Uwarunkowania elektryczne i cieplne likwidacji oblodzenia na przewodach sieci trakcyjnej Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

eneKTponocragaHHn

UDC 621.331.3

V. HUDYM (PK), A. JAGIELLO (PK), I. CHRABASZCZ (PK), J. PRUSAK (PK), P. TR^BACZ (PK)

Politechnika Krakowska, Wydziat Inzynierii Elektrycznej i Komputerowej, e-mail: [email protected]. [email protected] , [email protected]

UWARUNKOWANIA ELEKTRYCZNE I CIEPLNE LIKWIDACJI OBLODZENIA NA PRZEWODACH SIECI TRAKCYJNEJ

W okresie zimowym aktualnym problemem staje si^ zapobieganie oblodzeniu przewodów sieci trakcyjnej, które moze utrudniac normaln^ prac^ elektrowozów. W Polsce wyst^pil przypadek, gdzie powstawanie osadów na przewodach zasilaj^cych doprowadzilo do opóznien poci^gów o kilka godzin, a w niektórych sytuacjach doszlo do uszkodzenia elementów ukladu zasilania. W efekcie przelozylo si^ to na straty finansowe, wynikle równiez z tego powodu, ze duza cz^sc pasazerów przesiadla si^ na inny srodek transportowy.

W okresie zimowym aktualnym problemem staje si^ zapobieganie oblodzeniu przewodów sieci trakcyjnej, które moze utrudniac normaln^ prac^ elektrowozów. W Polsce wyst^pil przypadek, gdzie powstawanie osadów na przewodach zasilaj^cych doprowadzilo do opóznien poci^gów o kilka godzin, a w niektórych sytuacjach doszlo do uszkodzenia elementów ukladu zasilania. W efekcie przelozylo si^ to na straty finansowe, wynikle równiez z tego powodu, ze duza cz^sc pasazerów przesiadla si^ na inny srodek transportowy. Autorzy artykulu uwazaj^, ze likwidacja oblodzenia na przewodach sieci trakcyjnej jest zagadnieniem aktualnym i waznym. Zapewnienie niezawodnosci transportu zbiorowego, kolejowego b^dz tramwajowego, pozwala ograniczyc ruch samochodowy wewn^trz duzych aglomeracji, a to z kolei moze prowadzic do rozladowania zatorów na drogach.

Sposród wykorzystywanych sposobów usuwania oblodzenia z przewodów stosuje si^ m.in. mechaniczn^ metod^ likwidacji osadu, któr^. przeprowadza si^ przy odl^czonym od zasilania odcinku sieci. Koniecznosc wyl^czenia zasilania jest wad^ tej metody, poniewaz przy usuwaniu lodu trzeba korzystac z lokomotywy spalinowej. Ta operacja wymaga duzych nakladów czasowych co powoduje, ze dana linia jest przez dluzszy okres wyl^czona z uzytkowania. Dobr^ alternatyw dla usuwania lodu stanowi metoda nagrzewania przewodów jezdnych prüdem o odpowiedniej g^stosci, który bylby pobierany z podstacji trakcyjnych.

0-1(1)

Rys. 1. Wykres zaleznosci temperatury przewodu od czasu nagrzewania

Wczesniejsze prowadzone przez autorów badania [1], obejmowaly proces ogrzewania samego przewodu narazonego na dzialanie warunków atmosferycznych. W wyniku symulacji otrzymano wykresy, jak na rysunku 1. W symulacji nagrzewania przewodu zalozono pocz^tkow^. temperatura otoczenia równ^. -5°C. Przyj^to równiez, ze na przewodzie nie tworzy si^ lód. Jak wiadomo, w rzeczywistosci jest zupelnie inaczej i nalezy uwzgl^dnic fakt powstawania oblodzenia zwlaszcza podczas opadów deszczu ze sniegiem b^dz sniegu, którym towarzyszy niska temperatura. Proces ogrzewania przewodu pokrytego lodem b^dzie si^ róznil od nagrzewania samego przewodu. Po zal^czeniu zasilania, w pocz^tkowej fazie ogrzewania, cieplo z przewodu b^dzie przekazywane do lodu w celu ogrzania go do temperatury 0°C lub nieznacznie wyzszej. Kolejno nast^pi przemiana fizyczna lodu w wod^, a dalej proces topienia lodu. Przedstawiony model zaklada równomierne rozlozenie pokrywy lodowej wokól przewodu. W normalnych warunkach wi^ksza narosl na przewodzie b^dzie wyst^powac od dolu, poniewaz jest ona skutkiem dzialania sily grawitacji. Mozna zatem przyj^c, ze zalozona przez nas grubosc pokrywy lodowej wyst^puje od góry przewodu. Wystarczy j^. stopic, a dolna cz^sc odpadnie pod wlasnym ci^zarem. Pozwali to zmniejszyc ilosc energii potrzebnej do usuni^cia oblodzenia.

© V. Hudym, A. Jagietto i inny, 2016

ISSN2307-4221 EneKmputyimtyH mpaHcnopmy, № 12. - 2016. 49

eneKTponocragaHHn

W celu realizacji sposobu nagrzewania oblodzonego przewodu pr^dem, konieczna jest zmiana ukladu sieci zasilaj^cej poprzez dodanie odpowiednio dobranych l^cznikow

wysokonapi^ciowych. Natomiast problemem jest dobor miejsca instalacji tych l^cznikow, co jednoczesnie wi^ze si^ z g^stosci^. przeplywaj^cego pr^du i czasem likwidacji oblodzenia. Uzyskanie informacji dotycz^cych w/w wielkosci jest mozliwe poprzez symulaj procesu nagrzewania ukladu przewod - lod z uwzgl^dnieniem najwazniejszych jego parametrow, zjawisk i struktury sieci. W tym celu opracowano model matematyczny w oparciu o prawa elektrotechniki i termodynamiki, ktory pozwala na analiz^ zaleznosci zmian temperatury oblodzonego przewodu od g^stosci przeplywaj^cego pr^du.

Model zostal opisany rownaniami rozniczkowymi. Jednym z problemow wyniklych w trakcie symulacji byla potrzeba aproksymacji wspolczynnika ciepla wlasciwego ukladu, ktorego wartosc zalezy od grubosci pokrywy lodowej oraz parametrow przewodu sieci trakcyjnej. Celem okreslenia tego wspolczynnika przeprowadzono seri^ obliczen, w wyniku ktorych otrzymano analityczn^ zaleznosc, rownowaznego

wspolczynnika ciepla wlasciwego ukladu przewod - lod od jego temperatury. Zastosowano nast^puj^cy wzor [1]:

Cr = 962,5-637,5 •-• tan"1 0,35/0^-10

w ktorym:

0 (t) =

P-J1

2 • a

2 2'a 2 • a

gdzie:

P - rezystywnosc miedzi;

J - g^stosc pr^du;

r -promien przewodu;

a - wspolczynnik wiatru;

A

5 - temperatura otoczenia;

^ - g^stosc miedzi;

C - wartosc wspolczynnika ciepla wlasciwego dla ukladu przewod-lod.

Wartosci wspolczynnikow zostaly obliczone i oszacowane na podstawie wynikow uzyskiwanych w trakcie testow. Obliczenia wspolczynnikow wykonano w oparciu o wlasnosci funkcji arctg. Wspolczynnik 962,5 obliczono w nast^puj^cy sposob:

Cr =1535, C,„ =390, 1535-390 = 1145, 1145-h 2 = 572,5, 572,5 + 390 = 962,5

Wartosc 637,5 zostala dobrana empirycznie rozpoczynaj^c od wartosci 572,5 Pozostale wartosci 0,35 oraz 10 rowniez zostaly dobrane w trakcie doswiadczen. Celem bylo uzyskanie rozpi^tosci wykresu od wartosci okolo 1535 do wartosci okolo 390 na osi Y.

Uzyskane wyniki pozwolily na prostsz^ symulacji procesu nagrzewania oblodzonego przewodu i zostaly przedstawione na rysunku 2.

Rys. 2. Wykres zaleznosci wspolczynnika ciepla wlasciwego od temperatury ukladu przewod-lod

Rys. 3. Wykres zaleznosci temperatury ukladu przewod -lod od czasu nagrzewania

Uwzgl^dnienie otrzymanej zaleznosci w obliczeniach dalo mozliwosc uzyskania wykresu zaleznosci temperatury przewodu od czasu nagrzewania lodu do temperatury bliskiej zeru b^dz nieznacznie wyzszej, po cz^sciowym roztopieniu lodu wartosc wspolczynnika ulega

© V. Hudym, A. Jagiello i inny, 2016 ISSN2307-4221 ErnKmputyiKa^H mpaHcnopmy, № 12. - 2016.

електропостачання / power suppl

zmniejszeniu do wartosci jak dla miedzi. Tej zmianie wspólczynnika towarzyszy nagly wzrost temperatury przewodu i szybka likwidacja oblodzenia. Rysunek 3 przedstawia otrzymane wyniki.

Przedstawiona metoda nagrzewania przewodów nie wymaga odl^czenia sieci trakcyjnej od zródla zasilania, jednak konieczna jest zmiana w samym ukladzie zasilania w celu przeprowadzenia procesu nagrzewania. Metoda ta istotnie skraca czas likwidacji osadu na przewodach bez potrzeby wykorzystywania lokomotyw spalinowych.

LITERATURA

1. Hudym V., Jagiello A., Prusak J., Chrab^szcz I., Tr^bacz P. Kaczmarczyk A., Metodyka usuwania oblodzenia z sieci trakcyjnej, Kraków, 2015, Logistyka nr 6.

2. Г. И. Денисеикоб, Г. А. Генрих, Л. А. Никонец, Повышение надежности работы воздушных линий электропередачи за счет плавки гололеда на их проводах и тросах., Доклад ГК СМ

СССР по науке и теннике, Лвов, 1969. (G. I.

Denysenko, G.A. Henrih, L. A. Nikoniec, Podwyzszenie niezawodnosci pracy linii przesyiowych napowietrznych poprzez topienie oblodzenia na ich przewodach roboczych i odgromowych, Referat Komitetu Panstwowego Rady Ministröw ZSRR z nauki i techniki, Lwöw, 1969).

3. Г. А. Генрих, М. А. Евшин, Структурная математическая модель дла исследования режимов работы УПГ на проводах ВЛ пульоирующим током с отключением линии., Параграф 2.5 (G.A. Henrih, M. A. Jeiszyn, Model matematyczny strukturalny do badania stanu pracy Instalacji do Topienia Lodu na przewodach linii napowietrznych prqdem pulsujqcym z odiqczonq liniq., Paragraf 2.5)

4. Г. А. Генрих, В. Н. Стряапан, Моделирование на ЭСВМ режимов работы преовразователя УПГ пульсируюшим током., Параграф 2.21 (G.A. Henrih, W. N. Striapan, Modelowanie na elektronicznych obliczeniowych maszynach warunköw pracy przeksztaitnika Instalacji do Topienia Lodu prqdem pulsujqcym, Paragraf 2.21)

Received 15.06.2016.

Internal reviewer Kuznetsov V.G. External reviewer Andriienko P.D.

In winter, there is currently a problem in that the contact wires on ice can be formed, which may interfere with the normal operation of the rolling stock. In Poland, there was a case when the formation of deposits on the contact wires led to a long delay trains. When icing contact network operators bear the financial loss, the passengers have to change vehicles. The article presents a model of a contact network of heating, presented method significantly reduces the icing on the Elimination of contact network without the need for locomotives

Keywords: contact wire; power train; icing; model.

УДК 621.331.3

В. ГУДИМ (КП), А. ЯГЕЛЛО (КП), I. ХРАБОНШЧ (КП), Я. ПРУСАК (КП), П. ТРЕНБАЧ (КП)

Краювська полтехнка, факультет електротехнки та обчислювальноТ технки, e-mail: [email protected]. [email protected]. [email protected]

ЕЛЕКТРИЧН1 I ТЕПЛОВ1 УМОВИ Л1КВ1ДАЦ11 ОБМЕРЗАННЯ НА ПРОВОДАХ ТЯГОВО1 МЕРЕЖ1

У зимовий перюд в даний час iCHye проблема, яка полягае в тому, що на контактних проводах може утворюватися обмерзання, яке може перешкодити нормальнш робот рухомого складу. У Польщ^ був випадок, коли утворення вщкладень на контактних проводах призвело до тривалоТ затримки поТадв. При обмерзаннях контактноТ мережi оператори несуть фiнансовi втрати, пасажири змушен переадати на rnuii транспорты засоби. У статт представлена модель на^вання контактноТ мережу Представлений метод значно скорочуе час лквщацп обледеншня на контактнш мережi без необхщносп використання тепловозiв.

Ключовi слова: контактний провщ; тягова мережа; обмерзання; модель.

Внутршнш рецензент Кузнецов В.Г. Зовшшнш рецензент AHdpieHKo П.Д.

© V. Hudym, A. Jagiello i inny, 2016

ISSN2307-4221 Електрифтащя транспорту, № 12. - 2016. 51

електропостачання / power suppl

/powersuppj^^^^^^^^^

УДК 621.331.3

В. ГУДИМ (КП) А. ЯГЕЛЛО (КП), И. ХРАБОНШЧ (КП), Я. ПРУСАК (КП), П. ТРЕНБАЧ (КП)

Краковская политехника, факультет электротехники и вычислительной техники, e-mail: [email protected]. [email protected] , [email protected]

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ УСЛОВИЯ ЛИКВИДАЦИИ ОБЛЕДЕНЕНИЯ НА ПРОВОДАХ ТЯГОВОЙ СЕТИ

В зимний период в настоящее время существует проблема, заключающаяся в том, что на контактных проводах может образовываться обледенение, которое может помешать нормальной работе подвижного состава. В Польше, был случай, когда образование отложений на контактных проводах привело к длительной задержке поездов. При обледенениях контактной сети операторы несут финансовые потери, пассажиры вынуждены пересаживаться на другие транспортные средства. В статье представлена модель нагревания контактной сети, Представленный метод значительно сокращает время ликвидации обледенения на контактной сети без необходимости использования тепловозов.

Ключевые слова: контактный провод; тяговая сеть; обледенение; модель.

Внутренний рецензент Кузнецов В.Г. Внешний рецензент Андриенко П.Д.

© V. Hudym, A. JagieHo i inny, 2016 52 ISSN2307-4221 Електрифтащя транспорту, № 12. - 2016.