МЕТОД ЗНАХОДЖЕННЯ НИЗЬКООМНИХ ОПОР БЕЗ ВіДєДНАННЯ ВіД ГРУПОВОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

---------------------? ?------------------------
Розраховано опір згорнутих схем заміщення опор контактної мережі об'єднаних тросом групового заземлення в залежності від частоти джерела живлення, та місця знаходження низькоомної опори. Побудовані графіки для порівняння з виміряними даними при визначенні несправних опор контактної мережі
Ключові слова: контактна мережа, трос групового заземлення, низькоомна опора, частота
?--------------------------------------?
Рассчитано сопротивление свернутых схем замещения опор контактной сети объединенных тросом группового заземления в зависимости от частоты источника питания и места нахождения низкоомной опоры. Построены графики для сравнения с измеренными данными при определении неисправных опор контактной сети
Ключевые слова: контактная сеть, трос группового заземления, низкоомная опора, частота
---------------------? ?------------------------
УДК 621. 332. 3: 621. 315. 66
метод знаходження низькоомних опор без відєднання від групового заземлення
O. Н. Полях
Кандидат технічних наук Кафедра електропостачання залізниць Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. ак. В. Лазаряна вул. ак. В. Лазаряна 2, м. Дніпропетровськ, Україна, 49 010 Е-mail: Polyah1956@mail. ru
1. Вступ
Несучі конструкції контактної мережі, до яких належать опори, є відповідальними нерезерво-ваними елементами системи електропостачання електрифікованих залізниць. Надійність опор контактної мережі визначає безперебійність і безпеку руху потягів. Тому питанням міцності залізобетонних опорних конструкцій приділялася особлива увага як на стадії розробки і проектування, так і на стадії виготовлення і експлуатації.
На Укрзалізниці в 2012 році експлуатується 37,7% опор з терміном служби більше 40 років. В порівнянні
з 2011 роком кількість їх збільшилася на 17,9%. В порівнянні з 2010 роком темпи їх заміни збільшилось в 1,55 рази. Якби не проводилася електрифікація нових ділянок, відсоток опор з терміном експлуатації більше 40 років був би ще значно вищий. План по заміні опор контактній мережі в цілому по господарствах виконаний на 268,1%. Але, не дивлячись на це, з такими темпами заміна тільки опор, які вже експлуатуються більше усередненого терміну, знадобиться майже 42 роки. За такий термін практично усі опори необхідно буде замінити. Це не реально як для залізниці так і для виробників опор контактної мережі. Вихід з цієї проблеми один використовувати повний ресурс опори, а за допомогою діагностики виводити з роботи тільки конкретну несправну опору.
У 2011 році план по діагностиці виконаний на 116,5%. При цьому було виявлено 176 дефектних опори, які були замінені в першу чергу.
На електрифікованих ділянках залізниць одною з важливіших проблем є електрокорозія залізобетонних опор контактної мережі. Злам і падіння опори від дії електрокорозії майже неминуче спричиняють за собою обрив дротів контактної мережі, порушення електропостачання і режиму руху потягів.
Проведена робота по оцінці стану підземної частини опор, фундаментів і анкерів, які мають тріщини, або опір менше 100 Ом, що складають 222% від плану. [1]
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
Авторами [2−10] та іншими розглянуто питання удосконалення та розробки методів діагностики опор контактної мережі. Невирішеним питанням залишається знаходження низькоомних опор без від'єднання їх від групового заземлення. Постановка проблеми в загальному вигляд і полягає в наступному -розробити новий метод діагностики більш точний і ефективний, менш працеємний для знаходження низь-коомних опор, що об'єднані груповим заземленням.
Мета роботи — розробити систему виявлення низькоомної опори або декілька опор без від'єднання їх від троса групового заземлення (ТГЗ).
3. Метод знаходження низькоомних опор без від'єднання від групового заземлення
Метод базується на аналізі електричних параметрів кола при різкій зміні перехідного опору «трос-земля» у місці приєднання опори до троса групового заземлення. Для чого використовують стороннє джерело живлення змінного струму підвищеної частоти.
Метод базується на зміні індуктивного та ємкісного опорів, а разом з цим і повного опору опор в колі зі стороннім джерелом живлення [3]. При приєднанні стороннього джерела живлення рис. 1 до троса групового заземлення виникає електричне коло з активними та реактивними опорами де кожна залізобетонна опора представляє собою ємність та
Е
(c)
активний опір з'єднані паралельно, а провід ТГЗ індуктивний та активний опір з'єднані послідовно, тому можливо представити опори з груповим заземленням у вигляді наступної електричної схеми заміщення.
Із схеми рис. 2 видно, що при зміні одного опору буде також змінюватись повний опір всього кола. Знаючи параметри схеми при нормальних умовах роботи (відсутність «вікон», інтенсивність руху, нормальна робота тягових підстанцій) можна розрахувати порушення експлуатації залізобетонних опор [4].
Рис. 1. Підключення генератора змінного струму у коло з груповим заземленням
При різкому зменшенні Ro в одній з опор внаслідок ушкодження ізоляції бетону Riз0, результуючий опір може бути виявлений лише з розрахунку струморозпо-ділення усього електричного кола. При цьому істотний вплив на загальний опір чинить його подовжня складова Хі. Величина її залежить від віддаленості пошкодженої опори від джерела иг тобто від довжини ТГЗ.
Схема заміщення опор контактної мережі з груповим заземленням складається з наступних параметрів:
Яіз — опір між закладною деталлю та арматурою опори-
Rр — опір розтікання-
Rз — опір землі-
гпр — активний опір провода троса групового заземлення-
Хі - індуктивний опір троса групового заземлення-
Хс — ємкісний опір справної опори.
Електричну схему заміщення можна привести до одного контуру методом згортання кожного контуру послідовно. Приведемо цю схему до еквівалентної з одним контуром рис. 3.
Рис. 2. Схема заміщення опор контактної мережі з груповим заземленням
Залежно від значення частоти / джерела иг такий ланцюг проявляє себе по-різному. При низьких частотах до 1 кГц індуктивний опір ТГЗ дуже малий: хі 0, опір ємкості трос-земля — великий: хс ~- умови роботи ланцюга близькі до струморозподілення від джерела постійно струму, включеного вказаним способом. Для нього подовжній індуктивний опір ТГЗ практично близько до нуля. Тому опори Ro усіх опор виявляються сполучені паралельно, а зміна загального опору при ушкодженні ізоляції бетону в одній з опор, позначається лише на зменшенні їх сумарного опору. Виявити адресу конкретної опори в секції контролю з ушкодженням не представляється можливим.
При збільшенні частоти / зростає індуктивний опір хі і зменшується опір місткості хс. У діапазоні частот / = 10 … 20 кГц подовжній опір троса хі на довжині іі прольоту контактної мережі (і - число прольотів) складає 6. 12 Ом і їм не можна нехтувати в загальному стру-морозподіленні. Даний ланцюг набуває властивість довгої лінії. В той же час опір ємкості Хс на довжині прольоту іі,. ще досить велике 100 … 50 кОм- воно не чинить істотного впливу на струморозподілення в ланцюзі. Тому в цьому діапазоні частоти електричне коло має індуктивний характер.
Рис. 3. Еквівалентна приведена схема
Розрахуємо індуктивний та ємкісний опори для стороннього джерела живлення при частоті 10 кГц. Х| = 2пЛ -Ь
Як що ТГЗ виконано тросом марки ПБСМ-70, його індуктивність складає:
L = 1. 4−10−3 мГн/м
Х1 = 2−3. 14−10 000 1. 4−50 10−3-10−3 = 4. 396 Ом X = 1
Хс г) г.
2-п-і - с
Для довжини прольоту 50 м, тросу ПБСМ-70 ємкість складатиме: С = 295 пкФ
Хс = -
1
1
— = 53. 98 кОм
2-п-f- с 2- 3. 14- 104- 10−10- 2. 95
Якщо опора пошкоджена, то ємкісний опір зростає.
Хсп — ємкісний опір несправної опори дорівнює Хсп = 2-Хс = 108 кОм.
Розрахуємо еквівалентний опор для дільниці яка має 11 опор об'єднаних тросом групового заземлення. Довжина прольоту між опорами дорівнює 50 м, тому весь проліт дорівнює 550 м, марка троса ПБСМ-70.
Активний опір кожної опори складається Ro = Riз+Rр^¦
Riз — опір ізоляції бетону, тобто опір між закладним болтом та арматурою для кожної опори дорівнює 10 кОм,
3
Rр — опір розтікання струму підземної частини опори. Він дорівнює 30−150 Ом. Розрахунки виконаємо для декількох частот 10 кГц- 50 кГц- 100 кГц та виберемо оптимальну. Спочатку виконаємо експериментальні розрахунки з низькоомною опорою № 11, це означає що опір Rj3 = 0, знайдемо опір опори Ro = Rj3 + Rр = 0+100 = =100 Ом
Активний опір опори № 11 з'єднаний паралельно з її ємкісним опором, знайдемо еквівалентний опір:
йти струми в кожній гілці розгорнувши систему до її початкового стану. Для чого скористаємось значенням напруги на генераторі, що приєднаний до троса групового заземлення. Струм у еквівалентному контурі буде
дорівнювати І1и =
и
Z221
, знайдемо його
= кр'- Хсп
100- 108. 1
— = 100 — 0. 0931.
І1ц =______________30_
11 1. 125−104 — 658. 696j
7= 2. 659 10−3 +1. 557 10-^.
ЯР + ХСП 100 + 108j
Опір 21 з'єднаний послідовно з тросом групового заземлення на дільниці 50 м, тобто до опори № 10:
Знаючи, що на кожному послідовному елементі присутнє падіння напруги розрахуємо інші струми
Z211 = XI + Z111 + Я3
Z211 = 4. 396^ +100 — 0. 093^ + 6000 = 6. 1−103 + 4. 303j
Еквівалентний опір двох опор № 11 та № 10 буде дорівнювати:
¦X,
12″ =
и — іу (Х1+^)
Z20″ '-
30 — (2. 659 ¦ 10−3 +1. 557 ¦ 10−4. ї) ¦ (4. 396.Ї + 6000)
^Л25ЇЇ0І^658 689Г
= 1. 125- 10−3 -1. 091- 10−5. і
Z31. =
Z211 Я
22ц ¦ Хс
'-22іі ¦
+ Хс ¦ Яо
13″ =
Далі розрахунки ведуться аналогічно попереднім для трьох опор № 11, № 10 та № 9.
Аналогічні розрахунки ведуться для інших опор які можуть бути низькоомними, а також для систем з двома або трьома несправними опорами. Результати зведемо до табл. 1.
и — (!!" + !2И)¦ (XI + Rз)
Z18″ '
І3И = 5. 85 10−4 -4. 452 10−5. ї,
Таблиця 1
Значення еквівалентного опору в залежності від знаходження низькоомної опори
Еквівалентний опір для низькоомної опори №, кОм Довжина до джерела живлення, м
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Z1 6,099 11,27 11,27 11,27 11,27 11,27 11,27 11,3 11,43 12,07 15,86
Z2 9,788 6,099 11,27 11,27 11,27 11,27 11,27 11,3 11,43 12,07 15,86
Z3 10,93 9,788 6,099 11,27 11,27 11,27 11,27 11,3 11,43 12,07 15,86
Z4 11,19 10,93 9,788 6,099 11,27 11,27 11,27 11,3 11,43 12,07 15,86
Z5 11,25 11,19 10,93 9,788 6,099 11,27 11,27 11,3 11,43 12,07 15,86
Z6 11,26 11,25 11,19 10,93 9,788 6,099 11,27 11,3 11,43 12,07 15,86
Z7 11,26 11,26 11,25 11,19 10,93 9,788 6,099 11,3 11,43 12,07 15,86
Z8 11,27 11,26 11,26 11,25 11,19 10,93 9,788 6,099 11,43 12,07 15,86
Z9 11,27 11,27 11,26 11,26 11,25 11,19 10,93 9,788 6,099 12,07 15,86
Z10 11,27 11,27 11,27 11,26 11,26 11,25 11,19 10,93 9,788 6,099 15,86
Z11 11,27 11,27 11,27 11,27 11,26 11,26 11,25 11,19 10,93 9,788 6,099
Z1 та 11 6,099 11,27 11,27 11,27 11,26 11,26 11,25 11,19 10,93 9,788 6,099
Z3 та 7 8,717 8,728 6,099 8,639 8,717 8,728 6,099 8,626 8,592 8,471 9,232
Z3, 5 та 7 9,232 8,471 8,592 8,626 6,099 8,728 6,099 8,728 6,099 8,728 8,717
З аналізу результатів зведених в таблицю можливо зробити висновок чим ближче пошкоджена опора до джерела живлення, тим менший еквівалентний опір. Це свідчить про те, що струм в цій опорі буде більший.
Розрахуємо струми в контурах електричної схеми заміщення. Знаючи еквівалентний опір системи та привівши цю систему до одного контуру можемо зна-
розрахуємо струми для кожної з опор які знаходяться у груповому заземленні та які можуть бути несправними. Результати розрахунків занесемо до табл. 2.
За результатами таблиці побудуємо графіки струмів для кожної з пошкоджених опор в залежності від довжини її знаходження.
Струморозподілення в електричному колі ТГЗ в залежності від знаходження
пошкодженої опори при частоті джерела живлення 10 кГц.
Також виконаємо аналогічні розра-
хунки якщо у електричне коло з ТГЗ включити стороннє джерело живлення з частотою 50 кГц та 100 кГц. Результати занесемо до табл. 3, 4.
За результатами таблиць побудуємо графіки струмів для кожної з пошкоджених опор в залежності від місця її знаходження та частоти рис. 4 — 5.
Е
Таблиця 2
Значення струму в контурах в залежності від знаходження пошкодженої опори
Струм в контурах, мкА Довжина до джерела живлення, м
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
11 4919 43. 28 20. 31 9. 535 4. 476 2. 101 0. 9857 0. 4619 0. 2151 0. 9 721 0. 3 744
12 3065 1906 16. 77 7. 873 3. 696 1. 735 0. 8139 0. 3814 0. 1776 0. 8 027 0. 3 091
13 2745 1387 862.4 7. 588 3. 562 1. 672 0. 7844 0. 3676 0. 1712 0. 7 736 0. 0298
14 2680 1279 645.9 401.7 3. 535 1. 659 0. 7785 0. 3648 0. 1699 0. 7 677 0. 2 957
15 2666 1256 599.2 302.7 188.3 1. 656 0. 7772 0. 3642 0. 1696 0. 7 665 0. 2 952
16 2664 1251 589.3 281.2 142 88. 34 0. 7769 0. 364 0. 1695 0. 7 661 0. 2 951
17 2663 125 587.2 276.6 132 66. 66 41. 46 0. 3638 0. 1694 0. 7 656 0. 2 949
18 2663 1250 586.8 275.6 129.8 61. 94 31. 29 19. 46 0. 1688 0. 7 629 0. 2 938
19 2663 1250 586.7 275.4 129.4 60. 94 29. 08 14. 69 9. 135 0. 7 505 0. 2 891
110 2663 1250 586.7 275.4 129.3 60. 73 28.6 13. 65 6. 894 4. 288 0. 2 686
111 2663 1250 586.7 275.4 129.3 60. 68 28.5 13. 43 6. 406 3. 236 2. 012
11 та 11 4919 43. 28 20. 31 9. 535 4. 476 2. 101 0. 9869 0. 4649 0. 2218 0. 112 0. 6 968
13 та 7 3442 1330 679.1 7. 774 2. 964 1. 145 0. 5849 0. 671 0. 258 0. 001 0. 0004
13, 5 та 7 3442 1330 679.1 7. 694 3. 93 0. 045 0. 2 274 0. 26 0. 0001 0. 4 0. 1
Таблиця 3
Значення струму в контурах в залежності від знаходження пошкодженої опори при частоті джерела живлення змінного
струму 50 кГц
Струм в контурах, мкА Довжина до джерела живлення, м
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
11 4919 48,48 21,25 9,316 4,084 1,79 0,7848 0,3443 0,1511 0,6 531 0,2 463
12 3171 1866 18,4 8,064 5,535 1,549 0,6793 0,298 0,1308 0,5 653 0,2 132
13 2981 1372 807,5 7,96 3,489 1,529 0,6706 0,2942 0,1291 0,0558 0,2 105
14 2978 1308 602,1 354,3 3,492 1,531 0,6712 0,2945 0,1292 0,5 586 0,2 107
15 2983 1306 573,8 264,1 155,4 1,532 0,6718 0,2947 0,1293 0,0559 0,2 108
16 2986 1308 572,7 251,6 115,8 68,15 0,672 0,2948 0,1293 0,5 592 0,2 109
17 2986 1309 573,4 251,1 110,3 50,76 29,87 0,2949 0,1294 0,5 595 0,0211
18 2986 1309 573,7 251,3 110 48,34 22,25 13,09 0,1295 0,5 601 0,2 112
19 2986 1309 573,7 251,5 110,2 48,24 21,19 9,754 5,74 0,5 589 0,2 108
110 2986 1309 573,7 251,5 110,2 48,29 21,15 9,289 4,276 2,516 0,2 007
111 2986 1309 573,7 251,5 110,2 48,32 21,17 9,269 4,072 1,874 1,103
11 та 11 4919 48,48 21,25 9,316 4,083 1,79 0,7842 0,3434 0,1508 0,6 943 0,4 085
13 та 7 2981 1372 807,5 7,938 3,487 1,605 0,9446 0,933 0,0041 0,177 0,67
13, 5 та 7 2981 1372 807,6 8,448 4,972 0,052 0,031 0,0003 0,13 0,6 0,2
Таблиця 4
Значення струму в контурах в залежності від знаходження пошкодженої опори при частоті джерела живлення змінного
струму 100 кГц
Струм в контурах, мкА Довжина до джерела живлення, м
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
11 4919 56,37 21,63 8,299 3,184 1,222 0,4687 0,1799 0,6 921 0,2 677 0,0095
12 3437 1756 20,12 7,72 2,962 1,136 0,436 0,1673 0,6 439 0,0249 0,884
13 3442 1330 679,1 7,783 2,986 1,146 0,4396 0,1687 0,6 491 0,0251 0,891
14 3473 1324 511,6 261,3 2,995 1,149 0,4408 0,1692 0,0651 0,2 518 0,894
15 3477 1333 508,2 196,3 100,3 1,149 0,4409 0,1692 0,6 512 0,2 518 0,89
16 3477 1334 511,3 195 75,33 38,47 0,4409 0,1692 0,6 511 0,2 518 0,894
17 3477 1334 511,8 196,2 74,81 28,9 14,76 0,1692 0,6 511 0,2 518 0,894
18 3477 1334 511,8 196,4 75,27 28,7 11,09 5,663 0,0652 0,2 521 0,895
19 3477 1334 511,8 196,4 75,34 28,88 11,01 4,254 2,173 0,2 536 0,009
110 3477 1334 511,8 196,4 75,34 28,91 11,08 4,225 1,632 0,8337 0,0089
111 3477 1334 511,8 196,4 75,34 28,91 11,09 4,251 1,621 0,6262 0,3198
11 та 11 4919 56,37 21,63 8,299 3,184 1,222 0,4687 0,1796 0,0685 0,2 646 0,1 352
13 та 7 3442 1330 679,1 7,774 2,964 1,145 0,5849 0,671 0,258 0,001 0,354
13, 5 та 7 3442 1330 679,1 7,694 3,93 0,4 453 0,2 274 0,26 0,0001 0,4 0,1
З
Рис. 4. Розподіл струмів у електричному колі ТГЗ в залежності від знаходження пошкодженої опори при частоті джерела живлення 100 кГц
п
1
1 и.
1 1 1 1 і I, А — і iU — -и
1 ч 1
'- Е і '-
. ¦ 1 \
і '-

Рис. 5. Струморозподілення в електричному колі ТГЗ в залежності від знаходження пошкодженої опори при частоті джерела живлення 50 кГц
Таким чином, можна визначити, яка саме є низь-коомна опора або декілька опор у групі об'єднаних загальним тросом заземлення.
4. Висновок
Виконані розрахунки електричної схеми заміщення опор контактної мережі з'єднаних з тросом групового
заземлення. Знайдені струми в контурах цієї схеми дають змогу визначити пошкоджену опору за графіками.
В роботі пропонується визначення низькоомних опор контактної мережі об'єднаних груповим заземленням без їх від'єднання.
Аналіз розрахунків наведених вище показує що струми у кожному контурі змінюються по гіперболічному закону- якщо в груповому заземленні присутня пошкоджена опора, то по ній протікає струм, а в наступній опорі струм буде практично дорівнювати 0.
Запропонований метод аналізу електричних параметрів кола при різкій зміні перехідного опору «трос-земля» у місці приєднання опори до троса групового заземлення, зменшує час на знаходження низькоомної опори за рахунок, непотрібно опору від'єднувати від тросу групового заземлення для визначення її опору, а потім з'єднати її з тросом групового заземлення.
Література
1. Аналіз роботи господарства електрифікації та електропостачання в 2011 році [Текст] / Мінтрансзв'язку України. — К., 2012. — 324 с.
2. Горский, А. В. Ремонт только по результатам диагностики [Текст] / А. В. Горский, А. А. Воробьев, Б. М. Куанышев // Локомотив. — 1998. — № 12. — С. 37−39.
3. Подольский, В. И. Железобетонные опоры контактной сети: конструкция, эксплуатация, діагностика: научно-техн. узд. [Текст] / В. И. Подольский. — М.: Интекс, 2007. — 152 с.
4. Кондратьев, П. А. Компьютерный анализ состояния железобетонных опор [Текст] / П. А. Кондратьев, Ю. В. Богданов, С. Г. Галочкин // Локомотив. — 2002. -№ 6 — С. 43 — 44.
5. Ефимов, А. В. Надежность и диагностирование систем электроснабжения железных дорог / А. В. Ефимов, А. Г. Галкин. — М.: УМК МПС, 2000. — С. 328 — 330.
6. Blodgett, David W. Detection of re-bar delamination using modal analysis. [Текст] / Blodgett David W. // Conference on Smart Structures and Materials 2003 «Smart Systems and Nondestructive Evaluation for Civil Infrastructures». San Diego, Calif., — Proc. SPIE. 2003. — C. 91 — 96.
7. Неразрушающий контроль и техническая диагностика: справочник [Текст] / под ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1995. — 488 с.
8. Вказівки з технічного обслуговування та ремонту опорних конструкцій контактної мережі. ЦЕ-0019: Затв.: Наказ Укрзалізниці 15. 08. 07. № 405-Ц [Текст] / Міністерство транспорту та зв’язку України. — К., 2007. -132 с.
9. Котельников, А. В. Блуждающие токи электрифицированного транспорта [Текст] / А. В. Котельников. — М.: Транспорт, 1986. — 278 с.
10. Вайнштейн, А. Л. Совершенствование методов оценки коррозионного состояния железобетонных опор [Текст] / А. Л. Вайнштейн. — М.: [б. и. ], 1990. — 24 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой