CC BY
51
УДК 621.311: 621.331 Крюков Андрей Васильевич,
д.т.н., профессор кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ИрГУПС
Закарюкин Василий Пантелеймонович, д.т.н., проф. кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ИрГУПС
Буякова Наталья Васильевна,
аспирант кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ИрГУПС
УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
ОБСТАНОВКОЙ НА ОБЪЕКТАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
A. V. Kryukov, V.P. Zakaryukin, N. V. Buyakova
ELECTROMAGNETIC SITUATION CONTROL ON RAILWAY OBJECTS
Аннотация. На основе разработанной методики моделирования режимов систем тягового электроснабжения и определения электромагнитных полей, создаваемых тяговыми сетями, предложены принципы управления электромагнитной обстановкой на объектах железнодорожного транспорта.
Показано, что уровни напряженности магнитного поля, создаваемого тяговой сетью с восемью контактными подвесками, не превосходят предельный уровень, установленный для эксплуатационного персонала, но могут превышать допустимые значения для селитебных территорий, что требует применения специальных мероприятий по улучшению электромагнитной обстановки и повышению уровня электромагнитной безопасности.
На основе результатов моделирования выявлено, что наиболее эффективным мероприятием по снижению напряженности магнитного поля является применение отсасывающих трансформаторов с обратным проводом. В результате их применения уровень напряженности на большей части пассажирских платформ может быть снижен до рекомендованных нормативными документами значений.
Ключевые слова: системы тягового электроснабжения железных дорог переменного тока, управление электромагнитной обстановкой.
Abstract. By method of modeling of railway electric systems there is proposed the principles of electromagnetic situation control on alternating current railway objects.
It is shown that magnetic field strength of 8-way railway is not higher of limit for exploitation personal, but can be higher values received for civil territories. This calls for special measures of improving electromagnetic situation.
The most effective method of improving situation is using of abducting transformers with back wire. This allows the abatement of magnetic field strength to normal values.
Keywords: alternating current railway electric systems, electromagnetic situation control.
Введение
Под электромагнитной обстановкой (ЭМО) понимается совокупность электромагнитных процессов в заданной области пространства. Основными характеристиками этих процессов являются напряженности электрического и магнитного полей (ЭМП). Тяговые сети (ТС) железных дорог переменного тока могут создавать значительные магнитные поля. В ряде случаев, особенно при прохождении трассы дороги по селитебной территории, уровни напряженности магнитного поля могут превосходить предельно допустимые уровни. Поэтому возникает задача управления электромагнитной обстановкой с целью приведения уровней напряженности ЭМП к допустимым пределам.
Постановка задачи
В условиях электрифицированной железной дороги трудно получить экспериментальные данные, отвечающие максимальным уровням напряженности ЭМП, поэтому рекомендуется исследования ЭМП, создаваемых системами тягового
Современные технологии. Механика и машиностроение
ш
электроснабжения (СТЭ), как на эксплуатируемых, так и на вновь создаваемых объектах выполнять на основе математического моделирования [1]. Методика моделирования ЭМП на объектах железнодорожного транспорта предложена в работе [2]. В настоящей статье рассматриваются методы управления ЭМО, направленные на снижение уровней ЭМП.
Схема управления электромагнитной обстановкой в СТЭ железных дорог переменного тока показана на рис. 1. При этом мероприятия по снижению уровней ЭМП разрабатываются на основе комплексного моделирования режимов работы СТЭ в фазных координатах с одновременным расчетом напряженностей ЭМП по методике, изложенной в работе [2]. Моделирование может осуществляться на основе программного комплекса «РаЕопоМ-Качество», разработанного в ИрГУПСе [3]. Проверка адекватности моделирования и эффективности реализованных мероприятий осуществляется на основе инструментальных замеров в ряде контрольных точек для характерных моментов времени, отвечающих максимальным токовым нагрузкам тяговой сети.
Следует отметить, что при моделировании могут учитываться основные факторы, влияющие на уровень ЭМП:
• неровность подстилающей поверхности, вызванная наличием насыпей, выемок, а также пассажирских платформ;
• наличие металлических вагонов и цистерн
на станции, которые существенно изменяют картину распределения уровней напряженности ЭМП в пространстве;
• заземленные протяженные металлические объекты (трубопроводы, кабельные линии с заземленными оболочками, заземленные тросы), также изменяющие картину ЭМП.
Результаты моделирования. Моделирование выполнялось применительно к восьмипутной тяговой сети 27.5 кВ железнодорожной станции, схема которой показана на рис. 2.
Рис. 2. Схема тяговой сети: А, Б, В, Г - продольные нормально включенные разъединители, П - поперечный нормально отключенный разъединитель
Описание ее компьютерной модели, реализованной с использованием программного комплекса «РаЕопоМ- Качество», приведено в работе [2].
В качестве мероприятий по управлению
Рис. 1. Схема управления электромагнитной обстановкой
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
электромагнитной обстановкой рассматривались следующие:
• применение экранирующих проводов (ЭП), смонтированных на всех путях или только на главных;
• использование дополнительно к ЭП усиливающих проводов (ЭУП);
• применение отсасывающих трансформаторов (ОТ) без обратного провода (ОП), рис. 3;
^ч тп
Lfj / КП
1 и 1 Рельс
Рис. 3. Отсасывающие трансформаторы без обратного провода: ТП - тяговая подстанция, КП - контактный провод
рис. 4.
использование ОТ с обратным проводом,
ГЛ Г71
ОП
Рельс
Рис. 4. Отсасывающие трансформаторы обратным проводом
Результаты моделирования уровней напряженности магнитного поля на высоте 2.1 м (средний рост человека, увеличенный на высоту пассажирской платформы) представлены на рис. 5...7. Моделирование осуществлялось при мощностях P + jQvP + JQi (рис. 2), равных 10 + j10 МВА, что близко к максимально допустимым мощностям для плеча питания подстанции с трансформатором 40000 кВА.
Из анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы.
1. Применение экранирующих и усиливающих проводов не может быть рекомендовано в качестве мероприятия по снижению уровней ЭМП ввиду малой эффективности и значительных затрат.
2. Применение ОТ, включенных между КП и рельсами, может приводить к обратному эффекту повышения уровня напряженности магнитного поля на центральных пассажирских платформах вследствие увеличения токов, протекающих по рельсам.
3. Наиболее выраженный эффект снижения уровня напряженности магнитного поля дают ОТ, включенные между КП и обратным проводом. При этом напряженность на большей части пассажирских платформ может быть снижена до уровня, рекомендованного документом [4] для селитебной территории.
30
20
10
ЭП отсутствует /у.
/ ЭП смонтирован на главных путях ЭП смонтирован \ на всех путях
-40 -36 -32 -28 -24 -20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40
X, ш
Рнс. 5. Результаты расчета напряженности магнитного поля при наличии ЭП
30
20
10
Э"УП отсутствуют /"\ ЛД
/АЧ\ /YVY /\ /Л /vv4
J/ ^^/Сг ЭУП смонтированы на главных путях ЭУП смонтированы на всех путях
-40 -36 -32 -28 -24 -20 -16 -12 -8 -4 0 4
12 16 20 24 28 32 36 40
X, ш
Рис. 6. Результаты расчета напряженности магнитного поля при наличии ЭУП
40 -36 -32 -23 -34 -30 -16 -13 -4 0 4 8 13 16 30 3 4 28 32 33 40
X.M
Рис. 7. Результаты расчета напряженности магнитного поля при наличии ОТ
Заключение
1. На основе разработанных в ИрГУПСе методов и средств расчетов режимов в фазных координатах реализован 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 СТЭ и питающей энергосистемы. На основе предложенной методики моделирования может быть реализована система управления электромагнитной обстановкой на объектах железнодорожного транспорта.
2. Уровни напряженности магнитного поля, создаваемого тяговой сетью с восемью контактными подвесками, не превосходят предельный уровень, установленный для эксплуатационного персонала, но могут превышать допустимые значения для селитебных территорий, что требует применения специальных мероприятий по улучшению электромагнитной обстановки и повышению уровня электромагнитной безопасности в СТЭ.
3. Наиболее эффективным мероприятием по снижению напряженности магнитного поля является применение отсасывающих трансформаторов с обратным проводом. В результате их применения уровень напряженности на большей части пассажирских платформ может быть снижен до
рекомендованных нормативными документами
значений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аполлонский С.М., Богаринова А.Н. Напряженности воздушной среды на электрифицированной железной дороге // Сборник докладов девятой российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. - СПб.: 2006. - С. 579-583.
2. Крюков А.В., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Моделирование электромагнитной обстановки на железных дорогах переменного тока // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - № 2(26). - 2010. - С. 169-175.
3. Свидет. об офиц. регистр. программы для ЭВМ № 2007612771 (РФ) «Fazonord-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. - Заре-гистр. 28.06.2007.
4. 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.: 2003. - 13 с.
