автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Обоснование метода и разработка устройства защитного отключения для городского троллейбусного транспорта

Введение.

Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Троллейбус как вид объекта городского электрифицированного транспорта.

1.2. Обзорный анализ основных методов и средств защиты персонала от поражения электрическим током в троллейбусах.

1.3. Выводы.

Глава 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАК

ОСНОВА РАЗРАБОТКИ НОВОГО МЕТОДА ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ В ГОРОДСКОМ ТРОЛЛЕЙБУСНОМ

ТРАНСПОРТЕ

2.1. Исходные сведения.

2.2. Определение тока утечки при изменении сопротивления изоляции корпуса троллейбуса относительно питающей сети.

2.3. Определение тока утечки при изменении различных электрических величин троллейбуса.

2.4. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ В ГОРОДСКОМ ТРОЛЛЕЙБУСНОМ ТРАНСПОРТЕ

3.1.Исходные положения.

3.2.Описание схемы устройства защиты и контроля токов утечки в троллейбусе.

3.3.Устройство контроля тока утечки троллейбуса.

3.3.1. Блок-схема устройства.

3.3.2. Принципы работы основных узлов, обоснование и выбор определяющих элементов.

3.3.3. Основные технические характеристики разработанного устройства.

3.3.4. Основные узлы устройства защиты от токов утечки.

3.3.5. Подключение устройства.

3.4.Описание работы устройства защиты от токов утечки в городском троллейбусном транспорте.

3.4.3. Основной режим.

3.4.4. Защитный режим.

3.4.5. Тестовый режим.

3.4.6. Уставка тока срабатывания.

3.4.7. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ

ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ В ТРОЛЛЕЙБУСЕ В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ

4.1. Цели и задачи экспериментальных исследований.

4.2. Программа проведения экспериментов.

Актуальность работы. Последние годы (начиная особенно с 1996 г.) обнажили несовершенство электротехнической части городского электротранспорта, из-за чего происходили аварии, случались сбои пассажирских перевозок, поэтому была утверждена городская программа реконструкции контактных и кабельных сетей городского электротранспорта, на что из бюджета г. Москвы на 1997 г. было выделено 37 млн. руб. Однако проблема утечек электрического тока на корпус троллейбуса на сегодняшний день так и остается нерешенной. 14 января 1997 г. в столице произошел крупный сбой в движении троллейбусов: на разные промежутки времени остановилось около 50 маршрутов (газета «Московская правда», №10/1997 г.). На некоторых из них перерыв в движении составил десятки минут, на других - больше суток, однако остановка троллейбусов не является главной опасностью, которая возникает при эксплуатации этого вида транспорта.

В среднем по России на троллейбусах гибнет 10 человек в год (газета «Наш дом - Москва», №7/1997 г.). Сотни пассажиров испытывали на себе неприятное действие электрического тока при посадке в троллейбусы, стоявшие в пересоленной жиже. С этим злом транспортные службы пытаются бороться разными способами. Однако не спасает даже многоступенчатая изоляция электрооборудования от корпуса троллейбуса, так как изоляторы перекрываются налетами хлорида.

Руководством троллейбусных парков г. Москвы были приняты меры, суть которых сводилась к тому, что необходима проверка троллейбусов на электробезопасность (газета «Московский Комсомолец», №24/1997 г.). Теперь каждая единица подвижного состава должна проходить проверку по несколько раз в день, каждый раз по прибытии на конечный пункт следования. Там должно быть расположено специальное устройство проверки, так называемый пункт контроля тока, определяющий свисающими щупами возможную утечку тока на корпус. При необходимости можно провести дополнительную проверку ручными приборами.

По существующим правилам, при токе более 3 мА машина должна сниматься с линии и отправляться в парк на буксире. В самом крайнем случае допускается движение своим ходом, но в подобном случае на троллейбусе с трех сторон должны быть вывешены предупреждающие плакаты и водитель не должен приближаться к тротуару. Особый раздел действующей инструкции определяет действия водителя на остановках, где, как правило, и происходили все несчастные случаи. Так, теперь запрещено удерживать машину ножным тормозом во избежание пробоя изоляции. Подъезжая к остановочному пункту, водитель обязан визуально оценить состояние проезжей части, выбрать наиболее сухой участок, а в случае невозможности найти такой или вообще отменить посадку и высадку пассажиров. Такое, правда, бывает крайне редко: мало желающих связываться с возмущенными пассажирами. Утром первый водитель, выехавший на трассу, привозит подробный отчет о состоянии дороги, на основании которого формируются заявки дорожным службам. Те, в свою очередь, обязаны расчищать, как минимум, по двадцать метров в обе стороны от остановки.

Как видно из приведенного, инструкции есть и действуют, но, тем не менее, пассажиров «бьет током» при выходе или входе в лужу. Причинами являются соль и местные погодные условия. Ставшая обычной в г. Москве дорожная присыпка разъедает изоляцию. При этом сила тока утечки бывает такова, что даже разрушаются колеса, горят провода, искрят контакты. В результате и без того много работавшие машины рассыпаются буквально на ходу. За последние годы в центральной прессе было много публикаций по этому поводу (газета «Московская правда», №16/1997 г.; газета «Здоровье» №4/1997 г.; газета «Московский Комсомолец» №25/1997 г.; газета «Городские вести» №23/1997 г. и т. д.), что свидетельствует о том, что эта проблема требует неотлагательного решения.

Целью работы является установление зависимостей токов утечки от параметров электрической сети для обоснования метода и разработки устройства защитного отключения для городского троллейбусного транспорта.

Идея работы заключается в повышении уровня электробезопасности на троллейбусном транспорте за счет разработки рациональных средств защитного отключения.

Научные положения, защищаемые в диссертационной работе, сводятся к следующему:

1. Установление зависимостей токов утечки от сопротивления изоляции корпуса троллейбуса относительно плюсового полюса, от сопротивления изоляции относительно минусового полюса, от переходного сопротивления шин и от падения напряжения в проводе.

2. Разработке математической модели для определения зависимостей токов утечки от состояния сопротивления изоляции электрооборудования, изменения напряжения питающей сети, сопротивления шин троллейбуса и сопротивления тела человека.

3. Предложению метода защиты персонала городского троллейбусного транспорта от токов утечки.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, использованием математического моделирования, а также различием результатов математического моделирования и результатов практических исследований не более чем на 10%.

Научное значение работы состоит в установлении новых зависимостей между параметрами контактной сети и режимами утечки в них для обоснования требований к рациональному устройству защиты от поражения электрическим током.

Практическое значение работы состоит в обеспечении электробезопасности пассажиров городского электрического транспорта и снижении аварийности при эксплуатации троллейбусов путем внедрения разработанного устройства защитного отключения.

Реализация рекомендаций и выводов работы. Разработанные в диссертационной работе положения и устройство контроля токов утечки опробованы и приняты к внедрению на выпуске троллейбусов в системе ГК «Мосгортранс» Филевского троллейбусного парка.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры «Электрификация горных предприятий» (МГГУ, 1998-2001 г.г.), на конференции «Неделя горняка» (Москва, 2001 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы три печатные работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, включает 52 рисунка, 12 таблиц, список литературы из 64 наименований, 3 приложения.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Выполнена классификация способов защиты от токов утечки в городском электрическом транспорте, которая позволяет сделать вывод о недостатках существующих устройств защиты от токов утечки.

2. Предложено усовершенствованное устройство защиты от токов утечки, которое позволяет по-новому решить вопрос электробезопасности на городском троллейбусном транспорте.

3. Получены зависимости тока утечки при изменении сопротивления изоляции корпуса троллейбуса относительно питающей сети, позволяющие сделать вывод, что во всем диапазоне изменений величин напряжения - дИ и сопротивления шин относительно земли -Из электробезопасность может быть обеспечена, если сопротивления изоляции корпуса троллейбуса относительно « + » полюса Ил > 240 кОм и сопротивления изоляции корпуса троллейбуса относительно « - » полюса 1^2 > 230 кОм.

4. Разработана математическая модель для установления зависимостей токов утечки от различных параметров сети.

5. Получены зависимости тока утечки от сопротивления изоляции корпуса троллейбуса относительно плюсового (+) полюса.

- 1376. Получены зависимости тока утечки от сопротивления изоляции корпуса троллейбуса относительно минусового (-) полюса.

7. Получены зависимости тока утечки от сопротивления шин троллейбуса относительно земли.

8. Получены зависимости тока утечки от падения напряжения в проводе.

9. Получены экспериментальные зависимости токов утечки, которые будут проходить через колеса троллейбуса и через человека, от сопротивления корпуса троллейбуса и от сопротивления колес при различных напряжениях питания сети.

10. При сравнительном анализе графиков зависимости токов утечки от различных величин, полученных в результате проведенных экспериментов, и графиков зависимости, построенных на основе программы математического моделирования, выявлено, что при одинаковых параметрах разность между эмпирическими и расчетными значениями не превышает 10%.

-138

В результате теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в диссертационной работе, дано новое решение актуальной задачи: спроектировано и предложено к эксплуатации новое устройство защиты от токов утечки на троллейбусном городском транспорте. В результате практического эксперимента были сделаны выводы, которые позволили дать заключение о зависимостях тока утечки на корпус троллейбуса при разных погодных условиях.

1. Аватков А. С. Электрификация железных дорог на однофазном токе промышленной частоты. - М.: Транспортжелдориздат, 1958 г.

2. Акопян K.M., Пещеров J1. А. Охрана труда на городском наземном электротранспорте М.: Транспорт, 1993.

3. Афанасьев А. С. Контактные сети трамваев и троллейбусов. --М.: Транспорт, 1992 г.

4. Бессонов J1. А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1961 г.

5. Брылеев А. М., Кравцов Ю. А., Шишляков А. В. Теория, устройство и работа рельсовых цепей.-М.: Транспорт, 1978 г.

6. Бузетти Д. К., Толмлянович Д. К. Защита тяговых сетей трамвая и троллейбуса от токов короткого замыкания. М.: Стройиздат, 1964 г.

7. Бунько В. А. Повышение безопасности рудничной электровозной откатки, 1978 г.

8. Величенко М.Н. Трамвай и троллейбус Санкт-Петербурга / ; М.Н. Величенко, Б.С. Кантарович, Л.Г. Питкянен и др.; Пред. редкол. Ю.Н. Горлин.-Санкт-Петербург: Лики России, 1997.-239 е.: ил. (Санкт-Петербург вчера и сегодня). ISBN 5-87417-048-0.

9. Ганзбург А.Л. Экономическое состояние и прогнозирование развития наземного городского пассажирского электротранспорта. На примере Санкт-Петербурга (Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. экон. наук.

10. Глотова Н. В. Методика формирования основных характеристик средств обеспечения электробезопасности и разработка наее основе устройства контроля сопротивления заземления: Автореферат диссертации на соискание ученой степени к. т. н. Челябинск, 1997 г.

11. Городской электротранспорт. Серия/ М во жилищно -коммунального хозяйства РСФСР, 1991 г.

12. Грубер Б. И. Исследование и разработка средств сигнализации о токах утечки на подвижном составе троллейбуса. М.: Автореферат, 1971г.

13. Зайганов Н. А., Финкелыптейн Б. С., Кривов JI. JI. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. М.: Транспорт, 1988 г.

14. Калинин Ю. С. Методическое пособие по охране труда для работников городского наземного электротранспорта: Библиография. М.: 1996 г.

15. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.-М.: Наука, 1984 г.

16. Котельников A.B., Наумов A.B., Слободнюк JT. П. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств.-М.: Транспорт, 1980 г.

17. Краснов Б. Д., Томлянович Д. К. Показатели безотказности и ремонтопригодности устройств систем электроснабжения трамвая и троллейбуса. Научные труды АКХ «Городской транспорт», №7, 1970 г.

18. Кузнецов Б. Т. Тяговые сети трамвая и троллейбуса. М.: Стройиздат, 1964 г.

19. Лацабидзе Т. В. Система электроснабжения постоянного тока повышенного напряжения с компенсацией токов в земле. Автореф. дис. канд. тех. наук, Рост. Институт инженеров ж.-д. транспорта, Ростов, 1991г.

20. Майстровский JI. Б., Шапиро М. И. Токи утечки троллейбуса и их контроль. Учебное пособие, Тульский политехнический институт, 1978 г.

21. Мелешин В. И. Выпрямительные устройства и нерегулируемые транзисторные инверторы: Учебн. пособие. М.: Изд-во МАИ, 1994 г.-14022. Научные труды Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова.

22. Николаев В. П. Разработка методов и средств повышения безопасности на рудничном электровозном транспорте. Автореферат, 1984 г.

23. Нормы и правила проектирования систем электроснабжения трамваев и троллейбусов. М.: АКХ им. К. Д. Памфилова, 1983 г.

24. Пастухов А. А. Исследование режимов работы и разработки средств повышения эффективности электрооборудования рудничного электровозного транспорта. Диссертация на соискание степени канд. тех. Наук. М.: МГИ, 1982 г.

25. Петербургский троллейбус / ; Под общ. ред. Б.С. Канторовича.-Санкт-Петербург: Лики России, 1996.-15 е.: ил.

26. Повышение надежности и качества токосъемников троллейбуса. -М.: Транспорт, 1980 г.

27. Правила содержания контактной сети электрифицированных железных дорог.-М.: Транспорт, 1969 г.

28. Правила техники безопасности на городском электротранспорте. Контактные сети, устройства С ЦБ и связи. М.: Техника безопасности, 1994 г.

29. Правила техники безопасности на городском электротранспорте. Трамвайные вагоны, троллейбусы, депо и ремонтные мастерские.-М.: Техника безопасности, 1996 г.

30. Правила технической эксплуатации троллейбуса.-Брянск, 1996 г.

31. Правила технической эксплуатации троллейбуса. М.: Транспорт, 1982 г.

32. Правила электробезопасности для работников железнодорожного транспорта на электрифицированных железных дорогах. М.: Транспорт, 1995 г.- 141

33. Селиверстов В. А. Электробезопасность и некоторые технико-экономические показатели троллейбуса при питании его постоянным и переменным током. -М.: Московский энергетический институт, 1970 г.

34. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. Под ред. Федорова А. А., Сербиновского Г. В.-М.: Энергия, 1980 г.

35. Тарнижевский М. В., Томлянович Д. К. Проектирование устройств электроснабжения трамвая и троллейбуса. М.: Транспорт, 1986 г.

36. Тезисы к.т.н. Фролкин В. Г.

37. Тетельбаум И. М. Электрическое моделирование. М.: Фитматгиз, 1959 г.

38. Томлянович Д. К., Чубунов В. И. Защита устройств электроснабжения троллейбусов.-М.: Транспорт, 1980 г.

39. Трифонов Б. А. Разработка статических преобразователей для питания нетяговых потребителей городского электротранспорта с отбором мощности от контактной сети: Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. 1997 г.

40. Троллейбусы пассажирские ЗиУ 682В, ЗиУ - 682В1. Руководство по эксплуатации, часть 1.

41. Троллейбусы пассажирские ЗиУ 682В, ЗиУ - 682В1. Руководство по эксплуатации, часть 2.

42. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. Справочник под ред. Ефремова И. С. -М.: Транспорт, 1984 г.

43. Хасанов К. С. Разработка аппарата защитного отключения с импульсным контролем тока утечки контактной сети для подземной электровозной откатки. Кандидатская диссертация. М.: МГИ, 1985 г.

44. Холып Р. Электрические контакты.-М: Иногиз, 1961г.-14246. Цапенко Е. Ф. Электрические цепи постоянного и однофазного переменного тока. Тексты лекций.-М.: МГИ, 1985 г.

45. Шматков В. А. Разработка методов и средств технического диагностирования троллейбусов с тиристорно импульсной системой управления: Автореферат диссертации на соискание ученой степени к. т. н. - М.: Моск. энерг. ин-т, 1995 г.

46. Шулешко Н. А. Разработка и исследование средств технического диагностирования троллейбуса: Автореферат на соискание ученой степени к. т. н. М.: Моск. энерг. ин-т, 1991 г.

47. Щуцкий В. И., Косарева Володько О. В. Актуальные вопросы электробезопасности при эксплуатации городского троллейбусного транспорта. - Челябинский Государственный Технический Университет, Электробезопасность №1, 1997 г.

48. Щуцкий В. И., Косарева Володько О. В. Рациональное устройство контроля и защиты от токов утечки на троллейбусе -Челябинский Государственный Технический Университет, Электробезопасность № 3 - 4, 1998 г.

49. Электробезопасность: Ежеквартальный теоретический и научно- практический журнал. Челябинск.

50. Электрический транспорт. Под ред. Трахтмана Л. М. М.: Труды московского энергетического института, 1971 г.

51. Электротехнический справочник. Под ред. Герасимова В. Г. -М.: МЭИ, 1995 г.

52. Энергоснабжение городского электротранспорта. М.: Материалы семинара в Московском доме научно - технической пропаганды, 1967 г.

53. Austral Power Engineering, 9, #2, 1998

54. Courant, René Les trolleybus français (Grenoble Presses et ed. ferroviaires, 1985)

55. Denton A. S., Groves F. P., A. S. Coventry transport, 1990.

56. Electricity at Work Reculations из журн.: Energy Digest. -1989. -Vol.18.-N 4.-P.19-20.

57. Groves F. P. Birmingham transport, 1985.

58. Joyce J. British trolleybus systems (London Allan, 1986)

59. Sundstrom-Frisk C. El-olycksfall bland yrkeserfarna elektriker/ Sundstrom-Frisk C., Andersson C. -Solna, 1993. -29 s.: ill. Undersokningsrapport/ Arbetsmiljoinst. (Solna); 1993:29

60. Visual Basic 6.0. Programmer's Guide, 1999.

61. West Midlands transport in world, 1985.144