CC BY
91
УДК 621.311: 621.331
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, СОЗДАВАЕМЫХ ТЯГОВЫМИ СЕТЯМИ ЭЛЕКТРОФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
1 2 3
А.В. Крюков , В.П. Закарюкин , Н.В. Буякова
1,3Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
1,2Иркутский государственный университет путей сообщения,
664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
Предложен новый системный подход к анализу электромагнитной обстановки на объектах железных дорог переменного тока. Отличительной особенностью этого подхода является возможность моделирования электромагнитных полей с учетом свойств, характеристик и особенностей режима сложной тяговой сети и питающей электроэнергетической системы. Разработана методика определения напряженности магнитного поля, создаваемого тяговой сетью, позволяющая учитывать наличие подвижного состава на железнодорожных путях. При этом металлические вагоны и цистерны замещаются набором заземленных проводов. Ил. 7. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: система тягового электроснабжения; электромагнитное поле.
CALCULATION OF ELECTROMAGNETIC FIELDS PRODUCED BY THE TRACTION NETWORKS OF
ELECTRIFIED RAILWAYS
A.V. Kryukov, V.P. Zakaryukin, N.V. Buyakova
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074. Irkutsk State University of Railway Engineering, 15, Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.
The authors propose a new system approach to the analysis of the electromagnetic situation at the objects of AC railways. A distinctive feature of this approach is the possibility to simulate electromagnetic fields taking into account properties, characteristics and features of the regime of a complex traction network and supplying electric power system. The authors developed a procedure to determine the intensity of the magnetic field produced by the traction network, which allows to consider the presence of rolling stock on railroad tracks. In this case, metal railway carriages and tanks are replaced by a set of earthed wires. 7 figures. 4 sources.
Key words: system of traction power supply; electromagnetic field.
Межотраслевые правила по охране труда и санитарные нормы устанавливают предельно допустимые уровни (ПДУ) напряженности воздействующих электрических и магнитных полей частотой 50 Гц в производственных условиях соответственно равными 5 кВ/м и 80 А/м. Напряженности определяются на высоте 1,8 м от поверхности земли, а также в других точках рабочего пространства. Согласно [1] ПДУ напряжённость магнитного поля промышленной частоты в жилых помещениях не должна превышать 8 А/м. По более поздним уточнениям [2] ПДУ для жилых помещений - 4 А/м, а для селитебной территории - 8 А/м. Напряженности электромагнитного поля (ЭМП) могут определяться экспериментально или на основе математического моделирования.
Тяговые сети (ТС) железных дорог переменного тока могут создавать значительные электромагнитные поля. В ряде случаев, особенно при прохождении трассы дороги по селитебной территории, уровни напряженности этих полей могут превосходить ПДУ. В условиях электрифицированной железной дороги трудно обеспечить получение экспериментальных данных, отвечающих максимальным уровням напряженности, поэтому рекомендуется исследования ЭМП, создаваемых тяговыми сетями как на эксплуатируемых, так и на вновь создаваемых объектах выполнять на основе математического моделирования.
Для выполнения такого моделирования можно использовать методику, разработанную в ИрГУПСе [3]. Она позволяет рассчитывать напряженности ЭМП для
1 Крюков Андрей Васильевич, член-корреспондент Академии наук высшей школы РФ, доктор технических наук, заслуженный энергетик Республики Бурятия, профессор кафедры электроснабжения железнодорожного транспорта ИрГУПС; профессор кафедры электроснабжения и электротехники НИУ ИрГТУ, тел.: (3952) 638345, e-mail: [email protected] Kryukov Andrey, Corresponding Member of the Academy of Sciences of Higher Education of the Russian Federation, Doctor of technical sciences, Honoured Power Engineer of the Buryat Republic, Professor of the chair of Railway Transport Power Supply of Irkutsk State University of Railway Engineering; Professor of the chair of Electric Power Supply and Electrical Engineering of NR ISTU, tel.: (3952) 638345, e-mail: and_kryukov @ mail.ru
2Закарюкин Василий Пантелеймонович, доктор технических наук, доцент, тел.: (3952) 638345, e-mail: [email protected]. Zakaryukin Vasily, Doctor of technical sciences, Associate Professor, tel.: (3952) 638345, e-mail: [email protected]. 3Буякова Наталья Васильевна, аспирант, тел.: 89025148121, e-mail: [email protected] Buyakova Natalia, Postgraduate Student, tel.: 89025148121, e-mail: [email protected]
заданной схемно-режимной ситуации. Методика основана на использовании программного комплекса расчетов режимов в фазных координатах FAZONORD [4]. Комплекс позволяет производить полнофункциональное моделирование многопроводных линий с любым расположением и соединением проводов при учёте взаимоиндуктивных и ёмкостных связей. Если какой-то провод не связан с другими, то его напряжение по отношению к земле определяется потенциалом электрического поля в месте расположения. Применяя
ЭМП.
Пример моделирования выполнен применительно к ЖДС, разрез контактной сети которой показан на рис. 1. Ввиду достаточно низкого напряжения в ТС превышение ПДУ по электрическому полю невозможно и потому выполнялись расчеты напряженности магнитного поля, зависящей от тока в ТС, который может достигать в сумме по всем проводам контактной подвески нескольких килоампер.
На крупных станциях постоянно находятся
Рис. 1. Разрез тяговой сети
изолированный индикаторный провод для определения потенциалов на разных высотах и расстояниях от ТС, можно вычислить составляющие напряженности электрического поля. Для определения напряжённости магнитного поля требуется два индикаторных провода, на концах которых установлена перемычка, так что разность напряжений в их начале определяется наводимой в контуре ЭДС.
Предлагаемая методика применима для расчета электромагнитных полей, создаваемых тяговыми сетями любой сложности, в частности, ТС на железнодорожных станциях (ЖДС) со значительным числом путей и контактных подвесок. Расчеты ЭМП в последнем случае имеют особую актуальность: на ЖДС присутствует значительное число людей, поэтому здесь применяются наиболее жесткие нормы по уровням
металлические вагоны и цистерны, которые могут существенно изменять картину распределения напряженности магнитного поля. Программный комплекс FAZONORD позволяет использовать в модели до нескольких сотен проводов, что приводит к возможности моделирования вагонов и цистерн набором заземленных проводов, расположенных таким образом, чтобы расстояние между ними было много меньше расстояния от этих проводов до точки наблюдения (рис. 2).
При расчетах учитывались рельсовые нити как отдельные заземленные проводники. На рис. 3 представлены результаты моделирования в виде зависимостей модулей эффективных значений горизонтальной И х и вертикальной НТ составляющих напряженности магнитного поля от координаты X при токах
/ ь
/ *
-6-4-20148
Рис. 2. Модель тяговой сети с учетом подвижного состава
Нх,Нт,Н,ах,— м
45 40 35 30 25 20 15 10 5
Л
/ 1V J К
/ > 1
Г ч V
Я* / 1 1
, \ N ( Л 1 V Л| I \ 1 \
/ \ 1 \ 1 \ 1 \ 1 / / \ 1 [X
\ 1 / / нТ \ 1
-7.5
-2.5 0 2.5 5
Рис. 3. Напряженность магнитного поля
7.5 „ 10
X, м
в контактных подвесках каждого пути 250 А. На этом же графике представлена аналогичная зависимость амплитуды значения напряженности
Н мах = Нмах (Х) с учетом поляризационных эффектов.
Наличие подвижного состава приводит к резкому снижению напряженности поля в месте его расположения и росту - на междупутных участках. Следует отметить, что напряженность поля на главной пассажирской платформе из-за наличия вагонов снижается (рис. 4).
Ввиду резкопеременного характера тяговой нагрузки электромагнитная обстановка на ЖДС непре-
рывно меняется, поэтому расчеты ЭМП, выполненные для конкретных значений токов в контактных подвесках, являются малоинформативными. Преодолеть указанное затруднение можно на основе получения динамики изменения магнитного поля при моделировании реальных графиков движения поездов. Такая возможность реализована в программном комплексе FAZONORD.
В качестве примера на рис. 5 - 7 представлены результаты расчета динамики Нх, ^ и эффективного значения напряженности магнитного поля при движении четырех четных поездов массой 6300 т с интервалом 30 мин и расположении подвижного состава на двух левых путях (см. рис. 2).
30 25 20 15 10
я А п МАХ м
г / [ВИЖНОГО со
•Е*!.^ 11УД1 и 1 ЛСД
С ПОДЕ ИЖНЫМ СОИ гавом /
Х? м
10
Рис. 4. Влияние подвижного состава на уровень напряженности магнитного поля
30 100 110 120 130 Время, мин
Рис. 5. Динамика изменения составляющих напряженности магнитного поля Нх и Ну, вычисленных в точке с
координатами х = -9 м; у = 2 м
О 10 20 30 40 50
70 80 30 100 110 120 130
Время, мин
Рис. 6. Динамика изменения составляющих напряженности магнитного поля Нх и Ну, вычисленных в точке с
координатами х = 9 м; у = 2 м
Бремя, мин
Рис. 7. Динамика изменения напряженности магнитного поля
Выводы. 1. Разработана методика определения практически реализована на основе программного напряженности магнитного поля, создаваемого тяго- комплекса FAZONORD, разработанного в ИрГУПСе.
вой сетью, и позволяющая учитывать наличие под-
2. Предложена методика получения динамики из-
вижного состава на железнодорожных путях. При этом менения магнитного поля на основе моделирования металлические вагоны и цистерны замещаются набо- реальных графиков движения поездов. ром заземленных проводов. Предлагаемая методика
Библиографический список
1. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.1.2.1002-00. М.: Минздрав РФ, 2001. 24 с.
2. Дополнение к МГСН 2.03-97. Системы нормативных документов в строительстве «Нормы (предельно допустимые уровни) магнитных полей промышленной частоты (50 Гц) в помещениях жилых и общественных зданий и на селитебных территориях» (проект). М.: Изд-во стандартов, 2003. 13 с.
3. Крюков А.В., Закарюкин В.П., Иванов А.Н. Моделирование электромагнитных полей, создаваемых многопроводными линиями электропередачи // Проблемы энергетики. 2007. № 7-8. С. 37-43.
4. Свидетельство об офиц. регистр. программы для ЭВМ №2007612771 (РФ) «РаЕопогЬ-Качество - Расчеты показателей качества электроэнергии в системах электроснабжения в фазных координатах с учетом движения поездов» / Закарюкин В.П., Крюков А.В. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. Зарегистр. 28.06.2007.
УДК 621.1: 005.6
МЕТОДОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОГРАММЫ ПЕРЕВОДА ОБЪЕКТОВ МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКИ НА ГАЗ КАК ЭЛЕМЕНТ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ В ЭНЕРГЕТИКЕ
1 2 М.А. Семенов , Т.В. Черемных
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Предложена система критериев, позволяющая осуществить выбор объектов тепловой энергетики для модернизации путем замены угля (в качестве основного энергоресурса) на газ. Предлагаемая система позволяет сформировать объективную программу модернизации тепловой энергетики муниципального уровня с учетом экономических, социальных и экологических аспектов. Табл. 2. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: тепоэнергетика; котельные; топливо; каменный уголь; газ; энергобезопасность; энергосбережение; программы модернизации; система критериев; социальная, экономическая, экологическая эффективность.
METHODOLOGY TO FORM A PROGRAM FOR THE CONVERSION OF OBJECTS OF SMALL POWER ENGINEERING ON GAS AS AN ELEMENT OF A QUALITY MANAGEMENT SYSTEM IN POWER ENGINEERING M.A. Semenov, T.V. Cheremnyh
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors propose a system of criteria, which allows to choose the objects of thermal power engineering for the modernization by replacing coal (as a primary energy source) on gas. The proposed system allows to create an objective modernization program of thermal power engineering at the municipal level, taking into account economic, social and environmental aspects. 2 tables. 6 sources.
Key words: thermal power engineering; boilers; fuel; coal; gas; energy security; energy saving; modernization programs; system of criteria; social, economic, and environmental efficiency.
Кризисное состояние коммунальной теплоэнергетики Иркутской области [1] повышает вероятность возникновения крупномасштабных аварийных ситуаций, снижает надежность теплоснабжения населенных пунктов и ведет к разбалансированности всех отраслей экономики.
Изменение ситуации в сторону повышения экономической и энергетической эффективности объектов коммунальной теплоэнергетики требует значительных
капитальных вложений, инвестирование которых должно носить плановый, системный характер.
Важнейшим направлением работ в области обеспечения энергобезопасности и энергосбережения и, как следствие, повышение качества теплоснабжения [2] является разработка и реализация региональных инновационных программ управления качеством в тепловой энергетике. Под системой управления качеством в тепловой энергетики будем понимать управ-
1Семенов Михаил Алексеевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Управление промышленными предприятиями».
Semenov Michael, Doctor of technical sciences, Professor of the chair of Management of Industrial Enterprises.
2Черемных Т.В., соискатель на получение степени кандидата экономических наук, кафедра «Управление промышленными
предприятиями».
Cheremnyh T.V., Competitor for a scientific degree of a Candidate of Economics of the chair of Management of Industrial Enterprises.
