RAIL TRANSPORT AS A SOURCE OF CIRCULATING CURRENTS M.A. Korneeva, V.K. Solomina
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article provides information on the tram rail network as a source of circulating currents. The requirements for the rail network to reduce the circulating currents are considered. The equivalent circuit of traction network under bilateral power supply is made. The equations system to calculate the potentials in the nodes of the equivalent circuit is offered. The structural scheme of the program to solve the equation system of nodal potentials is worked out and presented. The potential diagram «rail - ground» for specific data is built. The analysis of the received diagram is made. 3 figures. 1 table. 2 sources.
Key words: electrified rail transport; tram; traction network; rail network; circulating currents; nodal potentials; potential diagram.
Основными мероприятиями по ограничению токов утечки в рельсовой сети трамвая, осуществляемыми при проектировании систем электроснабжения трамвая, являются: выбор места присоединения отрицательных питающих кабелей к рельсам; определение оптимальных расстояний между отрицательными питающими пунктами, определение числа и сечения отрицательных питающих кабелей; соблюдение нормы
разности потенциалов между отрицательными питающими пунктами.
Места присоединения отрицательных питающих кабелей к рельсам должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы максимальное падение напряжения в рельсовой сети на участке питания, вычисленное по среднесуточной нагрузке за месяц со среднесуточной температурой выше -50С, не превышало значений,
'Корнеева Маргарита Анатольевна, старший преподаватель кафедры электропривода и электрического транспорта, тел.: (3952) 405248, e-mail: asa@istu.irk.ru
Korneeva Margarita, Senior Lecturer of the chair of Electric Drive and Electric Transport, tel.: (3952) 405248, e-mail: asa@istu.irk.ru
2Соломина Вера Константиновна, кандидат технических наук, доцент кафедры информатики, тел.: (3952) 405183, e-mail: i02@istu.edu
Solomina Vera, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the chair of Information Science, tel.: (3952) 405183, e-mail: i02@istu.edu
указанных в таблице Инструкции по ограничению токов утечки из рельсов трамвая. Например, при бетонном основании рельсового пути с рельсами, утопленными в бетон, при 5 - 6 месяцах в году со среднесуточной температурой выше -5 С максимально допустимое падение напряжения не должно превышать 0,8 В.
Средняя величина разности потенциалов между любыми отрицательными питающими пунктами (ОПП) одной подстанции в период интенсивного графика движения не должна быть: более 0,5 В при наличии автоматического регулирования потенциалов рельсовой сети; более 1,0 В при регулировании потенциалов с помощью реостатов.
Параллельная работа тяговых подстанций допускается в том случае, если средняя величина разности потенциалов между отрицательными питающими пунктами смежных параллельно работающих подстанций не превышает 1,0 В.
Кабели, используемые для прокладки отрицательных питающих линий, должны иметь контрольные жилы для измерения потенциалов ОПП. При отсутствии у кабелей контрольных жил допускается прокладка воздушных контрольных проводов, сечение которых выбирают с таким расчетом, чтобы сопротивление одного провода было не более 15 Ом на 1 км [1].
Измерение разности потенциалов между ОПП одной тяговой подстанции (ТП) и между ОПП смежных параллельно работающих подстанций должно производиться в часы интенсивного движения транспорта с помощью регистрирующих приборов, включенных между контрольными жилами различных кабелей одной подстанции или подключенных к линии связи между подстанциями.
Проверку разности потенциалов между различными ОПП одной ТП производят два раза в год и между ОПП смежных параллельно работающих подстанций -1 раз в год и при каждом длительном (более 1 месяца) изменении режима электроснабжения. Продолжительность измерений не менее 1 ч. Результаты измерений заносят в протокол.
Измерения разности потенциалов между рельсами и землей необходимо производить раз в год через 300 м и в характеристических точках рельсовой сети: пунктах присоединения отрицательных питающих кабелей, под секционными изоляторами между секциями смежных подстанций, в конце консольных участков, в местах присоединения электродренажей. Измерение разности потенциалов между рельсами и землей следует производить с помощью высокоомных приборов (не менее 20 000 Ом). В качестве измерительного электрода применяют стальной стержень диаметром 15 мм. Электрод забивают в грунт на глубину не менее 15 см. Минимальное расстояние пункта установки электрода от ближайшей нити рельсов - 20 м. Продолжительность измерения в каждом пункте не менее 15 мин. При этом фиксируют 150 показаний прибора. По результатам измерений строят диаграмму потенциалов рельсовой сети. На основе анализа этой диаграммы должна быть произведена ориентировочная проверка выполнения норм разности потенциалов и падения напряжения в рельсах. Сумма абсолютных
значений любых двух координат анодной и катодной зон диаграммы потенциалов не должна превышать нормируемой для данных условий величины падения напряжения в рельсах [2].
Перечисленные измерения в рельсовой сети трамвая проводятся в трамвайных депо с большими затратами времени и средств. Оценить состояние рельсовой сети как источника блуждающих токов можно с помощью потенциальной диаграммы, построенной на ПЭВМ.
На кафедре электропривода и электрического транспорта ИрГТУ разработана программа для исследования рельсовой сети трамвая в среде программирования Visual Basic Application объекта Microsoft Excel. Внешняя оболочка данной программы выполнена с помощью приложения AutoPlay Media Studio. Основной задачей данной программы является построение потенциальной диаграммы «рельс-земля» для тяговой сети с равномерно распределенной нагрузкой с односторонним и двухсторонним питанием. Расчет потенциальной диаграммы состоит из следующих основных этапов:
1) составление схем замещения;
2) определение параметров тяговой сети;
3) составление систем уравнений методом узловых потенциалов;
4)определение проводимостей ветвей схемы замещения и составление матрицы;
5) определение потенциалов в рельсовой сети и построение потенциальной диаграммы «рельс-земля».
Расчет диаграммы проводится по схемам замещения тяговой сети с определенным числом подвижных единиц. В этих схемах контактная, рельсовая сеть, питающие кабельные линии и нагрузка заменены постоянными сопротивлениями. На рис. 1 представлена схема замещения тяговой сети трамвая и грунта при двухстороннем питании контактной сети. Схема замещения тяговой сети при одностороннем питании контактной сети получается исключением второго источника эдс Е2 и сопротивлений Rnm2 и Ronrn.
На схемах замещения приняты следующие обозначения: RKC - сопротивление участка контактной сети; RPC - сопротивление участка рельсовой сети; Rnm и Rorm - сопротивление положительного и отрицательного питающего кабеля соответственно; RH -сопротивление нагрузки; Rn - переходное сопротивление «рельс-земля»; RZ - сопротивление растеканию тока в грунте; Е - эдс источника, равная номинальному напряжению на шинах выпрямленного тока ТП 600 В.
Сопротивление 1 км контактной сети определяется по формуле
1000•р
rkc -
f • q • к
J 1 кп изн
где р - удельное сопротивление материала, из которого выполнен контактный провод контактной сети,
Ом •„
1 - число контактных проводов, при одном
стороннем движении подвижного состава (ПС) f = 1,
РОПЛл
1?п1
о
[^ППЛ 1
Н Н
Ин1
Якс2 2 КксЗ 9 Н I—#-1 —I I-
Кппл2
Rpc1 -I I-
Р?п2
1?н2
крс2
Р!пЗ
1?нЗ КрсЗ
о-
Кп4
к рс4 -I I-
Ропл -
10
1?п5
Рис. 1. Схема замещения тяговой сети трамвая и грунта при двухстороннем питании контактной сети с
тремя вагонами трамвая
при двухстороннем - 2; qкп - сечение контактного провода, мм2; kmн - коэффициент износа контактного провода.
Чаще всего контактная сеть выполняется из медного контактного повода марки МФ-85, удельное со-
противление меди составляет 0,0175
Ом •„
стан-
дартное сечение провода составляет 85 мм , коэффициент износа контактного провода сети трамвая 0,875.
Сопротивление участка рельсовой сети определяется по формуле
1,5 • ЬР„ КрС =-
тивление тягового двигателя ПС, проходящего по расчетному участку. Сопротивление нагрузки определяется по формуле
= и,
Н I
где и - напряжение на токоприемнике ПС, принимаемое равным 550 В; I - ток, потребляемый одной единицей ПС, А.
Ток, потребляемый одной единицей ПС:
А • О-V
I =-
и
О • N
где 1_рС - длина участка рельсовой сети, равная длине участка контактной сети, км; С - масса 1 м рельса, кг; N - число рельсовых нитей, при одностороннем движении ПС N=2, при двухстороннем N=4.
Масса 1 м рельса указывается в его марке. Например, для рельса марки Р-50 масса одного метра составляет 50 кг.
Сопротивление положительных и отрицательных кабельных линий определяется по формуле
-ППП(ОПП) - р
где А - удельный расход энергии,
Вт • ч
С - масса
т • км
подвижного состава при нормальном наполнении, т; V - эксплуатационная скорость подвижного состава, км/ч.
Переходное сопротивление рельсов относительно земли для наземных участков электротранспорта состоит из последовательно включенных сопротивлений цепи утечки: рельс - рельсовое скрепление - шпала -балласт - земляное полотно - удаленная зона (зона нулевого потенциала). Переходное сопротивление «рельс-земля» определяется по формуле
Яр. = К • К,
где Рп - сопротивление между рельсами и поверхностью земли, Ом; - сопротивление растеканию тока в земле, Ом.
Средние значения переходных сопротивлений «рельс-земля» в зависимости от конструкции рельсо-
из которого выполнены питающие линии, мм2. вого пути приведены в таблице.
Под сопротивлением нагрузки понимается сопро- Для определения потенциалов в рельсовой сети
Значения переходного сопротивления «рельс-земля» при различных конструкциях рельсового
пути
К
ЯОПЛ
-^ППЛ(ОПЛ)
ч
где 1-ппЛ(огш) - соответственно длина положительной и отрицательной питающей линии, км; р - удельное сопротивление материала токоведущей жилы кабеля,
Ом•мм2 _ -; д - площадь поперечного сечения кабеля,
Тип конструкции пути, состояние балласта Расчетные значения Рр.з в сухом состоянии, Ом-км Значение ^ в эксплуатации, Ом-км Нормируемые значения Р,>з, Ом-км
Бетонное основание с рельсами, заделанными в бетон 0,02 - 0,08 0,02 - 1,00 0,02
Шпально-песчаное с асфальтовым заполнением 0,1 - 0,3
Шпально-щебеночное с заполнением брусчаткой 0,02 - 0,55
2
м
необходимо с помощью метода узловых потенциалов составить и решить систему уравнений, в которой неизвестными будут потенциалы в узлах схемы замещения, а коэффициентами при неизвестных - проводимости ветвей.
Структурная схема программы приведена на рис.2.
В качестве примера рассматривается построение
Если вблизи и вдоль рельсовой сети в земле проложено металлическое подземное сооружение (МПС), а в рельсовой сети имеют место блуждающие токи, в металлическом подземном сооружении возникают анодная и катодная зоны.
Потенциальная диаграмма для МПС обратна диаграмме рельсовой сети, наиболее опасные для МПС анодные зоны находятся на расстоянии примерно 120
Рис. 2. Структурная схема программы
потенциальной диаграммы «рельс-земля» на участке рельсовой сети трамвая длиной 800 м, выполненном из рельса марки Р-50, с двухсторонним питанием от двух тяговых подстанций, на котором находятся три вагона трамвая модели 71-619 Усть-Катавского вагоностроительного завода с массой 29,5 т, с удельным
>-« Вт • ч
расходом электроэнергии 140-.
т • км
Результатом решения системы уравнений является определение потенциалов в точках 3, 4, 5, 6, 10 на схеме замещения рельсовой сети трамвая (рис. 1). Потенциальная диаграмма «рельс-земля» представлена на рис. 3.
Анализ полученной потенциальной диаграммы «рельс-земля» позволяет определить местоположение анодной и двух катодных зон в рельсовой сети.
м от отрицательных питающих пунктов слева и справа на диаграмме (рис. 3). Общая длина анодной зоны для МПС составляет 240 м из 800 м рассмотренного в качестве примера участка рельсовой сети при нахождении на нем трех вагонов трамвая. В пределах анодных зон МПС требуется защита от блуждающих токов.
Из полученной потенциальной диаграммы сделан вывод о разности потенциалов в двух отрицательных питающих пунктах смежных тяговых подстанций, а именно в точках 3 и 10 на схеме замещения (рис. 1). Разность потенциалов равна нулю. Данный результат объясняется тем, что отрицательные питающие линии от двух смежных подстанций в рассматриваемом примере выполнены кабелем одной марки, одинаковой длины и сечения. Но, тем не менее, требование к разности потенциалов ОПП смежных параллельно рабо-
^р-з, ^ Потенциальная диаграмма
Рис. 3. Окно для построения потенциальной диаграммы «рельс-земля» для приведенного примера
тающих тяговых подстанций выполняется. и проверить разности потенциалов отрицательных
Потенциальную диаграмму «рельс-земля» можно питающих пунктов всех тяговых подстанций схемы
построить для всей рельсовой сети трамвая в городе электроснабжения трамвая.
Библиографический список
1. Правила технической эксплуатации трамвая: утверждены 2. Инструкция по ограничению токов утечки из рельсов
распоряжением Министерства транспорта РФ от 30.11.2001 трамвая: утверждена МЖКХ РСФСР от 22 декабря 1982 г.
№ АН - 103р. 2001. 136 с. № 652.
УДК. 621.315
ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В КАБЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Г.Г. Константинов1, О.В. Арсентьев2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Показано, что очередной прорыв в производстве кабельно-проводниковой продукции (КПП) возможен при применении нанотехнологий и наноматериалов. При этом можно существенно улучшить технические характеристики и снизить затраты на производство КПП за счет изменения конструкции кабелей и проводов, а также упрощения технологического процесса их изготовления. Ил.8. Библиогр.: 4 назв.
Ключевые слова: нанотехнологии; наноматериалы; кабель; углеродные нанотрубки (УНТ); нанокомпозиты.
APPLICATION OF NANOMATERIALS AND NANOTECHNOLOGIES IN CABLE INDUSTRY G.G. Konstantinov, O.V. Arsentyev
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article demonstrates that another breakthrough in the production of cables and wires is possible when applying na-notechnologies and nanomaterials. This can significantly improve the technical characteristics and decrease costs for the production of cables and wires due to the change in the design of cables and wires, and simplification of their manufacturing process as well. 8 figures. 4 sources.
Key words: nanotechnologies; nanomaterials; cable; carbon nanotubes (CNT); nanocomposites.
Кабели и провода применяются для передачи электроэнергии, при этом передаваемая мощность может составлять от нескольких долей Вт до нескольких тысяч МВт. Требования к изделиям кабельно-проводниковой продукции постоянно ужесточаются в соответствии с запросами потребителей, определяемыми спецификой традиционных и новых сфер применения, а также в соответствии с эволюционирующими требованиями международных и национальных стандартов, связанных, в том числе, с безопасностью эксплуатации кабелей, особенностями их производства и переработки с учетом экологических норм. Все вышесказанное требует от разработчиков и изготовителей КПП дополнительных затрат на разработку новых технологических процессов, приобретение новых материалов и производственного оборудования. Эти затраты производитель вынужден закладывать в цену своей продукции.
Потребитель, в свою очередь, заинтересован в разумных величинах соотношения цена/качество. Так интересы производителей и потребителей вступают в конфликт. Естественно, что разработчики КПП постоянно ищут способы разрешения этого конфликта, но их возможности имеют очевидные практические ограничения. Основная часть технических требований к кабелям реализуется применением новейших проводниковых и изоляционных материалов, в то время как конструкции кабелей, за редкими исключениями, практически не изменяются, что подтверждается анализом новых патентов на кабели и провода не только в России, но и за рубежом [1]. За несколько последних десятилетий можно выделить лишь две группы кабельной продукции, где новшества носили принципиальный характер.
В первую очередь, это относится к кабелям, в которых для передачи информационных сигналов ис-
1 Константинов Геннадий Григорьевич, кандидат технических наук, профессор, тел. (3952) 405238, e-mail: kgg@ek-s.ru Konstantinov Gennady, Candidate of technical sciences, Professor, tel. (3952) 405238, e-mail: kgg@ek-s.ru.
2Арсентьев Олег Васильевич, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой электропривода и электрического транспорта, тел. (3952) 405128, e-mail: arsentyevov@rambler.ru
Arsentyev Oleg, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the chair of Electric Drive and Electric Transport, tel. (3952) 405128, e-mail: arsentyevov@rambler.ru
