автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.04, диссертация на тему:Разработка полимерных изолирующих конструкций, обеспечивающих повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей

I г ~ ' V-- -

На правах рукописи Лукьянов Анатолий Михайлович

РАЗРАБОТКА ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛИРУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОВЫШЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Специальности: 05.26.04 - "Промышленная безопасность";

05.23.17 - "Строительная механика"

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва -1998 г.

Работа выполнена в Московском государственном университете путей

сообщения (МИИТе).

Официальные оппоненты:

профессор, доктор технических наук Невский A.B.

профессор, доктор технических наук Гельфанд Ф.М.

профессор, доктор технических наук Петров В.Б.

Ведущая организация - Департамент электрификации и электроснабжения МПС РФ.

Защита диссертации состоится « в .^.^..час. на заседании диссертационного совета Д.183.01.01 в государственном предприятии Научно- технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России (НТЦ «Промышленная безопасность ») по адресу : 107066,Москва,ул.Лукьянова ,д.4,корп.8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НТЦ «Промышленная безопасность».

Автореферат разослан

.............. ........1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ---

кандидат химических наук Колесникова Е.М.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Высокая загруженность электрифицированных линий, куда относятся промышленный транспорт (ГОКи, угольные разрезы, городской транспорт и магистральные железные дороги) заставляет повышать требования к ремонтопригодности и надежности ее наиболее ответственных узлов, а также находить более эффективные решения, которые позволили бы максимально снизить количество отказов в системе. Отсюда следует, что необходимо внедрить новые конструкции контактной сети, обладающие более высокой надежностью, чем существующие.

Одним из перспективных направлений технического перевооружения и существенного повышения уровня электробезопасности является создание полимерных изолирующих конструкций контактной сети. Это обусловлено недостатками существующих традиционных металло-фарфоровых и металло-стеклянных конструкций (большой вес, высокая повреждаемость, недостаточная механическая прочность), трудностями обеспечения все усложняющихся требований к изоляции.

Полимерные изолирующие конструкции отличаются от традиционных значительно меньшей массой, большей ударной прочностью, меньшими размерами, технологичностью изготовления, простотой монтажа и транспортировки, компактностью. Использование полимерных изолирующих конструкций контактной сети позволяет повысить ее надежность, уменьшить трудозатраты на обслуживание, решить ряд технических проблем, связанных с повышением скорости движения экипажа, сооружением контактных подвесок в искусственных сооружениях со стесненными габаритами (мосты, путепроводы) и в тоннелях.

Кроме того, замена традиционных изолирующих конструкций полимерными позволит сэкономить металл, упростить конструкцию, повысить надежность основных защитных средств и уровень электробезопасности

производства ремонтных работ на контактной сети, улучшить условия труда монтажников и эксплуатационников.

Изолирующие конструкции контактной сети работают в тяжелых условиях эксплуатации, так как наряду с электрическими и механическими нагрузками, на них воздействуют атмосферные факторы, такие как солнечная радиация, температура, повышенная влажность и дождь, ветровые нагрузки и т.п. Поэтому в систему изолирующих конструкций должны быть заложены материалы, которые обеспечивали бы стабильность электрофизических характеристик при длительном воздействии перечисленных выше факторов. Характерной особенностью полимерных материалов является то, что их свойства в значительной степени зависят от времени. Ползучесть полимерных материалов заметно проявляется при нормальных температурах и оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние конструкции. Изменение свойств материалов изолирующей конструкции во времени предъявляет повышенные требования к расчету на различные воздействия, в том числе кратковременные большой интенсивности. Поэтому создание нормативных документов для проектирования, изготовления, применения полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей представляет одну из актуальных проблем современной строительной механики и промышленной безопасности.

Замену традиционных изолирующих узлов контактной сети на полимерные возможно осуществить в два этапа, цель каждого этапа - получение значительного экономического эффекта при минимуме трудозатрат.

При реализации первого этапа, полимерные изолирующие конструкции (изоляторы) по своей строительной длине адекватны стеклянным и фарфоровым. По мере исчерпания ресурса работоспособности замена традиционных изоляторов на полимерные не приводит к реконструкции устройств контактной сети. Этот вариант наиболее перспективен в применении

на действующих электрифицированных линиях, его реализация возможна силами эксплуатационного персонала.

При капитальном ремонте устройств электроснабжения или строительстве новых линий перспективен второй вариант, когда несущие, фиксирующие и поддерживающие конструкции контактной сети выполнены целиком из полимерного материала, т.е. выполняют одновременно функции "несущая конструкция-изолятор".

Учитывая высокую технико-экономическую эффективность внедрения полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей и необходимость решения широкого круга научно-технических задач при их создании, данную работу следует рассматривать как решение крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Работа выполнялась в соответствии с комплексными целевыми программами : 054.01.02.10 "Разработать и внедрить высокоэффективные технологические процессы и технические средства в хозяйстве электрификации и энергетики" ; 31.00.00 "Улучшение условий и охраны труда, снижение производственного травматизма на основе разработки и внедрения эффективных технических средств и организационных мероприятий", а также утвержденной в 1983 году « Долгосрочная программа разработки, изготовления и внедрения изоляторов для контактной сети электрифицированных железных дорог».

Целью работы является разработка и внедрение высокоэффективных полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей, обеспечивающих повышение промышленной безопасности электрифицированных дорог.

Достижение поставленной цели реализуется решением ряда основных задач:

• разработать полимерную изоляцию контактной сети с высокой несущей способностью, жесткостью, трещиностойкостью и малой материалоемкостью;

• всесторонне исследовать конструкционные и эксплуатационные свойства

полимерной изоляции, включая исследование новых материалов, определить области и пути их рационального применения в конструкциях контактной сети и основных защитных средствах;

• исследовать механику разрушения полимерных материалов изолирующих конструкций контактной сети и проанализировать предельное состояние конструкции близкое к аварийной ситуации;

• проанализировать характерные повреждения по основным элементам контактной сети, выявить основные факторы, влияющие на ее промышленную безопасность;

• разработать рекомендации по улучшению эксплуатационных показателей контактной сети, путем использования современных изолирующих материалов, а также совершенствования наиболее ответственных узлов системы;

• изучить характерные случаи электротравмирования, выявить и научно обосновать причинно-следственные связи опасности поражения электрическим током;

• установить первоочередность мероприятий по профилактике травматизма и совершенствованию средства защиты от поражения электрическим током;

• разработать требования к полимерной изоляции контактной сети с точки зрения промышленной безопасности, а также видов и методам ее испытаний;

• разработать и внедрить эффективные способы повышения эксплуатационной надежности и долговечности полимерной изоляции и основных защитных средств;

• разработать основы технологии изготовления полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей;

• разработать методы диагностики полимерных изолирующих конструкций с

ф

целью оценки ресурса безопасной эксплуатации.

Методы исследования. В работе использовался системный подход к решению поставленных задач, для чего были применены методы:

• научного обобщения статистических данных о причинах и последствиях аварий и несчастных случаев на контактной сети;

• экспертных оценок для решения отдельных вопросов;

• планирования эксперимента;

• экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях;

• методы теории вероятности, математической статистики и максимального правдоподобия для обработки экспериментальных данных электрических и механических испытаний стеклопластиковых стержней, полимерных покрытий и определения предельных значений прочностных характеристик материала;

• теория уравнений математической физики, вариационного исчисления, метод конечных элементов для анализа напряженно-деформированного состояния соединения "стеклопластиковый стержень - оконцеватель" и при расчете параметров электрического поля в электрически неоднородных средах;

• операторный метод, метод конечных разностей при анализе распределения напряжений в клеевой прослойке при ее частичном разрушении и определении тока через тело человека при оценке условий электробезопасности на контактной сети в случае использования полимерной изоляции.

Достоверность основных положений обеспечивается строгостью математической постановки в пределах сформулированных допущений и гипотез, обоснованием сходимости построенных численных решений, совпадением тестовых результатов с результатами, соответствующими другим методам и натурным экспериментам.

Научная новизна заключается в следующем:

получены новые данные о физических процессах протекающих в полимерных

материалах изолирующей конструкции, уточнен механизм их разрушения при

одновременном воздействии электрического и механического напряжений, а

также эксплуатационных факторов;

• сформулированы принципы расчета и конструирования полимерной изолирующей конструкции контактной сети;

• осуществлено прогнозирование долговечности полимерных изолирующих конструкций (изоляторов) контактной сети ' и разработаны эффективные пути повышения их надежности;

• установлены прочностные и деформативные характеристики, получены коэффициенты условий работы стеклопластиковых стержней, используемых в изолирующих конструкциях контактных электрических сетей и линий электропередачи;

• обоснованы значения удельной эффективной длины пути утечки для защитных покрытий полимерной изоляции контактной сети и установлена минимальная длина пути утечки тока полимерных изоляторов для различных районов по степени загрязненности атмосферы;

• определены основные,изоляционные характеристики стеклопластиковых стержней, используемых в устройствах контактной сети в зависимости от температурно-влажностных условий и агрессивных сред;

• выявлены причины снижения электрической прочности пограничного слоя «стеклопластиковый стержень - защитное покрытие» в процессе эксплуатации полимерных изоляторов;

• предложен способ соединения металла со стеклопластиком стержнем, обжатием в матрице, учитывающий геометрические параметры и свойства соединяемых материалов, а также упрочнение металла при его пластической деформации;

• разработана методика расчета несущей способности соединения « окон-цеватель- стеклопластиковый стержень» в условиях осевой растягивающей нагрузки, учитывающая технологические параметры обжима , свойства соединяемых материалов, а также частичное разрушение и ползучесть клеевой прослойки;

• дано научное обоснование необходимости создания новых полимерных изолирующих конструкций с комплексом заранее заданных свойств, обладающих высокой эксплуатационной надежностью и долговечностью;

• разработана система экспресс-диагностики состояния полимерных изоляторов контактной сети.

Практическое значение работы заключается в том, что:

• созданы полимерные изолирующие конструкции (изоляторы) обеспечивающие повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей; разработаны и внедрены эффективные способы повышения эксплуатационной надежности и долговечности полимерной изоляции;

• получены характеристики кратковременной и длительной прочности, необходимые для расчета конструкций контактной сети, выполненные из композиционного материала;

• установлена статистическая значимость корреляционной связи между объемным током утечки и электромеханическим характеристиками стеклопластиковых стержней, что дало возможность разработать методику экспресс - диагностики состояния полимерной изоляции в условиях ее эксплуатации;

• определен ресурс безопасной эксплуатации полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей;

• разработана методика расчета полимерных изолирующих конструкций контактной сети и ВЛ электрифицированных железных дорог.

Основные научные положения работы, выносимые на защиту:

• сформулированные автором концептульные положения комплекса требеяа-ний и критериев оценки изоляционных материалов для использования их в полимерных конструкциях контактных электрических сетей обеспечивают поддержание технических средств в постоянном рабочем состоянии и безотказность рабочих режимов;

• повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей обеспечивается только на основе структурно-функционального анализа объекта учитывающего взаимосвязи между конструкцией, материалом, технологией изготовления и реализуется на каждом этапе через: расчет, конструирование, оценку долговечности;

• упреждение чрезвычайных ситуаций на контактной сети обеспечивается созданием и внедрением полимерных изолирующих конструкций, обладающих повышенной надежностью, улучшающих условий эксплуатационного обслуживания и создающих необходимые уровни промышленной безопасности;

Личный вклад автора заключается в:

• обосновании идеи, цели и задач исследований, разработке и развитии методик исследований, научно-методическом руководстве исследованиями, результаты которых приведены в диссертации;

• обобщении статистических данных по оценке характерных случаев электротравмирования на контактной сети, обосновании мероприятий по профилактике травматизма и совершенствованию средств защиты от поражения электрическим током на основе анализа производственного риска и выявлении основных факторов, влияющих на промышленную безопасность;

• формулировании и обосновании комплекса требований и критериев оценки изоляционных материалов для использования их в полимерных конструкциях контактных электрических сетей;

• разработке основ расчета, конструирования, оценки долговечности и технологии изготовления полимерных изолирующих конструкций контактной сети, обеспечивающих повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей;

• обосновании методологических принципов создания нового класса изоляционных конструкций контактных электрических сетей, повышающих промышленную безопасность, заключающихся, в определении прочностных и деформативных характеристик, выявлении новых данных о физических процессах и разрядных напряжениях, в определении минимальной длины пути утечки тока полимерных изоляторов для различных районов по степени загрязненности атмосферы, изучении особенностей поведения полимерных изолирующих конструкций контактной сети при одновременном воздействии электрических и механических нагрузок, а также эксплуатационных факторов;

• организации активного практического внедрения результатов исследований на сети электрифицированных дорог и в директивные и нормативные документы по расчету, устройству и технической эксплуатации контактной сети, а также в справочные материалы отрасли.

Реализация работы.

• Результаты проведенных исследований и практические рекомендации нашли отражение в « Правилах устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог», в 1984-1987 гг.Департаментом электрификации и электроснабжения МПС РФ утверждены «Инструкции по монтажу и эксплуатации натяжных (подвесных), фиксаторных, консольных и опорных полимерных изоляторов».

• Прочностные и деформативные характеристики стеклопластиковых стержней включены в нормативно-технические документы для расчета полимерных изолирующих конструкций контактной сети, в частности, в 1987 году, Государственным проектно-изыскательским институтом

электрификации железных дорог и энергетических установок «Трансэлектропроектом», выпущен проект и рабочие чертежи поддерживающих и фиксирующих конструкций контактной сети из полимерных материалов, а в 1983 году проекты и рабочие чертежи: полимерных подвесных, натяжных, консольных, фиксаторных и опорных изоляторов контактной сети.

• Технологическое оборудование и технологический процесс изготовления клееобжимного соединения оконцевателя со стеклопластиковым стержнем полимерных изолирующих конструкций контактной сети внедрены на опытном заводе ВНИИЖТа и Симферопольском электротехническом заводе.

• Разработанные полимерные изолирующие конструкции контактной сети (подвесные, натяжные, консольные, фиксаторные изоляторы, изолирующие элементы, распорки) внедряются более чем на 12 электрифицированных железных дорогах, согласно НТП 054.01.02.10, со значительным экономическим эффектом.

• Комплекс требований и критериев оценки полимерных изоляционных материалов для использования их в конструкциях контактной сети включены в нормативно-правовую и техническую документацию Организации содружества железных дорог.

• Конструкции полимерных изоляторов контактной сети постоянного тока, в частности, с защитой металлических оконцевателен от электрохимической коррозии, вошли в каталог полимерных изоляторов, выпущенных Государственным проектно-изыскательским институтом электрификации железных дорог и энергетических установок «Трансэлектропроектом». Промышленная партия таких изоляторов эксплуатируется на контактной сети комбината «Кустанайасбест».

• На базе разработанного технического регламента организовано производство изолирующих частей полимерных изоляторов с гладким

кремнийорганическим защитным покрытием на заводе «Киргизэлектро-изолит».

• Разработанные в диссертации методы, алгоритмы и программы расчетов полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей, с определением их напряженно-деформированного состояния используются Московским проектно-изыскательским институтом «Мосжелдорпроект» Московской железной дороги.

• Применение результатов выполненных исследований о прочности, деформативности и диагности стеклопластиковых профилей позволило НИИВН (Украина) значительно повысить долговечность полимерных изоляторов для линий электропередачи, включая линии высокого и ультравысокого напряжений.

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты работы, выполненных автором исследований, неоднократно доложены, обсуждены, одобрены и рекомендованы к использованию на многочисленных совещаниях, научно-технических семинарах, конференциях, симпозиумах, включая международные, более чем за двадцатипятилетний период научных исследований и практической работы, в том числе на: заседаниях комиссии научно-технического совета МПС (1981г.); технических советах Департамента электрификации и электроснабжения МПС РФ (19791981, 1987, 1988 гг.); сетевых совещания по обмену передовым опытом работников служб электрификации и энергетического хозяйства; совещаниях, посвященных повышению надежности работы контактной сети и токоприемников в сложных условиях эксплуатации (гг. Москва, Петербург, Славянск (1983-1987 гг.); на курсах повышения квалификации работников железнодорожного транспорта в МИИТе (1982-1987 гг.); на научно-технической конференции МИИТа по внедрению разработок института в области электроподвижного состава и электрификации железных дорог (1980г.); на научно-технических совещаниях отделения электрификации

ВНИИЖТа (г. Москва 1984г.); на семинаре «Электробезопасность в промышленности» в Московском доме научно-технической пропаганды (г. Москва , 1985 г.); на I и II научно-практической конференциях МИИТа с Московской железной дорогой (г. Москва , 1983,1985гг.); на конференциях: «Перспективы применения полимерных материалов в железнодорожной технике» и «Надежность и безопасность электросетей и экономия электроэнергии в сельском хозяйстве и промышленности» (г. Севастополь, 1986г.); на совещании по применению фторопластовых, полиолефиновых и кремнийорганических трекингоэрозиостойких композиций в электросетевом строительстве (Петербург, 1986г.); на V Всесоюзной научной конференции «Проблемы охраны труда» (г. Рубежное, 1986г.); на научных конференциях «Недели Науки МИИТа » (1994-1996 гг.); на научном семинаре кафедры "Строительная механика"МИИТа под руководством проф. Александрова A.B. (1989г.); на ученом совете факультета "Мосты и тоннели" МИИТа (1990г.); на I и II Международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта" (г. Москва, 1994, 1996гг.); на заседании Московского отделения Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (г. Москва , 1997г.); на заседаниях кафедры "Строительная механика" МИИТа (г. Москва, 1990,1997гг.)

Основные технические решения, разработанные и реализованные автором в изолирующих конструкциях контактной сети из полимерных материалов удостоены: дипломов международных выставок «Железнодорожный транспорт» 1984 и 1986гг., золотой и бронзовой медалями ВВЦ (ВДНХ) и т.д. Организационные, методические и методологические положения использованы в содержании нормативных актов по применению полимерных материалов в конструкциях контактной сети стран СЭВ, включая Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог и систему стандартов безопасности труда, в том числе «Знаки безопасности на объектах железнодорожного транспорта»

Публикации. Материалы диссертации отражены в 47 опубликованных печатных работах, 8 авторских свидетельствах на изобретения , а также в монографии "Полимерные материалы в устройствах контактной сети" М., Транспорт , 1988 г., изложены в 28 отчетах по научно-исследовательским работам, выполненным под руководством или при непосредственным участием автора по основным планам НИР МПС, МИИТа, ВНИИЖТа и стран СЭВ, хозяйственным договором НИИВН (Украина), ЦНИИС им. Кучеренко, комбинатом «Кустанайасбест», а также в порядке научного сотрудничества с другими организациями, например Всероссийским научно-исследовательским институтом транспортного строительства и Украинским ВНИИСПВ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения , б глав, выводов, списка литературы. Рукопись изложена на 225 страницах машинописного текста, содержит 135 рисунков,63 таблицы и 13 приложений .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении показана актуальность проблемы приведен анализ выполненных работ в области создания полимерных изолирующих конструкций (изоляторов) контактной сети и ЛЭП за рубежом и РФ. Отмечается большой вклад в решении проблемы ученых - Горошкова Ю.И., Вологина В.А. .Морозовой Т.В., Котельникова A.B., Порцелана A.A., Косарева Б.И., Кручинина Е.В., Зельвянского Я.А., Белова Л.Ф., Помакова Л.Г.,Бакалова З.С.,Шумилова Ю.Н., Александрова Г.Н., Соловьева Э.П.,Аксенова В.А.,Яшина Ю.Н., Лимасова А.И., Остапенко E.H.,Трифонова В.З.,Соломоника Е.А., Гутмана И.Ю.,Семенова A.A. и др., практиков -Чекулаева В.Е., Кирсанова Г.М., Шилкина П.М., Ильина В.Н., Смирнова В.Н., Кручинина В. П., Савченко В.А. и др., сформулированы цель и задачи работы излагаются научные и практические результаты выносимые на защиту.

В первой главе определены научно- обоснованные области рационального применения полимерных материалов в устройствах контактной сети,

отвечающих требованиям промышленной безопасности. Приведенное обоснование базировалось на анализе данных о повреждении устройств и узлов контактной сети, а также на статистическом анализе электротравм в хозяйстве электрификации и энергетики МПС за последние годы.

Анализ данных о повреждениях показал, что нарушение движения поездов наиболее часто происходит при повреждении контактной сети (примерно 75%). Число браков приходящихся на устройства электроснабжения СЦБ и энергетики около 20% , на тяговые подстанции и моторельсовый транспорт по 2%.

Несмотря на снижение размеров движение поездов, обусловленное экономическим спадом в стране, а также проведенную работу по сохранению оптимальной удельной численности электромонтеров, необходимой для обеспечения устойчивой работы элементов и устройств системы энергоснабжения имеет место рост числа задержек поездов по вине работников хозяйства электроснабжения (см.рис.1). Характер распределения повреждений по основным элементам контактной сети показал, что наиболее повреждаемые элементы контактной сети - провода и тросы, изоляторы, поддерживающие и фиксирующие конструкции, опоры, зажимы и детали, струны.

Рис. 1 Распределение задержек поездов по вине работников служб электрификации н энергетического хозяйства.

Л^^^^^ШдяЕидэтаШ&Я:у Грузовые, тыс.ч. ШК^РГ« пас. от сети

пассажирские, тыс.ч.

Существенное влияние на характер повреждений оказывает фактор времени. С применением математического аппарата установлена зависимость характеризующая количество отказов от времени года. Показано, что наибольшее число отказов приходится на летний период.

Данные о повреждениях изоляторов в работе проанализированы: по причинам отказов, типам изоляторов и времени года.

В этой же главе выполнен статистический анализ электротравмирования при обслуживании системы электроснабжения электрифицированных железных дорог. Методом скользящих средних показано, что уровень электротравматизма в последние годы не имеет существенной тенденции к снижению. Более того наблюдается малый рост электротравм при обслуживании контактной подвески переменного тока. Выявлено отсутствие значимой корреляционной связи между уровнем электротравмирования и развернутой длиной контактной сети. С помощью регрессионного анализа установлено, что уровень электротравматизма на 100 км развернутой длины контактной сети имеет явную тенденцию к снижению. Здесь же проведено исследование влияния времени года на уровень электротравматизма. Исследование спектра колебаний уровня электротравматизма проведено с помощью сериальных коэффициентов корреляции. Показано, что колебания носят ярко выраженный сезонный характер с периодом колебаний 1 год. Установлено что уровень электротравматизма в 1 квартале в среднем составляет - 18,45%, во Н-32,73%, в Ш-40,46%, IV- 24,4%.

Проанализированы и выявлены основные причины выхода из строя полимерных изолирующих элементов. Проведенный анализ причин повреждения изоляции контактной сети позволил наметить пути совершенствования полимерной изоляции. К ним относится:

- применение однонаправленных стеклопластиковых стержней, имеющих повышенные механическую прочность, водостойкость, диэлектрические характеристики;

- создание эффективного защитного покрытия стеклопластикового стержня;

- разработку более надежного способа соединения стеклопластикового стержня и металлического оконцевателя.

В заключительной части главы даны общие требования промышленной безопасности к уровню полимерной изоляции, к видам и методам испытаний полимерных изоляционных конструкций. Показана необходимость решения технических вопросов промышленной безопасности включающие в себя :

- анализ механики разрушения и определения предельных состояний, близких к аварийной ситуации, полимерной изоляционной конструкции;

- разработку методов оценки и продления ресурса безопасной эксплуатации полимерной изоляции;

- создание способов диагностики изоляционного оборудования контактной сети.

Вторая глава посвящена формулировке принципов расчета и конструирования полимерных изолирующих конструкций контактной сети. Основное внимание уделено в ней выбору и обоснованию допустимой напряжённости электрического поля при рабочем и испытательном режимах, а также нахождению оптимальной конфигурации полимерной изолирующей конструкции.

В главе приводятся результаты исследования важнейших электроизоляционных характеристик полимерных материалов, предназначенных для изготовления изолирующей конструкции. В частности показано , что главную опасность представляет проникновение влаги в обьем изоляции. Установлено, что процесс водопоглощения стеклопластиковых стержней наиболее интенсивно протекает в первые 15 суток пребывания в воде. Равновесное состояние наступает через 30 суток. Проведены исследования влияния поглощенной влаги и уровня механической нагрузки на значение удельного объемного сопротивления. Полученные данные исследований позволили сделать вывод, что стеклопластиковые стержни, изготовленные по любой

технологии, без защитного покрытия не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к изоляции контактной сети.

Основываясь на результатах исследований ряда ученых, в работе определена толщина образца для изучении электрической прочности (Епр.). В результате выполненных исследований и проверки ряда законов распределения случайной величины Епр было установлено, что для стеклопластиковых стержней, используемых в контактной сети, наибольшему уровню значимости отвечают усеченный нормальный закон распределения или закон Вейбулла. Чтобы гарантировать срок службы полимерных изолирующих конструкций контактной сети не менее 35 лет в работе, определены допустимые значения напряженности электрического поля для стеклопластиковых стержней (см. табл.1) с учетом уровня снижения электрической прочности от температуры, влажности, агрессивных сред.

Таблица 1.

Допустимые значения электрической напряженности

стеклопластиковых стержней, используемых в контактной сети

Стеклопластики При частоте 50Гц При грозовом импульсе При коммутационном импульсе

спп-п 2,52 10,15 7,30

спп-э 7,75 13,70 12,70

спп-ц 11,75 - -

спп-э 11,40 17,10 15,40

СПП-Э в 14,30 24,20 19,90

СПП -ЭИ 12,10 17,00 15,5

На основе анализа, полученных данных испытаний, совместно с учеными: ВНИИЖТа и УкрВНИИСПВ с участием автора разработаны и внедрены в массовую серию однонаправленные стеклопластиковые профили (СПП-ЭП) для работы в контактной сети. Характерной особенностью их является то, что

они обладают большей электрической прочностью по сравнению с ранее выпускаемыми. Достичь это удалось за счет подготовки стекложгута со специально заданной армировкой.

В этой же главе показано, что целью электрического расчета полимерного изолятора контактной сети является определение основных размеров изолирующей части: длины пути утечки, изоляционного расстояния, диаметра ребра и межреберного расстояния. Установлено, что в случае изготовления изоляционной конструкции с гладкой защитной поверхностью, длина изоляционной части, рассчитывается по условию обеспечения трекингостойкости.

Обобщая результаты ранее проведенных лабораторных и эксплуатационных испытаний, а также используя данные испытаний опытных партий полимерных изоляторов с кремнийорганическим защитным покрытием в работе определены допустимые значения удельной эффективной длины пути утечки , обеспечивающей длительную работу полимерной изоляции без образования трекинга и эрозии,а также минимальная длина пути утечки тока полимерных изоляторов контактной сети для различных районов по степени загрязненности атмосферы (табл.2).

Таблица 2

Минимальная длина пути утечки тока для полимерных изоляторов

контактной сети

Вид полимерной изоляции Минимальная длина пути утечки тока, мм, для районов со СЗА

III IV V VI VII

Ребристая поверхность 800 950 1100 1300 1500

Изоляторы с гладкими полимерными защитными чехлами или покрытиями 750 800 900 1050 1200

Здесь же, с использованием известных рекомендаций ряда ученых Горошкова Ю.И., Шумилова Ю.Н., Яшина Ю.Н., АксеноваВ.А., ОстапенкоЕ.Н., Александрова Г.Н.,Трифонова В.З.,Князева В.А.,ВологинаВ.А.,Морозовой Т.В., Гутмана И.Ю. и др. определены оптимальные геометрические размеры полимерных изоляторов контактной сети с развитой поверхностью защитного чехла из кремнийорганической резины. С учетом технико-экономических показателей даны конструктивные геометрические размеры и оптимальная конфигурация ребер для подвесных, натяжных, консольных, фиксаторных и опорных изоляторов.

В третьей главе изложены результаты исследований кратковременной прочности стеклопластиковых стержней, используемых в конструкциях контактной сети. Отмечен значительный вклад в исследовании механики разрушения композиционных материалов Болотина В.В.,Ванина Г.А.,Гуля В.Е., ЗайцеваЮ.В.,ИвановойВ.С.,МалмейстераА.К.,РабиновичаА.Л.,Работнова Ю.Н., СкудрыА.М.,ТарнопольскогоЮ.М.,СтепноваМ.Н.,СтреляеваВ.С,Потапова А.И., Мотавкина A.B., Бартенева Г.М., Липатова Ю.С. и др. С учетом этих работ на основе статистических методов разработаны методики испытаний на растяжение и сжатие однонаправленных стеклопластиковых профилей, полученных методом непрерывной протяжки. Обоснована форма образца - его размеры (диаметр и длина рабочей части), дано описание специальных приспособлений.

Значительное место в главе уделено подбору теоретического закона распределения пределов прочности при растяжении, сжатии и изгибе стеклопластиковых стержней. Рассматривались следующие распределения: 1 -нормальное, 2 - логарифмически нормальное, 3 - разложенное в ряд Лапласа-Шарлье, 4 - Коши, 5 - Гамма ( рис.2). Гипотезу о приемлемости распределения изучаемой случайной величины проверялась на основании критериев согласия: критерия х1 (критерия Пирсона), критерия пм' и др. По данным многочисленных экспериментов установлено, что значения пределов

прочности, определяющие механические свойства стеклопластиковых стержней, подчиняются нормальному закону распределения. В таблице 3 приведены некоторые механические характеристики стеклопластиковых стержней, из которых видно, что профили на эпоксидном связующем имеют преимущество практически по всем показателям перед аналогичными изготовленными на других связующих.

Рис.2 Кривые теоретических законов распределения пределов прочности однонаправленного стеклопластика4 при сжатии

Таблица 3.

Механические характеристики стеклопластиковых стержней, используемых в конструкциях контактной сети

Тип Предел прочности, МПа, Модуль упругости, ГПа,

Материала при при

Растяжении Сжатии Изгибе Растяжении Сжатии

СПП-П 528 242 580 28-30 19 - 22

СПП-ЭП 632 414 600 37-44 25-36

СПП-Ц 785 520 810 35-40 28-36

СПП-Э 850 431 890 52-53 30-38

СПП - Эв 920 660 1000 52-57 33-38

СПП-ЭИ 790 435 875 52-55 34 - 37,5

Исследование упругих свойств стеклопластиковых стержней показало, что зависимость между напряжениями и деформациями при растяжении и сжатии вдоль волокон с достаточной точностью линейны вплоть до момента разрушения. В работе показано, что определение прочностных данных при растяжении сопряжено с большими трудностями в изготовлении образцов и проведении испытаний. Разработана методика оперативного контроля прочности стеклопластиковых стержней при растяжении по результатам . испытаний на сжатие и скорости распространения продольных ультразвуковых волн. На основе результатов испытаний проведен корреляционный анализ^} получены корреляционные уравнения. Результаты расчетов показали,^что множественная корреляционная связь существенно повышает достоверность определения предела прочности при растяжении по пределу прочности при сжатии и скорости распространения ультразвука в стержнях. Полученные корреляционные уравнения множественной регрессии были номографированы. Номограммы используются в организациях осуществляющих -производство стеклопластиковых профилей.

Значительное место в данной главе уделено исследованию зависимости прочности при растяжении, сжатии, изгибе от температуры, влажности и влияния агрессивных сред.

Для учета влияния на механическую прочность атмосферных воздействий, обоснованы и определены коэффициенты условий работы, исходя из срока службы полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей 35 лет. Значения коэффициентов условий работы (табл.4) получены на образцах, экспонированных в атмосферных условиях, характерных для трех географических зон РФ.

В четвертой главе показано, что оптимальные методы проектирования несущих, фиксирующих и опорных конструкций контактной сети,

выполненных из полимерных материалов' требуют знания не только кратковременных характеристик прочности и деформативности, но и длительных.

Исследованиями ряда ученых (Работнова Ю.Н., Ржаницина А.Р., Дж.Ферри, Бартенева Г.М., Ильюшина A.A., Москвитина В.В., Бажанова ВЛ., Копнова В.А., Болотина В.В., Гольденблата И.И., Тетерса Г.А.,Колтунова МА., Малмейстера А.К., Майбороды В.П. и др.) показано, что неупругое поведение полимерных материалов описывается уравнениями наследственной теории упругости. Указывается на характерные ядра ползучести, используемые для описания свойств полимерных материалов. Показано, что наиболее употребляемыми ядрами, описывающими свойства ползучести стеклопластиков являются экспоненциальное и слабосингулярное.

Таблица 4.

Коэффициенты условий работы стеклопластиков, используемых в

контактной сети электрифицированных железных дорог

Стеклопластик Вид напряженного состояния

Растяжение Сжатие Изгиб

СПП-П 0,72 0,68 0,7

СПП-ЭП 0,84 0,82 0,75

СПП-Ц 0,82 0,84 0,73

СПП-Э 0,90 0,89 0,83

СПП-Эв 0,87 0,91 0,8

СПП-ЭИ 0,87 0,89 0,79

АГ-4С 0,8 0,78 0,76

В работе приведены исследования ползучести и длительной прочности стеклопластиковых стержней на четырех характерных связующих (СПП-П , СПП-ЭП,СПП-1Д,СПП-Э) применяемых на электрифицированных линиях.

Экспериментальные данные исследований были математически обработаны и по результатам обработки установлены константы ядер ползучести. По полученным выражениям ядер ползучести установлено, что область линейных свойств стеклопласта ковых стержней распространяется до уровня напряжений, равного 0,8 ав. Максимальное отклонение экспериментальных данных от теоретических не превышает 25%.Установлено, что ползучесть стеклопластиков, используемых в контактной сети, подчиняется принципу температурно-временной суперпозиции типа Вольтера-Больцмана. Кроме того, установлено, что на параметры ядра ползучести основное влияние оказывает тип связующего. Изменения в технологии изготовления стеклопластиков практически не оказываются влияния на параметры ядра ползучести. Этот вывод основан на результатах математической обработки экспериментальных исследований, полученных для стеклопластиковых стержней на эпоксидном связующем.

В работе, исходя из принятых допущений .получены выражения зависимости долговечности стеклопластиковых стержней от длительности действия нагрузки. Сопоставление полученных значений долговечности и экспериментальных данных показывает ,что изложенный в работе прием дает удовлетворительное совпадение результатов.

Значительное место в диссертационной работе уделено исследованиям влияния температуры на длительную прочность стеклопластиковых стержней. На основе различных гипотез получены значения долговечности в зависимости от температуры и напряжения. Сопоставление полученных значений долговечности достаточно хорошо согласуются с опытными данными.

В этой же главе указывается на особенности расчета изолирующих конструкций контактной сети, выполненных из полимерных материалов. Изложены научно-технические основы создания конструкций с заранее заданным комплексом свойств, обладающих высокой эксплуатационной надежностью и долговечностью. Записано общее условие недостижимости

конструкцией предельного состояния. Определены значения коэффициента долговечности стеклопластиковых профилей ,они имеют следующие значении:

Тип материала СПП-П СПП-ЭП СПП-Ц СПП-Э СПП-Эв СПП-ЭИ у, 2,22 2,09 2,00 1,85 1,82 1,82

Дано обоснование конструктивных параметров полимерных изоляторов контактной сети, исходя из нормированной разрушающей нагрузки и значений рабочих растягивающих нагрузок. Приведены (табл.5) минимально допустимые диаметры стеклопластиковых стержней рекомендуемые для изготовления полимерных изоляторов контактной сети.

Таблица 5.

Минимально допустимые диаметры стержней для полимерных изоляторов в зависимости от выбранного коэффициента запаса К = 2,7 + 5,5

Стеклопластик Тип изолятора

Натяжной(подвееной) класс 120 кН Фиксаторный Консольный Опорный

СПП-Э СПП-Э, СПП-ЭИ 17,3 + 33,6 16,543 2,0 17,8 + 34,5 25.8 +■ 41,2 24.9 + 39,8 26,3-5-42,0 35,0 - 55,2 33,8 + 53,4 35,6 + 56,3 33,4 -г 52,0 32,1 +50,0 33,6 -ь 523

Пятая глава посвящена конструкциям оконцевателей (концевых захватов) и способам их соединения со стеклопластиковым стержнем. Приведен анализ конструкций и способов получения неразъемных соединений «металл-стеклопластик» с точки зрения основных требований, предъявляемых к таким соединениям: высокая прочность и стабильность прочностных характеристик.

герметичность, надежная защита металлических деталей соединения от коррозии, технологичность процесса сборки и процессов изготовления деталей соединения. Отмечается вклад в решение проблемы Горошкова Ю.И.,Яшина Ю.Н., Ирхина В.И., Шупика Н.С., Иванова Ю.В., Горячко В.И., Соловьева Э.П., Петрова Н.К. и др., а также ряда зарубежных фирм Rebosio (Италия), Rosental (ФРГ), Ohio Brass, Дженерал Электрик (США), CERAVER (Франция) и др.

Проанализирован разработанный способ соединения обжимом в матрице металла со стеклопластиковым стержнем, учитывающий геометрические параметры процесса, свойства соединяемых материалов и упрочнение металла при его пластической деформации для всех типов полимерных изоляторов контактной сети. В этой же главе разработана методика расчета несущей способности соединения "оконцеватель -стеклопластиковый стержень" в условиях осевой растягивающей нагрузки. Расчетная схема такого соединения представлена на рис.3.

РисЗ Расчетная схема осесимметричиого клеевого соединения

где т - касательные напряжения в клеевой прослойке, равномерно распределенные вдоль направляющей по поверхности металлического оконцевателя и стеклопластикового стержня; N1 и N2 - нормальные силы, действующие в оконцевателе и стержне;Ь -толщина клеевого слоя; г- расстояние от продольной оси стержня до рассматриваемой точки в клеевом слое.

С учетом вязкоупругих свойств клея, решение задачи сводится к решению интегродифференциального уравнения: t

d2N2(t,x)/dx2 + J K(t - 0)( d2N2(Q,x)/cb?)d0 = - kN2(t,x) + TtdG/hE, A,F ( 1 ) 0

причем k = Grcd(l+a)/hE2A2; a = E2A2/EtAi

Функция N2(t,x) должна удовлетворять следующим граничным условиям: N2 = F при х = 0 ; N2 = 0 при х = 1. На конкретных примерах получены кривые изменения касательных напряжений по длине соединения (см. рис. 4 t = 0).

acts h.cn

е F.cn'

■is -S -и

ом am 0.075 ii.cn

ч

а F.cn'

1.5 5 txn

-Ii -5 -Ii

f.5 i l.cn

Рис. 4 Изменения касательных напряжений т в клеевом соединении при t = 0 (слева) и t = 1100 суток (справа) от толщины клеевой прослойки h (1), от площади поперечного сечения оконцевателя (2) и от длины клеевой прослойки 1 (3).

Для оценки погрешности приближенного решения использовано решение объемной задачи теории упругости, полученное с помощью метода конечных элементов. Для расчета все соединение представляется в виде совокупности 1697 кольцевых конечных элементов прямоугольного поперечного сечения, из которых 580 принадлежат стержню, 718 -металлическому оконцевателю, 399 - клеевому слою.

Результаты расчета графически иллюстрируются на рис. 5 и б.На рис. 5 показано изменение вдоль соединения действующих в середине клеевой прослойки касательных напряжений т (кривая 1 на рис. 5,а); радиальных напряжений о, (рис. 5,6); нормальных напряжений ох (рис.5,в) и нормальных тангенциальных напряжений стт, последние направлены перпендикулярно плоскости чертежа - вдоль касательной к окружности, проходящей через рассматриваемую точку поперечного сечения (рис. 5,г).

Отсюда видно, что хотя касательные напряжения при х = 0 и х = 1 равны нулю, но при х » 0 (х > 0) и х » 1 (х < 1) они имеют резкий всплеск, в результате чего распределение их оказывается близким к тому, какое было получено ранее. На рис. 6. показаны эпюры тех же напряжений в поперечных сечениях I-I (рис.6,а) и II-II (рис.6,б), каждое из которых находится на расстоянии 0,1875 см соответственно от левого и правого концов клеевого слоя. Эти эпюры свидетельствуют о том, что касательные напряжения можно считать практически постоянными по толщине клеевого слоя. Следует обратить внимание на то, что на левом конце соединения в клее наряду с большими касательными напряжениями действуют такого же порядка нормальные растягивающие напряжения, которые ухудшают условия работы материала клея, способствуя отрыву металлического оконцевателя от стеклопластикового стержня. По разработанной методике можно не только оценить напряженно-деформированное состояние, но и выбрать оптимальные параметры клеевого соединения способами обжима (клееобжимным), клеерезьбовым и двойной нахлестки (клеевым). Однако недостатком модели является то, что она не позволяет учесть фактор времени t на распределение напряжений и деформаций в клеевом слое.

В работе проанализировано напряженно-деформированное состояние соединения «стеклопластиковый стержень-оконцеватель» с учётом вязко-упругих свойств клеевого слоя. При анализе рассмотривалась расчётная

a) i M

С) ех ю

S . 1.5

7.S z I 2.5 S 7,5

l)

t.s

!5

15 5 H

Рис. 5 Кривые изменения касательных и нормальных напряжений . по длине клеевого соединения.

f w < е uer i и « ez t не,

t

-a it -te t о w to 6t -го о 6,

Рис. 6 Эпюры касательных и нормальных напряжений в сечении 1-1 (a);II-Il (б)

модель клеевого соединения ( см. рис.3) и экспоненциальное ядро ползучести клеевого слоя. Для решения полученного уравнения использованы метод Фурье и преобразование Лапласа. Результаты расчетов приведены на рис.4.

В этой главе на основе разработанных методик осуществлен выбор оптимальных геометрических параметров конструкций оконцевателей ( длины обжатия, толщины стенки оконцевателя и т.д.) полимерных изолирующих конструкций контактной сети с учетом времени действия нагрузки на изолирующую конструкцию. На примере клееобжимного соединения стального оконцевателя со стеклопластиковым стрежнем диаметром 20 мм произведена оценка длительной прочности соединения. Для прогнозирования времени "жизни" модели использовался метод температурно-временной аналогии. Для этой цели исследована длительная прочность соединения при различных значениях растягивающих усилий в широким диапазоне температур от 20°С до ЮО'С.

Значительное место, в работе, уделено разработке математической модели разрушения соединения "оконцеватель - стеклопластиковый стержень", позволяющей учесть частичное разрушение соединения, характеристики соединяемых материалов, а также изменение деформаций клеевой прослойки во времени. На рис.7 показано продвижение фронта разрушения при нагрузке равной 60 кН в моменты времени ог 0 до 8 суток .

В шестой главе содержатся сведения о разработанных полимерных поддерживающих и фиксирующих конструкциях контактной сети и ВЛ, включая гладкостержневые и ребристые (подвесные , натяжные, консольные, фиксаторные и опорные ) изоляторы -На основании экспериментальных исследований получены механические и электрические параметры полимерных и фарфоровых изоляторов. Показано, что эксплуатационные характеристики полимерных изоляторов существенно выше, чем у аналогичных фарфоровых. В работе показано, что некоторые типы полимерных опорных изоляторов можно использовать в основных защитных средствах , применяемых

Рис. 7 Эпюры распределения продольный силы и деформаций сдвига во времени по длине клеевого соединения

при работах под напряжением на контактной сети , в частности, на изолирующих вышках, дрезин ДМ, автомотрисах АГВ. Данный вывод базировался на проведенной оценке условий электробезопасности , по величине тока через тело человека. Расчеты тока через тело человека показали ,что величина тока не превышает предельно допустимого значения, а длительность его протекания не более 2 мкс, тем самым подтверждена возможность проведения работ на контактной сети постоянного тока с дрезин .рабочая площадка которых оборудована полимерными изоляторами.

Показаны преимущества разработанных конструкций гладкостержневых изоляторов с защитным чехлом из кремнийорганической резины и натяжных изоляторов с комбинированным чехлом, состоящим из фторопластовой трубки и двух втулок-ребер из кремнийорганической резины.

В работе, на основе проведенных экспериментальных исследований, получены зависимости характеризующие длительную прочность полимерных натяжных (подвесных), фиксаторных и консольных изоляторов. Так

долговечность полимерных изоляторов при различных уровнях нагружений может быть определена если воспользоваться зависимостями :

1.н= 1,86 1010 ехр(- 24,70а) (2)

Ц = 3,93 Ю10 ехр (- 24,89 а) (3 )

и, = 1,91 Ю10 ехр(- 44,20 а), (4 )

где а = Я/Я,,; Я; - действующая на полимерный изолятор нагрузка; Яр - кратковременная разрушающая нагрузка для полимерного изолятора при Т = 20°С.

В работе дана оценка работоспособности и надежности полимерных изоляторов ,за период эксплуатации более 10 лет .Оценивались такие показатели , как сухо и мокроразрядные напряжения .прочность при растяжении , сжатии и изгибе стеклопластика, электрическая прочность , удельное объемное сопротивление и коэффициент запаса механической прочности стеклопластиковых стержней.

Проведенные исследования позволили заключить, что коэффициент запаса механической прочности полимерных изоляторов по отношению к их нормированной разрушающей силе должен быть не менее 5 при средней эксплуатационной нагрузке.

В этой главе рассмотрен комбинированный способ крепления оконцевателя со стеклопластиковым стержнем, включающий в себя элементы клееобжимного и клинового соединения. Приведены результаты сравнительных испытаний разработанной конструкции с существующими ранее в диапазоне изменения температуры от 2$ С до 100 С. Указывается ,что на разработанное техническое решение получен патент ГШ 2005635 С1.

В работе установлено, что одной из основных причин механических разрушений полимерных изоляторов является электрохимическая коррозия металлического оконцевателя токами утечки в местах сопряжения его со стеклопластиковым стержнем ,по этой же причине в 2-4 раза снижается срок службы фарфоровых изоляторов .Численный анализ распределения потенциала

электрического поля в теле полимерного изолятора показал возможность уменьшения токов утечки , стекающих с оконцевателя , путем создания внешнего электрического поля. Этот принцип может быть реализован в виде металлического кольца, жёстко закрепленного на поверхности изолятора вблизи оконцевателя, которым изолятор крепится к контактной сети. Металлическое кольцо гальванически связано проводником с оконцевателем .Для расчетов принята цилиндрическая модель с торцовыми электродами. При решении поставленной задачи использован метод конечных элементов. Результаты расчетов показали, что эффективность ограничения токов утечки существенно зависит от соотношения электропроводностей защитного чехла и стеклопластикового стержня ширины кольца и расстояния между кольцом и оконцевателем. При одинаковых электропроводностях чехла и стекло-пластикового профиля полимерного изолятора ток утечки, стекающий с оконцевателя ,уменьшается в десятки раз ,что приводит соответственно к существенному снижению интенсивности электрохимической коррозии. Результаты проведенных исследований позволили разработать конструкции полимерных изоляторов повышенной надежности, отвечающие требованиям промышленной безопасности (а.с. № 1188022).

В заключительной части главы исследована возможность косвенной оценки электромеханических характеристик полимерных изоляторов в процессе их изготовления и эксплуатации. С этой целью проведено комплексное исследование механических и электрических характеристик образцов стеклопластиковых стержней пяти видов, применяемых при изготовлении полимерных изоляторов. В результате статистической обработки экспериментальных данных определены коэффициенты парной корреляции и коэффициенты уравнений линейной регрессии между основными электромеханическими характеристиками: удельным обьемным электрическим сопротивлением, электрической прочностью .механической прочностью при растяжении , сжатии и изгибе. Полученные уравнения регрессии были

статистически проверены на адекватность при 90% уровне значимости. Анализ полученных данных указал на возможность определения механических характеристик по их обьемному удельному сопротивлению. Учитывая же линейную зависимость обьемного тока утечки от удельного обьемного сопротивления при фиксированном значении приложенного напряжения, представляется возможность создание системы экспресс-диагностики механических характеристик полимерных изоляторов по объемному току утечки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой законченную научную работу, на основе теоретических и экспериментальных исследований предложены научно обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых внесло значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса, обеспечивающего повышение надежности и промышленной безопасности узлов контактной сети и снижение эксплуатационных затрат на их обслуживание.

Основные научные и практические выводы завершенных исследований и рекомендаций автора заключается в следующем:

1. Сформулированы и экспериментально доказаны инженерные принципы расчета полимерных изолирующих конструкций контактной сети.

2. Разработаны, созданы и внедрены полимерные изолирующие конструкции (изоляторы) контактной сети, обеспечивающие повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей.

3. Исследованы электрофизические, высоковольтные характеристики перспективных полимерных материалов в изолирующих конструкциях контактной сети. Основные требования к полимерным изолирующим конструкциям

сформулированы в виде критериев и установлены их количественные значения. Обоснованы значения удельной эффективной длины пути утечки для защитных покрытий полимерной изоляции контактной сети и минимальной длины пути утечки тока полимерных изоляторов контактной сети.

4. Выявлены причины отказов полимерных изолирующих элементов контактной сети. В частности показано, что основными причинами отказов являются механическое разрушение стеклопластикового стержня в области заделки его в оконцеватель, а также перекрытие изолирующей части вследствие попадания влаги под чехол и гидролизных явлений в стеклопластиковом стержне.

5. Установлено отсутствие статистической значимости корреляционной связи между уровнем электротравматизма и развернутой длиной контактной сети электрифицированных железных дорог. Показано, что профилактические мероприятия, проводимые Министерством путей сообщения .позволяют нейтрализовать влияние роста протяженности электрифицированных железных дорог на травматизм. Установлены основные причины травмирования на контактной сети.

6. Разработаны методики проведения кратковременных испытаний на растяжение .сжатие и изгиб стеклопластиковых стержней. Установлена наименьшая площадь поперечного сечения образца .которая позволяет определить прочностные характеристики испытуемого материала .близкого к действительному .Рекомендуется брать для испытаний образцы диаметром рабочей части не менее 8 мм. Этот параметр цилиндрических образцов включен в технические условия на испытание указанных материалов. Деформативные свойства стеклопластиков, используемых в контактной сети, подчиняются теории линейной вязкоупругости . При кратковременных

испытаниях предельная деформация практически не меняется, при долговременных она зависит от уровня приложенного напряжения , температуры и вида связующего. Получены коэффициенты условий работы и долговечности ,а также прочностные и деформативные характеристики стеклопластиков .которые используются в практике проектирования изолирующих конструкций контактной сети .выполненных из полимерных материалов.

7. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработан технологический процесс получения неразьемного соединения «металл-стеклопластик ».включая расчет технологических усилий обжатия, основных размеров матрицы. Выполненные исследования оценки напряженно-деформированного состояния полимерных изоляторов контактной сети позволили определить оптимальные параметры конструкций оконцевателей. Предложенные конструкции оконцевателей обладают меньшей материалоемкостью и характеризуются равнопрочностью оконцевателя , стеклопластикового стержня и клеевого соединения. Разработанные конструкции используются при изготовлении полимерных изоляторов.

8. Установлены законы изменения долговечности полимерных изоляторов в зависимости от действующей механической нагрузки. В качестве нагрузки при которой обеспечивается надежная работа полимерного изолятора может быть принята нагрузка для натяжных (подвесных) изоляторов не более 40 % от кратковременной разрушающей, для фшссаторных и консольных соответственно не более 45 и 50 %.

9. Разработаны полимерные изоляторы с защитой оконцевателя от электрохимической коррозии. Расчетным путем показано, что установка на поверхности изолятора металлического кольца .гальванически связанного с оконцевателем, существенно снижает ток утечки .стекающий с

оконцевателя. Так ,при соотношении удельных обьемных сопротивлений материала защитного чехла и стеклопластикового стержня 10:1 ток утечки через оконцеватель снижается более чем 4 раза.

10.Предложены меры повышения безопасности труда при работах на

контактной сети с использованием основных изолирующих средств . В

частности показана эффективность применения опорных полимерных изоляторов в рабочих площадках дрезин и автомотрис.

11 .Проведенные исследования и их результаты позволили разработать научно-технические основы создания полимерных изолирующих конструкций контактной сети с заранее заданным комплексом свойств, обладающих высокой эксплуатационной надежностью и долговечностью.

Основное содержание работы опубликовано в работах:

1. Полимерные материалы в устройствах контактной сети // В.Д. Потапов, Ю.И., Горошков, A.M. Лукьянов и др. - М.:Транспорт, 1988.-224с.

2. Применение полимерных изоляторов в устройствах контактной сети электрифицированных железных дорог // Ю.И. Горошков, В.Н. Ильин, A.M. Лукьянов, Ю.Г. Чепелев. - М,: Транспорт, 1987.-48с.

3. Лукьянов A.M. Исследование зависимости прочности полимерных стержней от температуры. // Тр.МИИТ. - 1979. - вып. 630. - с.72-76.

4. Горошков Ю.И., Лукьянов A.M. Исследования по применению полимерных материалов в конструкциях контактной сети на СЖД. // Бюллетень ОСЖД Варшава - 1980.-№ 3 - с.9 -12.

5. Лукьянов A.M. О стабильности характеристик полимерных стержней изолирующих элементов // Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 1980. - № 4. - с. 26-28.

6. Потапов В.Д., Лукьянов A.M. Исследование прочности стеклопластиковых стержней при растяжении и сжатии. //Электротехническая промышленность. Сер. Электротехнические материалы. - 1980. - № 12 - с.6 - 8.

7. Потапов В.Д., Лукьянов A.M. Надежность полимерных изолирующих элементов, эксплуатировавшихся в контактной сети электрифицированных железных дорог. // Электротехническая промышленность. Сер. Электротехнические материалы. - 1981. - № 11 - с.25-26.

8. Потапов В.Д., Горошков Ю.И., Лукьянов A.M. Оценка работоспособности полимерных изоляторов по результатам испытаний их на прочность при растяжении. // Тр. ВНИИЖТ - 1982. Вып.644 - с. 42-48.

9. Лукьянов A.M. Электрофизические характеристики стеклопластиковых стержней, применяемых на электрифицированных железных дорогах. // Электротехническая промышленность. Сер. Электротехнические материалы. - 1982 - № 7 - с. 17-18.

10. Ползучесть однонаправленных стеклопластиков, используемых в полимерных изоляторах контактной сети. Потапов В.Д., Горошков Ю.И., Лукьянов A.M., Жаринов М.Ю. // Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта - 1983 г. - № 4 - с. 28-30.

11. Изучаем прочность полимеров. Потапов В.Д., Лукьянов A.M. и др. // Электрическая и тепловозная тяга - 1983 - № 7 - с. 40-41.

12. Потапов В.Д., Лукьянов A.M., Горбунов A.A. Косвенная оценка прочности при растяжении стеклопластиковых стержней, применяемых в полимерных изоляторах. // Электротехническая промышленность. Сер. Электротехнические материалы. - 1984. - № 2 - с. 10-11.

13. Потапов В.Д., Лукьянов A.M. Оптимизация параметров конструкции концевого захвата натяжных полимерных изоляторов. // Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 1986. - № 4 с. 15 - 18.

14. Потапов В.Д., Лукьянов А.М., Горошков Ю.И. Долговечность клееобжимного соединения полимерных изоляторов. // в кн. Улучшение технического обслуживания устройств контактной сети ,повышение ее надежности и экономичности .Сб. науч . тр. М: Транспорт - 1986, с.103-108.

15. Потапов В.Д., Лукьянов A.M. Оптимизация параметров клеевого соединения. // Проблемы прочности - 1988 - № 4 с. 85-89.

16. Лукьянов A.M. Расчет конструкций контактной сети из полимерных материалов. // Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта - 1989. - № 2 - с. 28 - 30.

П.Лукьянов A.M. Исследование напряженно-деформированного состояния клеевого соединения полимерных натяжных изоляторов.//Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта - 1989. - № 5 - с. 16 - 18.

18. Лукьянов A.M. Исследование напряженно-деформированного состояния соединения «оконцеватель -стеклопластиковый стержень» полимерного изолятора при учете частичного разрушения и вязкоупругих свойств клеевой прослойки. //Тр. МИИТ. -1991. - вып. 857.- с. 63-68.

19. Лукьянов A.M., Кручинин Е.В. Математическая модель разрушения соединения «оконцеватель-стеклопластиковый стержень» полимерных изоляторов. // Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта - 1992. - № 4 - с. 45-47.

20. Лукьянов A.M. Напряженно-деформированное состояние соединения «оконцеватель-стеклопластиковый стержень» изоляторов с учетом частичного разрушения клеевой прослойки. // Тезисы докладов по итогам «Недели Науки-94» (25-27 апреля 1994 г.) часть II МГУПС (МИИТ), 1995- с.48 .

21. Лукьянов A.M. Прочность и долговечность поддерживающих и фиксирующих конструкций контактной сети железных дорог. // Тезисы докладов первой международной научно-технической конференции

«Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». 18-21 апреля 1994 г., г. Москвы МГУПС (МИИТ) Часть 2 - с. 147.

22. Зельвянский Я.А., Лукьянов A.M., Шевандин М.А. Повышение безопасности обслуживания контактной сети. // Железнодорожный транспорт - 1980. - Л& 12- с. 44-47.

23. Зельвянский Я.А., Лукьянов A.M. Методы анализа электрогравмагизма. /'/ Электробезопасность в системе электроснабжения железнодорожного транспорта -М. Транспорт. 1983 - с.4-18.

24. Лукьянов A.M., Кручинин Е.В. Совершенствование изоляции контактной сети как фактор повышения безопасности обслуживающего персонала. // Сб. науч. тр. «Электробезопасность в промышленности» : материалы семинара, -М. 1985. - с. 56-59.

25. Косарев Б.И., Лукьянов A.M., Кручинин Е.В. Повышение электробезопасности в тяговых сетях железных дорог постоянного тока. // Проблемы охраны труда. Тез.науч.конф. 16-18 сентября 1986. - Рубежное, РФ ВМСИ, 1986,- с. 154.

26. Способ снижения электрохимической коррозии металлического захвата полимерных изоляторов контактной сети постоянного тока. //IO.HL Горошков, Б.И. Косарев , Е.В. Кручинин , A.M. Лукьянов // Вестниж ВНИИЖТ. - 1986. - № 6 - с. 15-17.

27. Испытываются полимерные изоляторы. //Ю.И. Горошков, Б.И. Косарев, A.M. Лукьянов, Е.В. Кручинин// Электрическая и тепловозная тяга - 1986, -№ 9, - с.39-40.

28. Работоспособность полимерный изоляции //Б.И. Косарев, A.M. Лукьянов, Е.В. Кручинин, Е.В. Фирсов.//Железнодорожный транспорт. - 1987 - № 8- с. 41-44.

29. Совершенствуем полимерную изоляцию контактной сети //Б.И, Косарев, A.M. Лукьянов, Е.В. Кручинин, С.Б. Багдасарян.// Электрическая ;и тепловозная тяга - 1989. - № 10 - с. 45-46.

30. Литовченко В.И., Лукьянов A.M. Полимерные траверсы ВЛ автоблокировки и продольного электроснабжения электрифицированных дорог. /Сб. научн. тр. // ВНИИТС.-1991. Методы расчета и конструкции устройств электрификации железных дорог. - с. 29-35.

31. Лукьянов A.M., Соломатов В.Н., Яшин Ю.Н. Долговечность полимерных изоляторов контактной сети// Вестник ВНИИЖТ. -1991,- № 4,- с.36-39.

32. Осин В.Б., Лукьянов A.M. Один из способов соединения «оконцеватель-стеклопластиковый стержень» полимерных изоляторов контактной сети. // МГУПС (МИИТ) - 1995. Тезисы докладов по итогам «Недели Науки-94» (2527 апреля 1994 г.) Часть 2-е. 47.

33. Лукьянов A.M. Долговечность полимерных изоляторов контактной сети // МГУПС (МИИТ) - 1995. Тезисы докладов по итогам «Недели Науки - 94» (25-27 anpeji 1994 г.) часть 2 - с.47-48.

34. Лукьянов A.M. К вопросу проектирование полимерных элементов конструкций электрифицированных железных дорог. // Тезисы докладов II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» 24-25 сентября 1996 г. г. Москва МГУПС (МИИТ),том II с.73.

35. Лукьянов A.M., Горошков Ю.И. Изоляторы контактной сети для высокоскоростных железных дорог. // МГУПС (МИИТ) - 1996. Тезисы докладов по итогам. «Недели Науки - 1996».

36. A.c. СССР № 1188022, МКИ В 60 М 1/16 Н 01 В 17/02. Стержневой изолятор контактной сети постоянного тока /Горошков Ю.И., Косарев Б.И., Кручинин Е.В., Лукьянов A.M., Потапов В.Д. (СССР). - 3702601/24-11; Заявл. 20.02.84; Опубл. 30.10.85, Бюл. № 40. - 2с.: ил.

37. A.c. СССР № 1323426, МКИ В 60 М 1/16. Стержневой изолятор контактной сети постоянного тока. / Горошков Ю.И., Косарев Б.И., Кручинин Е.В., Лукьянов A.M. (СССР). - № 3876634/27-11; Заявл. 27.03.85; Опубл. 15.07.87; Бюл. № 26. -2с.: ил.

38.А.С. СССР № 1463551, МКИ В 60 М 1/16, Н 01 В 17/20. Полимерный изолятор контактной сети / Косарев Б.И., Лукьянов A.M., Кручинин Е.В., Горошков Ю.И., Чепелев Ю.Г., Яшин Ю.Н., (СССР) - № 4253569 (27-11 ; Заявл. 24.04.87; Опубл. 07.03.89, Бюл. № 9 - 3 с.: ил.

39.A.C. РФ № 2005635, МКИ В 60 М 1/16 Устройство для крепления стеклопластакового стержня изолятора контактной сети. / Лукьянов A.M., Осин В.Б. (РФ) - № 4820061/11; Заявл. 26.04.90.; Опубл 15.01.94 г. бюл. № 1 -2с.:ил.

40. Методические рекомендации по применению полимерных материалов в конструкциях контактной сети стран СЭВ /Горошков Ю.И., Лукьянов A.M. и др. - Варшава. Р637/2 - 1983 - 126 с.

41. Методические рекомендации по применению полимерных материалов в конструкциях контактной сети стран СЭВ. Терминология на полимерную изоляцию ОСЖД /Горошков Ю.И., Лукьянов A.M. и др. - Варшава Р 637/3 -1986- 100 с.

42. Методические рекомендации по применению полимерных материалов в конструкциях контактной сети стран СЭВ /Горшков Ю.И., Лукьянов A.M. и др. - Варшава Р 637/2 - 1987. - 154 с.

Лукьянов Анатолий Михайлович

РАЗРАБОТКА ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛИРУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОВЫШЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 05.26.04 - "Промышленная безопасность", 05.23.17 - "Строительная механика" Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Подписано к печати {0.06.93. Формат бумаги 60 х 84 1/16 Обьем 2,75 п.л. Заказ № 3i9,

Тираж 100 экз.

Типография МИИТа , Москва , ул. Образцова , 15.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЛАСТИ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В

КОНТАКТНОЙ СЕТИ , ОТВЕЧАЮЩИХ ТРЕБОВАНИЯМ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

1.1. Анализ повреждений изолирующих устройств и узлов контактной сети

1.2. Анализ электротравматизма и пути устранения электротравм на контактной сети

1.3. Рациональные области применения полимерных материалов в устройствах контактной сети

1.4. Общие требования промышленной безопасности к уровню полимерной изоляции контактной сети

1.5. Характерные причины повреждений полимерных изолирующих элементов контактной сети

ГЛАВА 2. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИМЕРНЫХ

МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ИЗОЛЯТОРАХ

2.1. Водо- влагопоглощение стеклопластиков

2.2. Исследование изоляционных характеристик стеклопласти-ковых стержней

2.3. Электрическая прочность стеклопластиковых стержней

2.4. Электрическая прочность стеклопластиковых стержней после их увлажнения

2.5. Влияние температуры на электрическую прочность стеклопластиковых стержней

2.6. Электрический расчёт полимерных изоляторов контактной сети

ГЛАВА 3. КРАТКОВРЕМЕННАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ,ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КОНСТРУКЦИЯХ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ.

МЕТОДЫ ИХ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Прочностные свойства стеклопластиков и методы их оценки

3.1.1. Растяжение

3.1.2. Сжатие

3.1.3. Результаты испытаний образцов на растяжение и сжатие

3.1.4. Изгиб

3.2. Упругие свойства однонаправленных стеклопластиков при растяжении и сжатии

3.3. Косвенная оценка прочности

3.4. Зависимость прочности стеклопластиков от температуры

3.5. Влияние влажности и агрессивных сред на механическую прочность стеклопластиков

3.6. Обоснование значений коэффициентов работы стеклопласти-ковых стержней, используемых в контактной сети

ГЛАВА 4. ПОЛЗУЧЕСТЬ И ДЛИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ

В УСТРОЙСТВАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

4.1. Ползучесть полимерных материалов

4.2. Ползучесть стеклопластиковых стержней , используемых в устройствах контактной сети

4.3. Длительная прочность и долговечность стеклопластиковых стержней

4.4. Влияние температуры на длительную прочность однонаправленных стеклопластиков

4.5. Особенности расчета изолирующих устройств контактной сети .выполненных из полимерных материалов

4.5.1.Основы расчета изолирующих конструкций контактной сети с заранее заданным комплексом свойств

4.6. Обоснование конструктивных параметров полимерных изоляторов контактной сети

ГЛАВА 5. КОНСТРУКЦИИ ОКОНЦЕВАТЕЛЕЙ (КОНЦЕВЫХ ЗАХВАТОВ) И СПОСОБЫ ИХ СОЕДИНЕНИЯ СО СТЕКЛО-ПЛАСТИКОВЫМ СТЕРЖНЕМ

5.1. Существующие способы крепления оконцевателей (концевых захватов) к стеклопластиковому стержню

5.1.1. Резьбовое и клеевое соединения стеклопластикового стержня и оконцевателя

5.1.2. Клееболтовое соединение

5.1.3. Клееобжимной способ соединения

5.1.4. Бесклеевое обжимное соединение

5.1.5. Клиновое соединение захвата со стеклопластиковым стержнем

5.1.6. Штифтовое соединение

5.1.7.Коушное (петлевое) соединение

5.2. Напряженно-деформированное состояние соединения "оконцеватель -стеклопластиковый стержень"

5.3. Расчёт соединения « оконцеватель -стеклопластиковый стержень» с помощью метода конечных элементов

5.4. Выбор оптимальных геометрических параметров конструкции клееобжимного оконцевателя

5.5. Длительная прочность клееобжимного соединения

5.6. Исследование напряженно-деформированного состояния соединения "стеклопластиковый стержень -оконцеватель" с учётом вязкоупругих свойств клея

5.7. Математическая модель разрушения соединения "оконцеватель- стеклопластиковый стержень" полимерных изолирующих конструкций

5.8. Комбинированный способ крепления стеклопластикового стержня полимерных изолирующих конструкций с оконце-вателем

ГЛАВА 6. ПОЛИМЕРНЫЕ ИЗОЛИРУЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

ИЗОЛЯТОРЫ) КОНТАКТНОЙ СЕТИ И ВЛ

6.1. Полимерные изоляторы контактной сети электрифицированных дорог и ВЛ

6.1.1. Подвесные изоляторы

6.1.2. Натяжные изоляторы

6.1.3. Консольные изоляторы

6.1.4. Фиксаторные изоляторы

6.1.5. Опорные изоляторы

6.2. Долговечность полимерных изоляторов контактной сети

6.3. Оценка работоспособности полимерных элементов электрифицированных дорог

6.4. Полимерные поддерживающие и фиксирующие конструкции контактной сети

6.5. Полимерные траверсы В Л автоблокировки и продольного электроснабжения электрифицированных дорог

Актуальность проблемы. Высокая загруженность электрифицированных линий, куда относятся промышленный транспорт (ГОКи, угольные разрезы, городской транспорт и магистральные железные дороги) заставляет повышать требования к ремонтопригодности и надежности ее наиболее ответственных узлов, а также находить более эффективные решения, которые позволили бы максимально снизить количество отказов в системе. Отсюда следует, что необходимо внедрить новые конструкции контактной сети, обладающие более высокой надежностью, чем существующие.

Одним из перспективных направлений технического перевооружения и существенного повышения уровня электробезопасности является создание полимерных изолирующих конструкций контактной сети. Это обусловлено недостатками существующих традиционных металло-фарфоровых и металло-стеклянных конструкций (большой вес, высокая повреждаемость, недостаточная механическая прочность), трудностями обеспечения все усложняющихся требований к изоляции.

Полимерные изолирующие конструкции отличаются от традиционных значительно меньшей массой, большей ударной прочностью, меньшими размерами, технологичностью изготовления, простотой монтажа и транспортировки, компактностью. Использование полимерных изолирующих конструкций контактной сети позволяет повысить ее надежность, уменьшить трудозатраты на обслуживание, решить ряд технических проблем, связанных с повышением скорости движения экипажа, сооружением контактных подвесок в искусственных сооружениях со стесненными габаритами (мосты, путепроводы) и в тоннелях.

Кроме того, замена традиционных изолирующих конструкций полимерными позволит сэкономить металл, упростить конструкцию, повысить надежность основных защитных средств и уровень электробезопасности 9 производства ремонтных работ на контактной сети, улучшить условия труда монтажников и эксплуатационников.

Известны работы в области создания полимерных изоляторов контактной сети и ЛЭП ученых - Горошкова Ю.И. ,Овчинниковой М.В., Вологина В.А., МорозовойТ.В.,ГенкинаС.М.,КотельниковаА.В.,ЧепелеваЮ.Г.,Рожковой Н.А., Порце ланаА А. ДосареваБ .И. ,ЗельвянскогоЯ .А. ,МихееваВ .П. ДручининаЕ.В., БеловаЛ.Ф.,ПомаковаЛ.Г.,Бакалова З.С., Александрова Г.Н., Бургсдорфа В.В., СоколоваС.Г,СоловьеваЭ.П.,ЛимасоваА.И.,Яшина Ю.Н., Кондратьевой В.Т., ШумиловаЮ.Н.,ОстапенкоЕ.Н.,ТрифоноваВ.З.,ГутманаИ.Ю.,СоломоникаЕ.А., Семенова АА. и др., практиков -Чекулаева В.Е., Дмитриевского Г.В., Кирсанова Г.М., Шилкина П.М., Ильина В.Н., СмирноваВ. Н. Д ручинина В. П., Фукс Н.Л., Савченко В.А. и др.

Изолирующие конструкции контактной сети работают в тяжелых условиях эксплуатации, так как наряду с электрическими и механическими нагрузками, на них воздействуют атмосферные факторы, такие как солнечная радиация, температура, повышенная влажность и дождь, ветровые нагрузки и т.п. Поэтому в систему изолирующих конструкций должны быть заложены материалы, которые обеспечивали бы стабильность электрофизических характеристик при длительном воздействии перечисленных выше факторов. Характерной особенностью полимерных материалов является то, что их свойства в значительной степени зависят от времени. Ползучесть полимерных материалов заметно проявляется при нормальных температурах и оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние конструкции. Изменение свойств материалов изолирующей конструкции во времени предъявляет повышенные требования к расчету на различные воздействия, в том числе кратковременные большой интенсивности. Поэтому создание нормативных документов для проектирования, изготовления, применения полимерных изолирующих конструкций

10 контактных электрических сетей представляет одну из актуальных проблем современной строительной механики и промышленной безопасности.

Замену традиционных изолирующих узлов контактной сети на полимерные возможно осуществить в два этапа, цель каждого этапа - получение значительного экономического эффекта при минимуме трудозатрат.

При реализации первого этапа, полимерные изолирующие конструкции (изоляторы) по своей строительной длине адекватны стеклянным и фарфоровым. По мере исчерпания ресурса работоспособности замена традиционных изоляторов на полимерные не приводит к реконструкции устройств контактной сети. Этот вариант наиболее перспективен в применении на действующих электрифицированных линиях, его реализация возможна силами эксплуатационного персонала.

При капитальном ремонте устройств электроснабжения или строительстве новых линий перспективен второй вариант, когда несущие, фиксирующие и поддерживающие конструкции контактной сети выполнены целиком из полимерного материала, т.е. выполняют одновременно функции "несущая конструкция-изолятор".

Учитывая высокую технико-экономическую эффективность внедрения полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей и необходимость решения широкого круга научно-технических задач при их создании, данную работу следует рассматривать как решение крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Работа выполнялась в соответствии с комплексными целевыми программами : 054.01.02.10 "Разработать и внедрить высокоэффективные технологические процессы и технические средства в хозяйстве электрификации и энергетики" ; 31.00.00 "Улучшение условий и охраны труда, снижение производственного травматизма на основе разработки и внедрения эффективных технических средств и организационных мероприятий", а также утвержденной в 1983 году « Долгосрочная программа

11 разработки, изготовления и внедрения изоляторов для контактной сети электрифицированных железных дорог».

Целью работы является разработка и внедрение высокоэффективных полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей, обеспечивающих повышение промышленной безопасности электрифицированных дорог.

Достижение поставленной цели реализуется решением ряда основных задач:

• разработать полимерную изоляцию контактной сети с высокой несущей способностью, жесткостью, трещиностойкостью и малой материалоемкостью;

• всесторонне исследовать конструкционные и эксплуатационные свойства полимерной изоляции, включая исследование новых материалов, определить области и пути их рационального применения в конструкциях контактной сети и основных защитных средствах;

• исследовать механику разрушения полимерных материалов изолирующих конструкций контактной сети и проанализировать предельное состояние конструкции близкое к аварийной ситуации;

• проанализировать характерные повреждения по основным элементам контактной сети, выявить основные факторы, влияющие на ее промышленную безопасность;

• разработать рекомендации по улучшению эксплуатационных показателей контактной сети, путем использования современных изолирующих материалов, а также совершенствования наиболее ответственных узлов системы;

• изучить характерные случаи электротравмирования, выявить и научно обосновать причинно-следственные связи опасности поражения электрическим током;

12

• установить первоочередность мероприятий по профилактике травматизма и совершенствованию средства защиты от поражения электрическим током;

• разработать требования к полимерной изоляции контактной сети с точки зрения промышленной безопасности, а также видов и методам ее испытаний;

• разработать и внедрить эффективные способы повышения эксплуатационной надежности и долговечности полимерной изоляции и основных защитных средств;

• разработать основы технологии изготовления полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей;

• разработать методы диагностики полимерных изолирующих конструкций с целью оценки ресурса безопасной эксплуатации.

Методы исследования. В работе использовался системный подход к решению поставленных задач, для чего были применены методы:

• научного обобщения статистических данных о причинах и последствиях аварий и несчастных случаев на контактной сети;

• экспертных оценок для решения отдельных вопросов;

• планирования эксперимента;

• экспериментальных исследований в лабораторных и натурных условиях;

• методы теории вероятности, математической статистики и максимального правдоподобия для обработки экспериментальных данных электрических и механических испытаний стеклопластиковых стержней, полимерных покрытий и определения предельных значений прочностных характеристик материала;

• теория уравнений математической физики, вариационного исчисления, метод конечных элементов для анализа напряженно-деформированного состояния соединения "стеклопластиковый стержень - оконцеватель" и

13 при расчете параметров электрического поля в электрически неоднородных средах;

• операторный метод, метод конечных разностей при анализе распределения напряжений в клеевой прослойке при ее частичном разрушении и определении тока через тело человека при оценке условий электробезопасности на контактной сети в случае использования полимерной изоляции;

Достоверность основных положений обеспечивается строгостью математической постановки в пределах сформулированных допущений и гипотез, обоснованием сходимости построенных численных решений, совпадением тестовых результатов с результатами, соответствующими другим методам и натурным экспериментам. Научная новизна заключается в следующем:

• получены новые данные о физических процессах протекающих в полимерных материалах изолирующей конструкции, уточнен механизм их разрушения при одновременном воздействии электрического и механического напряжений, а также эксплуатационных факторов;

• сформулированы принципы расчета и конструирования полимерной изолирующей конструкции контактной сети;

• осуществлено прогнозирование долговечности полимерных изолирующих конструкций (изоляторов) контактной сети и разработаны эффективные пути повышения их надежности;

• установлены прочностные и деформативные характеристики, получены коэффициенты условий работы стеклопластиковых стержней, используемых в изолирующих конструкциях контактных электрических сетей и линий электропередачи;

• обоснованы значения удельной эффективной длины пути утечки для защитных покрытий полимерной изоляции контактной сети и установлена

14 минимальная длина пути утечки тока полимерных изоляторов для различных районов по степени загрязненности атмосферы;

• определены основные изоляционные характеристики стеклопластиковых стержней, используемых в устройствах контактной сети в зависимости от температурно-влажностных условий и агрессивных сред;

• выявлены причины снижения электрической прочности пограничного слоя «стеклопластиковый стержень - защитное покрытие» в процессе эксплуатации полимерных изоляторов;

• предложен способ соединения металла со стеклопластиком стержнем, обжатием в матрице, учитывающий геометрические параметры и свойства соединяемых материалов, а также упрочнение металла при его пластической деформации;

• разработана методика расчета несущей способности соединения « окон-цеватель- стеклопластиковый стержень» в условиях осевой растягивающей нагрузки, учитывающая технологические параметры обжима , свойства соединяемых материалов, а также частичное разрушение и ползучесть клеевой прослойки;

• дано научное обоснование необходимости создания новых полимерных изолирующих конструкций с комплексом заранее заданных свойств, обладающих высокой эксплуатационной надежностью и долговечностью;

• разработана система экспресс-диагностики состояния полимерных изоляторов контактной сети.

Практическое значение работы заключается в том, что:

• созданы полимерные изолирующие конструкции (изоляторы) обеспечивающие повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей;

• разработаны и внедрены эффективные способы повышения эксплуатационной надежности и долговечности полимерной изоляции;

15

• получены характеристики кратковременной и длительной прочности, необходимые для расчета конструкций контактной сети, выполненные из композиционного материала;

• установлена статистическая значимость корреляционной связи между объемным током утечки и электромеханическими характеристиками стеклопластиковых стержней, что дало возможность разработать методику экспресс - диагностики состояния полимерной изоляции в условиях ее эксплуатации;

• определен ресурс безопасной эксплуатации полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей;

• разработана методика расчета полимерных изолирующих конструкций контактной сети и ВЛ электрифицированных железных дорог.

Основные научные положения работы, выносимые на защиту:

- сформулированные автором концептульные положения комплекса требований и критериев оценки изоляционных материалов для использования их в полимерных конструкциях контактных электрических сетей обеспечивают поддержание технических средств в постоянном рабочем состоянии и безотказность рабочих режимов;

- повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей обеспечивается только на основе структурно-функционального анализа объекта учитывающего взаимосвязи между конструкцией, материалом, технологией изготовления и реализуется на каждом этапе через: расчет, конструирование, оценку долговечности;

- упреждение чрезвычайных ситуаций на контактной сети обеспечивается созданием и внедрением полимерных изолирующих конструкций, обладающих повышенной надежностью, улучшающих условий эксплуатационного обслуживания и создающих необходимые уровни промышленной безопасности;

16

Личный вклад автора заключается в:

- обосновании идеи, цели и задач исследований, разработке и развитии методик исследований, научно-методическом руководстве исследованиями, результаты которых приведены в диссертации;

- обобщении статистических данных по оценке характерных случаев электротравмирования на контактной сети, обосновании мероприятий по профилактике травматизма и совершенствованию средств защиты от поражения электрическим током на основе анализа производственного риска и выявлении основных факторов, влияющих на промышленную безопасность ;

- формулировании и обосновании комплекса требований и критериев оценки изоляционных материалов для использования их в полимерных конструкциях контактных электрических сетей;

- разработке основ расчета, конструирования, оценки долговечности и технологии изготовления полимерных изолирующих конструкций контактной сети, обеспечивающих повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей; обосновании методологических принципов создания нового класса изоляционных конструкций контактных электрических сетей, повышающих промышленную безопасность, определении прочностных и деформативных характеристик, выявлении новых данных о физических процессах и разрядных напряжениях, определении минимальной длине пути утечки тока полимерных изоляторов для различных районов по степени загрязненности атмосферы, изучении особенностей поведения полимерных изолирующих конструкций контактной сети при одновременном воздействии электрических и механических нагрузок, а также эксплуатационных факторов;

- организации активного практического внедрения результатов исследований на сети электрифицированных дорог и в директивные и

17 нормативные документы по расчету, устройству и технической эксплуатации контактной сети, а также в справочные материалы отрасли.

Реализация работы.

• Результаты проведенных исследований и практические рекомендации нашли отражение в « Правилах устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог», в 1984-1987 гг. Департаментом электрификации и электроснабжения МПС РФ утверждены «Инструкции по монтажу и эксплуатации натяжных (подвесных), фиксаторных , консольных и опорных полимерных изоляторов».

• Прочностные и деформативные характеристики стеклопластиковых стержней включены в нормативно-технические документы для расчета полимерных изолирующих конструкций контактной сети, в частности, в 1987 году, Государственным проектно-изыскательским институтом электрификации железных дорог и энергетических установок «Трансэлектропроектом», выпущен проект и рабочие чертежи поддерживающих и фиксирующих конструкций контактной сети из полимерных материалов, а в 1983 году проекты и рабочие чертежи полимерных (подвесных,натяжных, консольных, фиксаторных и опорных) изоляторов контактной сети.

• Технологическое оборудование и технологический процесс изготовления клееобжимного соединения оконцевателя со стеклопластиковым стержнем полимерных изолирующих конструкций контактной сети внедрены на опытном заводе ВНИИЖТа и Симферопольском электротехническом заводе.

• Разработанные полимерные изолирующие конструкции контактной сети (подвесные, натяжные, консольные, фиксаторные изоляторы, изолирующие элементы, распорки) внедряются более чем на 12

18 электрифицированных железных дорогах, согласно НТО 054.01.02.10, со значительным экономическим эффектом.

• Комплекс требований и критериев оценки полимерных изоляционных материалов для использования их в конструкциях контактной сети включены в нормативно-правовую и техническую документацию Организации содружества железных дорог.

• Конструкции полимерных изоляторов контактной сети постоянного тока, в частности, с защитой металлических оконцевателей от электрохимической коррозии, вошли в каталог полимерных изоляторов, выпущенных Государственным проектно-изыскательским институтом электрификации железных дорог и энергетических установок «Трансэлектропроектом». Промышленная партия таких изоляторов эксплуатируется на контактной сети комбината «Кустанайасбест».

• На базе разработанного технического регламента организовано производство изолирующих частей полимерных изоляторов с гладким кремнийорганическим защитным покрытием на заводе «Киргизэлектро-изолит».

• Разработанные в диссертации методы, алгоритмы и программы расчетов полимерных изолирующих конструкций контактных электрических сетей, с определением их напряженно-деформированного состояния используются Московским проектно-изыскательским институтом «Мосжелдор-проект» Московской железной дороги.

• Применение результатов выполненных исследований о прочности, деформативности и диагности стеклопластиковых профилей позволило НИИВН (Украина) значительно повысить долговечность полимерных изоляторов для линий электропередачи, включая линии высокого и ультравысокого напряжений.

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты работы, выполненных автором исследований, неоднократно

19 доложены, обсуждены, одобрены и рекомендованы к использованию на многочисленных совещаниях, научно-технических семинарах, конференциях, симпозиумах, включая международные, более чем за двадцатипятилетний период научных исследований и практической работы, в том числе на: заседаниях комиссии научно-технического совета МПС (1981г.); технических советах Департамента электрификации и электроснабжения хозяйства МПС РФ (1981, 1987, 1988 гг.); сетевых совещания по обмену передовым опытом работников служб электрификации и энергетического хозяйства; совещаниях, посвященных повышению надежности работы контактной сети и токоприемников в сложных условиях эксплуатации (гг. Москва, Петербург, Славянск (1983-1987 гг.)); на курсах повышения квалификации работников железнодорожного транспорта в МИИТе (19821987 гг.); на научно-технической конференции МИИТа по внедрению разработок института в области электроподвижного состава и электрификации железных дорог (1980г.); на научно-технических совещаниях отделения электрификации ВНИИЖТа (г. Москва 1984г.); на семинаре «Электробезопасность в промышленности» в Московском доме научно-технической пропаганды (г. Москва , 1985г.); на I и II научно-практической конференциях МИИТа с Московской железной дорогой ( 1983,1985г.г.); на конференциях: «Перспективы применения полимерных материалов в железнодорожной технике» и «Надежность и безопасность электросетей и экономия электроэнергии в сельском хозяйстве и промышленности» (г. Севастополь, 1986г.); на совещании по применению фторопластовых, полиолефиновых и кремнийорганических трекинго-эрозиостойких композиций в электросетевом строительстве (Петербург, 1986г.); на V Всесоюзной научной конференции «Проблемы охраны труда» (г. Рубежное, 1986г.); на научных конференциях «Недели Науки» МИИТа ( 1994-1996 г.г.); на научном семинаре кафедры "Строительная механика" МИИТа под руководством проф. Александрова A.B. (1989г.); на ученом

20 совете факультета "Мосты и тоннели" МИИТа (1990г.); на I и II Международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта" (г. Москва, 1994, 1996гг.); на заседании Московского отделения Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (г. Москва , 1997г.); на заседаниях кафедры "Строительная механика" МИИТа ( 1990, 1997гг.)

Основные технические решения, разработанные и реализованные автором в изолирующих конструкциях контактной сети из полимерных материалов удостоены: дипломов международных выставок «Железнодорожный транспорт» 1984 и 1986гг., золотой и бронзовой медалями ВВЦ (ВДНХ) и т.д. Организационные, методические и методологические положения использованы в содержании нормативных актов по применению полимерных материалов в конструкциях контактной сети стран СЭВ, включая правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог и систему стандартов безопасности труда ,в том числе «Знаки безопасности на объектах железнодорожного транспорта»

21

ВЫВОДЫ:

В диссертации, представляющей собой законченную научную работу, на основе теоретических и экспериментальных исследований предложены научно обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых внесло значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса, обеспечивающего повышение надежности и промышленной безопасности узлов контактной сети и снижение эксплуатационных затрат на их обслуживание.

Основные научные и практические выводы завершенных исследований и рекомендаций автора заключается в следующем:

1. Сформулированы и экспериментально доказаны инженерные принципы расчета полимерных изолирующих конструкций контактной сети.

2. Разработаны, созданы и внедрены полимерные изолирующие конструкции (изоляторы) контактной сети, обеспечивающие повышение промышленной безопасности контактных электрических сетей.

3. Исследованы электрофизические, высоковольтные характеристики перспективных полимерных материалов в изолирующих конструкциях контактной сети. Основные требования к полимерным изолирующим конструкциям сформулированы в виде критериев и установлены их количественные значения. Обоснованы значения удельной эффективной длины пути утечки для защитных покрытий полимерной изоляции контактной сети и минимальной длины пути утечки тока полимерных изоляторов контактной сети.

4. Выявлены причины отказов полимерных изолирующих элементов контактной сети. В частности показано, что основными причинами отказов являются механическое разрушение стеклопластикового стержня в области заделки его в оконцеватель, а также перекрытие изолирующей части вследствие попадания влаги под чехол и гидролизных явлений в стеклопластиковом стержне.

5. Установлено отсутствие статистической значимости корреляционной связи между уровнем электротравматизма и развернутой длиной контактной сети электрифицированных железных дорог. Показано, что профилактические мероприятия, проводимые Министерством путей сообщения ,позволяют нейтрализовать влияние роста протяженности электрифицированных железных дорог на травматизм. Установлены основные причины травмирования на контактной сети.

6. Разработаны методики проведения кратковременных испытаний на растяжение ,сжатие и изгиб стеклопластиковых стержней. Установлена наименьшая площадь поперечного сечения образца ,которая позволяет определить прочностные характеристики испытуемого материала , близкого к действительному .Рекомендуется брать для испытаний образцы диаметром рабочей части не менее 8 мм. Этот параметр цилиндрических образцов включен в технические условия на испытание указанных материалов. Деформативные свойства стеклопластиков, используемых в контактной сети, подчиняются теории линейной вязкоупругости .При кратковременных испытаниях предельная деформация практически не меняется, при долговременных она зависит от уровня приложенного напряжения , температуры и вида связующего. Получены коэффициенты условий работы и долговечности, а также прочностные и деформативные характеристики стеклопластиков ,которые используются в практике проектирования изолирующих конструкций контактной сети выполненных из полимерных материалов.

7. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработан технологический процесс получения неразъемного соединения «металл- стеклопластик »,включая расчет технологических усилий обжатия, основных размеров матрицы. Выполненные исследования оценки напряженно-деформированного состояния полимерных изоляторов контактной сети позволили определить оптимальные параметры конструкций оконцевателей. Предложенные конструкции оконцевателей обладают меньшей материалоемкость и характеризуются равнопрочностью оконцевателя , стеклопластикового стержня и клеевого соединения. Разработанные конструкции используются при изготовлении полимерных изоляторов.

8. Установлены законы изменения долговечности полимерных изоляторов в зависимости от действующей механической нагрузки. В качестве нагрузки при которой обеспечивается надежная работа полимерного изолятора может быть принята нагрузка для натяжных (подвесных) изоляторов не более 40 % от кратковременной разрушающей, для фиксаторных и консольных соответственно не более 45 и 50 %.

9. Разработаны полимерные изоляторы с защитой оконцевателя от электрохимической коррозии. Расчетным путем показано, что установка на поверхности изолятора металлического кольца, гальванически связанного с оконцевателем, существенно снижает ток утечки ,стекающий с оконцевателя. Так ,при соотношении удельных объемных сопротивлений материала защитного чехла и стеклопластикового стержня 10:1 ток утечки через оконцеватель снижается более чем 4 раза.

1. Горошков Ю.И., Баранова J1.T. Полимерные материалы в контактной сети. М.: Транспорт, 1966.- 131 с.

2. Генкин С.М., Горошков Ю.И., Морозова Т.В. Полимерные материалы в контактной сети. М.: Транспорт, 1976. - 96 с.

3. Горошков Ю.И. Применение полимерных материалов в устройствах контактной сети.// Железные дороги мира. 1976, № 1- с. 3-23.

4. Горошков Ю.И., Лукьянов A.M. Исследования по применению полимерных материалов в конструкциях контактной сети на СЖД. // Бюллетень ОСЖД. Варшава,1980, № 3- с. 9-12.

5. Горошков Ю.И., Сафонов В.Н. Применение полимерных материалов в контактной сети.// Железнодорожный транспорт. 1981, № 5 - с. 35-39.

6. Вологин В.А., Горошков Ю.И. Характеристики секционных изоляторов контактной сети. // Вестник ВНИИЖТ. -1970, № 5 с. 23-27.

7. Рекомендации по применению полимерных материалов в конструкциях контактной сети. Памятка Р 637/2. Организации сотрудничества железных дорог (ОСЖД). Стеклографическое издание. -Варшава, 1980. 23 с.

8. Рекомендации по применению канатов из волокнистых полимерных материалов для струн и тросов. Памятка ОСЖД Р 637. Стеклографическое издание.- Варшава. 1976 . 7с.

9. Анализ работы хозяйства электроснабжения в 1989-1996г.-М.:МПС РФ Управление электрификации и электроснабжения. 1997. 273 с.

10. Ю.Сердинов С.М. Повышение надежности устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт. 1985. 301 с.

11. П.Лукьянов A.M. Исследование электробезопасности при использовании механически напряженных полимерных изолирующих элементов контактной сети магистральных железных дорог : Дис. .канд. техн. наук -М: МПС СССР , 1978.-273 с.3 go

12. Вологин В.A., Ильин В.H. Надежная изоляция контактной сети // Железнодорожный транспорт. 1987, № 5 - с.49-52.

13. Parraud Rene Thuillier Denis. Les matériaux composites: Ils complètent l'isokement traditionnel // Rev.gen. elec. 1986, № 4 - p. 28-34.

14. Полимерные изоляторы с защитными ребрами из кремнийорганических эластомеров / В.А.Вологин, В.Н.Соломатов, Ю.Н.Яшин, Ю.В.Иванов, П.Г.Тюрнин, Н.А.Рожкова // Вестник ВНИИЖТ. 1984, № 2- с. 30-33.

15. Лукьянов А.М. О стабильности электрофизических характеристик полимерных стержней изолирубщих элементов // Вестник ВНИИЖТ. -1980, №4-с. 26-28.

16. Испытываются полимерные изоляторы / Ю.И.Горошков, Б.И.Косарев, А.М.Лукьянов, Е.В.Кручинин // Электрическая и тепловозная тяга. -1986, №9-с. 39-40.

17. Морозова Т.В., Смирнова Т.М. Полимерные изоляторы для высоковольтных установок. М.: Информэлектро, ТС-20, Электрокерамика, обзорная информация, 1977. - 47 с.

18. Воробьев А.А., Каляцкий И.И., Панин В.Ф. К методологии выбора параметров испытательных волн, воспроизводящих коммута-ционные воздействия на изоляцию высоковольтных схем. // Известия АН СССР, -1066, т.152 с.3-14.

19. Гельман М.З., Мурович В.И. Статистический метод расчета электрической твердой изоляции // Электричество, 1973, № 5 - с.67-71.

20. Кан К.Н., Николаевич А.Ф., Шанников В.М. Механическая прочность эпоксидной изоляции. М.: Энергия, 1973. - 152 с.

21. Андреевская Г.Д. Высокопрочные ориентированные стеклопластики. -М.: Химия, 1966. 446 с.

22. Савченко В.А., Счастный E.H. Совершенствование узлов и эксплуатации контактной сети. М.: Транспорт, 1980. - 63 с.

23. Голдобин A.C., Горшенина Н.И., Лимасов А.И. Вольт-секундные характеристики пробоя стеклопластиковых стержней. // Электрофизические процессы в электротехнических материалах. Тр. СибНИИЭ. 1975, вып. 30 - с. 46-48.

24. Панин В.Ф. Об электрической прочности твердых диэлектриков в широком интервале скоростей нарастания импульсного напряжения. // Известия ТПИ, 1967, т. 159 - с.3-10.

25. Паншин Ю.А., Малкович С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л.: Химия, 1978.-43 с.

26. Дикерман Д.Н., Кунегин B.C. Провода и кабели с фторопластовой изоляцией. М.: Энергоиздат, 1982. - 144 с.

27. Смыслова P.A., Котлярова C.B. Справочное пособие по герметизирующим материалам на основе каучуков. М.: Химия, 1976. - 72 с.

28. Лабутин А.Л. Антикоррозионные и герметизирующие материалы на основе синтетических каучуков. Л.: Химия, 1982. - 214 с.

29. Глуцушкин П.М., Саакян А.Е., Щербаков Д.П. Кабельные резины. М.: Энергия. 1966, - 352 с.31 .Александров Т.Н., Иванов В.Д. Изоляция электрических аппаратов высокого напряжения. Л.: Энергоатомиздат. 1984, - 208 с.

30. Климович Г.С. Температура поверхностных частичных разрядов и вопросы трекинга. // Известия Вузов. Энергетика. 1967, № 8 - с.56-63.

31. Александров Т.Н., Соловьев Э.П. К вопросу трекингостойкости полимерных материалов. // Известия высших учебных заведений. Энергетика. 1971, №9-с. 31-34.

32. Дмитревский B.C. Расчет и конструирование электрической изоляции. -М.: Энергоиздат, 1981. 392 с.

33. Ретер Г.Электронные лавины и пробой в газах.-М.:Мир, 1968. 390 с.3 62.

34. Вдовико В.П., Дементьев В.А. Начальные процессы и электрическая прочность однонаправленных стеклопластиков. // Электротехника. -1983, №10-с. 42-44.

35. Лукьянов A.M. Исследование прочности однонаправленного стеклопластика как материала для элементов конструкций (изоляторов) электрифицированных железных дорог.//Тр. МИИТ. 1977, № 586 - с.58-63.

36. Морозова Т. В. Опыт применения стеклопластика АГ-4 в высоковольтных изоляторах на железнодорожном транспорте. // Электричество. 1968, № 4 - с. 88-89.

37. Назаров Г.И., Сушкин В.В., Дмитриевская Л.В. Конструкционные пластмассы. Справочник. М., Машиностроение, 1973. - 192 с.

38. Потапов В.Д., Лукьянов A.M., Горошков Ю.И. Исследование прочности полимерных стержней изолирующих элементов. // Вестник ВНИИЖТ. 1977, № 7 - с.24-26.

39. Потапов В.Д., Лукьянов A.M. Исследование прочности стеклопласти-ковых стержней при растяжении и сжатии. // "Электротехническая промышленность". Сер. Электрические материалы. 1980, № 12 (125) - с. 6-8.

40. Потапов В.Д., Горошков Ю.И., Лукьянов A.M. Методика испытаний на прочность при растяжении и сжатии однонаправленных стеклопластиков для полимерных изоляторов. // Тр. ВНИИЖТ-1982, вып. 644- с.37-42.

41. Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. М., Химия, 1981. - 271 с.

42. М.Кожан, И.Перрэ, С.Малагути . Полимерные изоляторы для линий электропередачи и их применение во Франции, Италии и Великобритании // СИГРЭ-82 М.: Энергоиздат, 1982 - с. 42-57.iзег

43. Генкин С.М., Морозова Т.В. Исслепдование старения полимерных изолирующих элементов секционных изоляторов контактной подвески // Сб.научн.тр. ВНИИЖТ. 1971, № 449 - с. 37-39.

44. Работоспособность полимерной изоляции /Б.И.Косарев, А.М.Лукьянов, Е.В.Кручинин, Е.В.Фирсов // Железнодорожный транспорт. 1987, № 8 -с. 41-44.

45. Сажин Б.И. Электрические свойства полимеров.-М.:Химия, 1971.- 192 с.

46. Киселев Б.А., Бодрова В.В. Стабилизация свойств стеклопластиков путем введения в состав свяязующего активных соединений. // Пластические массы . 1963, № 8- с. 18-20.

47. Лукьянов A.M. Исследование зависимости кратковременной прочности полимерных стержней от температуры. // Труды МИИТ. 1979, вып. № 630- с. 72-76.

48. Лукьянов A.M. Электрофизические характеристики стеклопластиковых стержней, применяемых на электрифицированных железных дорогах // Электротехническая промышленность. Сер. Электротехнические материалы. 1982, № 7 - с. 17-18.

49. Рогинский С.Л., Канович М.З., Колтунов М.А. Высокопрочные стеклопластики. -М.: Химия , 1979. 254 с.

50. Тарнопольский Ю.М., Скудра A.M. Конструкционная прочность и деформативность стеклопластиков.- Рига.: Зинатне, 1966. 260 с.

51. Blanik R. Duffusion der Feuchtigkeit in Stoffen mit anisotroper Struktur// Plaste und Kautschuk. 1971 ,№7- s. 24-26.

52. Потапов А.И., Игнатов В.M. Технологический неразрушающий контроль пластмасс.- Л.: Химия, 1979. 288 с.

53. Потапов В.Д., Лукьянов A.M., Горбунов A.A. Косвенная оценка прочности при растяжении стеклопластиковых стержней, применяемых в полимерных изоляторах//Электротехническая промышленность. Сер. Электротехнические материалы. 1984, № 2 - с. 10-11.

54. Потапов А.И., Пеккер Ф.П. Неразрушающий контроль конструкций из композиционных материалов. -Л.: Машиностроение, 1977. 200 с.

55. Латышенко В.А. Диагностика прочности и жесткости материалов .- Рига. : Зинатне, 1968.-320 с.

56. Гольденблат И.И., Бажанов В.Л., Копнов В.А. Длительная прочность в машиностроении. М.: Машиностроение, 1977. - 248 с.

57. Качанов A.M. Основы механики разрушения.- М.: Наука, 1974. 312 с.

58. Москвитин В.В. Сопротивление вязко-упругих материалов. М.: Наука. 1972.-328 с.

59. Ползучесть однонаправленных стеклопластиков, используемых в полимерных изоляторах контактной сети / Потапов В.Д., Горошков Ю.И., Лукьянов A.M., Жаринов М.Ю.//Вестник ВНИИЖТ-1983, № 4 с. 28-30.

60. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука, 1977.-384 с.I

61. Галлар Р. Метод конечных элементов . Основы. М.: Мир. 1984,-428 с.

62. Уржумцев Ю.С. Прогнозирование длительного сопротивления полимерных материалов. М.: Наука, 1983. - 310 с.

63. Александров A.B., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1995. - 560 с.

64. Вайну Я.Я. Корреляция рядов динамики. М.: Статистика ,1977. - 118 с.

65. Бакалов З.С. Нов тип изолиращи елемнти за контактната мрежа, работащи на опън. // Железопътен транспорт.- 1977, № 5 с. 28-32.

66. Монтаж оконцевателей полимерных изоляторов / Горячко В.И., Ирхин В.И., Петров Н.К., Соловьев Э.П. // Энергетическое строительство. -1984, № 10-с. 119-120.

67. Жеженко Е.А. Методика исследования длительной прочности клеевых соединений при сложном напряженном состоянии. // Проблемы прочности. 1981, № 6 - с. 119-120.

68. Кейгл Ч. Клеевые соединения. М.: Мир, 1971. - 294 с.

69. Кудрявцев A.B. Определение трещиностойкости эпоксидного клеевого соединения // Проблемы прочности. 1980, № 8 - с. 70-73.

70. Веремчук С.С. О напряженном состоянии клеевых соединений . //Проблемы прочности -1984 ,№ 9 с. 71-73.

71. Фрейдин A.C. Прочность и долговечность клеевых соединений. М.: Стройиздат, 1981.- 270 с.

72. Хрулев В.М. Зависимость оптимальной толщины клеевой прослойки от шероховатости соединяемых поверхностей и реологических свойств клея. // Механика полимеров. 1965, № 6 - с. 103-107.

73. Миненков Б.В.,Стасенко И.В. Прочность деталей из пластмасс.-М. Машиностроение, 1977.-264с.

74. МарквардтК.Г.,Власов И.И.Контактная сеть.-М.:Транспорт, 1977.-272 с.

75. Белов Л.Ф., Ступаков В.И. На новом участке новые элементы контактной сети.//Транспортное строительство. - 1983, №6 - с. 12-13.3G6

76. Повышение надежности контактной сети / Беляев И.А., Вологин В.А., Порошин Ю.А., Юшкевич А.П., Селектор Э.З. // Электрическая и тепловозная тяга. 1978, № 9 - с. 18-20.

77. Котельников A.B. Опыт СЖД по защите сооружений и конструкций от электрокоррозии блуждающими токами. // Бюллетень ОСЖД. 1980, № 1 - с. 11-14.

78. Потапов В.Д. Устойчивость вязкоупругих элементов конструкций. М.: Стройиздат, 1985. - 312 с.

79. Тарнопольский Ю.М., Розе A.B. Особенности расчета деталей из армированных пластиков. Рига.: Зинатне, 1969. - 276 с.

80. Шурыгин В.П., Белов Л.Ф., Козлов Б.Н. Исследование капроновых канатов для узлов контактных подвесок электрифицированных железных дорог // Сб. научн. тр. ЦНИИС.-1978, № 66 с.18-35.

81. Контроль полимерных изоляторов /Я.А.Зельвянский, Н.Н.Сколотнев, Е.В. Васин, В.А.Солод // Электрическая и тепловозная тяга. 1980, № 1-е. 35-36.

82. Бугаев А.Г.,Латышев С.К.,Соловьев П.К.Электронно-оптический метод технической диагностики изоляторов и соединителей проводов, находящихся под напряжением //Электрические станции.-1971,№ 7- с. 48-49.

83. Косарев Б.И., Зельвянский Я.А., Сибаров Ю.Г. Электробезопасность в системе железнодорожного транспорта. М.: Транспорт, 1983. - 199 с.

84. Баранов Е.А., Зельвянский Я.А. Техника безопасности при эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог и устройств электроснабжения автоблокировки.- М.: Транспорт, 1975. 120 с.

85. Кендалл М., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. -М.: Наука, 1976. 736 с.

86. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

87. Маслов В.В. Влагостойкость электрической изоляции. М.: Энергия, 1973. -208 с.

88. Рогинский C.JL, Дрейцер В.И., Егоров Н.Г. Длительное водопоглощение стеклопластиков при нормальном и повышенном давлении // Пластические массы. 1971, № 2 - с. 47-48.99.0гибалов П.М., Суворова Ю.В. Механика армированных пластиков. М.: МГУ, 1965.-480 с.

89. ЮО.Конструкционные стеклопластики / В.И.Альперин, Н.В.Корольков, A.B. Мотавкин, С.Л.Рогинский, В.А.Телешов. М.: Химия, 1979. - 360 с.101 .Барановский В.В., Дулицкая Г.М. Слоистые пластики электротехнического назначения. М.: Энергия, 1976. - 140 с.

90. Лукьянов A.M. Электрофизические характеристики стеклопластиковых стержней, применяемых на электрифицированных железных дорогах // Электротехническая промышленность. Сер. Электротехнические материалы. 1982, № 7 - с. 67-69.

91. Садков Н.Ф. Об электрической прочности стеклопластиковых стержней // Диэлектрики и полупроводники. 1975, №7 - с.67-69.

92. Кравчук A.C., Майборода В.П.,Уржумцев Ю.С. Механика полимерных и композиционных материалов М.: Наука, 1985. - 304 с.

93. Ю7.Воздушные линии электропередачи: Пер. докл. Междунар. конф. по блыпим электрическим системам (СИГРЭ-80) / Под ред. В.В.Бургсдорфа. -М.: Энергоиздат, 1982. 136 с.

94. СНиП II-A 10-71. Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования. М.: Стройиздат, 1972. - 246 с.

95. Электрические изоляторы / Н.С.Костюков, Н.В.Минаков, В.А.Князев и др.; под ред. А.С.Костюкова. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 296 с.

96. Ю.Цимберов А.И. Линейные изоляторы. М.: Энергия, 1976.- 88 с.

97. Ш.Гутман И.Ю., Соломонин Е.А., Тиходеев H.H. Полимерные изоляторы для воздушных линий электропередачи // Энергохозяйство за рубежом. 1982, № 4-с. 21-25.

98. Правила устройства электроустановок. М.:Энергоатомиздат, 1986.-648 с.113 .Инструкция по проектированию изоляции в районах с чистой и загрязненной атмосферов. М.: Минэнерго, 1983. - 64 с.

99. Александров Г.Н., Кизеветтер В.Е., Альварес Э.Х. Оптимизация формы стержневых изоляторов на основе стеклопластиков // Электричество. 1974, № 12 - с.7-11.

100. Шумилов Ю.Н. Выбор электрических и конструкционных характеристик полимерных изоляторов // Улучшение технического обслуживания устройств контактной сети, повышение ее надежности и экономичности: Сб. научн. тр. ВНИИЖТ. 1986 - с. 108-112.

101. Полимерные изолирующие конструкции для ВЛ-110-740 кВ /И.В.Дубов, В.Н. ,Соломатов, Н.Н.Шерлаимов, Ю.Н.Яшин // Энергетическое строительство. 1983, № 9- с. 26-29.

102. Морозова Т.В. Исследование свойств полимерных материалов для изолирующих элементов контактной сети: Автореферат дисс. . канд. техн. наук. М., МПС СССР,1973. - 20 с.

103. Александров Г.Н., Иванов В.Л. Стеклопластиковая изоляция линий электропередачи. Кишинев: Штиинца, 1983. - 116 с.

104. Методические указания по определению трекинго-эрозионной стойкости полимерных изоляционных конструкций наружной установки / Ю.Н.Шумилов, Ю.Н.Яшин, В.А.Аксенов, А.Ф.Храмов. Новосибирск, 1980. -20 с.

105. Патент ПНР 124909, МКИ HOIB 17/02, Wysokonapieciowy isolator napowietrzny ztworzyw sztucznych. Winkler Lerry, Mai Wolgemar, Stankiewicz Jerry, Rochman Izabela / Instytut Electrotechniki. Заявлено 24.05.80, NP. 224490. Опубл. 30.08.85.

106. Патент ПНР 124911, МКИ HOIB 17/02, Wysokonapieciowy isolator napowietrzny ztworzyw sztucznych. Winkler Lerry, Mai Wolgemar, Stankiewiczzw

107. Jerry, Rochman Izabela / Instytut Electrotechniki. Заявлено 24.05.80, NP. 224492. Опубл. 30.08.85.

108. Sherif Elbaari M., Perfomance and aging of HVAC and HVDC overhead line insulators // Chalmers Univ. Teehnol. Sch. Eleetr and Comput. End. Teehn. Rept. -1987, № 189-I-IV.-4/1 -4/4.

109. Winkler Lerry, Mai Woldemar. Lane tworzywa epoksyelowe isolacji sieci trakcyjnej PKP // Polym. tworz. wielkoczasteczk. 1986, № 3-4 - c. 136-142.

110. Потапов В.Д., Горошков Ю.И., Лукьянов A.M. Оценка работоспособности полимерных изоляторов по результатам испытаний их на прочность при растяжении // Сб. научн. тр. / ВНИИЖТ 1982, № 644 - с.42-48.

111. Способ снижения электрохимической коррозии металлического захвата полимерных изоляторов контактной сети постоянного тока / Ю.И.Горошков, Б.И.Косарев, Е.В.Кручинин, А.М.Лукьянов // Вестник ВНИИЖТ 1986, № 6 -с. 15-17.

112. Сегерлинд М.Дж. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979.- 112 с.

113. Лукьянов A.M. Исследование прочности клееобжимных концевых захватов полимерных изолирующих элементов электрифицированных железных дорог//Межвуз. сб.научн. тр./МИИТ.-1982, № 618 с. 91-94.37.1

114. Пластмассовые изоляторы Rodurflex для воздушных линий передач фирмы Rosentahl Slemag Teehmishe Keramic AG /- ВНИИЭК 1976. 60 с.13 6.Проспект франзуской фирмы JIEPK "Полимерные изоляторы", 1986. 28с. LERC S.A. Siege Social et services Commerciaux/

115. Проспект итальянской фирмы Ребозио "Полимерные материалы", 1986. 28 с. Rebosio / PIOLTELLO / MILANO - IEA MANTEGNA, 20096.

116. Tourreil С.de, Roberge R., Rourdon P. Long-term mahanical properties of hegh voltage soomposite insulators // IEEE Trans. Power Appar and Syst. 1985. - Vol. 104/-№ 10.-P. 2918-2921.

117. Сакамото Цунехару Electric light and Foicil Railways // Дэнрёку тщ тэцуро. -1986, V.36, № 4 p. 3-5 (яп.).

118. Косарев Б.И., Шевандин М.А., Коннова Е.И. Вероятностный метод сравнительной оценки условий электробезопасности в тяговых сетях //Вестник ВНИИЖТа. 1997, № 7 - с. 37-39.

119. Райзер В.Д. Методы теории надежности в задачах нормирования расчетных параметров строительных конструкций. М.:Стройиздат, 1986. - 192 с.

120. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. -М.: Стройиздат, 1982. 240 с.

121. Потапов А.И. Контроль качества и прогнозирование надежности консрукций из композиционных материалов. Д.: Машиностроение, 1980. -262 с.

122. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация.-М.:Высшая школа, 1976.-276 с.

123. Сборник материалов по охране труда в хозяйстве электрификации и энергетики железных дорог СССР/ Главное управление электрификации и энергетического хозяйства.-М.'.Транспорт, 1986.-81с.

124. ГОСТ 11.007-85 Правила определения оценок и доверительных границ для параметров распределения Вейбулла. М.: Статистика, 1985. - 34 с.

125. Чекулаев В.Е. Повышение надежности работы контактной сети .// Ж.-д. трасп. Сер. Электрификация и энерг. хоз-во : ОИ/ЦНИИТЭИ МПС.-1989,-Вып. 1 ,- 32 с.11452725

126. Изобретение относится к электрифицированному железнодорожному транспорту и может быть использовано в качестве защитных средств для произт водства ремонтных работ на контактной сети под напряжением.

127. Устройство работает следующим образом.