автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Модели, методы и средства защиты электронных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от опасных электромагнитных воздействий

л

На правах рукойиеи

МАНАКОВ Александр Демьянович

МОДЕЛИ, МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И

ТЕЛЕМЕХАНИКИ ОТ ОПАСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Специальность 05.22.08- «Управление процессами перевозок»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 2 СЕН 2011

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011

1 г-

4853367

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО ПГУПС) на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения»

Защита диссертации состоится «29» сентября 2011 г. в 13 часов 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.008.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет' путей сообщения» по адресу: 190031, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д.9, ауд. 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «<¿3 » 2011 г.

НИКИТИН Александр Борисович

КРАВЦОВ Юрий Александрович

доктор технических наук, профессор ГОРСКИИ Анатолий Николаевич

доктор технических наук, профессор БЕЗРОДНЫЙ Борис Фёдорович

Ученый секретарь диссертационного совете к. т. н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Курс на широкое применение на железнодорожном транспорте электронных систем управления движением поездов поставил в ряд актуальных задачи защиты таких систем от перенапряжений, сверхтоков и помех. Имея малые габариты и малую рабочую поверхность элементов, электронные системы снизили уровни рабочих сигналов, электрическую прочность устройств и токонесущую способность элементов устройств.

Напряжения и токи в цепях технических средств, вызывающие их повреждение (пробой изоляции, тепловое и/или динамическое разрушение), а также поражение электрической энергией обслуживающего персонала далее будем называть опасными электромагнитными воздействиями (ОЭМВ). Каждое техническое средство характеризуется стойкостью по отношению к ОЭМВ, то есть способностью выдерживать перегрузки по напряжению (перенапряжение) и перегрузки по току (сверхток).

Вопросам защиты устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) от ОЭМВ посвящены работы М. И. Вахнина, И. Г. Евсеева,

A. С. Капусты, А. М. Костроминова, В. С. Ляличева, М. П. Лисовского,

B. Е. Митрохина и других авторов.

Теория электромагнитной стойкости (ЭМСТ) разрабатывает методы и технические средства защиты устройств от воздействия электромагнитных энергий, многократно превышающих уровни рабочих сигналов. Такие энергии воздействуют на технические средства при прямых ударах молнии в объект, близких разрядах между облаками или между облаком и землёй. При удалённых грозовых разрядах энергия, разрушающая вводы и изоляцию устройств, может быть передана по направляющей системе: высоковольтной линии электропередачи, воздушной или кабельной линии связи, а также - по рельсам.

Трудности, связанные с рассеиванием энергии ОЭМВ устройствами защиты сосредоточенными в одном месте, например на вводе устройства, ставят задачу реализации каскадного метода защиты. При таком методе каждый каскад защиты должен обеспечить допустимые условия работы для последующего каскада защиты и защищаемого устройства. При создании системы защиты от ОЭМВ, которая представляет собой скоординированную систему правильно подобранных и установленных устройств защиты от ОЭМВ, требуется согласование каскадов защиты.

Для волн грозовых и коммутационных перенапряжений функциональные устройства, такие как линия и трансформаторы, являются элементами системы защиты за счёт изменения параметров активного сопротивления и индуктивности проводов (линии), а также - магнитной вязкости магнито-

провода трансформатора, насыщения магнитопровода, индуктивностей рассеивания и межвитковой ёмкости обмоток трансформатора. Линия и трансформаторы систем ЖАТ являются элементами функциональной защиты от ОЭМВ.

Защита электронных устройств от ОЭМВ может быть эффективной только при согласованном взаимодействии средств функциональной и дополнительной защиты в источнике ОЭМВ, канале распространения энергии, на вводе устройств и в самом устройстве. Математические модели позволяют объединить и согласовать взаимодействие функциональной и дополнительной защиты от ОЭМВ в разнообразных каналах распространения энергии ОЭМВ. Требуется разработка математических моделей линии и трансформаторов для определения их защитных свойств.

Волны электромагнитных воздействий, проходя через устройства защиты от перенапряжений в виде разрядника, образуют срезанный импульс с крутым фронтом. При действии такого фронта на обмотку трансформатора в первый момент имеет место ёмкостное распределение напряжения между слоями обмотки и между обмотками трансформатора и землёй. Неравномерное распределение напряжения (градиентные перенапряжения) по слоям приводит к пробою изоляции трансформаторов. Требуется разработка специальных мер, приводящих к выравниванию распределения напряжения по слоям обмоток трансформатора при действии срезанных волн перенапряжений.

Целью диссертации является развитие теории электромагнитной стойкости электронных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики путём разработки моделей, методов и средств защиты от опасных электромагнитных воздействий.

Основными задачами исследования являются:

1. Разработка концепции защиты устройств ЖАТ от перенапряжений;

2. Разработка математических моделей каналов проникновения энергии опасных электромагнитных воздействий в устройства ЖАТ;

3. Разработка математической модели трансформатора при условии передачи импульсной энергии через электрическую и магнитную связи трансформатора;

4. Исследование волновых процессов в слоях высоковольтной обмотки трансформатора и разработка способа снижения градиентных перенапряжений;

5. Разработка методов и средств защиты электронных устройств ЖАТ от опасных электромагнитных воздействий;

6. Создание систем защиты электронных устройств ЖАТ от опасных электромагнитных воздействий.

Диссертационная работа выполнена в рамках «Концепции развития средств железнодорожной автоматики», одобренной Президиумом Научно - технического совета МПС в октябре 1998 г. и утвержденной 29.12.98

МПС РФ и в соответствии с «Программой обновления и развития средств железнодорожной автоматики и телемеханики на период 2000 - 2004 г. г.».

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использовались методы теории электрических цепей, математического анализа, теории вероятностей и математической статистики, а также - экспериментальные исследования электромагнитных процессов, протекающие в реальных устройствах ЖАТ.

Достоверность научных положений обоснована теоретическими исследованиями, подтверждена их экспериментальной проверкой и практической реализацией на сети железных дорог.

Научная новизна работы. Впервые сформированы задачи теории электромагнитной стойкости электронных устройств ЖАТ на этапе перехода систем ЖАТ с релейной на электронную элементную базу.

Разработана концепция защиты устройств ЖАТ от перенапряжений, в которой предлагается от практики эвристического выбора средств защиты от перенапряжений переходить к проектированию систем защиты для конкретных эксплуатационных условий. Согласование функциональной (линии и трансформаторы) и дополнительной защиты от перенапряжений предлагается производить при помощи вычислительного эксперимента.

Динамическую индуктивность, как функцию скорости изменения тока намагничивания для трансформатора с большим числом витков обмотки намагничивания, предлагается определять методом разряда заряженной ёмкости на обмотку с меньшим числом витков, а к реальным характеристикам динамической индуктивности переходить расчётным путём через квадрат коэффициента трансформации.

Создана математическая модель многослойной высоковольтной обмотки трансформатора в виде цепной схемы, учитывающая взаимную индуктивность между слоями.

Предложен метод снижения градиентных перенапряжений в слоях обмоток трансформатора при действии срезанных волн грозовых перенапряжений, путём введения технологичных намоточных электростатических экранов, позволяющих повысить надёжность работы трансформатора, и, соответственно, электропитания устройств ЖАТ при действии грозовых перенапряжений.

Получено выражение для определения количества звеньев цепной схемы линии, которое позволяет рассматривать линию с распределёнными параметрами как дискретную схему с сохранением формы волны и энергетических характеристик грозового импульса.

Уточнено выражение для расчёта защитного показателя силовых полупроводниковых приборов через ударный неповторяющийся ток, который в десять раз меньше значений, приведённых в литературе.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Концепция защиты устройств ЖАТ от перенапряжений.

2. Метод определения динамической индуктивности трансформатора, имеющего значительное количество витков обмотки намагничивания.

3. Математическая модель трансформатора как цепная схема, с учётом взаимной индуктивности между слоями.

4. Способ экранирования многослойной обмотки трансформатора для выравнивания начального распределения напряжения, в результате чего снижаются градиенты потенциалов и максимальные значения колебательных составляющих напряжения, воздействующего на продольную изоляцию трансформатора.

5. Математическая модель линии, как цепной схемы с переменными параметрами схемы замещения в зависимости от длительности фронта и спада импульса.

6. Сетевой фильтр однофазного ввода питания на основе силовых полупроводниковых приборов, характеристики которых согласуются с защищаемыми электронными устройствами ЖАТ.

7. Способ защиты ввода питания, на основе защищенных подходов к трансформаторам питания устройств ЖАТ.

8. Математическая модель тяговой сети при влиянии тока короткого замыкания на аппаратуру рельсовых цепей.

9. Метод исследования средств защиты аппаратуры рельсовых цепей и резервного ввода питания при воздействии тока короткого замыкания тяговой сети.

10. Математическая модель системы питания «провод-рельс» для исследования влияния переходных процессов в тяговой сети на резервный ввод питания устройств ЖАТ.

Практическая ценность диссертации состоит в разработке математических моделей и методов, которые позволяют анализировать существующие и разрабатывать новые средства защиты электронных устройств ЖАТ от опасных электромагнитных воздействий, а при создании систем защиты - согласовывать характеристики функциональной и дополнительной защиты.

Разработанная концепция защиты устройств ЖАТ от перенапряжений определяет основные направления научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в хозяйстве железнодорожной автоматики и телемеханики.

Предложенные в работе ключевые защитные устройства на основе силовых полупроводниковых приборов позволяют создать каскад «тонкой» защиты электронных устройств ЖАТ, так как характеристики силовых полупроводниковых приборов по времени срабатывания и величине остаточного напряжения согласуются с характеристиками защищаемых электронных устройств ЖАТ.

Разработанные математические модели высоковольтной обмотки трансформатора типа ОМ и предложенная методика позволили определить

параметры намоточных электростатических экранов, правильный выбор которых позволяет значительно снизить градиенты перенапряжений внутри обмотки и, тем самым, повысить надёжность электропитания устройств ЖАТ.

Создание защищенных подходов к вводам питания устройств ЖАТ повышает надёжность за счёт снижения величины грозовых перенапряжений, действующих на устройства защиты ввода питания, и, тем самым, обеспечить надёжную работу как устройств ЖАТ, так и средств защиты.

Реализация работы. Полученные в диссертации результаты использованы:

Департаментом «Автоматики и телемеханики» ОАО «РЖД»:

• Основные эксплуатационно-технические требования по защите устройств железнодорожной автоматики от коммутационных и атмосферных перенапряжений;

• Концепция защиты устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений.

На железных дрогах:

• Дальневосточная ж. д. - филиал ОАО «РЖД» - Рекомендации по защите устройств СЦБ от перенапряжений «ШЦ - 37/4» от 12 апреля 1988 г., служба Ш ДВ ж. д. Защита вводов питания и аппаратуры рельсовых цепей на основе бесконтактного коммутатора тока;

• Дальневосточная ж. д. - филиал ОАО «РЖД», в 1997 г. изготовление и поставка 100 шт. приборов «Защитный многофункциональный ключ ти-ристорный - «ЗАМОК-Т» для Тындинской дистанции сигнализации, которые используются для защиты вводов питания и аппаратуры рельсовых цепей в устройствах ПОНАБ, ДИСК и КТСМ;

• Забайкальская ж. д. - филиал ОАО «РЖД», в 2000 - 2001 г. г. разработка, изготовление и поставка 20 шт. приборов - фильтр сетевой ввода питания релейных шкафов (ФСРШ);

• Дальневосточная ж. д. - филиал ОАО «РЖД», в 2002 г. изготовление и поставка 12 шт. приборов ФСРШ ;

• Дальневосточная ж. д. - филиал ОАО «РЖД», проведение исследования и определение параметров намоточных электростатических экранов трансформаторов типа ОМ, правильный выбор которых позволяет значительно снизить градиенты перенапряжений внутри обмоток трансформатора. По разработанной методике за период с июня 2006 г. по октябрь 2010 г. в Дорожных электротехнических мастерских проведены работы по ремонту трансформаторов типа ОМ в количестве 280 шт.

На объектах связи:

• ОАО «Даль Телеком Интернэшнл», г. Хабаровск, в 1997 г. разработка, изготовление и поставка 2 шт. приборов - трёхфазные защитные блоки на основе устройств «ЗАМОК-Т», предназначенные для защиты от пере-

напряжений цепей питания станций сотовой связи DAMPS и коммутационной станции 5ESS.

В метрополитене:

• Метрополитен г. Санкт — Петербург. Технические предложения по обеспечению электромагнитной совместимости электропоездов и рельсовых цепей при увеличении мощности подвижного состава. Стандарта предприятия «Нормы опасных и мешающих влияний помех на устройства СЦБ Петербургского метрополитена. Тональные рельсовые цепи».

В учебных заведениях:

• Материалы диссертации использованы при прочтении курса лекций «Защита устройств СЦБ от опасных электромагнитных влияний» на факультете повышения квалификации работников железных дорог в Дальневосточном государственном университете путей сообщения (ДВГУПС).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были доложены на международных конференциях и симпозиумах: Международная научно-практическая конференция «Информационные технологии на железнодорожном транспорте», 1998, ДВГУПС, г. Хабаровск; Всероссийская с международным участием научно-практическая конференция «Новые технологии железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств», 2000, ОмГУПС (ОмИИТ), г. Омск; Всероссийская с международным участием научно-практическая конференция «Информационные технологии в системах управления на железнодорожном транспорте»», 25-26 марта 2004, ДВГУПС, г. Хабаровск; 6-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, 21—24 июня 2005, г. Санкт-Петербург; 2-ая Международная научно-практическая конференция «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте», «Транс-ЖАТ - 2005», 11-14 октября 2005, ОК «Дагомыс», г. Сочи; 3-я Международная научно-практическая конференция «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте», «Транс-ЖАТ - 2006», 23-26 августа 2006, г. Санкт - Петербург; Первая Российская конференция по молниезащите, 26 — 30 ноября 2007, г. Новосибирск; VIII Международный салон инноваций и инвестиций, ВВЦ, Москва, 2008 («ЗАМОК-Т» награждён бронзовой медалью); XIII Международная выставка-конгресс «Высокие технологии, Инновации, Инвестиции», Петербургская техническая ярмарка, 11 - 14 марта 2008 («ЗАМОК-Т» награждён дипломом второй степени с вручением серебряной медали); Вторая Российская конференция по молниезащите, 22 - 24 сентября 2010, г. Москва; Конференция «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте (Москва, ЦВК «Экспоцентр», 10 ноября 2009 г.).

Кроме того, результаты диссертации докладывались на, региональных и отраслевых конференциях, а также - на научно-технических советах Де-

партаментов ЦТех и ЦШ, на сетевой школе во Владивостоке в 2002 г., на сетевой школе в Санкт-Петербурге в 2010 г. (всего 18 докладов).

Диссертационная работа обсуждалась и получила одобрение на расширенных заседаниях кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС в марте 2008 г. и ноябре 2010 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 43 печатные работы, из них 11 работ - в рецензируемых изданиях, рекомендованных по перечню ВАК РФ для опубликования материалов докторских диссертаций и приравненных к ним, один патент на устройство и два авторских свидетельства на изобретение, а так же - два нормативных документа и курс лекций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, библиографического списка из 224 наименований и 7 приложений. Работа содержит 381 страницу основного текста, 154 иллюстрации и 46 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приводится краткий обзор состояния основных вопросов, сформулированы цель и задачи исследования, представлена краткая характеристика разделов диссертации, показана научная новизна проведённых исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе рассмотрены особенности построения и условий эксплуатации систем ЖАТ, являющихся системами управления ответственными технологическими процессами движения поездов и обеспечивающих безопасность. Проведён анализ отказов устройств ЖАТ и широко распространённых трансформаторов электропитания типа ОМ от грозовых перенапряжений. Рассмотрены процессы опасного электромагнитного воздействия тяговой сети переменного и постоянного тока на устройства рельсовых цепей и резервные вводы питания по системе «два провода -рельс». Выполнен анализ состояния защиты устройств ЖАТ от перенапряжений (ПН).

Во втором разделе. Сформулированы задачи теории ЭМСТ электронных устройств ЖАТ на современном этапе. Рассмотрены методы исследования ОЭМВ на устройства ЖАТ. Обосновано применение математического моделирования для исследования каналов проникновения энергии ОЭМВ в устройства ЖАТ и создание систем защиты. Приводится анализ методов расчёта сложных электрических схем и обосновывается применение метода переменных состояния. Разработан метод исследования ОЭМВ на устройства ЖАТ.

При исследовании ОЭМВ на системы ЖАТ используют эксперименты на реальных объектах, физическое и математическое моделирование.

Исследование на реальных объектах воздействия молнии - трудно реализуемая задача, так как грозовой разряд является неуправляемым процессом. Генераторы, имитирующие разряд молнии, являются уникальными сооружениями. Испытания на таких генераторах связаны с большими материальными затратами и трудны в плане организации проведения. При таких экспериментах ограничено пространство изменяемых параметров испытываемых систем.

При создании коротких замыканий в тяговой сети с помощью экспериментов можно получить точные результаты исследования, но их проведение связано с задержками поездов и нарушением работы устройств ЖАТ.

Исследование на физической модели позволяет сэкономить значительные средства, но его недостатком является то, что процессы, происходящие в модели, будут неадекватны процессам на реальном объекте из-за нелинейности характеристик объекта, что приводит к большим погрешностям.

Математическая модель представляет собой уравнения и соотношения, описывающие электромагнитные процессы, протекающие в объекте исследования. Метод математических моделей выступает как наиболее приемлемый с точки зрения материальных затрат и высокой точности. Такой метод при исследовании может существенно расширить пространство изменяемых параметров электромагнитных воздействий (форма действующего импульса, амплитуды тока и напряжения и др.) и устройств ЖАТ. Одним из главных условий применения математических моделей является оценка её адекватности.

В электрической цепи процессы перехода из одного режима в другой, происходящие во времени, связаны с изменением ее энергетического состояния. Переменными, характеризующими запас энергии в цепи, могут быть токи в индуктивных элементах и напряжения на емкостных элементах, которые называются переменными состояния.

Если заданы начальные значения переменных состояния х(Ч) и известны независимые источники тока и напряжения и(0, то по следующей системе уравнений:

определяются: вектор напряжений и токов нереактивных элементов - у(Ц, а также - напряжения на индуктивностях и токи через емкости для начального момента времени. При решении дифференциального уравнения (1) определяются значения переменных состояния, т. е. вектор х^) для конца определенного интервала времени, называемого шагом интегрирования. Полученное значение вектора х(1) принимается как начальное значение для следующего шага интегрирования. Далее операции повторяются заданное число раз.

¿(^ГДОДир)]; уЮ = глх(0,и(1)],

(1) (2)

Алгоритм метода переменных состояния базируется на топологической матрице контур-ветвь (Р-матрице). При методе переменных состояния пользуются уравнениями токов и напряжений Кирхгофа, выраженными через Р-матрицу:

ис(0 = -Р.ив(0; (3)

1В(1) = Рт»1с0), (4)

где ис(0, 1С(0 - векторы напряжений и токов связей линейного направленного графа схемы; и"(0, 1В(1) - векторы напряжений и токов ветвей линейного направленного графа схемы; Рт - транспонированная Р - матрица.

Выразим Р-матрицу через подматрицы, каждая из которых расположена в зоне пересечения столбцов и строк, соответствующих определенным типам ветвей и связей. Каждая подматрица имеет два индекса: первый соответствует типу элементов строк, а второй - типу элементов столбцов.

F =

ветви

с Ев c:B RB LB

в Сс FCe Fcc Fcr Fcl

я Rc Fre Frc Frr Frl

3 Lc Fle Flc Flr Fll

и Jc Fje Fjc Fjr Fjl

(5)

Для анализа схем методом переменных состояния была получена следующая система уравнений:

V = (GB +Frrt . Gc. FRRr1[FRRT. Gc(-Fre . UEB -Frc • UCB -Frl • ULB)

т _ ¥ с

1 CR

= GB

ICL+Flr'

+F... „

.. " uR"

URc=-FRl.U I-C=GC.U «

•I, +F„

'i/];

■u.

(6)

Icc = (Sc + F,

(FR

I = F

*c rcc

cc ° + +F T •

^ LC

■ Irc + F.,

'cc с

Г'1-Fce-Ue

UR -F„ • UL — Fri

Ii + F,.

bc)l;

Irc + F, T

Ucc=-FCE.UEB-F( ULB = (Гв + Гс • F,j

'-F, .T'IF,

LC

II B — F

R 4

T

v+V

+F„ • Ic + FBI

LL' l'LL . С .С

■ ь + V-IJ 1

ULC=-Flz-U/-FL( t ILB = T • T,c + FBIT

F (-Fi e • liE - Fjj

•II,

Uc ~FLR-

V)+

где Сс, в15, 8е, Б®, Гс, Гв - параметрические матрицы обратных величин сопротивлений, емкостей и индуктивностей связей и ветвей, соответственно.

Выражения, связывающие токи с напряжениями для элементов каждого типа:

ГисС=8с.1сс, 1ьС=Гс.иьс, 1вс=Сс.икс; (7)

[¿с^вМД 1ьВ=Гв.иД 1кв=Св.икв, Лс=Г(илс),

.с .с

где 11с - вектор производных напряжений на емкостях связей; 1ь - вектор производных токов в индуктивностях связей; в0 - параметрическая матрица обратных величин емкостей связей; Гс- параметрическая матрица обратных величин индуктивностей связей; в0- параметрическая матрица обратных величин сопротивлений связей.

Блок схема алгоритма анализа электрических схем показана на рис. 1.

Исследование электрических схем, путей распространения и проникновения энергии ОЭМВ в устройства ЖАТ требует ввода в электронную вычислительную машину (ЭВМ) следующих данных: описание схемы, характеристики, подлежащие анализу и режимы, в которых должна исследоваться схема.

Описание схемы представляет собой перечень элементов, узловых точек, между которыми включен каждый из них, и перечень параметров элементов. Исследование схем включает анализ структуры схемы, выбор дерева графа, составление топологических матриц, составление уравнений, решение уравнений и вывод результатов исследований.

Дальнейшие исследования математических моделей систем защиты устройств ЖАТ от ОЭМВ производились по методу переменных состояния.

В третьем разделе разработана концепция защиты устройств ЖАТ от перенапряжений. Проведён анализ состояния защиты от перенапряжений в России и за рубежом. Рассмотрен существующий подход к разработке средств защиты и предлагается подход, включающий проектирование систем защиты на основе математических моделей путём объединения функциональной и дополнительной защиты, установленной в источнике перенапряжений, канале распространения, на входе устройства и в самом устройстве. Разработаны принципы защиты устройств ЖАТ, в основу которых положена зонная концепция с учётом структуры систем ЖАТ.

Сформулированы основные направления работ по защите устройств ЖАТ от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Предложено перейти от практики выбора типовых средств защиты от перенапряжений к проектированию систем защиты для конкретных эксплуатационных условий.

Существующий подход к решению проблемы защиты от ПН можно характеризовать как метод последовательных приближений, при котором разрабатываются отдельные устройства защиты от ПН. Проводятся лабо-

раторные испытания таких устройств. Изготавливается опытная партия, которая проверяется в опытной эксплуатации.

Рис. 1. Блок-схема алгоритма анализа электрических схем

Длительный опыт применения метода последовательных приближений показывает его малую эффективность и высокую затратность. Предлагается интенсификация разработки защиты электронных устройств ЖАТ от ПН на основе вычислительного эксперимента.

Новый подход к разработке защиты от ПН на основе математических моделей включает следующие этапы:

1) обследование защищаемых объектов устройств ЖАТ, разработка математических моделей: источников ПН, линий (среды) распространения энергии ПН, средств защиты, функциональных трансформаторов и нагрузки;

2) разработка математических моделей каналов распространения энергии ПН, действующей на устройства ЖАТ, которыми могут быть: высоковольтная линия (6; 10; 27,5; 35 кВ) - как канал распространения грозовых перенапряжений и как источник коммутационных ПН; тяговая сеть (3,3; 2x25; 27,5 кВ); рельсовая линия; устройства заземления;

3) анализ эффективности существующих средств защиты от ПН через вычислительный эксперимент;

4) синтез систем защиты от ПН через исследования на математических моделях путем объединения и согласования характеристик всех средств защиты от источника ПН до устройства ЖАТ, при этом, линию и трансформаторы устройств ЖАТ рассматривать как функциональную защиту от ПН;

5) проведение точечных экспериментов с целью проверки соответствия математических моделей и исследуемых процессов.

Исследования на математических моделях каналов распространения энергии ПН позволяют анализировать эффективность существующей защиты, объединять в единую систему все средства защиты от источника и до защищаемого устройства, согласовывать характеристики средств защиты в системе защиты от ПН.

В основу выбора схем защиты и разработки защитных средств от ПН устройств ЖАТ положена зонная концепция с учетом структуры систем ЖАТ, представляющая для внешних атмосферных и коммутационных ПН электрическую систему с несколькими уровнями рабочих напряжений и токов, попадающих в аппаратуру, как правило, по входам, указанным на рис. 2 для станции, а для перегонов - на рис. 3.

Расположение элементов систем ЖАТ в зонах с ЭМО разной степени жесткости предопределяет каскадный принцип построения защиты, при котором каждый каскад должен обеспечивать снижение напряжения до уровня, допустимого для следующего каскада защиты и устройств ЖАТ.

Зона 0А- зона, где каждый объект подвержен прямому удару молнии и поэтому через него может протекать полный ток молнии. В этой области электромагнитное поле имеет максимальное значение.

Зона 0В - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, но электромагнитное поле не ослаблено и также имеет максимальное значение.

Зона I - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии и ток во всех проводящих элементах внутри зоны меньше, чем в зоне 0А. В этой зоне электромагнитное поле может быть ослаблено экранированием.

Зона II - зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, как и в зоне I, но электромагнитное поле ослаблено по сравнению с зоной I.

Зона III - зона, в которой жесткость электромагнитной обстановки не превышает уровня помех, регламентированных серией стандартов 1ЕС

Рис. 2. Схема проникновения ПН в устройства ЖАТ на станциях: КТП - комплектная трансформаторная подстанция; ВУ - вводное устройство; АВР -автоматическое включение резерва; КРУ - комплектное распределительное устройство; ИТ- изолирующий трансформатор; ПТ - путевой трансформатор; СЭП - стрелочный электропривод; СТ - сигнальный трансформатор; КЯ -кабельный ящик

трансформатор однофазный масляный; КЯ — кабельный ящик;

АР — аварийное реле

В устройствах ЖАТ, как правило, должно быть предусмотрено по три каскада защиты от всех видов ПН как со стороны линий электропитания, так и со стороны рельсовой линии; на входе от сигнально-блокировочной линии связи ввиду отсутствия ступеней преобразования рабочего напряжения предусматривается только один каскад защиты. При необходимости могут использоваться и дополнительные каскады защиты.

Защита от ПН устройств ЖАТ должна осуществляться путем: выравнивания потенциалов приборов между собой и по отношению к корпусу устройства, соединенного с заземлителем; экранирования (ослабления емкостных и индуктивных связей); уменьшения вероятности появления гальванической связи между источником ПН и защищаемой аппаратурой и её

ослабление; симметрирования цепей (ослабления асимметрии тягового тока); шунтирования защищаемой аппаратуры на время воздействия ПН; ограничения в цепи защищаемой аппаратуры амплитуды и тока воздействующего ПН, скорости их нарастания и спада (ослабления проникающей способности ПН); отключения аппаратуры от рабочей цепи на время воздействия ПН или уменьшения времени воздействия ПН; искусственного создания обходных цепей прохождения импульсов ПН в обход аппаратуры ЖАТ.

Элементы цепей и аппаратуры ЖАТ, входящие в зону действия определенной ступени каскадной защиты от ПН, как правило, должны быть гальванически разделены с элементами цепей и аппаратурой, входящими в зону действия другой ступени защиты. Это реализуется посредством: трансформаторов, входящих в аппаратуру ЖАТ и имеющих достаточную межобмоточную изоляцию; специально включаемых для гальванического разделения цепей изолирующих трансформаторов или устройств защиты с искровыми промежутками; применения оптопар для гальванической развязки. Координация характеристик устройств защиты для защищаемой аппаратуры должна состоять в следующем: напряжение на защищаемой аппаратуре должно ограничиваться до величины не менее чем на 20% ниже от ее электрической прочности изоляции во всем диапазоне возможной продолжительности воздействующих импульсов ПН и максимальных значениях токов.

В качестве защиты от ПН в устройствах ЖАТ рекомендуется использовать: устройства для защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) коммутирующего типа (разрядники угольные, газонаполненные и вентильные, а также - искровые промежутки, тиристоры, силовые транзисторы); УЗИП ограничивающего типа (варисторы, диоды с лавинной обратной вольтамперной характеристикой, супрессоры, стабилитроны); УЗИП комбинированного типа, содержащие элементы как коммутирующего, так

и ограничивающего типов.

В четвертом разделе рассмотрен трансформатор как средство защиты от ОЭМВ. Обоснована математическая модель трансформатора при передаче импульсной энергии через магнитную связь. Разработан метод определения динамической индуктивности трансформатора. Предложен метод расчёта переходных процессов в трансформаторе при импульсном намагничивании. Предложены выражения для определения динамической индуктивности обмоток трансформатора, имеющих значительное количество витков обмотки намагничивания. Экспериментально определено, что на участке от 0 до 62 % основной кривой намагничивания индукция магнита-провода изменяется по линейному закону.

Наличие гальванической развязки трансформатора создаёт емкостной делитель напряжения для продольных напряжений ОЭМВ, что позволяет ограничивать их действие на устройства ЖАТ.

Роль насыщения магнитопровода как ограничивающего фактора ОЭМВ объясняется тем, что при насыщении материала магнитопровода трансформатора снижается индуктивность цепи его намагничивания и, следовательно, входное сопротивление трансформатора при этом возрастает ток намагничивания и увеличивается рассеивание энергии ОЭМВ на проводах цепи между источником ОЭМВ и трансформатором.

Влияние магнитной вязкости магнитопровода трансформатора состоит в том, что при определенной скорости изменения тока намагничивания трансформатора, скорость изменения потока магнитопровода будет отставать от скорости изменения намагничивающего поля при этом уменьшается индуктивность цепи намагничивания трансформатора, а, следовательно, и входное сопротивление трансформатора.

Разработан метод определения ограничивающих свойств трансформатора по передаче энергии ОЭМВ через магнитную связь трансформатора на математических моделях с учетом таких ограничивающих факторов трансформатора, как насыщение и магнитная вязкость.

Система дифференциальных уравнений, описывающая передачу энергии ОЭМВ через магнитную связь трансформатора имеет следующий вид:

-w,Sc dt - dt -5ÜT1T 'IT Si"5T

'2 = 'c2 + ,н>

„, dul, i = С C2

(8)

v." г dt

где еи - ЭДС источника ОЭМВ; Lsl, R, - индуктивность рассеяния и активное сопротивление первичной обмотки трансформатора; uL - ЭДС самоиндукции, наводимая на динамической индуктивности намагничивания трансформатора; L S2, R 2, С 2 - приведенные к первичным виткам индуктивность рассеяния, активное сопротивление и собственная емкость вторичной обмотки трансформатора; Ld - динамическая индуктивность намагничивания первичной обмотки трансформатора; W, - число витков первичной обмотки трансформатора; Sc - площадь магнитопровода трансформатора; dB/dt - скорость изменения индукции сердечника магнитопровода трансформатора при действии ОЭМВ; dqj/dt - скорость изменения пото-косцепления; ir ток в первичной цепи трансформатора; iM - ток цепи намагничивания трансформатора; i 2, i С2, i н, и С2 - приведенные к первичным виткам ток во вторичной цепи, ток через емкость С2, ток в нагрузке трансформатора, напряжение на емкости С 2.

Решение системы уравнений (8) не представляется возможным, так как неизвестно аналитическое выражение iM. Определение аналитического выражения должно исходить из математической модели семейства динами-

ческих характеристик кривой намагничивания, зависящих от материала сердечника и вида напряжения

Определено, что динамическая характеристика намагничивания магнитного материала определяется потерями на магнитную вязкость, потерями на намагничивание, которые делятся на потери на статический гистерезис, потери, обусловленные вихревыми токами. Так, для нахождения потерь на вихревые токи необходимо знать плотность вихревых токов как функцию координат и времени. Для определения потерь на гистерезис требуется знать зависимость амплитуды напряженности поля внутри сердечника от координат. Из сказанного следует, что потери, а, следовательно, и динамическая характеристика кривой намагничивания, являются конструктивной характеристикой трансформатора. Поэтому динамическую характеристику цепи намагничивания трансформатора необходимо определять непосредственно на реальном трансформаторе.

В работе были проведены экспериментальные исследования по импульсному намагничиванию трансформатора с броневым сердечником. В качестве источника напряжения использовался конденсатор, заряженный до определенного напряжения (ис), который разряжался на обмотку трансформатора. Исследования состояли в осциллографировании токов и напряжений в первичной (11 и щ) и вторичной обмотках трансформатора при разряде на обмотку М^ заряженной емкости С и создании во вторичной цепи режимов холостого хода (XX) и короткого замыкания (КЗ). Переходные процессы токов и напряжений записывались на экране запоминающего осциллографа для дальнейшего анализа.

Для режима XX трансформатора можно записать

и^Ь^Шц/сИ+^ + ЦсПц/сИ, (9)

где - индуктивность намагничивания при заданном напряжении ис.

При малом количестве витков обмотки намагничивания трансформатора можно допустить, что Ь51 ~ О, К( ~ 0 и упростить выражение (9)

ис «ЦсИц/сИ. (10)

Экспериментально установлено, что при постоянстве ис и сйм/ск получаем Ц постоянной величиной, равной

Ь и—^. (11)

* сПц/сИ

Исследования переходных процессов в трансформаторе позволили разработать метод определения динамической индуктивности трансформатора Ьа в виде функции скорости изменения намагничивающего тока / (И при импульсном намагничивании. Предлагаемый метод состоит в разряде заряженной емкости на обмотку трансформатора при разомкнутых остальных обмотках трансформатора, записи тока намагничивания трансформа-

17

тора с помощью запоминающего осциллографа. Далее по формуле (11) определяется величина индуктивности намагничивания трансформатора на линейном участке намагничивания, который составляет 62% от индукции насыщения. После проведения ряда экспериментов при различных величинах напряжений заряда емкости строится зависимость динамической индуктивности трансформатора от скорости нарастания тока намагничивания

= /111), которая используется далее для расчета ограничивающих и преобразующих свойств трансформатора по передаче энергии ОЭМВ через магнитную связь трансформатора.

При большом числе витков цепи намагничивания трансформатора требуется повышенное напряжение на ёмкости источника напряжения питания. Для таких трансформаторов в работе предлагается измерение Ь(1 проводить на специально намотанной обмотке на магнитопровод трансформатора с пониженным количеством витков, а к искомым результатам Ьц и Ш/ск предлагается переходить через коэффициент соответствия Кс, который численно равен коэффициенту трансформации трансформатора:

Ч* = 4« ■ Кс5 1« = / / К. (12)

Разработанный метод позволяет учесть динамические свойства магни-топровода на реальном трансформаторе без исследований на образцах. Предлагаемый метод исключает влияние остаточной индукции магнито-провода и нелинейности изменения тока намагничивания на значение динамической индуктивности.

Для оценки адекватности математической модели трансформатора был произведён расчёт переходного процесса при передаче энергии ОЭМВ через магнитную связь дроссель-трансформатора ДТ1-150 с использованием метода переменных состояния и учётом нелинейности цепи намагничивания магнитопровода дроссель-трансформатора (ДТ) по предлагаемой формуле Ьс| = Г^^ / <11) (рис. 4). Ограничением расчета переходного процесса в ДТ является насыщение магнитопровода.

Сплошными линиями показаны данные эксперимента, а пунктиром — результаты расчета. Сравнение результатов расчёта на математической модели дроссель-трансформатора с результатами эксперимента показали, что погрешность расчёта входного тока трансформатора составила 23 %, напряжения на нагрузке — 6%, тока нагрузки - 5 %.

В пятом разделе проанализированы причины возникновения градиентов перенапряжений в слоях высоковольтной обмотки (ВВО) трансформаторов при воздействии волн перенапряжений с крутыми фронтами. На модели трансформатора проведены исследования распределения градиентов напряжения вдоль ВВО при действии импульсных напряжений. Разработаны математические модели начального распределения напряжения в ВВО трансформатора при действии продольных и поперечных перенапряжений. Разработана математическая модель трансформатора типа ОМ как

цепная схема, с учётом взаимной индуктивности между слоями. Исследованы импульсные процессы в ВВО и проведён анализ электрической прочности изоляции.

t, Мг= 50 —

Я"

Рис. 4. Переходной процесс в ДТ1-150

Для оценки адекватности математической модели определены коэффициенты корреляции между колебательными составляющими напряжения, полученными расчётным и опытным путями. Разработана математическая модель экранированного трансформатора тина ОМ и проведены исследования по распределению импульсных напряжений вдоль ВВО. Предложен способ экранирования многослойной обмотки трансформатора с помощью намоточных электростатических экранов для выравнивания начального распределения напряжения, в результате чего снижаются градиенты перенапряжения, воздействующего на продольную изоляцию трансформатора. Проведены исследования на физической модели трансформатора с намоточными электростатическими экранами.

Для трансформатора типа ОМ были проведены исследования на модели трансформатора по определению градиентов напряжений в слоях ВВО при разряде на ВВО заряженной конденсаторной батареи. Измерения напряжений производилось па выведенных отпайках относительно конечного вывода ВВО. По полученным осциллограммам численным методом были определены градиенты напряжений на первом и втором слоях ВВО отдельно для интервалов времени 0 - 0,2 мкс (рис. 5, а), где происходит процесс начального распределения напряжения по между витковым ёмкостям и ёмкостям относительно земли, и - 0,2 - 1,4 мкс (рис. 5, б), на котором наблюдались собственные колебания в слоях ВВО. К обмотке прикладывалось напряжение 150 В.

б)

При количестве слоев, равном 40, и условии равномерного распределения напряжения по слоям на каждом слое должно быть приложено напряжение равное 3,75 В. Из графика 3 (рис. 5, б) следует, что ко второму слою ВВО прикладывается напряжение в 10 раз больше. Для надёжной работы трансформатора типа ОМ и, соответственно, электропитания устройств ЖАТ требуется применение , мер защиты, снижающих градиентные перенапряжения в слоях ВВО.

Исследования показали, что при действии импульсных напряжений максимальные напряжения наблюдаются на первом и втором, последнем и предпоследнем слоях ВВО. В средних слоях ВВО свободные колебания практически отсутствуют.

Разработана математическая модель трансформатора типа ОМ для исследования колебательных процессов в ВВО при действии поперечных перенапряжений. В схеме замещения каждый слой ВВО делится на два одинаковых элемента, в пределах которого величину импульсного тока можно считать постоянной для всех витков, а импульсное напряжение — линейно изменяющимся вдоль провода.

Рис. 5. Графики градиентов напряжений: 1 - между серединой и концом первого слоя, 2 - между серединой и концом второго слоя, 3 - между началом и концом второго слоя, 4 - между началом и серединой второго слоя, 5 - между серединами первого и второго слоев

С целью сокращения машинного времени моделирования и повышения устойчивости вычислительных алгоритмов параметры элементов (активное сопротивление, ёмкости и индуктивности) с шестого по тридцать шестой слои заменены эквивалентными параметрами.

Для оценки адекватности математической модели определены коэффициенты корреляции между колебательными составляющими напряжения, полученными расчетным и опытным путями. В среднем, коэффициент корреляции равен 0,73. Это позволяет использовать разработанную методику и данную схему замещения для исследования волновых процессов в

первых и последних слоях ВВО трансформатора ОМ, как наиболее подверженных перенапряжениям. Такие исследования дают возможность обосновать требования к средствам защиты от градиентных перенапряжений трансформаторов.

Проведён анализ методов и средств снижения градиентных перенапряжений в обмотках трансформаторов. Предложена схема трансформатора ОМ с намоточными электростатическими экранами. Разработана его математическая модель. Исследования на математической модели экранированного трансформатора ОМ позволили определить параметры намоточных электростатических экранов.

Были проведены исследования на модели трансформатора ОМ с намоточными электростатическими экранами. На рис. 7 и 8 вывод А соответствует началу ВВО, а вывод X - Тек. -Л._вме™®^^

концу ВВО.

Применение электростатических экранов позволяет значительно снизить градиенты перенапряжений в ВВО. В результате, повышается надежность работы устройств электропитания систем ЖАТ.

В шестом разделе разработана система защита основного ввода питания устройств ЖАТ от атмосферных ПН. Разработаны математические модели В Л напряжением 10 кВ для волн грозовых продольных и поперечных ПН. Предложено выражение для определения количества

звеньев цепной схемы линии. Определены первичные параметры ВЛ, учитывающие скорости изменения тока на фронте и спаде грозового импульса. Разработаны математические модели трансформатора ОМ при передаче энергии через магнитную и электрическую связи трансформатора. Разработаны математические модели ввода питания релей-

СН1

': ' ' : : i None

..........

ЗО-Мау-ОЭ 14:2* <10Hz Рис. 7. Вывод 195. Экраны не подключены. График М - разница мгновенных значений сигналов каналов CHI - CH2. CHI - (вывод А -вывод X); СН2 - (195 вит. - вывод X). Тек -Л. в Acq Complete МРюМОЛю

MEASIKE

СН1

None

Рис. 8. Вывод 195. Подключены два изолированных проводника экрана в начале обмотки. СН1 - (вывод А - вывод X); СН2 - (195 вит. -вывод X).

ного шкафа устройств ЖАТ при действии продольных и поперечных ПН. Определена динамическая индуктивность трансформатора ОМ как функция скорости изменения тока намагничивания. Проведены вычислительные эксперименты по определению эффективности существующих средств защиты от ПН, включенных на вводе питания релейного шкафа. Предложена схема сетевого фильтра для защиты однофазного ввода питания от грозовых и коммутационных ПН. Для защиты вводов питания при близких грозовых разрядах предлагается создание защищённых подходов к трансформаторам питания устройств ЖАТ.

Зависимость параметров линии (индуктивности, активного сопротивления и проводимости изоляции) от частоты ставит задачу исследования влияния параметров линии на характеристики волн грозовых перенапряжений.

Разработаны математические модели ВЛ как линии с распределёнными параметрами. Линия заменяется цепной схемой, которая представляет собой каскадное соединение четырёхполюсников - звеньев. Предложено выражение для определения количества звеньев цепной схемы линии

где Ьл - длина линии; тф - длительность фронта импульса; Ь0, С0 - самоиндукция и ёмкость на единицу длины линии.

Для учёта влияния на первичные параметры линии скорости изменения тока грозового импульса в работе использовано выражение для определения эквивалентной частоты бегущей волны через длительность фронта (спада) грозового импульса

Разработаны математические модели ВЛ электроснабжения устройств ЖАТ при действии продольных и поперечных перенапряжений как цепные схемы, позволяющие исследовать волновые процессы в линии во временной области.

Зависимость динамической индуктивности трансформатора ОМ от скорости изменения тока намагничивания показана на рис. 9.

Вычислительные эксперименты по определению эффективности существующей защиты ввода питания релейного шкафа устройств ЖАТ при действии грозовых ПН показали, что энергия ПН, рассеиваемая на вари-сторе В01ДШ-220, в 4,4 раза превышает допустимую величину. Высокая величина напряжения динамического пробоя искрового промежутка разрядника РВНШ-250, равная 2 кВ, и нестабильность этой характеристики в зависимости от количества срабатываний разрядника применительно к электронным устройствам ЖАТ ставят задачу разработки защиты со стабильным и регулируемым уровнем напряжения защиты, не допускающей высокой величины остаточного напряжения на средстве защиты.

(13)

Гэкв я1/(2-Тф).

(14)

10 20 30 40 50 60 Шм/<П,А/мс Рис.9. Зависимость динамической индуктивности от скорости изменения тока намагничивания трансформатора типа ОМ

Разработана схема сетевого фильтра ввода питания релейных шкафов устройств ЖАТ на основе силовых полупроводниковых приборов, характеристики которых согласуются с защищаемыми электронными устройствами ЖАТ. Параметры сетевого фильтра ввода питания обоснованы исследованиями на математических моделях.

Предложен способ защиты ввода питания устройств ЖАТ при близких грозовых разрядах путём создания защищенных подходов к трансформаторам питания устройств ЖАТ. Способ реализует принцип гашения энергии ПН в каналах её распространения путём установки средств защиты на ВЛ и снижает вероятность прямого удара молнии в фазные провода ВЛ путём установки защитных тросов. Разработанные математические модели и" программное обеспечение позволяют обосновать требования к характеристикам, количеству и местам установки линейных средств защиты.

В седьмом разделе разработаны системы защиты аппаратуры рельсовых цепей и резервного вода питания от коммутационных перенапряжений. Разработана математическая модель тяговой сети при влиянии тока короткого замыкания на аппаратуру рельсовых цепей. Разработан метод исследования средств защиты аппаратуры рельсовых цепей и резервного ввода питания при воздействии тока короткого замыкания тяговой сети. Разработан ключевой метод защиты устройств ЖАТ на основе силовых полупроводниковых приборов, которые включаются при заданном уровне срабатывания устройства защиты. Сформулированы требования к ключевым защитным устройствам. Уточнено выражение для расчёта защитного показателя силовых полупроводниковых приборов через ударный неповторяющийся ток, который в десять раз меньше значений, приведённых в литературе. Проведены исследования воздействия аварийных процессов в

тяговой сети переменного тока на элементы ключевого защитного устройства рельсовых цепей и обоснованы параметры элементов защитного устройства. Разработана математическая модель системы питания «провод-рельс» для исследования влияния переходных процессов в тяговой сети на резервный ввод питания устройств ЖАТ. Проведены исследования эффективности существующих средств защиты резервного ввода питания и предложено УЗИП комбинированного типа.

Во время короткого замыкания в тяговой сети проходит ток, который создаёт опасное воздействие на аппаратуру рельсовых цепей и резервный ввод питания. Этот ток является сложной функцией таких факторов как: мощность тягового трансформатора, тип контактной подвески, тип рельса, удалённость места короткого замыкания от тяговой подстанции, величина сопротивления "рельс-земля".

Для создания упрощённой модели источника ОЭМВ в работе предлагается, исследовать переходные процессы в тяговой сети в зависимости от места короткого замыкания и параметров тяговой сети, и, далее, тяговую сеть со сложными электромагнитными связями заменить обобщающими эквивалентными параметрами.

Предлагаемый метод исследования средств защиты аппаратуры рельсовых цепей и резервного ввода питания от коммутационных ПН в тяговой сети переменного тока состоит из следующей последовательности операций: исследуются переходные процессы в тяговой сети при коротком замыкании и определяются эквивалентные параметры тяговой сети как источника ОЭМВ; разрабатываются математические модели трансформаторов рельсовых цепей и резервного ввода питания. Измеряются зависимости ьп= ^„/Л), ь0= яис). Определяются параметры схем замещения трансформаторов; разрабатываются математические модели средств защиты. Вольтамперные характеристики средств защиты представляются в виде кусочно-линейной аппроксимации; анализируются характеристики средства защиты и выбираются основные, определяющие надежность средства защиты от действующих коммутационных перенапряжений, например величина энергии, рассеиваемой на средстве защиты; выполняются расчеты на ЭВМ и определяются характеристики энергии ОЭМВ, действующих на средства защиты до момента насыщения трансформаторов рельсовых цепей и резервного ввода питания; по результатам расчета делаются выводы о согласованности характеристик энергии ОЭМВ, переданной через трансформаторы рельсовых цепей и резервного ввода питания и допустимых характеристик энергии ОЭМВ для рассматриваемого средства защиты.

Предлагаемый метод исследования средств защиты рельсовых цепей и резервного ввода питания позволяет анализировать любые средства защиты. Он позволяет для конкретных эксплуатационных условий выявить уча-

стки, где средства защиты не обеспечивают надежную защиту устройств рельсовых цепей и резервного ввода питания. Для таких участков в работе предлагаются ключевые защитные устройства на основе силовых полупроводниковых приборов.

Одним из параметров, характеризующим тепловое воздействие тока ОЭМВ на силовой полупроводниковый прибор ключевого защитного устройства, является защитный показатель, определяемый по формуле

(15)

{¡2с11 = (1 / Л)2 • 1тш • 1<Г2 = 0,005 . 12т5

где - ударный неповторяющийся ток. В выражении (15) коэффициент 0,005 отличается от принятого в литературе коэффициента 0,05, что приводит к ошибкам в определении защитных показателей силовых полупроводниковых приборов и снижению надёжности их работы.

Вычислительные эксперименты на разработанных моделях тяговой сети переменного тока позволили обосновать требования к средствам защиты аппаратуры рельсовых цепей от коммутационных ПН.

Математическая модель тяговой сети с системой питания «провод-рельс» представляет собой систему дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в контакт- пх ной подвеске, проводе питания системы «провод-рельс», рельсах и земле. Проведённые на математических моделях исследования по определению эффективности существующей защиты резервного ввода питания от коммутационных ПН показали участки, где варисторы выравнивателей ВОЦ1Н-220 (380) будут выходить из строя, так как энергия,

рассеиваемая на варисто- Рис. 10. Схема У ЗИП комбинированного типа

рах, больше допустимой величины.

В работе предлагается устройство защиты от импульсных ПН комбинированного типа (см. рис. 10). Предлагаемое устройство по принципу действия соответствует разряднику, в котором электронное ключевое устройство «ЗАМОК-Т» выполняет роль искрового промежутка. Преимуществом электронного ключевого устройства является управляемость уровня напряжения защиты и высокая его стабильность. Такое устройство позволяет использовать варисторы с низким остаточным

напряжением для глубокого ограничения ПН и допускают параллельное включение нескольких варисторов для увеличения допустимой энергии, рассеиваемой на средстве защиты. Характеристики силовых полупроводниковых приборов УЗИП согласованы с характеристиками защищаемых электронных устройств ЖАТ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные выводы и результаты.

1. Отсутствие эффективной защиты от опасных электромагнитных воздействий электронных устройств ЖАТ является причиной значительных экономических потерь, связанных не только с задержками поездов, но и с затратами на восстановление поврежденных электронных устройств, имеющих значительную стоимость по сравнению с релейными системами.

2. Защита электронных устройств ЖАТ от опасных электромагнитных воздействий может быть эффективной только при согласованном взаимодействии мер и средств защиты в источнике перенапряжений, канале распространения, на вводе устройства ЖАТ и в самом устройстве.

3. Разработана концепция защиты устройств ЖАТ от перенапряжений, которая предусматривает согласование функциональной и дополнительной защиты посредством вычислительного эксперимента. Обоснована замена применения типовых средств защиты на основе эвристического подхода на метод проектирования систем защиты для конкретных эксплуатационных условий. Предложена методология исследования на математических моделях опасных электромагнитных воздействий на устройства ЖАТ.

4. Разработана математическая модель высоковольтной линии автоблокировки при распространении волн грозовых и коммутационных перенапряжений, которая учитывает изменение параметров схемы замещения линии при изменении длительности фронта и спада импульса.

5. Разработаны математические модели тяговой сети переменного тока в виде цепных схем для исследования воздействия аварийных процессов в тяговой сети на аппаратуру рельсовых цепей и резервные вводы питания устройств ЖАТ, а также - для обоснования требований к средствам защиты от коммутационных перенапряжений.

6. Разработана математическая модель многослойной высоковольтной обмотки трансформатора, учитывающая взаимную индуктивность между слоями. Результаты расчёта переходных процессов показали удовлетворительную сходимость с данными эксперимента — в среднем коэффициент корреляции равен 0,73.

7. Предложен метод снижения градиентных перенапряжений в слоях обмоток трансформатора, включающий введение технологичных намоточных электростатических экранов, которые позволяют повысить надёж-

ность работы трансформатора, и, соответственно, электропитания устройств ЖАТ при действии грозовых перенапряжений.

8. Разработаны математические модели трансформаторов устройств ЖАТ при передаче импульсной энергии через электрическую и магнитную связи. Динамическую индуктивность трансформатора, как функцию скорости изменения тока намагничивания с большим числом витков обмотки намагничивания, предлагается определять методом разряда конденсатора на дополнительную обмотку реального трансформатора с меньшим числом витков, а реальные характеристики динамической индуктивности следует вычислить через квадрат коэффициента трансформации.

9. Доказана эффективность защиты вводов питания устройств ЖАТ посредством подвески защитного троса и установки линейных ограничителей перенапряжения, снижающих уровень энергии, действующей на средства защиты.

10. Предложенные модели и методы обеспечивают согласование каскадов функциональной и дополнительной защиты ввода питания от атмосферных перенапряжений, а для аппаратуры рельсовых цепей и резервного ввода питания от коммутационных перенапряжений.

11. На основе разработанных моделей и методов создан комплекс технических средств защиты: защитный многофункциональный ключ тири-сторный «ЗАМОК-Т», сетевой фильтр защиты однофазного ввода питания «ФС» и устройство защиты от импульсных перенапряжений комбинированного типа. Основой разработанных средств защиты являются силовые полупроводниковые приборы, характеристики которых согласуются с защищаемыми электронными устройствами ЖАТ.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

Статьи в журналах по списку, рекомендованному ВАК, и приравненные к ним:

1. Манаков, А.Д. Силовые электронные ключи /А.Д. Манаков //Автоматика, связь, информатика: Научно-популярный производственно-технический журнал - М., 2008. - № 8. - С. 24 - 26.

2. Манаков, А.Д. Динамическая индуктивность трансформатора /А.Д. Манаков //Петербургский государственный университет путей сообщения. Известия/ гл. ред. В.И. Ковалёв. - СПб: ПГУПС, 2010. - Вып. 2 (23). - С. 208-219.

3. Манаков, А.Д. Единство терминологии в области защиты устройств от перенапряжений /А.Д. Манаков //Железнодорожный транспорт: Научно-теоретический и технико-экономический журнал. - М.: Трансжелдориздат, 2010. - № 7. - С. 46-48: ил.

4. Никитин, А.Б. Математическая модель трансформатора при действии продольных перенапряжений /А.Б. Никитин, А.Д. Манаков, E.H. Шат-

ров // Транспорт Урала. - Екатеринбург:УрГУПС, 2008. - №1(16) -С. 64 -68: ил..

5. Никитин, А.Б. Устройства защиты от импульсных перенапряжений электронных систем /А.Б. Никитин, А.Д.Манаков //Транспорт. Наука, техника, управление: Научный информационный сборник /ВИНИТИ. -М.: ВИНИТИ, 2010. - № 5. - С. 14-17.

6. Костроминов, A.M. Ключевое защитное устройство/ A.M. Костро-минов, А.Д. Манаков, A.A. Иванов, A.B. Кузьмина, В.Г. Попов //Автоматика, телемеханика и связь: Научно-популярный производственно-технический журнал - М., 1987. - № 10. - С. 24 - 26.

7. Манаков, А.Д. Защита устройств СЦБ от перенапряжений/А.Д. Манаков, Ю.И. Гриншпун //Автоматика, телемеханика и связь: Научно-популярный производственно-технический журнал - М., 1995. - № 12.- С. 13 - 14.

8. Галлиулин, Х.М. Снижение потерь мощности: статья / Х.М. Галлиу-лин, А.Д. Манаков //Автоматика, связь, информатика: Научно-популярный производственно-технический журнал - М., 2002. - № 10. - С. 23.

9. Манаков, А.Д. Сетевой фильтр защиты однофазного ввода питания /А.Д. Манаков //Автоматика, связь, информатика: Научно-популярный производственно-технический журнал - М., 2011. - № 3. - С. 18 - 19.

10. Манаков, А.Д. Усиление защиты вводов питания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики при близких грозовых разря-дах/А.Д. Манаков, H.H. Балуев //Петербургский государственный университет путей сообщения. Известия/ гл. ред. В.И. Ковалёв. - СПб: ПГУПС, 2011. - Вып. 1 (26). - С. 73 - 80.

11. Oleg A. Nassedkin, Alexander D. Manakov, Vitalij A. Schatochin /Die elektromagnetische Vertrag-Iichkeit der Bahnautomatisierungs- und Fernsteue-rungssysteme//signal + Draht (98) 12/2006. - p. 32 - 35.

Наседкин, O.A. Электромагнитная совместимость систем железнодорожной автоматики и телемеханики/О.А. Наседкин, А.Д. Манаков, В.А. Шатохин //Сигнал и провод (98) 12/2006. - С. 32 - 35.

Патенты на изобретение и авторские свидетельства:

12. А. с. 1224898 СССР. Устройство для защиты электронной нагрузки от перенапряжений /B.C. Аркатов, А.М. Костроминов, A.A. Иванов, А.Д. Манаков. - Опубл. в Б. И., 1986. - № 4.

13. А. с. 1374332 СССР. Устройство для защиты электронной нагрузки от перенапряжений /A.M. Костроминов, А.Д. Манаков - Опубл. в Б.И., 1988,-№6.

14. Пат. 2410784 Россия, МПК H01F 27/35. Трансформатор/А.Д. Манаков, А.Б. Никитин, O.A. Наседкин, В.А. Шатохин, E.H. Шатров - Заявлено 11.01.2010; Опубл. 27.01.2011,Бюл. №3.

Нормативные документы:

15.Гавзов, Д.В. Эксплуатационно-технические требования по защите устройств железнодорожной автоматики от коммутационных и атмосферных перенапряжений /Д.В. Гавзов, А.Д. Манаков, В.А. Шатохин // Памятка ОСЖД Р-850. - Варшава: ОСЖД, 2005 г. - 18 с.

16. Никитин, А.Б. и др. Концепция защиты устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений (проект) /А.Б. Никитин, O.A. Наседкин, А.Д. Манаков, В.А. Шатохин //Ж.-д. трансп. Сер. «Автоматика и телемеханика». ЭИ/ЦНТИ - 2006. — Вып. 3 — С. 1 - 25.

Брошюра

17. Манаков, А.Д. Защита устройств СЦБ от опасных электромагнитных влияний: Курс лекций. - Хабаровск: ДВГУПС, 1998. - 57 с.

Статьи в журналах:

18. Костроминов, A.M. Оценка помехозащищённости бесконтактного коммутатора тока /A.M. Костроминов, А.Д. Манаков; Ленингр. ин-т инж. ж. д. трансп. - Л, 1986. - 25 с. -Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, № 3754. Указатель ВИНИТИ «Депонированные научные работы». Яг 1, 1987.

19. Костроминов, A.M. Оценка помехозащищённости бесконтактного коммутатора тока /A.M. Костроминов, А.Д. Манаков; Ленингр. ин-т инж. ж. д. трансп. - Л., 1986. - 25 с. -Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, № 3754. Указатель ВИНИТИ «ДепоЕИфованные научные работы», № 1, 1987.

20. Костроминов, A.M. О нетрадиционном методе защиты от мощных импульсных помех /A.M. Костроминов, А.Д. Манаков; Ленингр. ин-т инж. ж. д. трансп. - Л., 1987. - 12 с. - Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, № 3856. Указатель ВИНИТИ «Депонированные научные работы», № 6, 1987.

21. Костроминов, A.M. Теория и методы защиты устройств СЦБ от мощных импульсных помех /A.M. Костроминов, А.Д. Манаков; Ленингр. ин-т инж. ж. д. трансп. - Л., - 1989. - 65 с. -Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, № 4587/88. Указатель ВИНИТИ «Депонированные научные работы», № 2, 1989.

22. Шатохин, В.А. Проблемы ЭМС систем железнодорожной автоматики и телемеханики /В.А. Шатохин, А.Д. Манаков //Труды 6-го Международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии (СПб, 21 - 24 июня 2005 г.). - СПб.: СПбГЭТУ, 2005. - С. 195- 199.

23. Никитин А.Б. и др. Концепция защиты устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений /А.Б. Никитин, O.A. Наседкин, А.Д. Манаков, В.А. Шатохин; ПГУПС - СПб., 2006. - 37 с. - Деп. в ОИТЭИВНИИАС 2006, №6481ж.д.-06.

24. Манаков А.Д. Концепция защиты устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений // Промышленный транспорт Урала - Екатеринбург. - 2007. - №9(11). - С. 35 - 37.

Статьи в сборниках трудов институтов:

25. Костроминов, A.M. Защита от нестационарных процессов полупроводниковых приборов в рельсовых цепях /A.M. Костроминов, А.Д. Мана-ков //Элементы устройств автоматики и систем передачи данных на железнодорожном транспорте: межвуз. сб. науч. тр. - Хабаровск: ХабИИЖТ, 1983.-Вып. 46.

26. Манаков, А.Д. Методика исследования опасных электромагнитных влияний тяговой сети на устройства рельсовых цепей /А.Д. Мана-ков//Элементы и системы автоматического управления на железнодорожном транспорте: межвуз. сб. науч. тр. — Хабаровск: ХабИИЖТ, 1993. — С. 30 -34.

27. Манаков, А.Д. Математическая модель влияния волн грозовых перенапряжений на ввод питания релейных шкафов устройств СЦБ /А.Д. Манаков //Новые технологии железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств: сб. науч. статен с международным участием в четырёх частях. - Омск: ОмГУПС (ОмИИТ), 2000, Ч. 1. - С. 261 - 262.

28. . Манаков, А.Д. Защита ввода питания релейных шкафов устройств сигнализации, централизации и блокировки от грозовых перенапряжений /А.Д. Манаков, A.B. Алексенко, E.H. Шатров //Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока. Труды Всероссийской научно-практической конференции.- Хабаровск - Владивосток, 18-21 октября 2001, том 1 - Хабаровск: ДВГУПС, - С. 75-81.

29. Манаков, А.Д. Волновые процессы в высоковольтной обмотке трансформатора типа ОМ /А.Д. Манаков, E.H. Шатров //Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности: Труды 43-й Всероссийской научно-практической конференции (Хабаровск, 22-23 октября 2003 г.): В 4 т. /Под ред. Ю.А. Давыдова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2003, т. 2 - С. 56 - 60.

30. Манаков, А.Д. Исследование на физической модели трансформатора типа ОМ распределения импульсных напряжений вдоль высоковольтной обмотки /А.Д. Манаков, E.H. Шатров //Информационные технологии в системах управления на железнодорожном транспорте: Труды Всероссийской, с международным участием, научно-практической конференции учёных транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки (Хабаровск, 25-26 марта 2004 г.) /Под ред. А.И. Годяева. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. - С. 79 - 86.

31. Манаков, А.Д. Волновые процессы в высоковольтной линии автоблокировки напряжением 10 кВ /А.Д. Манаков, A.B. Давы-дов//Совершенствование управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте за счёт новых информационных технологий и технических средств: Сб. науч. тр. инс-та «Управление, автоматизация и

телекоммуникации (УА и Т): /под ред. А.Г. Тиличенко. - Хабаровск: ДВГУПС, 2004. - С. 114 - 119.

32. Гавзов, Д.В. Испытания сетевых фильтров для систем бесперебойного питания /Д.В. Гавзов, А.Д. Манаков, В.А. Шатохин //Проблемы разработки, внедрения и эксплуатации микроэлектронных систем железнодорожной автоматики и телемеханики: сб. науч. тр. /ред. Вл.В. Сапожников.

- СПб.: ПГУПС, 2005. - С. 32 - 39.

33. Манаков А.Д. Системный подход к защите от перенапряжении //Современные технологии железнодорожному транспорту и промышленности. Труды 44-ой Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки.-Хабаровск, Изд-во ДВГУПС, 2006 - С. 65 - 72.

34. Манаков, А.Д. Защита резервного ввода питания устройств ЖАТ от перенапряжений /А.Д. Манаков, A.A. Трошин //Автоматика и телемеханика железных дорог России. Новая техника и новые технологии: сб. науч. тр./ПГУПС; под ред. Вл. В. Сапожникова.-СПб.: ПГУПС, 2007.-С. 97-102.

35. Манаков, А.Д. Технологичный метод снижения градиентных перенапряжений / А.Д. Манаков, E.H. Шатров //Труды 45-й Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии-транспорту и промышленности» Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007.-С.141

- 146.

36. Манаков, А.Д. Модель опасной грозы /А.Д. Манаков, Д.А. Махов, Д.Ю. Казаков //Модернизация процессов перевозок, систем автоматизации и телекоммуникаций на транспорте: материалы межрегион, науч. - практ. конф. с междунар. участием, В 2 т. Т. 2; под ред. А.И. Годяева. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010 . С. 110 - 119.

37. Манаков. А.Д. Исследование защитных функций намоточных экранов / А.Д. Манаков, E.H. Шатров //Модернизация процессов перевозок, систем автоматизации и телекоммуникаций на транспорте: материалы межрегион, науч. - практ. конф. с междунар. участием, В 2 т. Т. 2; под ред. А.И. Годяева.-Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010 . С. 170- 175.

Доклады и тезисы докладов на симпозиумах и конференциях:

38. Лесников, Е.В. Защита цепей питания аппаратуры связи от перенапряжений /Е. В. Лесников, А.Д. Манаков //Перспективные системы и сети телекоммуникаций: Материалы международной научно-практической конференции «Информационные технологии на железнодорожном транспорте». — Хабаровск: ДВГУПС, - 1998. - С. 85 - 88.

39. Шатохин, В.А. Проблемы ЭМС систем железнодорожной автоматики и телемеханики /В.А. Шатохин, А.Д. Манаков //Труды 6-го Медуна-родного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии. - Санкт-Петербург, 21 - 24 июня 2005. - С. 195 - 199.

40. Защищенные подходы к трансформаторам питания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики /Д.В. Гавзов, А.Д. Манаков,

A.B. Давыдов, В .А. Шатохин //Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте: Сборник докладов 2-й Международной научно-практической конференции «ТрансЖАТ-2005» (Сочи OK «Дагомыс», 1114 октября 2005 г.). - Ростов-на-Дону. - С. 165 - 170.

41. Способ защиты от грозовых перенапряжений централизованных электронных систем железнодорожной автоматики и телемеханики /А.Д. Манаков, B.C. Снегуров, A.C. Снегуров, В.А. Шатохин //Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте: Сборник докладов 3-й Международной научно-практической конференции «ТрансЖАТ-2006» (Таврический дворец, 23-26 августа 2006 г.). - Санкт-Петербург. - С. 195 - 198.

42. Манаков, А.Д. Проблемы методологии испытаний и нормирования испытательных грозовых воздействий при испытании систем железнодорожной автоматики и телемеханики / А.Д. Манаков, В.А. Шатохин, АЛ. Зоричев // Первая Российская конференция по молниезащите: Сборник докладов / Под ред. Ю.В. Целебровского - Новосибирск: Сибирская энергетическая академия, 2007. - С. 157 - 164.

43. Гуров, C.B. Опыт применения устройств защиты от импульсных перенапряжений для защиты микропроцессорных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики от грозовых воздействий на Свердловской железной дороге / C.B. Гуров, A.JI. Зоричев, А.Д. Манаков, В.А. Шатохин // Первая Российская конференция по молниезащите: Сборник докладов /Под ред. Ю.В. Целебровского - Новосибирск: Сибирская энергетическая академия, 2007.-С. 309 - 315.

Подписано к печати Печать — ризография.

Тираж 100 экз._

CP ПГУПС

06.07.2011 г.

Бумага для множит, апп. Заказ № 593

Печ. л. - 2,0 Формат 60x84 1/ 16

190031, С.-Петербург, Московский пр., 9

Курс на широкое применение на железнодорожном транспорте электронных систем управления движением поездов поставил в ряд актуальных задачи защиты таких систем от перенапряжений, сверхтоков и помех. Имея малые габариты и малую рабочую поверхность элементов, электронные системы снизили уровни рабочих сигналов, электрическую прочность устройств и токонесущую способность элементов систем.

В результате действия помех происходит ложное срабатывание и сбои в работе технических средств. Теория электромагнитной совместимости (ЭМС) разрабатывает методы и средства защиты технических средств от действия помех, то есть энергий соизмеримых с энергией рабочего сигнала, которая нарушает алгоритм функционирования технических средств. При исследовании помех широко применяются методы теории вероятностей и математической статистики.

Теория ЭМС не решает вопросов координации изоляции и защиты вводов-устройств от электрических, тепловых и динамических разрушений при действии энергий многократно превышающих уровни рабочего сигнала и электрическую прочность изоляции технических средств. Напряжения и токи в цепях технических средств, вызывающие повреждение технических средств (пробой изоляции, тепловое и/или динамическое разрушение), а также поражение электрической энергией обслуживающего персонала далее будем называть опасными электромагнитными воздействиями (ОЭМВ). Каждое техническое средство характеризуется стойкостью по отношению к ОЭМВ, то есть способностью выдерживать перегрузки по напряжению (перенапряжение) и перегрузки по току (сверхток).

Теория электромагнитной стойкости (ЭМСТ), а также научное направление «Техника высоких напряжений» разрабатывают методы и технические средства защиты устройств от воздействия электромагнитных энергий, мнофективность устройств защиты, устанавливаемых на вводе устройств и в самих устройствах, но связаны с разрушением дорогостоящих испытуемых устройств. Такие испытания не могут проводиться для систем защиты от ОЭМВ с элементами защиты, распределёнными на протяжённых линиях.

Эксперименты на реальных объектах при воздействии энергии ОЭМВ со значениями ниже предельно допустимых величин для исключения разрушений реальных устройств, а затем расчёта характеристик для воздействий, превышающих предельно допустимые уровни так же имеют существенный недостаток. Такие расчёты не отражают реальные процессы в устройствах, так как при действии ОЭМВ устройства работают в нелинейных режимах, а расчёт предполагает линейную зависимость.

Трудности, связанные с рассеиванием энергии ОЭМВ устройствами защиты, сосредоточенными в одном месте, например на вводе устройства, ставят задачу реализации каскадного метода защиты. При таком методе каж-. дый каскад защиты должен обеспечить допустимые условия работы для последующего каскада защиты и защищаемого устройства. При создании системы защиты от ОЭМВ, которая представляет собой скоординированную систему правильно подобранных и установленных устройств, защиты от ОЭМВ, требуется согласование каскадов защиты. '

Для волн грозовых и коммутационных перенапряжений функциональные устройства, такие как линия и трансформаторы, являются элементами системы защиты за счёт изменения параметров активного сопротивления и индуктивности проводов (линия), а также - магнитной вязкости магнитопро-вода трансформатора,. насыщения магнитопровода, индуктивностей рассеивания и межвитковой ёмкости обмоток трансформатора. Линия и трансформаторы систем железнодорожной автоматики и телемеханики являются элементами функциональной защиты от ОЭМВ.

Защита электронных устройств от ОЭМВ может быть эффективной только при согласованном взаимодействии средств функциональной (линии и трансформаторы) и дополнительной защиты в источнике ОЭМВ, канале

3. Исследование каналов проникновения энергии ОЭМВ в устройства ЖАТ. Исследование волновых процессов в ВЛ АБ напряжением 10 кВ при действии грозовых перенапряжений как основного канала проникновения перенапряжений в устройства ЖАТ;

4. Разработка методов и средств защиты от ОЭМВ. Создание защищенных подходов к трансформаторам питания устройств ЖАТ путем подвески защитных тросов и установки линейных устройств защиты от импульсных перенапряжений на высоковольтной линии электроснабжения систем ЖАТ.

Создание сетевого фильтра защиты однофазного ввода питания устройств ЖАТ.

Разработка ключевых защитных устройств на основе силовых полупроводниковых приборов в рамках концепции «Силовой полупроводник защитит слаботочный полупроводник».

Исследование защитных свойств трансформаторов ЖАТ по передаче, энергии ОЭМВ по ёмкостной и магнитной связям.

Разработка метода защиты высоковольтной обмотки трансформаторов, питания устройств ЖАТ типа ОМ, которые нашли массовое применение в системах ЖАТ, путем снижения градиентных перенапряжений при действии, волн перенапряжений с крутыми фронтами.

Целью диссертации является развитие теории электромагнитной стойкости электронных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики путём разработки моделей, методов и средств защиты от опасных электромагнитных воздействий.

Основными задачами исследования являются:

1. Разработка концепции защиты устройств ЖАТ от перенапряжений;

2. Разработка математических моделей каналов проникновения энергии опасных электромагнитных воздействий в устройства ЖАТ;

3. Разработка математической модели трансформатора при условии передачи импульсной энергии через электрическую и магнитную связи трансформатора;

4. Исследование волновых процессов в слоях высоковольтной обмотки трансформатора и разработка способа снижения градиентных перенапряжений;

5. Разработка методов и средств защиты электронных устройств ЖАТ от опасных электромагнитных воздействий;

6. Создание систем защиты электронных устройств ЖАТ от опасных электромагнитных воздействий.

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, библиографического списка и приложений.

ВЫВОДЫ ПО СЕДЬМОМУ РАЗДЕЛУ

1. Разработана математическая модель тяговой сети переменного тока при влиянии тока короткого замыкания на аппаратуру рельсовых цепей.

2. Разработан метод исследования средств защиты аппаратуры рельсовых цепей при коротком замыкании в тяговой сети, который позволяет анализировать любые средства защиты и для конкретных эксплуатационных условий выявлять участки, где анализируемые средства защиты не обеспечивают надежную защиту устройств рельсовых цепей. Для таких участков разработаны ключевой метод защиты и ключевые защитные устройства на основе силовых полупроводниковых приборов.

3. Сформулированы требования к ключевым защитным устройствам. Использование для защиты комплекса;, состоящего из трансформатора и ключевого защитного устройства, включенного между трансформатором и защищаемым устройством, позволяет осуществить динамическую и тепловую совместимость характеристик энергии1 опасных электромагнитных воздействий- и элементов, ключевого защитного^ устройства- и, тем- самым, создать высоконадёжные системы защиты: от коммутационных перенапряжений;

4. Разработана математическая модель системы питания «провод -рельс» для исследования влияния переходных процессов в тяговой, сети на резервный ввод питания устройств ЖАТ в момент короткого замыкания? контактного провода на рельс на. участках с электрической; тягой на переменном токе.

5. Проведены исследования; стойкости существующей; защиты резервного вводам питания устройств ЖАТ к коммутационным перенапряжениям; С целью; исключения повреждения? существующих варисторных средств защиты резервного ввода питания устройств ЖАТ при коротком замыкании в тяговой сети и для более глубокого ограничения перенапряжения в работе предлагается последовательно с варистором защиты установить электронное ключевое устройство на основе силовых полупроводниковых приборов. Такое устройство позволяет использовать варисторы с низким классификационным напряжением для глубокого ограничения перенапряжения и допускает параллельное включение нескольких варисторов для увеличения допустимой энергии, рассеиваемой на средстве защиты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные выводы и результаты.

1. Отсутствие эффективной защиты от опасных электромагнитных воздействий электронных устройств ЖАТ является причиной значительных экономических потерь, связанных не только с задержками поездов, но и с затратами на восстановление поврежденных электронных устройств, имеющих значительную стоимость по сравнению с релейными системами.

2. Защита электронных устройств ЖАТ от опасных электромагнитных воздействий может быть эффективной только при согласованном взаимодействии мер и средств защиты в источнике перенапряжений, канале распространения, на вводе устройства ЖАТ и в самом устройстве.

3. Разработана концепция защиты устройств ЖАТ от перенапряжений, которая предусматривает согласование функциональной и дополнительной защиты посредством вычислительного эксперимента. Обоснована замена применения типовых средств защиты на основе эвристического подхода на метод проектирования систем защиты для конкретных эксплуатационных условий. Предложена методология исследования на математических моделях опасных электромагнитных воздействий на устройства ЖАТ.

4. Разработана математическая модель высоковольтной линии автоблокировки при распространении волн грозовых и коммутационных перенапряжений, которая учитывает изменение параметров схемы замещения линии при изменении длительности фронта и спада импульса.

5. Разработаны математические модели тяговой сети переменного тока в виде цепных схем для исследования воздействия аварийных процессов в тяговой сети на аппаратуру рельсовых цепей и резервные вводы питания устройств ЖАТ, а также - для обоснования требований к средствам защиты от коммутационных перенапряжений. э 5 г I

6. Разработана математическая модель многослойной высоковольтной обмотки трансформатора, учитывающая взаимную индуктивность между слоями. Результаты расчёта переходных процессов показали удовлетворительную сходимость с данными эксперимента — в среднем коэффициент корреляции равен 0,73.

7. Предложен метод снижения* градиентных перенапряжений в слоях обмоток трансформатора; включающий введение технологичных намоточных электростатических экранов, которые позволяют повысить надёжность работы трансформатора, и, соответственно, электропитания устройств ЖАТ при действии арозовых перенапряжений.

8. Разработаны математические модели трансформаторов устройств ЖАТ при передаче импульсной энергии через электрическую и магнитную связи. Динамическую индуктивность трансформатора; как функцию-скорости изменения тока намагничивания; с большим числом витков обмотки намагничивания, предлагается определять методом разряда конденсатора на дополнительную обмотку реального трансформатора с меньшим числом витков,, а реальные характеристики; динамической^ индуктивности следует вычислить через квадрат коэффициента трансформации.

9; Доказана эффективность защиты вводов питания, устройств ЖАТ посредством подвески защитного троса и установки линейных ограничителей перенапряжения, снижающих уровень энергии, действующей на средства защиты.

10. Предложенные модели и методы обеспечивают согласование каскадов функциональной и дополнительной защиты ввода питания от атмосферных перенапряжений; а для аппаратуры рельсовых цепей и резервного ввода питания от коммутационных перенапряжений.

11. На основе разработанных моделей и методов создан комплекс технических средств защиты: защитный многофункциональный ключ тиристорный «ЗАМОК-Т», сетевой фильтр защиты однофазного ввода питания «ФС» и устройство защиты от импульсных перенапряжений комбинированного типа. Основой разработанных средств защиты являются силовые полупроводниковые приборы, характеристики которых согласуются с защищаемыми электронными устройствами ЖАТ.

1. ОСТ 32.17-92. Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики. Основные понятия. Термины и определения. СПб.: ПГУПС. - 33 с.

2. Князев, А.Д. Конструирование радиоэлектронной и электронно; вычислительной аппаратуры с учётом электромагнитной совместимости

3. А.Д. Князев, Л.Н. Кечиев, Б.В. Петров. М.: Радио и связь, 1989. - 224 с.

4. Михайлов, М.И. Влияние внешних электромагнитных полей на цепи проводной связи и защитные мероприятия /М.И. Михайлов. — М.: Связьиздат, 1959.-583 с.

5. Михайлов, М.И. Защита сооружений связи от опасных и мешающих влияний/М.И. Михайлов, Л.Д. Разумов, С.А. Соколов—М.: Связь, 1978. 288 с.

6. Михайлов, М.И. Электромагнитные влияния на сооружения связи/ М.И. Михайлов, Л.Д. Разумов, С.А. Соколов: М.: Связь, 1979.' - 264 с.

7. Михайлов, М.И. Электромагнитные влияния на сооружения связи/ М.И. Михайлов, Л.Д. Разумов, A.C. Хоров. — М.: Связьиздат, 1961.-71 с.

8. Правила защиты устройств проводной связи проводного вещания от влияния тяговой; сети электрических железных дорог (переменного! тока. — М.: Транспорт, 1973.-96 е.), (постоянного тока).-М.:Транспорт, 1969.-44 с.

9. Правила защиты установок проводной связи энергосистем от опасных напряжений и токов (Схемы защиты и нормативные указания). М., 1966.-20 с.

10. Бадер, М.П. Электромагнитная совместимость /М.П. Бадер. М.: УМПК МПС, 2002. - 638 с.

11. Кравченко, В.И. Грозозащита радиоэлектронных средств: Справочник / В.И. Кравченко. — М.: Радио и связь, 1991. 264 с.

12. Сертификация и доказательство безопасности систем железнодорожной автоматики /В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, В.И. Талалаев и др.; Под ред. Вл.В. Сапожникова. -М.: Транспорт, 1997. 288 с.

13. Станционные системы автоматики и телемеханики /Вл.В. Сапожников, Б.Н. Ёлкин, И.М. Кокурин и др.; Под ред. Вл. В. Сапожникова. М.: Транспорт, 2000. — 432 с.

14. Вишневский, А.И. Силовые ионные и полупроводниковые приборы /А.И. Вишневский, B.C. Руденко, А.П. Платонов. М.: В. ILL, 1975.

15. ГОСТ Р 50397-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. -М.: Изд-во стандартов, 1993.

16. Современный толковый словарь русского языка / Гл. ред. С.А. Кузнецов. СПб.: «Норинт», 2007. - 960 с.

17. ГОСТ Р 50656-2001. Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства железнодорожной автоматики и телемеханики. Требования и методы испытаний. — М.: Изд-во стандартов, 2002.

18. ГОСТ 18311-80(2004). Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий. -М.: Изд-во стандартов, 2004. С изменениями № 1 и 2 утвержденными в мае 1982 г., в марте 1989 г. (ИУС 9-82, 7-89).

19. Международный электротехнический словарь. Группа 25 М-43. Производство, передача и распределение электрической энергии. М.: «Сов. Энциклопедия», 1967. 164 с.

20. МЭК 62305-5. Молниезащита. Ч. 5: Линии коммуникации.

21. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник /О. Г. Чебов-ский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин.- 2-е изд.перераб. и доп. М.: Энерго-атомиздат, 1985. - 400 с.

22. Гурвич, И.С. Защита ЭВМ от внешних помех. — 2-е изд., перераб. и доп. / И.С. Гурвич. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 224 е., ил.

23. Князь, А.И. Составные части теоретических основ ЭМС / А.И. Князь //Сб. материалов всесоюз. науч. — техн. симпозиума (Харьков). М.: Радио и связь, 1986. С. 9-10.

24. ITU (Международный телекоммуникационный союз) Recommendation К.20 (2000-02): Стойкость оборудования электросвязи, установленного в телекоммуникационном центре, к перегрузкам по напряжению и току.

25. ITU Recommendation К.21 (2000-10): Стойкость телекоммуникационной аппаратуры, установленной в помещении пользователя, к перенапряжениям и сверхтокам.

26. ITU Recommendation K.22 1995: Стойкость к перенапряжениям оборудования, соединенного с каналом связи ISDN ( интегральная цифровая сеть с комплексными услугами) T/S.

27. Евсеев, И.Г. Защита устройств связи и СЦБ /И.Г. Евсеев. М.: Транспорт, 1982. - 176 с.

28. Геллер, Б., Веверка А. Импульсные процессы в электрических машинах /Б. Геллер, А. Веверка. М.: Энергия, 1973. — 440 с.

29. Руководящие указания по защите от перенапряжений устройств СЦБ (РУ-90). М.: Транспорт, 1990. - 60 с.

30. Сердинов, С.М. Повышение надёжности устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог. 2-е изд., перераб.' и доп./С.М. Сердинов. — М.: Транспорт, 1985, 301 с.

31. Векслер, М.И. Защита тяговой сети постоянного тока от токов короткого замыкания / М.И. Векслер. М.: Транспорт, 1976. - 120 с.

32. Фигурнов, Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог / Е.П. Фигурнов. М.: Транспорт, 1981. 215 с.

33. Защита от перенапряжений устройств автоблокировки и-электрической централизации. Методические указания И-247-97. СПб, ГТСС, 1999: -38 с.

34. Лисовский, М.П. Защита систем железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений. 4.1. Методика анализа: Учебное пособие / М.П. Лисовский. СПб: ПГУПС, 1993. - 82 с.

35. Лисовский, М.П. Защита систем железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений. 4.2. Методика синтеза: Учебное пособие / М.П. Лисовский. СПб: ПГУПС, 1995. - 76 с.

36. Костроминов, A.M. Защита устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от помех/A.M. Костроминов-М.:Транспорт, 1995.-191 с.

37. Влияние импульсных помех тяговой сети постоянного тока на рельсовые цепи и меры их защиты /B.C. Ляличев, B.C. Айдарова, A.A. Леонов, В.И. Гузанов //Экспресс-информация. Автоматика и связь (ЦНИИТЭИ МПС).-М., 1981.-Вып. 2.-24 с.

38. Гузанов, В.И. Защита аппаратуры рельсовых цепей 25 Гц от тягового тока / В.И. Гузанов, A.A. Леонов, B.C. Ляличев //Автоматика, телемеханика и связь. М., 1978. - № 8. - С. 12-17.

39. Евсеев, И.Г. Электромагнитное влияние устанавливающихся процессов в контактной сети электрифицированной железной дороги и линии электропередачи на цепи сигнализации и связи. — Автореф. — Дис. . канд. техн. наук. — М., 1953. 13 с.

40. Любимов, К.А. Влияние коротких замыканий в контактных сетях на устройства СЦБ и связи /К.А. Любимов, B.C. Ляличев, В.Ф. Шепко //Автоматика, телемеханика и связь. М., 1975. -№11. - С. 16-21.

41. Ляличев, B.C. Исследование и ограничение перенапряжений в рельсовых цепях переменного тока с дроссель-трансформаторами. Дис. . канд. техн. наук. -М., 1974. 186 с.

42. Ляличев, B.C. Защищённость от перенапряжений рельсовых цепей переменного тока 25 Гц /B.C. Ляличев //Автоматика, телемеханика и связь. -М., 1973.-№9.-С. 3-6.

43. Белоглазова, Н.С. Разрядники для защиты низковольтных электрических цепей переменного тока / Н.С. Белоглазова //Автоматика, телемеханика и связь. М., 1979. - № 1. - С. 15 - 18.

44. Вахнин, М.И. О защите от перенапряжений устройств связи и автоматики с полупроводниковыми элементами /М.И. Вахнин //Вестник ВНИ-ИЖТа. М., 1960. - № 4. - С. 7 - 10.

45. Евсеев, И.Г. Новый вентильный разрядник типа РВН-250 /И.Г. Евсеев. -М.: Трансжелдориздат, 1962. 11 с.

46. Руководящие указания по применению варисторов в устройствах связи и СЦБ. М.: Транспорт, 1975. - 62 с.

47. Евсеев, И.Г. Импульсно-волновые испытания полупроводниковых диодов и транзисторов /И.Г. Евсеев, H.H. Иванов //Вестник ВНИИЖТа. М., 1968.-№7.-С. 49-52.

48. Евсеев, И. Г. Защита полупроводниковых приборов от атмосферных перенапряжений /И.Г. Евсеев, Н.С. Белоглазова // Автоматика, телемеханика и связь. М., 1978. - № 2. - С. 11 - 15.

49. Евсеев; И.Г. Защита от перенапряжений- полупроводниковых приборов СЦБ в силовых и рельсовых цепях /ИГ.Евсеев, В.Б. Ягодин //Автоматика, телемеханика и связь. М., 1981. - № 3. - С. 10-12.

50. Евсеев; И.Г. Защита полупроводниковых приборов железнодорожной автоматики от перенапряжений/ И.Г. Евсеев, В.Б. Ягодин, Н.С. Белоглазова // Экспресс-информация. Автоматика и связь (ЦНИИТЭИ МПС).- М., 1984.-Вып. 3.-15 с.

51. Защита1 от перенапряжений полупроводникового оборудования систем СЦБ (обзор) // Экспресс-информация. Железнодорожный транспорт за рубежом. Серия 3. (ЦНИИТЭИ МПС). М., 1979. - Вып. 5. - С. 1 - 18.

52. Защита устройств, автоматики и телемеханики от влияния электрифицированных железных дорог и атмосферных перенапряжений (обзор) // Железнодорожный транспорт за рубежом (ЦНИИТЭИ МПС). М:, 1983. Вып. 14.-С. 113-127.

53. Капуста, A.C. Защита полупроводниковых приборов от перенапряжений /A.C. Капуста, П.П. Золочевский // Автоматика, телемеханика и связь. -М., 1979. -№3.- С. 10-12.

54. Костроминов, A.M. О нетрадиционном методе защиты от мощных импульсных помех / A.M. Костроминов, А.Д. Манаков; Ленингр. ин-т инж. ж.-д. трансп. Л., 1987. - 12 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС, № 3856 - жд 87.

55. Методические указания по защите полупроводниковых приборов СЦБ и связи от атмосферных и коммутационных перенапряжений. — М.: Транспорт, 1985. 46 с.

56. Повышение эффективности схем защиты аппаратуры автоматики и телемеханики от перенапряжений /Б.Н. Филиппов, М.П. Лисовский, Н.М. Беляев //Автоматика, телемеханика и связь. М., 1984. - № 3. - С. 3 — 6.

57. Молния и её влияние на цепи железнодорожной сигнализации / ЦНИИТЭИ МПС. Перевод № 520/79. - М., 1970 с. - по заказу МПС.

58. Радиопомехи и электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Распределение и использование радиочастот в кн.: Радиоэлектроника в 1972 г. М.: НИИЭИР, 1973, т.1. Обзорно матер, иностр: печати:

59. ГЕС 1024-1-1. Protection of structures against lightning. Part 1: General principles. Section 1 : Guide A Selection of protection levels for lightning protection systems. First édition, 1993-08.

60. Чахмахсазян, E.A. Машинный анализ интегральных схем. Вопросы теории и программирования / Е.А. Чахмахсазян, Ю.Н. Бармаков, А.Э. Голь-денберг М.: Советское радио, 1974. - 272 с.

61. Шеннон, Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука / Перевод с англ. под ред. Е. К. Масловского — М.: Мир, 1978. - 418 с.

62. Анго, А. Математика для электро- и радиоинженеров / А. Анго. -М.: Наука, 1964.-380 с.

63. Атабеков, Г.И. Основы теории цепей /Г.И. Атабеков. М.: Энергия, 1969. - 424 с.

64. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи / Л.А. Бессонов. М.: Высшая школа, 1984.- 559 с.

65. Анисимов, Б.В. Машинный расчёт элементов ЭВМ / Б. В. Аниси-мов, Б.И. Белов, И.П. Норенков. -М.: Высшая школа, 1976. 336 с.

66. Белов, Б.И. Расчет электронных схем на ЭЦВМ / Б.И. Белов, И.П. Норенков-М.: Машиностроение, 1971. 143 с.

67. Ортега, Дж. Введение в численные методы решения дифференциальных уравнений / Дж. Ортега, У. Пул. М.: Наука, 1986. - 288 с.

68. Чуа, JI. О. Машинный анализ электронных схем/ JI. О. Чуа, Пен-Мин-Лин. М.: Энергия, 1980. - 640 с.

69. Концепция защиты устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений /А.Б. Никитин, O.A. Наседкин, А.Д. Мана-ков, В.А. Шатохин; Петербург, гос. ун-т путей сообщ. СПб., 2006. -37 с.-Деп. в ОИТЭИВНИИАС 15.05.2006, № 6481-ж.д.2006.

70. Концепция защиты устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений (проект) /А.Б. Никитин, Oi А. Наседкин, А.Д. Манаков, В'.А. Шатохин //Ж.-д. трансп. Сер. «Автоматика и телемеханика». ЭИУЦНТИ 2006. - Вып. 3 - С. 1-25.

71. Манаков, А.Д. Концепция защиты * устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от перенапряжений /А.Д. Манаков // Промышленный транспорт Урала Екатеринбург. - 2007. - №9(11). — С. 35-37.

72. Никитин, А.Б. Устройства защиты от импульсных перенапряжений электронных систем /А.Б. Никитин, А.Д.Манаков //Транспорт. Наука, техника, управление: Научный информационный сборник / ВИНИТИ. М.: ВИНИТИ, 2010. - № 5. - С. 14-17.

73. ГОСТ Р 51992-02 (МЭК 61643-1-98) Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. М.: Изд-во стандартов, 2004.

74. Манаков, А.Д. Защита устройств СЦБ от опасных электромагнитных влияний: Курс лекций /А.Д. Манаков.-Хабаровск: ДВГУПС, 1998.- 57 с.

75. Характеристики импульсных воздействий на системы ЖАТ. Временные нормы. /А.Б. Никитин, О.А. Наседкин, А.Д. Манаков и др. СПб.: ПГУПС, 2007. - 18 с.

76. Kube К. Lightning the protection of signalizing and communication. //Progressive Railroading, 2000, - №9. - P. 70, 72.

77. Signal ground protection solves lightning problems //Progressive Railroading, 1995, - №9. - P. 99-102, 104.

78. IEC-61024-1 (1990-04). Защита сооружений от ударов молнии. Часть 1 : Общие принципы.

79. IEC-61312-1(1995-05). Защита от электромагнитного импульса-молнии. Часть 1 : Общие принципы.

80. IEC 62305-1, Ed. 1: Protection against lightning Part 1: General principles.

81. Эксплуатационно-технические требования по защите устройств железнодорожной автоматики от коммутационных и атмосферных перенапряжений / Д.В. Гавзов, А.Д. Манаков, В.А. Шатохин // Памятка ОСЖД Р-850. -Варшава: ОСЖД, 2005 г. 18 с.

82. Разделение потерь энергии на перемагничивание как проблема теории / Ю.А. Вдовин, В.П. Иванов, А.И. Кадочников, А.А. Сивенцев //Тр. Метрологических ин-тов СССР. 1971. - Вып. 120 (180). - С. 79 - 88.

83. Веников, В.А. Теория подобия и моделирования /В.А. Веников, Г.В. Веников М.: Высшая школа, 1984. - 439 с.

84. Русин, Ю.С. Трансформаторы звуковой и ультразвуковой частоты / Ю.С. Русин. М.: Энергия, 1973.-152 с.

85. Стогний, Б.С. Анализ и расчет переходных режимов работы трансформатора тока /Б.С. Стогний. Киев: Наука Думка, 1972. - 140 с.

86. Матханов, П.Н. Расчет импульсных трансформаторов / П.Н. Матха-нов, JI.3. Гоголицын. Л.: Энергия. Ленинград. Отд-ние, 1980. 109 с.

87. Губанов, B.B. Стабилизированные полупроводниковые преобразователи в системе с нелинейными резонансными устройствами /В.В. Губанов. Д.: Энергоатомиздат. Ленинград, отд-ние, 1985. - 192 с.

88. Поливанов, K.M. Динамические характеристики элементов электрических цепей / K.M. Поливанов //ДАН СССР. 1958;-Т. 118. - № 1. - С. ; 80-83.

89. Белявский, В.Ф. О динамических характеристиках ферромагнитных сердечников /В.Ф. Белявский, K.M. Поливанов //НДВШ. Электромеханика и автоматика. 1959. - № 2. - С. 14 - 27.

90. Шамаев, Ю.М. Динамические характеристики ферритов /Ю.М. Шамаев, В.Л. Дятлов. А.И. Пирогов // НДВШ. Электромеханика и; автоматика. 1959; - № V. - С. 27 - 34.

91. Поливанов, K.M. Ферриты и< бесконтактные элементы: Сб. научн. тр. /K.M. Поливанов, Ю.М. Шамаев, А.И. Пирогов. Минск; Изд-во АН БССР, 1963.-С. 34-36.

92. Пирогов, A.M. Магнитные сердечники в автоматике и вычислительной технике /A.M. Пирогов, Ю.М. Шамаев. — М.: Энергия, 1967. 272 с.

93. Бессонов, JI.A. Расчет электрических цепей с учетом гистерезиса / Л.А. Бессонов //Электричество. М., 1948. - № 1. - С. 45-51.

94. Бладыко, В ;М. Математическая модель динамических петель гистерезиса / В.М. Бладыко, A.A., Мазуренко, В.Ф. Мехедко //Изв. ВУЗ. Энергетика. М., 1974:- № 6.-С. 114-117.

95. Разделение потерь энергии на перемагничивание как проблема | теории / Ю.А. Вдовин, В.П. Иванов, А.И. Кадочников, A.A. Сивенцев //Тр. метрологических ин-тов СССР. 1971. - Вып. 120 (180). - С. 79-88.

96. Электрические измерения /Л.И. Байда, Н.С. Добротворский, Е.М. Душин и др.; Под ред. A.B. Фремке и Е.М. Душина Изд. 5-е перераб. и до-полн. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. - 392 с.

97. Ткачев, И.JI. Индуктивность катушек с железным сердечником в импульсном режиме / И.Л. Ткачев //Вопросы радиоэлектроники. М., 1964. -Серия III. Вып. 12. - С. 33-38.

98. Манаков, А.Д. Методы и средства защиты устройств СЦБ с трансформаторными связями от опасных электромагнитных влияний: Дис. . канд. техн. наук / А.Д. Манаков; Ленингр. ин-т инж. ж.-д. транспорта. Л., 1988. -265 с.

99. Манаков, А.Д. Динамическая индуктивность трансформатора: ста-тья/А.Д. Манаков //Петербургский государственный университет путей сообщения: Известия/ гл. ред. В.И. Ковалёв. СПб: ПГУПС, 2010. - Вып. 2 (23).-С. 208-219.

100. Испытание магнитных материалов и систем /Е.В. Комаров, А.Д. Покровский, В.Г. Сергеев и др.; Под ред. Шихина А.Я. М.: Энергоиздат, 1984.-376 с.

101. Нейман, Л.Р. Теоретические основы электротехники /Л.Р. Нейман, К.С. Демирчан 2-е изд. Т. 2, 1975. - 407 с.

102. Основы теории цепей /Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, C.B. Страхов. 4-е изд., перераб. -М.: Энергия, 1975. - 749 с.

103. Основы электротехники /К.А. Круг, А.И. Даревский, Г.В. Зевеке и др.; Под ред. К.А. Круга. М. - Л. : Госэнергоиздат, 1952. - 422 с.

104. Русин, Ю.С. Проектирование индуктивных элементов. /Ю.С. Русин, A.M. Чепарухин. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1981. - 173 с.

105. Wagner K.W. Das Eindringen einer elektromagnetischen Welle in eine Spule mit Windungskapazität. «Elektrotechn. Masch. — Bau», 1915, S. 89.

106. Blume L.F., Boyajian A. Abnormal voltages within transformers. -«Transactions AIEE», 1919, p. 577.

107. Pirenne J. Theorie generale des phenomenes oscillatoires dans les enroulements des transformateurs. «Rev. gen Electr.», 1940, p. 19.

108. Карасев, В.A. Теория расчёта напряжений в обмотках трансформаторов / В.А. Карасев. «Электричество», 1944, № 11/12, с. 18.

109. Петров, Г.Н. К расчету перенапряжений в трансформаторах / Г.Н. Петров. «Бюллетень ВЭИ», 1935, № 12, с. 28.

110. Heller В., Hlavka J., Veverka A. Narazove zjevy v transformatorech, Par I. «Electroteechn. Obz.», 1948. s. 93.

111. Heller В., Hlavka J., Veverka A. Narazove zjevy v transformatorech, Par II. «Electroteechn. Obz.», 1948. s. 100.

112. Abetti P. A. Methodes pour l'etude des tensions anormales dans les transformateurs. «Bulletin scientifique de l'Association des Ingénieurs Electriciens sortis de l'Institut Montefiore», 1957, p. 851.

113. Rudenberg G. Performance of travelling waves in coils and windings. -«Transaction AIEE»,1940, p. 1031.

114. Дмитревский, B.C. Расчет и конструирование электрической изоляции: Учеб. пособие для вузов / B.C. Дмитревский. М.: Энергоиздат, 1981. - 392 е., ил.

115. Русин, Ю.С. Расчёт электромагнитных систем / Ю.С. Русин. JL: Энергия, 1968. - 132 с.

116. Базуткин, В.В. Расчеты переходных процессов и перенапряжений / В.В. Базуткин, Л.Ф. Дмоховская-М.: Энергоатомиздат, 1983. — 328 с.

117. Техническое описание и инструкция по эксплуатации трансформаторов типа ОМ. ЖКУИ 671110.004ТС- Минэлектротехпром, 1987.

118. Алексеева, И.Д. Электрические и магнитные измерения'на железнодорожном транспорте. Учебн. для студентов вузов ж. д. транспорта / И.Д. Алексеева. -М.: Транспорт. 1965. 228 с.

119. Электрические измерения. Учебник для вузов. 5-е изд. перераб. и доп. /Л.И. Байда, Н.С. Добротворский, Е.М. Душин и др.- Л.: Энергия. Ле-нинг. отд., 1980. - 392 с.

120. Бартновский, А.Л: Измерения в электротехнических устройствах железнодорожного транспорта. Изд. — 3-е перераб. и доп. / А.Л. Бартновский, В.О. Козин, С.А. Кучер. -М.: Транспорт 1980, 408 с.

121. Электрические измерения: Учеб. пособие для вузов / В.Н. Малиновский, P.M. Демидова-Панферова, Ю.Н. Евланов и др. ; Под ред. д-ра техн. наук В.Н. Малиновского. -М.: Энергоатомиздат. 1985.-416 с.

122. Калантаров, П.Л. Расчет индуктивностей: Справочная книга. 3-е изд., перераб. и доп. / П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтмен. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. -448с.

123. Милосердое, Е.П. Особенности грозовых воздействий на распределительные трансформаторы ЮкВ и повышение эффективности их грозозащиты: Дис. . канд. техн. наук / Е.П. Милосердое; Ивановский энергетический институт. Иваново, 1979.

124. Лизунов, С.Д. Импульсные перенапряжения в высоковольтных трансформаторах. ВНИИЭМ, 1965.

125. Лоханин, А.К. Вопросы расчета перенапряжений в катушечных обмотках трансформаторов: Дис. . канд. техн. наук / А.К. Лоханин; ВЭИ. М., 1966.

126. Конторович, Л.Н. Разработка математических моделей, методов расчета импульсных процессов и параметров обмоток высоковольтных трансформаторов: Дис. . канд. техн. наук / Л.Н. Конторович; Новочеркасский политехнический институт. Новочеркасск, 1979.

127. Карасев, В.А. Поведение трансформаторной стали при процессах перенапряжений /В.А. Карасев, А.Д. Марголин /УЖ. Т. Ф. 1937, т. У11, вып. 8.

128. Йенсен, К., Вирт Н. Паскаль: руководство для пользователя / пер. с англ. и предисл. Д.Б. Подшивалова. — М.: Финансы и статистика. 1989. — 255 с.

129. Расчет импульсных воздействий в обмотках трансформаторов с применением ЭВМ / З.М. Белецкий, А.Г. Бунин, А.Ф. Горбунцов, Л.Н. Конторович // Информэлектро. М.: 1978. - 79 с.

130. Никитин, А.Б. Математическая модель трансформатора при действии продольных перенапряжений: статья /А.Б. Никитин, А.Д. Манаков, E.H. Шатров // Транспорт Урала. Екатеринбург:УрГУПС, 2008. - №1(16) -С. 64-68.

131. Математическая статистика. Учебник для техникумов / Под ред. A.M. Длина М.: Высш. школа, 1975.

132. Шнейдер, Г.Я. Импульсная прочность трансформаторов 1 2 габаритов класса 6-35кВ. - В сб.: «Электротехническая промышленность», 1962. №7.

133. Бумажно-масляная изоляция в высоковольтных конструкциях. Под ред. Кучинского Г.С. М. Л., ГЭИ, 1963.

134. Пат. 2410784 Россия, МПК H01F 27/35. Трансформатор/А.Д. Манаков; А.Б. Никитин, O.A. Наседкин, В.А. Шатохин, E.H. Шатров Заявлено 11.01.2010; Опубл. 27.01.2011, Бюл. №3.

135. Молния и её влияние на цепи железнодорожной сигнализации /ЦНИИТЭИ МПС. Перевод №520/79- по заказу МПС. - М., 1979.

136. Биндер, Л. Блуждающие волны в-электрических сетях /Л. Биндер. М.: - Л.: Главная редакция.энергетической литературы, 1935. - 203 с.

137. Калашников, A.M. Основы радиотехники ^радиолокации. Книга 1. Колебательные системы / A.M. Калашников, Я.В. Степук. М:: МО СССР, 1959.-355 с.

138. Каганов, З.Г. Электрические цепи с распределёнными параметрами и цепные схемы / З.Г. Каганов. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 248 с.

139. Линии*связи: Учебник для вузов /И.И. Гроднев, С.М. Верник, Л.Н. Качановский; Под ред. Л.Н. Качановского. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1995. - 488 с.

140. ГОСТ Р 51312 99. Кабели для сигнализации и блокировки СБПУ. М.: Изд-во стандартов, 1999.

141. Русин, Ю.С. Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры: Справочник /Ю.С. Русин, И.Я. Гликман, А.Н. Горский. М.: Радио и связь, 1991.-224 с.

142. Манаков, А. Д. Сетевой фильтр защиты однофазного ввода питания /А.Д. Манаков //Автоматика, связь, информатика: Научно-популярный производственно-технический журнал. М., 2011. - № 3. - С. 18-19.

143. Патент 1338116 (Англия). Сетевой фильтр. /Заявитель акц. общ-во «Сименс» (ФРГ), 1973.

144. Кравченко, В.И. Радиоэлектронные средства и мощные электромагнитные помехи /В.И. Кравченко, Е.А. Болотов, Н.И. Летунова; Под ред. В.И. Кравченко. М.: Радио и связь, 1987. - 256 с.

145. А. с. 855832 СССР. Устройство для защиты электроустановки от перенапряжений /В.Н. Праворотов, В.В. Сорокин, П.В. Клорикъян. Опубл. в Б. И., 1981. -№30.

146. А. с. 1374332 СССР. Устройство для защиты электронной нагрузки от перенапряжений /А.М. Костроминов, А.Д. Манаков. Опубл. в Б. И., 1988.-№6.

147. Руководящие указания по защите от перенапряжений устройств СЦБ. -М:: Транспорт, 1975. 63 с.

148. Косарев, Б.И. Методика расчётов токов и напряжений короткого замыкания в тяговых сетях постоянного тока /Б.И. Косарев //Тр. МИИТа. — 1971. Вып. 393. - С. 53-57.

149. Кучма, К.Г. Защита от токов короткого замыкания в контактной сети / К.Г. Кучма и др. М.: Трансжелдориздат, 1960. - 259 с.

150. Марквардт, Г.Г. Модель электрической железной дороги переменного тока /Г.Г. Марквардт, Е.Ф Белов //Тр. ВЗИИТа. 1969. - Вып. 41. -С. 18-39.

151. Радченко, В.Д. Перенапряжения и токи короткого замыкания в устройствах электрифицированных железных дорог постоянного тока /В.Д. Радченко, С.Д. Соколов, Н.Д. Сухопрудский. М.: Гострансиздат, 1959. -304 с.

152. Рыков, И.И. О повышении эффективности работы искровых промежутков /И.№ Рыков, А.В; Фарафонов //Тр. ЦНИИ МПС. 1978. Вып. 595. - С. 38 - 69.

153. Фигурнов, Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог / Е.П. Фигурнов. М.: Транспорт, 1981. - 215 с.

154. Фигурнов, Е.П. Расчёт токов короткого замыкания в элекгротяго-вых сетях /Е.П. Фигурнов, A.C. Бочев //Вестник ВНИИЖТа. М., 1976. -Вып. 6. - С. 8 - 12.

155. Ляличев, B.C. Исследование и ограничение перенапряжений в рельсовых цепях переменного тока с дроссель-трансформаторами: Дис. . канд. техн. наук / B.C. Ляличев; ВНИИЖТ. М., 1974. - 186 с.

156. Тяговые подстанции /Ю.М. Бей, P.P. Мамошин, В.Н. Пупынин, М.Г. Шалимов. -М.: Транспорт, 1986. 318 с.

157. Котельников, A.B. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств /A.B. Котельников, A.B. Наумов, Л.П. Слободянюк. — М.: Транспорт, 1990.-215 с.

158. Бородулин, Б.М. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог / Б.М. Бородулин. — М.: Транспорт, 1983. — 183 с.

159. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т. 1 /Под ред. К.Г. Марквардта. Mi: Транспорт, 1980. - 256 с.

160. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т. 2. /Под ред. К.Г. Марквардта. -М.: Транспорт, 1981. 392 с.

161. Ляличев,< B.C. Защищённость от перенапряжений рельсовых цепей переменного тока 25 Гц / B.C. Ляличев //Автоматика, телемеханика и связь. — 1973.- № 9.-С. 3-6.

162. Влияние импульсных помех тяговой сети постоянного тока на рельсовые цепи и^ меры их защиты /B.C. Ляличев, B.C. Айдарова, A.A. Леонов, В.И. Гузанов //Эксресс-информации. Автоматика и связь (ЦНИИТЭИ МПС). М., 1981. - Вып. 2. - 24 с.

163. Карякин, Р.Н. Исследование электромагнитных процессов в тяговой сети переменного тока. (В связи с проблемами электробезопасности):. -Автореф. дис. . доктора техн. наук / Р.Н. Карякин. — М., 1973. 34 с.

164. Мирошниченко, Р.И. Режимы работы электрифицированных участков / Р.И. Мирошниченко. М.: Транспорт, 1982. - 207 с.

165. ТУ 11 80. ОЖО. 468. 205 ТУ. Варисторы постоянные: СН2-2А, СН2-2Б, СН2-2В, СН2-2Г. - Взамен ТУ 11 - 77. ОЖО. 468. 205 ТУ; Введ. 01.07. 08.

166. Фигурнов, Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог / Е.П. Фигурнов. М.: Транспорт, 1981. - 215 с.

167. Гаряинов, С.А. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением / С.А. Гаряинов, И.Д. Абезгауз. М.: Энергия, 1970. - 320 с.

168. Евсеев, Ю.А. Силовые полупроводниковые приборы ЯО.А. Евсеев, П. Г. Дерменжи. М.: Энергоиздат, 1981. - 472 с.

169. Alexader Т. W. Protection of Wire Communication Facilities Serving Power Station and Substations //AJEE Trans., 1953. v. 72. - Part 1. - P. 587 -592.

170. A. c. 202289 СССР. Разрядник / B.B. Александров, В.Н.Пружина, С.Б. Юдицкий, Б.Д. Курносов Опубл. в Б. И., 1967. - № 19.

171. А. с. 1077001 СССР. Устройство защиты электрических схем от волн перенапряжения / И.И. Герасимов, В:Я. Давыдов, A.C. Бессекеев -Опубл. в Б. И., 1984. № 8.

172. А. с. 2119187 Великобритания. Защита систем .телефонной связи. -Опубл. в «Изобретения в СССР и за рубежём», 1984. Вып. 125. - № 14.

173. А. с. 630695 СССР. Устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений / Б.Н. Иванов Опубл. в Б. И., 1978. - № 40.

174. А. с. 754563 СССР. Устройство для. защиты-линии связи от перенапряжения / В!С. Марков,- В.А- Ломакин, Т.Ф. Пономарёва Опубл. в Б. И., 1980.-№29.

175. А. с. 955350 СССР.' Устройство для,защиты линии связи от перенапряжения / B.C. Марков, Т.Ф. Пономарёва Опубл. в Б. И., 1982. - № 32.

176. А. с. 884023 СССР. Устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений / A.A. Ростов, E.H. Фокин, A.B. Власова, Н.Ю. Зинкевич -Опубл. в Б. И., 1981.-№43.

177. А. с. 2512598 Франция. Схема защиты интегральной микросхемы от повышенного напряжения. Опубл. в «Изобретения в СССР и за рубежём», 1983. - Вып. 125. - № 15.

178. Тиристоры: Технический справочник /Пер. с англ. Под ред. В.А. Лабунцова, С.Г. Обухова, А.Ф. Свиридова. -М.: Энергия, 1971. - 560 с.

179. Пат. 4288830 США. Устройство для защиты от повышенного напряжения. Опубл. в «Изобретения в СССР и зарубежём», 1982. - Вып. 125. -№12.

180. Пат. 4282555 США. Устройство для защиты от повышенного напряжения, предназначенное для защиты маломощных полупроводниковых элементов. Опубл. в «Изобретения в СССР и за рубежём», 1982. - Вып. 125.-№10.

181. А. с. 2433845 Франция. Устройство предохраняющее от перенапряжения маломощные полупроводниковые приборы. Опубл. в «Изобретения в СССР и зарубежём», 1980; - Выш 113: - № 17.

182. Чебовский, О.Г. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. / O.F. Чебовский, Л.Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. М.: Энергоатомиз-дат, 1985. -398 с.

183. Дерменжи, П.Г. Распространение включенного состояния в р-п-р-п структурах /П.Г. Дерменжи, Ю.А. Евсеев //ФТП. -1973; Т. 7, вып. 2. - С. 360 -364.

184. Носов, Ю.Р. Полупроводниковые импульсные диоды/Ю;Р. Носов. М.: Советское радио, 1965. — 224 с.

185. А. с. 1224898 СССР. Устройство для защиты электронной нагрузки от перенапряжений / B.C. Аркатов, A.M. Костроминов, A.A. Иванов, А. Д. Манаков Опубл. в Б. И., 1986. - № 4.

186. Транзисторы. Параметры, методы измерений и испытаний /Н. Г. Агапов, В.Л. Аронов, И.Г. Бергельсон и др.; Под ред. . Г. Бергельсона и др. -М.: Советское радио, 1968. 503 с.

187. Челноков, В.Е. Физические основы работы полупроводниковых приборов / В.Е. Челноков, Ю.А. Евсеев. М.: Энергия, 1973. — 280 с.

188. Манаков, А.Д. Силовые электронные ключи: статья /А.Д. Манаков //Автоматика, связь, информатика: Научно-популярный производственно-технический журнал. М., 2008. - № 8. - С. 24-26.

189. Сороко, В.И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник /В.И. Сороко., E.H. Розенберг: в 2 кн. Кн. 2. — 3-е изд. — М.: НПФ «ПЛАНЕТА», 2000 1008 с.

190. Ключевое защитное устройство /A.M. Костроминов, А.Д. Манаков, A.A. Иванов, и др. //Автоматика, телемеханика и связь: Научно-популярный производственно-технический журнал М., 1987. - № 10. - С. 24 - 26.

191. Костроминов, A.M. Оценка помехозащищённости бесконтактного коммутатора тока /A.M. Костроминов, А.Д. Манаков; Ленингр. ин-т инж. ж.д. трансп. Л., 1986. - 25 с. - Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, № 3754. Указатель ВИНИТИ «Депонированные научные работы», № 1, 1987.

192. Костроминов, A.M. Оценка помехозащищённости бесконтактного коммутатора тока /A.M. Костроминов, А.Д. Манаков; Ленингр. ин-т инж. ж. д. трансп. Л., 1986. - 25 с. -Деп. в ЦНИИ ТЭИ МПС, № 3754. Указатель ВИНИТИ «Депонированные научные работы», № 1, 1987.

193. Манаков, А.Д. Защита устройств СЦБ от перенапряжений /А.Д. Манаков, Ю.И. Гриншпун //Автоматика, телемеханика и связь: Научно-популярный производственно-технический журнал М., 1995. - № 12. - С. 13 - 14.

194. Галлиулин, Х.М. Снижение потерь мощности /Х.М. Галлиулин, А.Д. Манаков //Автоматика, связь, информатика: Научно-популярный производственно-технический журнал М., 2002. - № 10. — С. 23.

195. Oleg А. Nassedkin, Alexander D. Manakov, Vitalij A. Schatochin /Die elektromagnetische Vertrag-lichkeit der Bahnautomatisierungs- und Fernsteue-rungssysteme//signal + Draht (98) 12/2006. p. 32 - 35.

196. Манаков, А.Д: Единство терминологии в области защиты устройств от перенапряжений /А.Д. Манаков //Железнодорожный, транспорт: Научно-теоретический и технико-экономический журнал. — М.: Трансжелдориздат, 2010. № 7. - С. 46 - 48.

197. Шатров, Е.Н. Защита устройств электропитания систем железнодорожной автоматики и телемеханики методом снижения градиентов атмосферных и коммутационных перенапряжений: Дис. . канд. техн. наук /E.H. Шатров; ПГУПС. Санкт-Петербург, 2008. 153 с.

198. ГОСТ 27.002-89. Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1989.

199. Методические указания по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений на железнодорожном транспорте. -М.: Транспорт, 1980. 144 с.

200. Дмитриенко, И.Е. Техническая диагностика и автоконтроль систем железнодорожной автоматики и телемеханики.- М.: Транспорт, 1986. 142 с.

201. Разработка эффективных методов и устройств защиты аппаратуры СЦБ от перенапряжений (грозозащита): Отчёт по НИР (промежуточный) /Ленингр. ин-т инж. ж.-д. трансп.; Руководитель М.П. Лисовский. № ГР018600336998. — Л., 1986.-Т. 1.-90 с.