Разработка методов и средств повышения эффективности заземляющих устройств в системах железнодорожной автоматики и телемеханики

• Автор: Евдокимова, Ольга Геннадьевна
• Шифр специальности: 05.22.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ФОРМУЛИРОВАНИЕ ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Выделение объекта исследования

1.2. Анализ специфики организации заземления для систем железнодорожной автоматики и телемеханики

1.3. Аналитический обзор моделей заземляющих устройств

1.4. Анализ конструктивных решений заземлителей

1.5. Цель и задачи диссертации

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ ДЛЯ СЖАТ

2.1. Модель заземлителя при синусоидальном токе

2.2. Стержневые модели элементов заземления
2.3. Программная реализация расчета заземления
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЗНАЧЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ
3.1. Анализ наиболее часто применяемых методов предпроектных изысканий
3.2. Исследование влияния температуры и влажности грунта на сезонную изменчивость сопротивления заземлителя
3.3. Экспериментальная оценка динамики изменения сопротивления заземления от длины вертикального заземлителя
3.4. Анализ влияния топологий заземлителей на изменение значения сопротивления заземления
3.5. Исследование функциональной связи между длиной и расстоянием между смежными вертикальными заземлителями
3.6. Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО КОНСТРУКЦИИ МОДУЛЬНОСТЕРЖНЕВЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ
4.1. Исходные требования
4.2. Конструктивные решения
4.2.1. Соединение элементов модульно-стержневых заземлителей
4.2.2. Оптимальный угол раскрытия наконечника модульно-стержневого заземлителя .
4.2.2.1. Взаимодействие наконечника заземлителя с грунтом
4.2.2.2. Определение оптимального утла раскрытия наконечника для снижения лобового сопротивления грунта

4.3. Выбор метода антикоррозионного покрытия
4.4. Исследование травмостойкости антикоррозионного покрытия заземлителя
4.5. Исследование соединений модульно-стержневых заземлителей на поведение переходного сопротивления
4.6. Выводы по главе
ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗУ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СЖАТ
5.1. Алгоритм проектирования заземляющих устройств
5.2. Проектирование заземляющего устройства поста электрической централизации на ст. Арабатук в грунте со значительной сезонной глубиной промерзания
5.2.1. Проектирование заземлителя с использованием вертикальных электродов из угловой стали на станции Арабатук
5.2.2. Проектирование заземлителя с использованием модульно-стержневых конструкций на станции Арабатук
5.2.3. Проектирование контура заземления для выравнивания потенциалов и измерительного заземления на станции Арабатук
5.3. Проектирование заземляющего устройства поста электрической централизации в грунте с незначительными сезонными колебаниями удельного сопротивления на станции Кирсанов
5.3.1. Проектирование заземлителя с использованием вертикальных электродов из угловой стали на станции Кирсанов
5.3.2. Проектирование заземлителя с использованием модульно-стержневых конструкций на станции Кирсанов
5.4. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ
Одним из стратегических направлений научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 года является «Система управления и обеспечения безопасности движения поездов», предусматривающая разработку методов и средств повышения эффективности работы систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ).
Заземляющее устройство (ЗУ) в данной работе рассматривается, как одна из неотъемлемых частей СЖАТ, определяющая стабильность работы всей системы и электробезопасность обслуживающего персонала. Требования достижения нормативных значений сопротивления заземления (в т.ч. с целью электробезопасности) на объектах СЖАТ подлежат безусловному выполнению и достигаются с помощью ЗУ, и во многом зависят от его технического состояния.
При проектировании этих устройств возникают задачи выбора рациональной конструкции системы заземлителей, без решения которых надежное функционирование СЖАТ и экономичность невозможны.
Опыт показывает, что повреждения оборудования СЖАТ, влияющие на безопасность и управление перевозочным процессом, зачастую обусловлены сопротивлением ЗУ, превышающим нормативное значение (/Д,<4 Ом). Масштабное обновление средств железнодорожной автоматики и телемеханики в настоящее время подразумевает модернизацию ЗУ, особенно в той проводящей части, которая находится в электрическом контакте с землей (заземлитель). При проектировании СЖАТ раздел по устройству ЗУ является обязательным, но применяемые типовые решения и конструкции заземлителей весьма металлозатратны, трудоёмки при строительстве, не только не обеспечивают сезонную стабильность нормируемой величины сопротивления ЗУ, недостаточно устойчивы к коррозии, затрудняют визуальный контроль их технического состояния и препятствуют оперативному наращиванию числа заземляющих электродов при ухудшении их электрических характеристик. Кроме того, предельный срок эксплуатации используемых на практике заземлителей оказывается значительно меньше, чем у оборудования СЖАТ.
Следствием этого является высокий уровень затрат на ремонт и обслуживание исчисляемых сотнями тысяч заземлителей, обусловленный их невысоким, относительно всей СЖАТ, сроком службы.
Указанный ряд проблем, связанных с функционированием и эксплуатацией ЗУ СЖАТ не является исчерпывающим.
программ с авторскими графическими редакторами (обычно двумерными) для ввода геометрии и вывода графических результатов. Работая в таких программах, проектировщик, имея данные в чертеже AutoCAD, вынужден вводить их повторно в программу для расчета. Более того, круг пользователей наиболее известных подобных программ, например ОРУ-М от ООО «ЭЛНАП» и Контур от ООО «ЭЗОП», ограничивается разработчиками и проектировщиками ЗУ объектов электроэнергетики. Другая группа - более совершенные специализированные программы, которые обеспечивают возможность считывания геометрической информации, созданной в AutoCAD в виде ^/-файлов [50], но также являются автономными. Следует отметить, что для расчета ЗУ СЖАТ практика применения специализированных компьютерных программах отсутствует.
Цепно-полевая модель, как инструмент решения топологических задач заземлителей СЖАТ, имеет программную реализацию. Компьютерная программа ЗУМ (ZYM) позволяет проводить расчет входного сопротивления заземлителя, распределения потенциала и токов ЗУ, распределения напряжения прикосновения на поверхности земли, распределения потенциала и напряженности электрического и магнитного поля в заданной плоскости, построение зон внешней молниезащиты по методу сферы.
Программа ЗУМ работает как приложение к AutoCAD для расчета заземления и молниезащиты на основе современных COM-технологий программирования (объектных моделях). Это позволяет читать исходные данные в уже имеющихся чертежах и динамически корректировать их по результатам расчета. Геометрия запроектированного заземляющего устройства импортируется в АД-формате в Mathcad, где проводятся вычисления [73]. Матричные операции выполняются встроенными функциями, процедуры с циклическими расчетами компилируются (с созданием dll), что обеспечивает высокое быстродействие. Результаты расчетов визуализируются двух- трехмерными графиками и анимационными файлами (при расчете молниезащиты).
Ввод геометрии ЗУ решается в Autocad-совместимых системах, что позволяет стандартными для проектировщика средствами моделировать при необходимости даже сложные трехмерные объекты. ЗУМ, как Autocad-приложение, открывает доступ к методам, свойствам, интерфейсам всех геометрических объектов и событиям, возникающих при работе с ними.
Послойный ввод геометрии заземляющих устройств позволяет из общей конструкции объекта формировать расчетные модели - геометрически связанные фрагменты ЗУ, выполненные из одного материала, минимальной размерности для задач молниезащиты и электробезопасности [73].