Совершенствование методики расчета грозовых перенапряжений и критерия эффективности устройств защиты системы автоматики электрифицированных железных дорог

• Автор: Гаранин, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1 АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЙ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА АППАРАТУРУ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖОЙ АВТОМАТИКИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
1 Л. Проблемы отказов устройств автоматики от грозовых перенапряжений-электрифицированных железных дорог
1.2. Анализ причин отказов устройств автоблокировки от перенапряжений-со стороны рельсовых цепей

1.3. Вероятностные параметры молнии

1.4. Обзор существующих средств, методов и элементов защиты аппаратуры автоматики на перегоне электрифицированного участка
1.5. Выводы
РАЗДЕЛ 2 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛН ГРОЗОВОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ПО НИТЯМ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПРИЕМНЫЕ КОНЦЫ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ

2.1. Распределение волны грозового тока по нити рельсового пути

и возникающей волны напряжения «рельс — земля»

2.2. Распределенные параметры рельсовых нитей магистральных участков при наличии разделительного слоя из полимерного материала
2.3. Исследование распределения волн грозового тока и напряжения по нитям рельсового пути численным методом
2.4. Импульсное и входное сопротивления рельсовой нити
2.5. Выводы
РАЗДЕЛ 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГРОЗОВЫХ ВОЛН ПО РЕЛЬСОВЫМ НИТЯМ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ УЧАСТКОВ
3.1. Результаты натурных испытаний по распределению волн напряжения «рельс — земля»
3.2. Определение импульсного и входного сопротивления рельсовой нити
3.3. Описание экспериментальных исследований и схем испытаний
3.4. Выводы
РАЗДЕЛ 4 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТЫ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ ОТ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

4.1. Определение параметров УЗИП ограничивающего типа на основе
нелинейных сопротивлений
4.2. Критерий эффективности УЗИП на основе нелинейных сопротивлений..
4.3. Эксплуатационный эквивалент эффективности УЗИП на основе нелинейного сопротивления
4.4. Вероятность отказов оксидно-цинковых варисторов от грозовых перенапряжений со стороны рельсовых цепей электрифицированных железных дорог
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с «Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации» (ПТЭ) [1] основой организации движения поездов является график движения, выполнение которого является одним из важнейших качественных показателей работы железных дорог. Соблюдение графика осуществимо при взаимосвязанной и слаженной работе комплекса электротехнических систем железнодорожного транспорта. На электрифицированных железных дорогах ходовые рельсы являются обратным элементом тягового электроснабжения, а также естественным заземлителем, с присоединением-на рельсовую нить опор контактной сети. Вместе с тем рельсы используются в системах железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) для регулирования движения поездов на перегоне при автоблокировке, образуя из рельсовых цепей (РЦ) блок-участки. Традиционное использование РЦ в качестве путевого датчика и телемеханического канала между сигнальными точками объясняется, прежде всего, возможностью контроля целости рельсов для обеспечения безопасности движения. Разнообразие функций, выполняемых рельсовыми линиями на электрифицированных железных дорогах, ужесточает требования обеспечения надежности систем автоматики при внешних воздействиях со стороны рельсовых цепей.
В летние сезоны характерно увеличение числа отказов вследствие грозовой активности этого периода времени года. Прямые и индуктированные удары молнии в контактную сеть сопровождаются перекрытием ее изоляции и пробоем искровых промежутков роговых разрядников, что ведет к возникновению грозовых перенапряжений в рельсовых цепях. При этом проведение защитных мероприятий должно обеспечить работоспособность систем автоматики согласно п. 6.50 «ПТЭ». Однако существующие защитные мероприятия не всегда показывают свою эффективность, поскольку не учитывают изменения в верхнем строении пути, обусловленные укладкой разделительного слоя из полимерных материалов, а также отсутствует адекватный критерий выбора устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) для установки в рельсовых цепях.
Разработка мер по повышению эффективности работы систем автоматики от грозовых разрядов является составной частью реализации курса «Система управления и обеспечения безопасности движения поездов» Стратегического направления научно-технического развития ОАО «Российские железные доро-

6 = |/(0Л. (1-11)

Общий заряд, переносимый многократными молниями, лежит в пределах 20 - 100 Кл [86] и не превышает 350 - 380 Кл [45]. Принятое среднее значение этого заряда близко к 20 Кл [86]. По последним данным [85] в первой компоненте главной стадии отрицательной молнии с вероятностью 50 % перетекает заряд свыше 4,5 Кл, у 5 %. молний он может быть выше 20 Кл и меньше 1,1 Кл. Кривая интегрального распределения описывается логнормальным законом с параметрами (1§ £9)ср=0,653 и а 1Я=0,4. Полный заряд отрицательной молнии с 50 % вероятностью превышает 7,5 Кл, у 5 % молний он больше 40 Кл.
Перенос заряда сопровождается выделением энергии. В проводнике, по которому течет ток молнии, выделяется энергия, пропорциональная- сопротивлению проводника К, равная, Дж:

Ж = (¥1К)Я. (1.12)

Для практических расчетов используется понятие «приведенной» энергии, являющейся характеристикой только молнии, А2-с:
ЦТ! К = (1-13)

Выражение (1.13), имеющее терминологию в различных источниках как импульс квадрата тока [93], интеграл действия тока [91] или Джоулев интеграл [31], определяет адиабатический нагрев проводников и импульс силы между ними в пораженном объекте (механические воздействия). У 50 % отрицательных молний величина приведенной энергии превышает 6,5-105 А2-с [86].
Вероятность появления представленных параметров, используемых в расчетах, зависит от рассматриваемых задач. В диссертационном исследовании будем ориентироваться на усредненные значения, вероятность которых лежит в пределах 50 %.