CC BY
19
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
ЕЛЕКТРИЧНИЙ ТРАНСПОРТ
UDC 629.423.32:621.3.066.6
O. Y. BALIICHUK1*, L. V. DUBYNETS2, O. L. MARENYCH3, D. V. USTYMENKO4
1 Dep. «Electric Engineering and Electromechanics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 47, e-mail baliichukaleksei@mail.ru, ORCID 0000-0003-0119-1446
2Dep. «Electric Engineering and Electromechanics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 47, mona.shelley@gmail.com, ORCID 0000-0003-0319-4544
3Dep. «Electric Engineering and Electromechanics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 47, mona.shelley@gmail.com, 4ORCID 0000-0003-3602-5851
4Dep. «Electric Engineering and Electromechanics», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 47, ustimenko.1979@gmail.com, ORCID 0000-0003-2984-4381
INFLUENCE OF CONTACTOR CONTACT PRESSURE IN POWER CIRCUITS OF ELECTRIC STOCK ON THEIR PLASTIC DEFORMATION AND FUSING
Purpose. The work is aimed at conducting the study to obtain the results that will quantify the influence of contactor contact pressure in power circuits of electric stock on the highest current value Id , that does not cause plastic deformation of contacts; and on the current value Ifs - incipient fusion of contacts taking into account the operation
conditions. Therefore, such a study targeted to establish the contact fusing causes is relevant. Methodology. The paper proposes an engineering method for determining the currents Id and Ifs, taking into account the value of contact pressure, electrodynamic forces of contact repulsion Fedr, as well as the pressure influence on the values of such forces. Findings. Taking the contactors 1SVAD8 (locomotive ChS8) and 7SP1 (locomotive ChS4) as an example, the authors conducted the calculations and found that the peak pressure force increases the currents Id and Ifs for these contactors by 11.8%; 15.5%; 11.8%; and 15.4% respectively (compared with the
specified currents at the minimum pressure force). Influenced by Fedr the pressure force of contacts for 1SVAD8 contactor decreased by 13.8...31.8%, and for 7SP1contactor the value Fedr may be greater than the pressure force. This can lead to spontaneous shutdown of the closed contactor that is not provided by the control circuit. Ensuring during operation the maximum allowable pressure force of the contacts Fc slightly affects the value Fedr, compared with the case when Fc has the minimum permissible value (in event of a fault in the heating circuit Fedr for contactors 1SVAD8 and 7SP1 is reduced by only 2.45% and 2.59% respectively). Originality. The authors for the first time presented a quantitative assessment of influence of contactor contact pressure in power circuits of electric stock on their plastic deformation and fusing using the proposed engineering method. Practical value. The results obtained during the research allow solving the problem for developing measures aimed
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
to improve the reliability of the heating circuits of electric locomotives ChS8 and ChS4. The proposed method of determining Id and Ifs can be used to quantify the influence of pressure of the main electric contacts mounted in
power circuits of electric stock of all series, if during the operation there are cases of plastic deformation, fusing, welding of such contacts, in order to improve the reliability of power circuits.
Keywords: contact pressure; plastic deformation current, fusing; pressure force; repulsion; shock current; contact resistance
Introduction
Practice shows that there are cases in operation when power contacts of contactors in power circuits of electric stock are fused and sometimes welded. For example, the above effects were recorded during the operation of the electric locomotives ChS8 when the contacts of 1SVAD8 type contactor in the heating circuit of carriages were fused before the short circuit (SC) response time in the given circuit. The time of SC inception until the short-circuit response is 0.08 sec [1, 2].
Purpose
The work is aimed at conducting the study to obtain the results that will quantify the influence of contactor contact pressure in power circuits of electric stock on the highest current value Id , that does not cause plastic deformation of contacts; and on the current value Ifs - incipient fusion of contacts taking into account the operation conditions. Therefore, the study targeted to establish the contact fusing causes is relevant.
Methodology
We know that contact performance is determined by thermal processes in them [4, 5, 7, 1012, 17-22]. Herewith the crucial is relationship between the energy losses in the contact connection Al and the heat dispersion energy Ahd, which is output into the environment during the same time. The currents that are larger than the nominal ones significantly hinder the work of contacts. This gives rise to phenomena that can lead to dangerous consequences. The increasing current, for example, in SC mode in the heating coil under consideration, (dl/dt)> 0 causes AA = Al - Ahd, which can lead
to overheating of contacts. A certain value of unbalanced energy AA can initiate plastic deformation of the contact surfaces and even fusing of these surfaces.
The main indicator of the quality of contact connection is voltage drop AUc on it
AUc = Ir
(1)
where I - current through contacts, rc - contact resistance.
The current rapid changes, peculiar to SC mode, lead to increase of the electrodynamic forces that reduce contact pressure, while this reduction increases the contact resistance rc. Higher rc further increases AUc, caused by the rise in current.
The ratio between the currents Id (the highest current which does not cause plastic deformation of contacts), Ifs (incipient fusion current) and the
currents at certain modes in the heating circuit of the electric locomotives ChS8, ChS4 are specified in [1, 2]. This study raises the problem to study quantitatively the dependence of contact resistance rc of the contactors 1SVAD8 (locomotive ChS8) [13] and 7SP1 (locomotive ChS4) [15] on the contact pressure force at different operation modes of heating circuits [9].
Let us consider first the influence of the value of the contact pressure force Fc, caused by the springs, of 1SVAD8-type contactor on the current value Id in nominal mode. The contact pressure force Fc for this contactor may be in the range of 80 N to 100 N [13]. Transition resistance at nominal mode [14, 16] is as follows:
Pi
2 V
Fc • С
(2)
where pt - specific electrical resistance of contact materials at nominal mode, Ohm • cm ;
ccr - specific crease-resistance of contact materials;
c - the number of contact points; Fc - contact pressure force, N.
r
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2017, № 2 (68)
Specific electric resistance pT of contact materials at nominal mode (when permissible excess temperature of contacts at ambient temperature of 40 °C by DSTU 2773-94 does not exceed 80 °C):
Pt =Po i1 + XsrT ) :
(3)
where p0 - specific resistance at 0 °C, Ohm • cm;
Xsr - temperature coefficient of specific resis-
tance,
1/
/'degree -103 ' T = 40 °C + 80 °C = 120 °C . Material of the contacts is silver (silver lining). p0s = 1.5 mkOhm • cm = 1.5 • 10 6 Ohm • cm; 1
X и = 4
■ ; c = 3 (for surface contacts);
degree -103
specific crease-resistance for silver contacts Ccrs = 303-102 N/cm2 [13, 15, 16]. Then:
pts = 1.5 -10~6 (1 + 0.48) = 2.22 • 10_6 Ohm • cm, According to (2) when Fc = 80 N:
2.22 • 10"6 я- 303 -102
2 V 80•3 According to [6]
= 22.1 • 10"6 Ohm
Id =
0.56 • AUs
(4)
where AUs - voltage drop in the contact that corresponds to material softening. For silver AUsc = 0.09 V [14]. In figures: 0.56 • 0.09
4 =-
22.1 • 10 When Fc = 100 N:
■ = 2280 А
2.22 •10~6 я^ 303 •Ю2
Ids =
2 V 100•3
0.56• 0.09 „„n 4 ■ = 2550 А
= 19.76 •Ю"6 Ohm
19.76 -10"
Thus, ensuring of the maximum pressure force Fc = 100 N during operation of the contactor 1SVAD8 increases the value of current Ids, that does not cause plastic deformation of contacts by
2550 ~ 2280 -100 % = 11.8 % compared to the 2280
current value Idc at the minimum allowable value of the pressure force Fc = 80 N. For contactor 7SP1 [13, 15, 16]:
- contact pressure force Fc may be in the range of 90 N to 120 N;
- contact material is cadmium copper;
- c = 2 (for linear contacts);
- Xrcp = 2 6 1
'cm2 ;
degree -10
- ^cr.cp = 505 -102 N/c
- p0cp = 2.15 -10 6 Ohm - cm . Then
Pt.cp = 2.15 When Fc = 90 N:
2.6 • 120 1000
2.82•10"6 я • 505 40
90 • 2
AUscp = 0.12 V [6].
0.56 • 0.12
Id =-г = 1605 А
p 41.85 •10"6
When Fc = 120 N:
= 2.82 •10"6 • cm
= 41.85 •10"6 Ohm
2.82•10"6 lя• 505•Ю2
Idcp =
2 V 120•2 056'°-12. = 1854 А
= 36.24 •Ю"6 Ohm
36.24 -10~6
Thus, ensuring of the maximum pressure force Fc = 120 N during operation of the contactor 7SP1 in nominal mode increases the value of current Idcp , that does not cause plastic deformation of
1854~ 1605 innn.
contacts by--100 % = 15.5 % com-
1605
pared to the current value Idcp at the minimum allowable value of the pressure force Fc = 90 N.
Further, we consider the effect of the force Fc on the current value Ifs. For contactor 1SVAD8:
- fusion temperature for silver is Tfs s = 960 °C [16];
- AUfs.s = 0,37 V [6];
At the beginning of fusion according to (3): ( 4•960"
pft = 1.5-10~61 1 +-| = 7.26-10~6 Ohm • cm.
fst l 1000
r
c nom.cp
r
r
c nom.cp
r
r
c nom.s
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з^зничного транспорту, 2017, № 2 (68)
When Fc = 80 N according to (2):
7.26 -10-6 я- 303 -10
Ifs.s =
0.58 -AU fs
r
80 • 3
[6]
= 72.27 -10-6 Ohm
c nom.fs
In figures
0.58 • 0.37
Ifs =-
72.27 -10" When Fc =100 N:
= 2969 А
7.26 -10-6 я- 303 -10
Ifs.s =
0.58 - 0.37
100 - 3 =3320 А
= 64.64 -10-6 Ohm
2370 - 2053
--100 % = 15.4 % compared to the
2053
fusion current value at the minimum allowable pressure force Fc = 90 N.
Further we define the electrodynamic repulsion forces Fe.d.r between the contacts, under which the contact pressure is reduced, resulting in increased contact resistance rc. It is necessary to assess the value of the forces Fe.d.r compared to the forces Fc . May the effect of Fedr lead to contact breaking? These forces are equal to [12]:
Fe dr = 2-10-' I ln
f D >
64.64 -10"
Thus, ensuring of the maximum pressure force Fc = 100 N during operation of the contactor 1SVAD8 increases the fusion current by 3320 - 2969
--100 % = 11.8 % compared to the
2969
fusion current value at the minimum allowable value of the pressure force Fc = 80 N. For contactor 7SP1:
- fusion temperature for copper Ts.cp = 1083 °C [16];
- AUfs.cp = 0.43 V [6];
At the beginning of fusion according to (3): 2.6-1083
2r
V^ f0 y
(5)
where D and r0 are the sizes indicated in Fig.
1;
I - current in heating circle at appropriate mode.
2rn
Pfst.cp = 2.15-10-6|1
When Fc = 90 N:
1000
a
r
.19 -10-6 я- 505 -102
c nom.fs.cp
90 - 2
= 8.19 -10-6 Ohm - cm.
= 121.5 -10-6 Ohm
According to (5): = 0.58 - 0.43
-L Cr. — *
fscp 121.5-10-6 When Fc = 120 N:
=2053 А
a
о
о
b'
D
8.19-10-6 я-505-102
c nom.fs.cp
120 - 2
= 105.2 -10-6 Ohm
0.58 - 0.43 „„„„ 4
If =-- = 2370 А
fcp 105.2 -10-6
Thus, ensuring of the maximum pressure force Fc = 120 N during operation of the contactor 7SP1 increases the fusion current by
Fig. 1. Scheme of current flow lines in the contact
Fig. 1 shows a conventional scheme of the current lines approach to the contact point. At the sections ao - a'o' and ob - ob' the currents have opposite directions and there are the electrodynamic repulsion forces between them. In case of alternating current the electrodynamic repulsion force pulses with double frequency compared to the current frequency, varying from zero to the maximum
r
c nom.fs.s
r
c nom.fs.s
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
value without changing the sign (as in the expression (5) the current I is squared). Radius r0 of the creasing area (cm) is determined by the pressure force in the contacts and resistance ccrs [12]:
=VF7
no.
(6)
Fe'd r = 2 • 10"7 • 6078.72 ln
2 • 0.03
= 28.6 N
when U1 = 29 kV.
Fe"ir = 2 -10"7 • 5239.82ln
when U1 = 25 kV.
Fe'ir = 2 •Ю"7 • 3981.92 ln
2 • 0.03
2 • 0.03
= 21.5 N
= 12.4 N
The most (shock) values of Fedr will be in SC mode when there is no load on the heating coil. [3] For electric locomotive ChS8 (contactor 1SVAD8) the shock currents ish during short circuit in the heating circle equal to [1, 2];
4 = 3981.9 A when U1 = 19 kV 7s"h = 5239.8 A whenU1 = 25 kV ilh = 6078.7 A when U1 = 29 kV. U1 is voltage in the contact network: the minimum allowable in operation (19 kV), nominal (25 kV), the maximum allowable (29 kV). SC took
place at the time point, when, a0 - 9c = -2, where
a0 is the phase angle U1 for the first time point of SC. 9c - is the angle between the vectors Uc Ta and Ic in SC mode.
Uc and Ic are voltage and current in the traction transformer SC study during short-circuiting
of heating coil. We consider the most difficult op-
%
tion when SC for a0 - = — is at the electric circuit section of from the heating coil clamp to the first electric furnace in the car. Such SC can result from the breakdown of high voltage cable lines, inter-car connection isolation (which is most likely), erroneous actions of service personnel, etc. [8].
For calculations we take the average of the contact pressure force Fc = 90 N, ccrs = 303• 102 N/cm2, D = 3 cm [2]. According to (6):
r0 90/%• 303 -102 = 0.03 cm. According to (5):
when U1 = 19 kV.
Pressure force Fc = 90 N under the influence
of the forces Fe.d.r will decrease in the range from
12 4 28 6
^•100 % = 13.8 % to^-100 % = 31.8 %. 90 90
Thus, under the influence of electrodynamic repulsion forces in this case the 1SVAD8 contactor contacts will not be disconnected, but the contact pressure is significantly reduced, leading to a substantial increase in contact resistance, instant increase in contact energy losses and therefore to increased contact fusing.
For electric locomotive ChS4 (contactor 7SP1) the shock currents ishin the same condition, that
the short circuit is occurred at time point when %
a0 -9c = —, equal to [1, 2]
4 = 7076.8 A when U1 = 19 kV z* = 9313.4 A whenU1 = 25 kV ish = 10801.7 A when U1 = 29 kV. For calculations we take Fc = 90 N, ccrcp = 505 • 102 N/cm2 , D = 3 cm [2]. According to (6): r0 =790/%• 505 402 = 0.024 cm. According to (5):
F" = 2•Ю"7 • 10801,72lnI 3
2 • 0,024
when U1 = 29 kV.
F" = 2 •Ю"7 • 9313,42 ln I 3
2 • 0,024
when U1 = 25 kV.
F' = 2 -10~7 • 7076,82 ln I 3
= 96,5 N
= 71,73 N
= 41,3 N
v2 • 0,024 when U1 = 19 kV.
Thus, under the influence of electrodynamic repulsion forces (Fe'dr = 41.3 N < Fc = 90 N and
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
F'ir = 71.73 N < Fc = 90 N) the 7SP1 contactor contacts of will not be disconnected, but the contact pressure is significantly reduced, leading to a substantial increase in contact resistance, instant increase in contact energy losses and therefore to increased contact fusion.
However the electrodynamic repulsion force Fe"d.r = 96.5 N > Fc = 90 N and the contactor 7SP1 can disconnect liberally, bearing SC current. Thus a powerful electric arc arises that first of all will fuse the contacts. It should be noted that the scheme does not provide the circuit breaking by the contactors 1SVAD8 and 7SP1 in current. Given that on the electric locomotives ChS8 and ChS4 the currents is'h, is", are equal to several thousand amperes, it can be stated that for the time t = 0.08 sec [2] (until the main switch deenergizes the circuit of the electric locomotive) the fusion process will pass its active phase. The fused metal, spraying in all directions, can cause a fire in the chamber, where contactors 1SVAD8 and 7SP1are mounted.
Let us consider the effect of the contactor contacts pressure on the value of the electrodynamic repulsion forces at SC in the heating circuit. For example, we consider SC at U1 = 25 kV, when
ao "Фо = -•
Contactor 1SVAD8: ish = i"h = 5239.8 А. When
Fc = 80 N according to (6):
r0 =7 80/ n- 303 • 102 = 0.029 cm.
Fedr = 2 -10 • 5239.82 ln
2 • 0.029 When Fc = 100 N
r0 100/ я- 303 -102 = 0.032
= 21.6 N.
cm.
Fedr = 2 -10"' • 5239.82 ln
21.6
100 % = 2.45 % compared to the
value Fedr at the minimum allowable force
Fc = 80 N.
Contactor 7SP1: ish = i"h = 9313.4 A. When FK = 90 N according to (6):
r0 =790/n- 505 -102 = 0.024 cm.
Fedr = 2-10"' • 9313.42ln
2 • 0.024
= 71.3 N
When Fc = 120 N
r0 = д/ 120/^ 505 •Ю2 = 0.027
Fedr = 2• 10"7 • 9313.42ln
cm.
= 69.5 N.
2 • 0.027/
Thus ensuring of the maximum allowable pressure force Fc = 120 N during operation of the contactor 7SP1 reduces the electrodynamic contact repulsion force Fedr at SC in the heating circuit by 71.3 - 69.5
69.5
• 100 % = 2.59 % compared to the val-
= 21.07 N.
2 • 0.032,
Thus ensuring of the maximum allowable pressure force Fc = 100 N during operation of the contactor 1SVAD8 reduces the electrodynamic contact repulsion force Fedr at SC in the heating circuit by 21.6 - 21.07
ue Fe.d.r at the minimum allowable force Fc = 90 N. That is to say, both for contactor 1SVAD8 and for contactor 7SP1 ensuring of the maximum allowable pressure force Fc during operation does not significantly affects the value Fe.d.r compared to the case when Fc has the minimum allowable value.
Findings
Taking the contactors 1SVAD8 (locomotive ChS8) and 7SP1 (locomotive ChS4) as an example, the authors conducted the calculations and found that the peak pressure force increases the currents Id and Ifs for these contactors by
11.8 %; 15.5 %; 11.8 %; and 15.4 % respectively (compared with the specified currents at the minimum pressure force). Influenced by Fedr the pressure force of contacts for 1SVAD8 contactor decreased by 13.8-31.8 %, and for 7SP1contactor the value Fe.d.r may be greater than the pressure force; this can lead to spontaneous shutdown of the closed contactor that is not provided by the control circuit. Ensuring during operation the maximum allowable pressure force of the contacts Fc slightly affects the value Fe.d.r , compared with the case
я
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (68)
when Fc has the minimum permissible value (in event of a fault in the heating circuit Fe.d.r for contactors 1SVAD8 and 7SP1 is reduced by only 2.45 % and 2.59 % respectively).
Originality and practical value
The paper for the first time presented a quantitative assessment of influence of contactor contact pressure in power circuits of electric stock on their plastic deformation and fusing using the proposed engineering method.
The results obtained during the research allow solving the problem for developing measures aimed to improve the reliability of the heating circuits of electric locomotives ChS8 and ChS4. The proposed method of determining Id and Ifs can be
used to quantify the influence of pressure of the main electric contacts mounted in power circuits of electric stock of all series, if during the operation there are cases of plastic deformation, fusing, welding of such contacts, in order to improve the reliability of power circuits.
Conclusions
1. The proposed method of determining the influence of the contact pressure of contactors in the power circuits of electric stock on their plastic de-
formation and fusing can be used for all series of electric locomotives and trains.
2. Ensuring the maximum allowable pressure force during operation of the contactors 1SVAD8 and 7SP1 increases the value of current that does not cause plastic deformation of contacts, respectively by 11.8 % and 15.5 %, compared with the value of this current at the minimum allowable value of the pressure force. Herewith the fusion current of the contacts increases respectively by 11.8 % and 15.4 %.
3. The electrodynamic contact repulsion forces during SC in the heating circuits of the electric locomotives ChS8 (contactor 1SVAD8) at the contact network voltage of 19 kV, 25 kV, 29 kV are respectively equal to 12.4 N, 21.5 N, 28.6 N, which leads to a significant increase in contact resistance, instant increase in contact energy losses and therefore to increased contact fusing. These forces in the heating circuit of the electric locomotives ChS4 (contactor 7SP1) are equal to 41.4 N (at 19 kV), 71.73 N (at 25 kV) and at 29 kV the repulsion force is 96.5 N, that is more than the minimum allowable pressure force of 90 N. Therefore, the contactor 7SP1 can disconnect liberally, bearing SC current, and that is not envisaged by the scheme.
4. The results of the research can be used in the development of measures to improve the reliability of power circuits of the electric stock.
LIST OF REFERENCE LINKS
1. Дослщження процесу короткого замикання у rani опалення електровоза ЧС8 / Л. В. Дубинець, О. О. Карзова, О. Л. Маренич, £. Р. Сушкевич // Прн. електромехашка та автоматика : наук.-техн. зб. / Нац. прн. ун-т. - Дшпропетровськ, 2011. - № 86. - С. 159-167.
2. Дослщження та розробка заходiв щодо тдвищення надтносп захисту шл опалення пасажирських електровозiв змшного струму : звгт про НДР / Дшпропетр. нац. ун-т залiзн. трансп. iM. акад. В. Лазаря-на ; кер. Дубинець Л. В. ; вик. : Устименко Д. В., Маренич О. О. - Дшпропетровськ, 2010. - 44 с .-Бiблiогр.: с. 42. - № ДР 0110U006290.
3. Дубинець, Л. В. Електричш машини. Трансформатори. Асинхронш машини : навч. поабник для вузiв / Л. В. Дубинець, О. I. Момот, О. Л. Маренич. - Дшпропетровськ : Вид-во Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна, 2004. - 208 с.
4. Дугостойкий электроконтактный материал на основе меди для электроаппаратуры тягового подвижного состава / Л. А. Тимофеева, В. С. Морозов // Iнформ.-керуючi системи на залiзн. трансп. - 2015. -№. 6. - С. 37-41. doi: 10.18664/ikszt.v0i6.59967.
5. Загирняк, М. В. Электрические аппараты : учеб. пособие / М. В. Загирняк, Н. И. Кузнецов. - Кременчуг : Кременчуг. гос. политехн. ун-т, 2005. - 319 с.
6. Захарченко, Д. Д. Тяговые электрические аппараты : учеб. для вузов / Д. Д. Захарченко. - Москва : Транспорт, 1991. - 247 с.
7. Клименко, Б. В. Електричш апарати. Електромехашчна апаратура комутаци, керування та захисту. За-гальний курс : навч. поабник / Б. В. Клименко. - Харшв : Точка, 2012. - 340 с.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (6)
8. Лапшин, Е. В. Электрические аппараты и цепи пассажирских вагонов / Е. В. Лапшин // Вагонный парк. - 2013. - № 6. - С. 14-21.
9. Маренич, О. О. Вплив ввдхилень параметр1в привода електромагнггаих контактор1в електрорухомого складу вщ 1х номшальних значень на надшшсть роботи контактор1в / О. О. Маренич // В1сн. Дшпро-петр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. ím. акад. В. Лазаряна. - Дншропетровськ, 2009. - Вип. 26. - С. 60-62.
10. Муравьев, Д. В. Анализ потерь мощности в электромагнитных контакторах типа МК электровозов постоянного и переменного тока / Д. В. Муравьев // Транспорт Урала. - 2016. - № 1 (48). - С. 46-52. doi: 10.20291/1815-9400-2016-1-46-52.
11. Муха, А. М. Щдвищення надшносп пбридних тягових електричних апарапв / А. М. Муха // Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта : тез. докл. 73 Междунар. науч.-практ. конф. (23.05-24.05.2013) / Днепропетр. нац. ун-т ж.-д. трансп. им. акад. В. Лазаряна ; Науч.-произв. предприятие «Укртрансакад». - Днепропетровск, 2013. - С. 129-130.
12. Нагрев сильноточных электрических контактов ударными токами короткого замыкания / А. М. Чалый, В. А. Дмитриев, М. А. Павлейно, О. М. Павлейно // Электронная обработка материалов. - 2013. - Т. 49, № 5. - С. 81-88.
13. Описание приборов «А» ЧС8. Комплект эксплуатационной документации к электровозу ЧС-8. - Киев, 2010. - 156 с.
14. Основы теории электрических аппаратов : учебник / под ред. И. С. Таева. - Москва : Высш. шк., 1987. - 352 с.
15. Пассажирские электровозы ЧС4 и ЧС4т / В. А. Каптелкин, Ю. В. Колесин, И. П. Ильин [и др.]. - 2-е изд., доп. и перераб. - Москва : Транспорт, 1975. - 384 с.
16. Таев, И. С. Электрические аппараты автоматики и управления : учеб. пособие для ВТУЗов / И. С. Таев. - Москва : Высш. шк., 1975. - 224 с.
17. Электрические и электронные аппараты : учебник : в 2 т. / под ред. А. Г. Годжелло, Ю. К. Розанова. -Москва : Изд. центр «Академия», 2010. - Т. 1 : Электромеханические аппараты. - 352 с.
18. A Novel Breaking Strategy for Electrical Endurance Extension of Electromagnetic Alternating Current Contactors / Z. Wu, G. Wu, C. Chen [et al.] // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. - 2016. - Vol. 6. - Iss. 5. - P. 749-756. doi: 10.1109/TCPMT.2016.2542101.
19. Load influence on the response of AC-Contactors under power quality disturbances / A. Honrubia-Escribano, E. Gómez-Lázaro, A. Molina-Garcia, S. Martín-Martínez // Intern. J. of Electrical Power & Energy Systems. -2014. - Vol. 63. - P. 846-854. doi: 10.1016/j.ijepes.2014.06.056.
20. Pressman, A. I. Switching Power Supply Design / A. I. Pressman. - New York : McGraw-Hill, Inc., 1999. -677 p.
21. Tunaboylu, B. Electrical Characterization of Test Sockets With Novel Contactors / B. Tunaboylu // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. - 2014. - Vol. 14. - Iss. 1. - P. 580-582. doi: 10.1109/tdmr.2012.2209888.
22. Sterl, N. Power relays. EH-Schrack Components AG / N. Sterl. - Vienna, Austria : Tyco Electronics Austria GmbH G, 1997. - 137 p.
О. Ю. БАЛ1ЙЧУК1*, Л. В. ДУБИНЕЦЬ2, О. Л. МАРЕНИЧ3, Д. В. УСТИМЕНКО4
1*Каф. «Електротехнжа та електромеханжа», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншро, Укра1на, 49010, тел. +38 (056) 373 15 47, ел. пошта baliichukaleksei@mail.ru, ORCID 0000-0003-0119-1446
2Каф. «Електротехнжа та електромеханжа», Дшпропетровський нацюнальний утверситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншро, Укра1на, 49010, тел. +38 (056) 373 15 47, ел. пошта mona.shelley@gmail.com, ORCID 0000-0003-0319-4544
3Каф. «Електротехнжа та електромеханжа», Дшпропетровський нацюнальний ун1версптет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншро, Укра1на, 49010, тел. +38 (056) 373 15 47, ел. пошта mona.shelley@gmail.com, ORCID 0000-0003-3602-5851
4Каф. «Електротехнжа та електромеханжа», Дшпропетровський нацюнальний ун1верситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншро, Укра1на, 49010, тел. +38 (056) 373 15 47, ел. пошта ustimenko.1979@gmail.com, ORCID 0000-0003-2984-4381
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дшпропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (6)
ВПЛИВ НАТИСНЕННЯ КОНТАКТ1В КОНТАКТОР1В У СИЛОВИХ КОЛАХ ЕЛЕКТРОРУХОМОГО СКЛАДУ НА IX ПЛАСТИЧНУ ДЕФОРМАЦ1Ю ТА ПЛАВЛЕННЯ
Мета. У робоп необхщно провести дослвдження для отримання результата, як1 дозволять шльшсно оць нити вплив натиснення контакпв контактор1в у силових колах електрорухомого складу на значения найбь льшого струму 1д, що не викликае пластично! деформацп контакпв; та на значення струму 1пл - початку
плавлення контакпв 1з урахуванням умов експлуатацп. Тому так! дослвдження з метою встановлення причин розплавлення контакпв е актуальними. Методика. Запропоновано шженерний метод визначення струм1в 1д та 1пл 1з урахуванням величини натиснення контакпв, визначення електродинам1чних сил
в1дштовхування контакпв Редв, а також впливу натиснення на значення таких сил. Результати. На приклад1 контактор1в 18УЛБ8 (електровоз ЧС8) та 78Р1 (електровоз ЧС4) тсля проведених авторами розрахуншв встановлено, що забезпечення максимально! сили натиснення збшьшуе струми 1д та
/ш для вказаних контактор1в на 11,8 %; 15,5 %; 11,8 %; та 15,4 % ввдповщно (в пор1внянш з вказаними струмами при мшмальнш допустимш сил1 натиснення). Щд впливом ^едв сила натиснення контакпв контактора 18УЛЭ8 зменшуеться на 13,81,8 %, а для контактора 78Р1 значення ^едв може стати бшьше
за силу натиснення. Це може призвести до самовшьного вiдключения контактора пвд струмом, що не перед-бачено схемою керування. Забезпечення при експлуатацi! максимально! допустимо! сили натиснення контакпв незначно впливае на значення д в, у порiвняннi з випадком, коли ^ мае мiнiмальне допустиме
значення (при короткому замикаинi у колi опалення ^едв для контакторiв 18УЛЭ8 та 78Р1 зменшуеться
всього на 2,45 % та 2,59 % ввдповщно). Наукова новизна. Авторами вперше дана чисельна оцiнка впливу натиснення контакпв контакторiв у силових колах електрорухомого складу на !х пластичну деформацiю та плавлення з використанням запропонованого iнженерного методу. Практична значимкть. Отриманi в ходi дослщжень результати дозволяють вирiшувати задачу по розробщ заходiв щодо пiдвищения надшносп роботи кiл опалення електровозiв ЧС8 та ЧС4. Запропонований метод iз визначення 1д та 1пл може бути використаний для кшьшсно! ощнки впливу натиснення головних контакпв електроапаратiв, що стоять у силових колах електрорухомого складу вах серш, якщо при експлуатацi!' мають мюце випадки пластично! деформацп, плавлення, зварювання контактiв цих апаратiв iз метою тдви-щення надiйностi роботи силових шл.
Ключовi слова: натиснення контакпв; струм пластично! деформацп; плавлення; сила натиснення; ввдштовхування; ударний струм; отр контакпв
А. Ю. БАЛИИЧУК1*, Л. В. ДУБИНЕЦ2, О. Л. МАРЕНИЧ3, Д. В. УСТИМЕНКО4
1 Каф. «Электротехника и электромеханика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 47, эл. почта baliichukaleksei@mail.ru, ОЯСГО 0000-0003-0119-1446
2Каф. «Электротехника и электромеханика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 47, эл. почта mona.shelley@gmail.com, ОЯСГО 0000-0003-0319-4544
3Каф. «Электротехника и электромеханика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 47, эл. почта mona.shelley@gmail.com, ОЯСГО 0000-0003-3602-5851
4Каф. «Электротехника и электромеханика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 47, эл. почта ustimenko.1979@gmail.com, ОЯСГО 0000-0003-2984-4381
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (6)
ВЛИЯНИЕ НАЖАТИЯ КОНТАКТОВ КОНТАКТОРОВ В СИЛОВЫХ ЦЕПЯХ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА ИХ ПЛАСТИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ И ПЛАВЛЕНИЕ
Цель. В работе необходимо провести исследование для получения результатов, которые позволят количественно оценить влияние нажатия контактов контакторов в силовых цепах электроподвижного состава на значение наибольшего тока 1д, который не вызывает пластичной деформации контактов;
и на значение тока 1пл - начала плавления контактов с учетом условий эксплуатации. Методика. Предложен инженерный метод определения токов 1д и 1пл (с учетом значения давления контактов), электродинамических сил отталкивания контактов Fэ д о, а также влияния давления на значения
таких сил. Результаты. На примере контакторов 1SVAD8 (электровоз ЧС8) и 7SP1 (электровоз ЧС4) после проведенных авторами расчетов установлено, что обеспечение максимальной силы давления увеличивает токи 1д и 1пл для указанных контакторов на 11,8 %; 15,5 %; 11,8 %; 15,4 % соответственно (в сравнении
с указанными токами при минимально допустимой силе давления). Под влиянием ^эдо сила давления контактов контактора 1SVAD8 уменьшается на 13,8...31,8 %, а для контактора 7SP1 значение Fsaa может стать
больше силы давления. Это может привести к самопроизвольному отключению контактора под током, что не предусмотрено схемой управления. Обеспечение при эксплуатации максимальной допустимой силы давления контактов F несущественно влияет на значение F, д о, в сравнении со случаем, когда
F имеет минимальное допустимое значение (при коротком замыкании в цепи отопления F3Ra
для контакторов 1SVAD8 и 7SP1 уменьшается всего на 2,45 % и 2,59 % соответственно). Научная новизна. Авторами впервые дана количественная оценка влияния давления контактов контакторов в силовых цепах электроподвижного состава на их пластическую деформацию и плавление с использованием предложенного инженерного метода. Практическая значимость. Полученные при исследовании результаты позволяют решать задачу разработки мероприятий по повышению надежности работы цепей отопления электровозов ЧС8 та ЧС4. Предложенный метод по определению 1д и 1пл может быть
использован для количественной оценки влияния давления главных контактов электроаппаратов, которые стоят в силовых цепях электроподвижного состава всех серий, если при эксплуатации имеют место случаи пластической деформации, плавления, сваривания контактов этих аппаратов с целью повышения надежности работы силовых цепей.
Ключевые слова: давление контактов; ток пластической деформации; плавление; сила давления; отталкивание; ударный ток; сопротивление контактов
REFERENCES
1. Dubynets, L. V., Karzova, O. O., Marenych, O. L., & Sushkevych, Y. R. (2011). Doslidzhennia protsesu korot-koho zamykannia u koli opalennia elektrovoza ChS8. Mining Electrical Engineering and Automation, 86, 159167.
2. Dubynets, L. V., Ustymenko, D. V., & Marenych, O. O. (2010). Doslidzhennia ta rozrobka zakhodiv shchodo pidvyshchennia nadiinosti zakhystu kil opalennia pasazhyrskykh elektrovoziv zminnoho strumu. [Manuscript]. No. DR 0110U006290. Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, Dnipropetrovsk, Ukraine.
3. Dubynets, L. V., Momot, O. I., & Marenych, O. L. (2004). Elektrychni mashyny. Transformatory. Asynkhronni mashyny. Dnipropetrovsk: Dnipropetrovsk National University of Railway Transport Press.
4. Timofeyeva, L. A., & Morozov, V. S. (2015). Arc-resistant copperbased electrocontact material for electrical equipment of traction rolling stock. Informacijno-kerujuchi systemy na zaliznychnomu transporti, 6, 37-41. doi: 10.18664/ikszt.v0i6.59967
5. Zagirnyak, M. V., & Kuznetsov, N. I. (2005). Elektricheskiye apparaty. Kremenchuk: Kremenchuk State Polytechnic University Press.
6. Zakharchenko, D. D. (1991). Tyagovyye elektricheskiye apparaty. Moscow: Transport.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 2 (6)
7. Klymenko, B. V. (2012). Elektrychni aparaty. Elektromekhanichna aparatura komutatsii, keruvannia ta zak-hystu. Zahalnyi kurs. Kharkiv: Tochka.
8. Lapshin, Y. V. (2013). Elektricheskiye apparaty i tsepi passazhirskikh vagonov. Car Fleet, 6, 14-21.
9. Marenych, O. O. (2009). The deviations effect of the parameters of the actuator of the electric rolling stock electromagnetic contactors from their nominal values on the reliability of contactors. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 26, 60-62.
10. Muravyov, D. V. (2016). Analysis of power losses in magnetic contactors of MK-type DC and AC locomotives. Transport of the Urals, 7(48), 46-52. doi: 10.20291/1815-9400-2016-1-46-52
11. Mukha, A. M. (2013). A reliability raising of hybrid traction electric apparatus. Abstracts of the 73 International Scientific and Practical Conference "The Problems and Prospects of Railway Transport Development", May 23-24, 2013, Dnipropetrovsk. 129-130.
12. Chalyi, A. M., Dmitriiev, V. A., Pavlieino, M. A., & Pavlieino, O.M. (2013). Nagrev silnotochnykh elek-tricheskikh kontaktov udarnymi tokami korotkogo zamykaniya. Elektronnaya obrabotka materialov, 49(5), 8188.
13. Opisaniyepriborov "A " ChS8: Komplekt ekspluatatsionnoy dokumentatsii k elektrovozu ChS-8. (2010). Kyiv.
14. Taev, I. S. (Ed). (1987). Osnovy teorii elektricheskikh apparatov. Moscow: Vysshaya shkola.
15. Kaptelkin, V. A., Kolesin, Y. V., Ilin, I. P., Potapov, A. S., & Mokhovikov, D. I. (1975). Passazhirskiye elek-trovozy ChS4 i ChS4t (2nd ed.). Moscow: Transport.
16. Taev, I. S. (1975). Elektricheskiye apparaty avtomatiki i upravleniya. Moscow: Vysshaya shkola.
17. Godzhello, A. G., & Rozanov, Y. K. (Eds). (2010). Elektricheskiye i elektronnyye apparaty: Elektromekhani-cheskiye apparaty (Vol. 1). Moscow: Academia.
18. Wu, Z., Wu, G., Chen, C., Fang, Y., Pan, L., & Huang, H. (2016). A Novel Breaking Strategy for Electrical Endurance Extension of Electromagnetic Alternating Current Contactors. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 6(5), 749-756. doi: 10.1109/TCPMT.2016.2542101
19. Honrubia-Escribano, A., Gómez-Lázaro, E., Molina-Garcia, A., & Martín-Martínez, S. (2014). Load influence on the response of AC-Contactors under power quality disturbances. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 63, 846-854. doi: 10.1016/j.ijepes.2014.06.056
20. Pressman, A. I. (1999). Switching Power Supply Design. New York, USA: McGraw-Hill, Inc.
21. Tunaboylu, B. (2014). Electrical Characterization of Test Sockets With Novel Contactors. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 14(1), 580-582. doi: 10.1109/tdmr.2012.2209888
22. Sterl, N. (1997). Power relays. EH-Schrack Components AG. Vienna, Austria: Tyco Electronics Austria GmbH.
Prof. A. M. Mukha, D. Sc. (Tech.), (Ukraine); Prof. F. P. Shkrabets, D. Sc. (Tech.), (Ukraine) recommended this article to be published)
Accessed: Dec. 14, 2016 Received: March 23, 2017
