CC BY
44
УДК 621.331 ;621.311
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ НА УЧАСТКЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ЭКСПЛУАТИРУЕМОМ БЕЗ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ НА РЕЛЬС
© В.А. Кващук1, Ю.В. Кондратьев2, И.А. Кремлев3, И. А.Терёхин4
Омский государственный университет путей сообщения, 664046, Россия, г. Омск, пр. Маркса, 35.
Представлена методика проведения экспериментальных испытаний условий электробезопасности на участке тяговой сети переменного тока, эксплуатируемом без заземления опор контактной сети на рельс. Дано описание подготовительных операций, определен порядок проведения эксперимента. Разработаны два этапа проведения эксперимента. На первом этапе в режиме короткого замыкания производится измерение напряжения прикосновения на объединенных тросом группового заземления опорах контактной сети, не имеющей заземления на рельс. На втором этапе по приведенной в статье схеме осуществляется измерение напряжения прикосновения на опорах, заземленных на рельс по традиционной системе. Представлена схема короткозамыкателя, разработанного Дорожной электротехнической лабораторией совместно с Омским государственным университетом путей сообщения.
Ключевые слова: система тягового электроснабжения; групповое заземление; короткое замыкание; электробезопасность; разземленная опора.
THE METHODOLOGY OF ELECTRICAL SAFETY PILOT TESTING ON THE SITE OF AN AC ELECTRICAL TRACTION NETWORK OPERATED WITH UNGROUNDED CATENARY SUPPORTS V.A. Kvashchuk, Yu.V. Kondratyev, I.A. Kremlev, I.A. Terekhin
Omsk State Transport University, 35 Marksa pr., Omsk, 644046, Russia.
The experimental testing technique of electrical safety conditions on the site of the AC electrical traction network operated with ungrounded catenary supports is introduced. Set-up operations are described and experimental procedure is determined. The experiment has been carried out in two stages. At first, the contact voltage on rail-ungrounded catenary supports combined by a group grounding cable was measured in the short-circuiting mode. At the second stage, the contact voltage was measured on the catenary supports grounded according to the conventional scheme with the help of the diagram given in this article. A circuit of an earthing switch developed in the Road Electrotechnical Laboratory in cooperation with Omsk State Transport University is presented as well.
Key words: traction power supply system; group grounding; short circuit; electrical safety; ungrounded catenary support.
Начиная с 2012 г. и по настоящее время на Западно-Сибирской железной дороге (ЗСЖД) в опытной эксплуатации находится участок тяговой сети переменного тока Карасук - Зубково с преднамеренно разземленными опорами контактной сети. Согласно данным, полученным в Службе
электрификации и электроснабжения ЗСЖД, данный участок с уверенностью можно назвать успешным проектом. Исключение отказов в работе рельсовых цепей, уменьшение расходов на содержание и обслуживание заземляющих устройств, снижение вероятности повреждений опор-
1Кващук Валентин Андреевич, электромеханик Дорожной электротехнической лаборатории Западно-Сибирской железной дороги, e-mail: [email protected]
Kvashchuk Valentin, Electrician of the Road Electrotechnical Laboratory of the West-Siberian Railway, e-mail: [email protected]
2Кондратьев Юрий Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения железнодорожного транспорта, e-mail: [email protected]
Kondratyev Yuriy, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Railway Transport Electrical Supply, e-mail: [email protected]
3Кремлев Иван Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения железнодорожного транспорта, e-mail: [email protected]
Kremlev Ivan, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Railway Transport Electrical Supply, e-mail: [email protected]
4Терёхин Илья Александрович, аспирант кафедры электроснабжение железнодорожного транспорта, e-mail: [email protected]
Terekhin Ilia, Postgraduate of the Department of Railway Transport Electrical Supply, e-mail: [email protected]
ных конструкций контактной сети - эти и другие факты подталкивают руководство ОАО «РЖД» задуматься о внедрении системы с разземленными опорами в тяговых сетях переменного тока повсеместно.
Однако внедрение такой системы на сети железных дорог останавливает отсутствие полноценных экспериментальных исследований по некоторым вопросам, касающимся оценки условий электробезопасности при нахождении человека рядом с опорами, не заземленными на рельс в момент короткого замыкания на них, а также данных о степени электромагнитного влияния на смежные линии связи и устройства СЦБ.
Как известно, при возникновении короткого замыкания (КЗ) в тяговой сети переменного тока в случае заземления опор контактной сети на рельс (традиционная система заземления) ток через спуск от троса группового заземления (ТГЗ) стекает в рельсовую сеть. При этом и практически всегда в ней будут возникать потенциалы, превышающие допустимые значения на большом протяжении в обе стороны от точки КЗ, что может приводить к выносу опасных потенциалов на все металлические конструкции, соединенные с рельсом [4].
В случае преднамеренного исключения гальванической связи троса группового заземления опор с рельсами (система с разземленными опорами при замыкании) ток по цепи «ТГЗ - арматура опоры - защитный слой бетона - земля» стекает непосредственно в землю. Очевидно, что опасный потенциал при этом возникает на опорах, непосредственно входящих в группу, а зона выноса потенциала не должна превышать нескольких метров.
И в первом, и во втором случае требуется объективная оценка условий электробезопасности, которую невозможно дать без проведения полноценных экспериментальных исследований, основываясь только на аналитических умозаключениях [2].
В связи с тем, что ранее неоднократно теоретически обосновывалась потенциальная опасность традиционной си-
стемы заземления [2], экспериментальные исследования должны преследовать цель получения именно сравнительной оценки условий электробезопасности при КЗ на опоры, заземленные на рельс, и при замыканиях на опоры, в качестве естественных заземлителей которых использована арматура их подземной части.
При этом очевидно, что в традиционной системе заземления напряжение прикосновения необходимо измерять при касании человеком рельса, в то время как в случае с разземленными опорами - напряжение прикосновения человека к опорной стойке, так как именно эти два варианта будут характеризоваться максимальными значениями потенциалов [4, 3].
Наибольший интерес представляет исследование потенциала в режиме короткого замыкания при нормальной схеме питания и секционирования контактной сети. В соответствии с приведенными аргументами эксперимент целесообразно проводить в два этапа:
- на первом этапе измерение напряжения прикосновения производится на опорах контактной сети, объединенных ТГЗ и не имеющих заземления на рельс, в режиме короткого замыкания. ТГЗ должен иметь надежную гальваническую связь с внутренними заземляющими спусками опор;
- на втором этапе напряжение прикосновения измеряется на опорах, заземленных на рельс по традиционной системе, т.е. ТГЗ должен быть отсоединен от внутренних заземляющих спусков опор и соединен с рельсом.
Для создания искусственного КЗ в контактной сети целесообразно использование разработанного Дорожной электротехнической лабораторией (ДЭЛ) ЗСЖД короткозамыкателя, принципиальная схема которого приведена на рис. 1. На схеме приняты следующие обозначения: ВВ1, ВВ2 - выключатели вакуумные ВВ/ТEL-24-16/800-У2; ИБП - источник бесперебойного питания «Bask-UPS»; БУ - блок управления выключателями БУ/ТЕL-12А.
Рис. 1. Схема короткозамыкателя ДЭЛ ЗСЖД
Особенностью данного устройства является возможность дистанционного управления по радиоканалам оператором, находящимся за пределами зоны выноса потенциала, что является обязательным условием безопасного проведения эксперимента.
Измерение электрических параметров цепи, таких как напряжение прикосновения и ток через тело человека, целесообразно осуществлять с помощью фиксирующей аппаратуры, с возможностью запуска ее по определенному пороговому значению измеряемого параметра. В качестве такового можно использовать регистратор аварийных процессов «ТрансАУРА», для автономного питания которого понадобится источник бесперебойного питания «Bask-UPS» и аккумуляторная батарея 12 В.
Перед проведением опытов с помощью сертифицированного прибора (например, прибора контроля опор типа ПК-2) необходимо определить сопротивление растеканию опор, входящих в группу, с целью выявления опоры с минимальным сопротивлением. Короткозамыкатель устанавливается с полевой стороны данной опоры, что необходимо для определения максимальных значений фиксируемых параметров.
Средства измерений должны иметь действующие свидетельства о метрологической аттестации или свидетельства о периодической поверке.
Для физического моделирования устройства необходимы следующие приборы и средства:
- резистор 1 кОм (мощностью 30 Вт) для имитации человека;
- делитель напряжения Ки = 1000;
- металлическая пластина площадью 25х25 см и эквивалентное сопротивление 0,5 кОм для имитации подошвы обуви. Пластина состоит из двух слоев: нижний слой - влажная суконная прокладка, верхний слой - металлическая пластина;
- гибкая металлическая пластина 15х15 см для имитации ладони человека, закрепленная в месте касания опоры пластиковым хомутом;
- груз 50 кг для имитации массы тела человека;
- гибкий медный провод сечением 2,5 мм2 для осуществления электрических соединений.
На тело опоры крепится металлическая пластина, размерами 15х15 см, на уровне 1,5 м над землей, которая электрически соединяется с сопротивлением 1 кОм. Сопротивление, в свою очередь, соединяется с сопротивлением 0,5 кОм, а да-
лее с металлической пластиной, размерами 25х25 см, которая располагается на поверхности земли на расстоянии 0,8 м от опоры (в местах возможного нахождения человека).
Поверхность под пластиной должна быть увлажнена. Нагрузка, создаваемая на металлическую пластину, должна быть 50 кг [5]. Параллельно сопротивлению устанавливается делитель напряжения, низкоомный вывод которого присоединяется к регистратору аварийных процессов Транс-АУРА.
Общий вид возможного расположения и подключения оборудования при осуществлении опытов КЗ на разземленные опоры (первый этап) приведен на рис. 2, при КЗ на рельс (второй этап) - на рис. 3.
Перед проведением экспериментов необходимо убедиться в том, что на всех фидерах межподстанционной зоны введена в работу четвертая ступень дистанционной защиты блоков ЦЗАФ-27,5 кВ, разработанной ФГБОУ ВПО ОмГУПС. При этом автоматическое повторное включение (АПВ) контактной сети должно быть выведено из работы.
Рис. 2. Схема проведения первого этапа эксперимента
Рис. 3. Схема проведения второго этапа эксперимента
При работе с короткозамыкателем необходимо строго соблюдать правильную последовательность действий. При этом подача напряжения с контактной сети на испытуемую опору осуществляется по команде оператора, находящегося на безопасном расстоянии, при отсутствии какого-либо персонала в зоне возможного растекания (примерно 20 м). Прерывание тока замыкания на опору осуществляется автоматически короткозамыкателем с заданной выдержкой времени, что необходимо при возможных случайных отказах штатной релейной защиты на фидерах ТПС или (и) ПС. Подключение короткозамыкателя и проведение опытов КЗ допускаются только при сухой и ясной погоде.
При проведении первого этапа эксперимента необходимо подключить корот-козамыкатель к контактной сети, при этом работа выполняется со снятием напряжения и заземлением в зоне выполнения работ. После этого ВВ2 короткозамыкателя соединяется шлейфом с контактной сетью. Оператор подает напряжение на опору контактной сети путем дистанционного включения выключателей короткозамыкателя. Снятие напряжения с опоры производится отключением выключателей фидерной зоны от действий защит и автоматическим отключением выключателей короткозамы-кателя с заложенным интервалом времени в 1 сек. После снятия напряжения с помощью переносной заземляющей штанги за-
земляется шлейф от короткозамыкателя к контактной сети. Оценивается ситуация на момент эксперимента: фиксируются показатели регистратора аварийных процессов, а именно напряжение прикосновения человека согласно [5]. При этом ток через тело человека не нормируется.
Если все показания зафиксированы, то производится отсоединение шлейфа между контактной сетью и короткозамыка-телем.
При проведении второго этапа эксперимента производится монтаж оборудования в последовательности, представленной в подготовительной части эксперимента. Шлейф с короткозамыкателя отсоединяется от ТГЗ и соединяется с рельсом при помощи крюкового зажима. Медным проводом соединяется эквивалентное сопротивление человека с заземляющим спуском. Расстояние от металлической пластины 25х25 см до точки соединения шлейфа с рельсом должно быть 0,8 м.
Подготовка, проведение и завершение эксперимента должны осуществляться
в строгом соответствии с требованиями основных нормативных документов, таких как «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей», «Межотраслевые правила по охране труда (правил безопасности) при эксплуатации электроустановок», «Инструкция по безопасности эксплуатации тяговых подстанций и районов электроснабжения железных дорог ОАО «РЖД»», «Правила безопасности при эксплуатации контактной сети и устройств электроснабжения автоблокировки железных дорог» № 103, «Инструкция по безопасности для электромонтеров контактной сети» № 104 и т.п.
Проведение настоящего эксперимента позволит опытным путем подтвердить аналитические выводы, полученные ранее, что при положительных результатах испытаний будет способствовать более интенсивному развитию систем тягового электроснабжения переменного тока с раз-земленными опорами.
Статья поступила 16.12.2015 г.
Библиографический список
1. ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов. М., 1982. 5 с.
2. Косарев Б.И. Электробезопасность в тяговых сетях переменного тока. М.: Транспорт, 1989. 227 с.
3. Обеспечение электробезопасности при преднамеренном разземлении опор контактной сети на участках железных дорог переменного тока / Ю.В. Кондратьев, А.А. Кузнецов, В.А. Кващук, И.А. Кремлев // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2013. № 1. С. 328-331.
4. Оценка условий электробезопасности заземления на рельс устройств тяговой сети в условиях применения изолирующих материалов при капитальном ремонте железнодорожного полотна / Р.Б. Скоков, И.А. Кремлев, И.В. Тарабин, И.А. Терё-хин // Известия Транссиба. 2015. № 2 (22). С. 96-101.
5. Целебровский Ю.В., Микитинский М.Ш. Измерение сопротивлений заземления опор ВЛ. М.: Энер-гоатомиздат, 1988. 48 с.
УДК 621.311
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПО ЦИФРОВЫМ ДАННЫМ. Часть 1
© Г.П. Муссонов1
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Получены аналитические выражения для вычисления: текущего значения постоянной составляющей электрического сигнала, начального значения апериодической составляющей переходного процесса и текущего значения постоянной времени затухания апериодической составляющей электрического сигнала на основе обработки
Муссонов Геннадий Петрович, кандидат технических наук, доцент кафедры электрических станций, сетей и систем, e-mail: [email protected]
2Mussonov Gennadiy, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Electric Power Stations, Networks and Systems, e-mail: [email protected]
