Захист нейтральних вставок контактної мережі від перепалів Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.332

В. О. ДЬЯКОВ1 (ДНУЗТ), А. В. АНТОНОВ2 (ДНУЗТ), С. Ю. МАЛИНКА3 (ДНУЗТ)

1,3Каф. «Електропостачання залiзниць», Днiпропетровський нацiональний ушверситет залiзничного транспорту iменi академка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Днтропетровськ, УкраТна, 49010, тел. +38 (056) 373 15 25 2Каф. «Електропостачання залiзниць», Днiпропетровський нацiональний ушверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Днтропетровськ, УкраТна, 49010, тел. +38 (056) 373 15 25, ел. пошта a.v.antonov91@qmail.com. ОЯСЮ: orcid.org/0000-0001-5701-6087

ЗАХИСТ НЕЙТРАЛЬНИХ ВСТАВОК КОНТАКТНО1 МЕРЕЖ1 В1Д ПЕРЕПАЛ1В

Вступ

При модершзаци залiзничного транспорту Укра!ни, як i ранiше, провщну роль грае елект-рифiкацiя затзниць.

За станом на 01 шчня 2016 року доля елект-рично! тяги в експлуатацiйнiй роботi затзнич-ного транспорту Укра!ни склала 91,5 %. Екс-плуатацiйна довжина електрифшованих затз-ниць склала 9403 км, що вiдповiдае 48 % зага-льно! протяжностi залiзниць Укра!ни. На сьогодш, Укра!на займае 10 мюце в свiтi за протяжнiстю електрифшованих залiзниць.

Перша електрифiкована дiлянка магютраль-них залiзниць на територи сучасно! Укра!ни була запущена в експлуатащю 5 листопада 1935 року (щлянка Долгiнцево - Запорiжжя). В першi роки електрифiкацiя залiзниць проводилась на постшному струмi. Електрифiкацiя на змшному струмi почалась на початку 60-х роюв минулого столiття. На сьогодш, електрифшащя залiзниць на теренах Укра!ни вiдбуваеться, як i в усьому свт, переважно на змшному струма На 01 сiчня 2016 року розгорнута довжина контактно! мережi змiнного струму становила 14384 км, а постшного струму - 11018 км.

Мета

Метою дано! статп е анатз причин перепа-лiв проводiв контактно! мереж на нейтральних вставках.

Актуальнiсть

Актуальнiсть дано! роботи обумовлена тим, що при перепалах проводiв контактних шдвюок на нейтральних вставках вщбуваеться розрегу-лювання контактно! мереж на сумiжних анкер-них дшянках. Крiм того, при перепалах та об-ривi проводiв контактно! шдвюки вiдбуваеться пошкодження струмоприймачiв та шшого да-хового обладнання електрорухомого складу (ЕРС), що призводить до значних витрат часу на вщновлення та тривалих затримок по]дщв.

Методика

Особливiстю системи електропостачання однофазного змшного струму е те, що електри-чна енергiя в контактну мережу поступае вiд двох фаз (наприклад А та В), а повертаеться на тягову шдстанщю по рейковш мережi до фази С. В зв'язку з цим, бшя тягових шдстанцш для електричного роздшення сумiжних секцiй, якi отримують живлення вщ рiзних фаз, монтують два iзолюючих спряження з нейтральною вставкою (рис. 1) для попередження мiжфазно-го короткого замикання через полоз струмо-приймача, який проходить по iзолюючому спряженнi.

Нейтральнi вставки використовують також при електричному роздшенш дiлянок контактно! мереж1, якi отримують живлення напругою рiзного роду струму (наприклад, д^нки Хар-кiв - Купянськ, Харюв - Полтава та шш1).

Довжина нейтрально! вставки повинна бути бiльшою нiж вiдстань мiж крайшми струмо-приймачами ЕРС. Для виключення перепалiв контактних проводiв ЕРС тд нейтральною вставкою проходить по шерци (на вибiзi), нейтральна вставка повинна бути обладнана сигна-льними знаками (рис. 2).

Конструкщя та мюце розташування нейтрально! вставки повинш забезпечувати безупин-ний прохiд ЕРС при швидкосп проходу сигнального знаку «вщключити струм», який огоро-джуе нейтральну вставку, не менше 20 км/год.

Для попередження перепалiв контактних проводiв на нейтральнiй вставщ, в мiсцi де вщ-буваеться вщрив струмоприймача вiд контактного проводу, який йде на анкерування, мон-тують дугостшку конструкцiю. На дiлянках швидкюного руху по!здiв (160-200 км/год) ней-тральнi вставки в мiсцях роздшення фаз чи сти-кування електротяги постшного та змшного струму повинш бути обладнаш пристроями для автоматичного вщключення тягового струму ЕРС.

© Дьяков В. О. та ш, 2016

напрямок рцхц

сигнал "бключити стрцм на електроЕюзГ

сигнал "бк/ючити стрцм на електрагтздГ Рис. 1. Схема спряжения анкерних дшянок з нейтральною вставкою для моторвагонно!' тяги: 1 - анкерна опора; 2 - перехвдна опора; 3 - врiзнi iзолятори; 4 - поперечний електричний з'еднувач; 5 - нормально выключений секцiйний роз'еднувач з моторним приводом; Lп - довжина прогону мiж перехвдними опорами

Рис. 2. Попереджувальш сигнальнi знаки: а) «вщключити струм»; б) «ввiмкнути струм на електровозЬ»;

в) «ввiмкнути струм на електропо!зд»

Для виведення ЕРС з-тд нейтрально! вставки, при його вимушенш зупинщ, на не! тимча-сово подають напругу. Для цього включають нормально выключений секцшний роз'еднувач (див. рис 1). Причому, вмикають той роз'еднувач, який подае напругу з riei секци, в сторону яко! рухаеться по!зд.

В перш1 роки експлуатаци на електрифшо-ваних зал1зницях Укра!ни (2012-2013 роках) електропо!зд1в компанн Hyundai на нейтраль-них вставках вщбувалися перепали контактних провод1в. Одшею з причин перепал1в контактних провод1в могли бути помилков1 дп машиш-спв електропо!зд1в, яю шд'!жаючи до знаку «вщключити струм» (рис.3) не виконували ви-моги до порядку проходження електропо!здами нейтральних вставок. Вщповщно до цих вимог машишст повинен встановлювати головну рукоятку контролеру в нульове положення та вщ-ключати високовольтний вимикач.

Вщповщно до вимог [5], машишсти елект-ропо!зд1в повинш знати мюце розташування нейтрально! вставки та заздалепдь готуватися до !! проходження: зарядити тормозну мапст-раль, розвити необхщну швидюсть руху для безупинного про!зду нейтрально! вставки вс1м електропо!здом. Пщ'!жаючи до знаку «вщклю-чити струм», машишст повинен встановлювати

головну рукоятку контролеру в нульове положення та вщключити високовольтний вимикач. Нав1ть якщо при проходженш нейтрально! вставки буде вщсутне тягове навантаження, а живлення нетягових споживач1в збережеться (вентилятори, компресори, осв1тлення, опален-ня, кондицюнування та шше), можливий пробш пов1тряних пром1жюв та !х юшзащя. Це тдтве-рджують слщи оплавлення контактних прово-д1в на нейтральных вставках (рис. 4 та рис. 5).

Рис. 3. Попереджувальний знак «ввдключити струм»

© Дьяков В. О. та ш., 2016

Рис. 4. Стан контактного проводу струмоведучого елементу на першому 1золюючому спряженш нейтрально!' вставки

Рис. 5. Стан контактного проводу нейтрального елемента на першому 1золюючому спряженш нейтрально! вставки

1снуюча ситуащя ускладняеться ще й тим, що електропо!зди компанп Hyundai можуть прослщувати нейтральну вставку 3i швидкiстю

160 км/год (45 м/с).

напрямик руху

В результат^ безструмова пауза на першому (по ходу руху) пов^ряному промiжку (рис. 6) може тривати всього 0,8 с, що недостатньо для деюшзаци пов^ряного промiжку. При шунту-ваннi струмоприймачем другого пов^ряного промiжку можливе перепалювання контактного проводу. Окрiм того, при проходженш елект-ропо!здом нейтрально! вставки зi швидкiстю 160 км/год, суттево скорочуеться довжина безс-трумово! паузи через збшылення сили натиску струмоприймача на контактний провщ.

Р = Рст + р + Ра, (1)

де Рст - статична складова сили натиску струмоприймача (Рет =80.. .120 Н);

Р - шерцшна складова сили натиску струмоприймача;

Ра - аеродинамiчна складова сили натиску струмоприймача.

Р = тт ■ а, (2)

де Щ - приведена маса струмоприймача;

а - прискорення, яке отримуеться при-веденою масою струмоприймача.

Ра = ^т2 ■ Сх, (3)

де Ут - швидкiсть зустрiчного потоку повi-тря;

С - аеродинамiчний коефiцiент лобового опору рухомих рам та полозiв струмоприй-мача.

О НЗИ>

Рис. 6. Схема розмщення електропо!зда на нейтральнш вставщ

При швидкосп 160 км/год суттево збшьшуеть- приймача вiд контактного проводу може вщбува-ся аеродинамiчна та шерщйна складова натиску тися поблизу врiзного iзолятора на першому iзо-струмоприймача. В результатi, вщрив струмо- люючому спряженнi (див. рис.6) та тдтискання

© Дьяков В. О. та ш., 2016 ISSN2307-4221 Електриф1кац1я транспорту, № 12. - 2016.

контактного проводу нейтрально! вставки стру-моприймачем на другому ¡золюючому спряжент до струмоведучого контактного проводу також може вщбуватися поблизу вр1зного !золятора. Це суттево зменшуе довжину нейтрально!' вставки, скорочуе час деюшзацл повпряного пром1жку на першому ¡золюючому спряжент, що пщвищуе в1ропдтсть перепал1в контактних провод1в на нейтральних вставках в випадку вщсутносп роз-риву електричного ланцюга високовольтним ви-микачем електропо!зда.

Те, що тривалють безструмово! паузи суттево впливае на д!електричт властивосп повпряних пром!жюв тдтверджують дослщження, проведет в високовольтнш лабораторп кафедри «Електропостачання зал1зниць» (рис. 7).

Рис. 7. Високовольтт випробування

Залежтсть пробивно! напруги в м1желектрод-ного пром1жку «стержень-стержень» ^мтащя повпряного пром1жку мгж контактними проводами на !золюючому спряжент) вщ !нтервалу м1ж по-вторними випробуваннями (п)приведена на рис. 8.

Результата дослщжень показали, що навпъ при струмах менше 10 мА, яю протшали в м1же-лектродному пром1жку гад час його пробою, д1е-лектричт властивосп повпряного пром1жку не вщновлювались при штервал часу в 7 с (крива 2), д1електрична мщтсть пром1жку зменшувалась, а при штервал часу в 60 с (крива 1) деюшзащя повпряного пром1жку встигала вщбутися { пробивна напруга не змшювалась.

Б

1 2 3

Рис. 8. Пробивна напруга

Узагальнюючи вищесказане, можна зробити висновок, що основною причиною перепал1в кон-тактних провод1в на нейтральних вставках е те, що електропо!зди по них проходять без вщклю-чення високовольтного вимикача. В цьому випадку, для попередження перепал1в контактних про-вод1в на нейтральних вставках в випадках прохо-дження по них електропо!зд1в без вщключення струму можна використовувати:

- використання дугоспйких систем (конс-трукцш);

- використовувати пристро!, яю забезпечу-ють автоматичне вщключення тягового струму ЕРС при проходженш нейтрально! вставки;

- використання чотирипрогонних !золюю-чих спряжень, замють трипрогонних, дозволить зменшити кут нахилу контактних провод1в, що вщходять на анкерування (зменшення шерцшно! складово! натиску струмоприймача);

- встановлення секщйних !золятор1в на ней-тральнш вставщ (рис. 9).

Для зменшення об'ему пошкоджень контактно! мережi та дахового обладнання ЕРС на нейт-ральних вставках можна використовувати бара-банш компенсатори з храповим колесом (див. рис. 10), яке при обрив! компенсованого проводу стопорить барабан { подальше руйнування контактно! шдвюки та дахового обладнання ЕРС не вщ-будеться.

г —Hb

1 --—' Li iH

о нх>

Рис. 9. Встановлення секцiйних iзоляторiв на нейтральнш вставцi

© Дьяков В. О. та im, 2016

Рис. 10. Барабанний компенсатор з храповим колесом: 1 - анкерна опора; 2 - ввдтяжка; 3 - контакт-ний проввд (несучий трос); 4 - прлянда iзоляторiв; 5 - вантажц 6 - трос обмежування розгойдування ван-таж1в; 7 - кронштейн обмежувача розгойдування вантаж1в; 8 - трос компенсатора; 9 - компенсатор; 10 - кронштейн; 11 - стопор; 12 - рама; 13 - трос, запакований з одше! сторони на малi барабани храпового колеса; 14 - кшцевий зажим, з'еднаний з рухомим блоком

Використовуючи закордонний досвщ для попередження перепал1в контактних провод1в, можна замють нейтральних вставок використовувати струмороздшення. На рис. 11 показаний такий тип струмороздшення, воно виконане на пере!зд1, де експлуатуеться негабаритний авто-мобшьний транспорт. В цьому випадку можна повшстю виключити перепали контактних про-вод1в при електричному роздшенш сум1жних секцш контактно! мереж!, яю отримують жив-лення вщ р1зних фаз чи напругою р1зного роду струму.

Для зменшення об'ему пошкоджень контактно! мережi та дахового обладнання ЕРС на нейтральних вставках необхщно використовувати барабанш компенсатори з храповим колесом (рис. 10), яке при обрив! компенсованого проводу стопорить барабан ! подальше руйну-вання контактно! шдвюки та дахового обладнання ЕРС не вщбуваеться.

Рис. 11. Прохвд електровозом зони струмороздшення над пере!здом: а) момент опускання струмоприй-

мача; б) прохвд пере!зду; в) момент пiднiмання струмоприймача

Наукова новизна та практична значи-мкть

Приводиться обгрунтування можливих причин перепал1в провод1в контактних шдвюок на нейтральних вставках та пропонуються оргаш-зацшш та техшчш заходи, яю дозволяють уни-кнути пошкоджень контактно! мережi та обла-днання ЕРС.

Пщвищення надшносп роботи нейтральних вставок дозволить скоротити збитки, яю викли-каш пошкодженнями контактно! мереж! та дахового обладнання ЕРС при обривах провод1в контактних шдвюок.

Висновки

1. Основною причиною перепал1в контактних провод1в на нейтральних вставках е те, що електропо!зди по них проходять без вщклю-чення високовольтного вимикача.

2. Для попередження перепал1в контактних провод1в на нейтральних вставках в випад-ках проходження по них електропо!зд1в без вщ-ключення струму можна використовувати:

- використання дугостшких систем (кон-струкцш);

© Дьяков В. О. та im, 2016

електропостачання / power suppl

- використовувати пристро!, яю забезпе-чують автоматичне вiдключення тягового струму ЕРС;

- використання чотирипрогонних iзолю-ючих спряжень, замють трипрогонних, дозволить зменшити кут нахилу контактних прово-дiв, що вiдходять на анкерування (зменшення iнерцiйноï складово! натиску струмоприймача);

- встановлення секцшних iзоляторiв на нейтральнш вставщ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Костюковский М. А. Управление электропоездом и его обслуживание: Учебник для технических школ ж. - д. транспорта. - М.: Транспорт, 1987.

- 253 с.

2. Михеев В. П. Контактные сети и линии электропередачи: Учебник для вузов ж. -д. транспорта.

- М.:Маршрут, 2003. - 416 с.

3. Сердинов С. М. Повышение надежности устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1985. - 301 с.

4. ЦЕ - 0023 Правила улаштування та техшч-ного обслуговування контактно! мережi електрифь кованих зал1зниць, затверджеш наказом Укрзалз-ниц 20.11.2007 р. №546 - Ц.

5. ТЦТТТ - 0001 1нструкщя з сигнал1заци на заль зницях Укра!ни, затверджена наказом Мппстерства транспорту Укра!ни № 259 ввд 8 липня 1995 р.

6. Яндович, В. Н. Сравнительный анализ контактных подвесок в странах Евросоюза и Украины: организация надежного токосъема / В. Н. Яндович, В. Г. Сыченко, А. В. Антонов // Електриф1кащя транспорту. - 2014. - №7. - С. 67-77.

3. Для зменшення об'ему пошкоджень контактно! мережi та дахового обладнання ЕРС на нейтральних вставках необхiдно використовувати барабанш компенсатори з храповим колесом.

4. Використовуючи закордонний досвщ можна замють нейтральних вставок використовувати струмороздшення.

REFERENCES

1. Kostyukovskiy M.A. Upravleniya elektro-poezdom i ego obsluzhivanie: Uchebnik dlya tehni-cheskih shkol zh. - d. transporta. - M.: Transport, 1987. - 253 s.

2. Miheev V.P. Kontaktnyie seti i linii ele-ktroperedachi: Uchebnik dlya vuzov zh. -d. transporta. -M.:Marshrut, 2003. - 416 s.

3. Serdinov S.M. Povyishenie nadezhnosti ustroystv elektrosnabzheniya elektrifitsirovan-nyih zheleznyih dorog. - M.: Transport, 1985. - 301 s.

4. TsE - 0023 Pravyla ulashtuvannya ta tekhni-chnoho obsluhovuvannya kontaktnoyi merezhi elektry-fikovanykh zaliznyts', zatverdzheni nakazom Ukrzali-znytsi 20.11.2007 r. №546 - Ts.

5. TsSh - 0001 Instruktsiya z syhnalizatsiyi na za-liznytsyakh Ukrayiny, zatverdzhena nakazom Ministers-tva transportu Ukrayiny № 259 vid 8 lypnya 1995 r.

6. Yandovich, V.N. Sravnitelnyy analiz kon-taktnykh podvesok v stranakh Yevrosoyuza i Uk-rainy: organizatsiya nalezhnogo tokosema / V.N. Yandovich, V.G. Sychenko, A.V. Antonov // Yelektrifikatsiya transportu. - 2014. - №7. - S. 67-77.

Надшшла до друку 15.11.2016.

Внутршнш рецензент Муха А.М. Зовшшнш рецензент Шкрабець Ф. П.

Метою дано! статп е анал1з причин перепал1в провод1в контактно! мережi на нейтральних вставках.

Методика статп грунтуеться на використанш положень теори електричного пробою газ1в.

Актуальшсть дано!' роботи обумовлена тим, що при перепалах проводав контактних шдвюок на нейтральних вставках ввдбуваеться розрегулювання контактно! мережi на сумгжних анкерних дшянках i, як результат, виникають знaчнi витрати часу на Г! ввдновлення. Крiм того, при перепалах та обривi проводiв контактно! щд-вiски ввдбуваеться пошкодження струмоприймaчiв та iншого дахового обладнання електрорухомого складу, що призводить до тривалих затримок по!здiв.

В роботi проведений aнaлiз та приведене обгрунтування можливих причин перепaлiв проводiв контактних п1двюок на нейтральних вставках i запропоноваш оргaнiзaцiйнi та технiчнi заходи для попередження перепaлiв контактних проводiв на нейтральних вставках в випадках проходження по них електропо!здiв без выключения струму, а також засоби, яш покликaнi зменшити об'ем пошкоджень контактно! мереж1 та дахового обладнання ЕРС в випадку появи перепaлiв контактних проводiв.

Щдвищення нaдiйностi роботи нейтральних вставок дозволить скоротити збитки, яш викликaнi пошко-дженнями контактно! мереж1 та дахового обладнання ЕРС при обривах проводiв контактних пiдвiсок.

Ключовi слова: контактна мережа 3MiHHoro струму, нейтральна вставка, електрорухомий склад, перепал контактного проводу, захисш заходи.

© Дьяков В. О. та ш, 2016

1,3Каф. «Электроснабжение железных дорог», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 25

2Каф. «Электроснабжение железных дорог», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 25, эл. почта a.v.antonov91@amail.com. ОКСЮ: orcid.org/0000-0001-5701-6087

ЗАЩИТА НЕЙТРАЛЬНЫХ ВСТАВОК КОНТАКТНОЙ СЕТИ ОТ ПЕРЕЖОГОВ

Целью данной статьи является анализ причин пережогов проводов контактной сети на нейтральных вставках.

Методика статьи основывается на использовании положений теории электрического пробоя газов.

Актуальность данной работы обусловлена тем, что при пережогах проводов контактных подвесок на нейтральных вставках происходит разрегулировка контактной сети на смежных анкерных участках и, как результат, необходимы значительные затраты времени на ее восстановление. Кроме того, при пережогах и обрыве проводов контактной сети происходит повреждение токоприемников и другого крышевого оборудования электроподвижного состава, что приводит к длительным задержкам поездов.

В работе проведен анализ и приведено обоснование возможных причин пережогов проводов контактных подвесок на нейтральных вставках и предложены организационные и технические меры для предупреждения пережогов контактных проводов на нейтральных вставках в случаях прохождения по ним электропоездов без отключения тока, а также средства, которые призваны уменьшить объем повреждений контактной сети и крышевого оборудования ЭПС в случае появления пережогов контактных проводов.

Повышение надежности работы нейтральных вставок позволит сократить убытки, вызванные повреждениями контактной сети и крышевого оборудования ЭПС при обрывах проводов контактных подвесок.

Ключевые слова: контактная сеть переменного тока, нейтральная вставка, электроподвижной состав, пережог контактного провода, защитные меры.

1,3Dep. «Power Supply of Railways», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. + 38 (056) 373 15 25

2Dep. «Power Supply of Railways», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. + 38 (056) 373 15 25, e-mail a.v.antonov91@gmail.com, ORCID: orcid.org/0000-0001-5701-6087

PROTECTION OF THE NEUTRAL SECTION OF CONTACT NETWORK FROM DEFLAGRATE

The aim of this article is to analyze the reasons for deflagration of the contact wires on the neutral section.

Methodology of the article is based on the use of the theory of the electrical breakdown of gases.

The relevance of this work was caused by the fact, that at DEFLAGRATE contact wire of contact network on the neutral section, happens disajustment of a contact network on the adjacent tension length. To address the impacts requires considerable time and material costs. Also there is a damage of pantographs and other roof equipment of electric rolling stock, which leads to long delays of trains.

The analysis and justification of possible reasons for burnout the contact wire of contact network on the neutral section and the proposed organizational and technical measures for prevention of the burnout of the contact wires on the neutral section in cases of passing them electric train without disconnecting the current. As well as means designed to reduce the amount of damage to the contact network and roof equipment of electric train in case of stratification the contact wires.

Improving the reliability of operation of neutral section will reduce the losses caused by damage of the contact grid and roof equipment of electric train when the wire breaks contact

Keywords: contact network of AC, neutral section, electric rolling stock, deflagrate of contact wire, protective measures.

Внутренний рецензент Муха А.М.

Внешний рецензент Шкрабец Ф. П.

UDC 621.332

V. O. DYAKOV 1 (DNURT), A. V. ANTONOV2 (DNURT), S. Y. MALINKA3 (DNURT)

Internal reviewer Mukha A.M.

External reviewer Shkrabets F. P.

© Дьяков В. О. та im, 2016