автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка средств защиты от влияния наведенных электрических полей на объекты городского и подземного строительства

На правах рукописи о Ог]

ГЛАДКОВ Михаил Николаевич ^ ^ .

УДК 621.332: 624.19: 004.6

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ВЛИЯНИЯ НАВЕДЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ОБЪЕКТЫ ГОРОДСКОГО И ПОДЗЕМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Специальность 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель канд. техн. паук, доц. ГЛУХАРЕВ Ю. Д.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. БАБОКИН Г. И., канд. техн. наук ФРОЛКИН В. Г.

Ведущее предприятие —СМУ 161 ОАО «ТРАНСИНЖ-СТРОИ».

Защита диссертации состоится « » илоид . 2000 г.

в часов на заседании диссертационного совета К-053.12.03 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « ъа » . . . 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, проф. ШЕШКО Е. Е.

ОП1ЛАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. D настоящее премя, согласно перспективным планам города Москвы, предусматривается развитие электрифицированного транспорта как наиболее эффективного и безопасного с точки зрения воздействия на окружающую среду. В связи с этим ожидаемо растут электрические нагрузки, увеличиваются плотности рельсовых путей, являющихся непосредственным источником блуждающих токов..

Известно, что блуждающие токи вызывают сильную коррозию металлических конструкций и сооружений; являются источниками промышленных^ .электрических и электромагнитных помех; могут приводить к преждевременному срабатыванию электродетонаторов при проведении взрывных работ.

Для снижения вероятности возникновения аварийных ситуации, источниками которых являются блуждающие токи, важное значение приобретает разработка специальных средств защиты от них.

Существующие на сегодняшний день принципы работы устройств по защите от блуждающих токов (фактически не претерпели серьезных измене^ ний, В последних разработках просматривается тенденция защиты от паразитного воздействия блуждающих токов, не прибегая к глубоким масштабным изменениям в электротехнических комплексах и системах (ЭТК и С).

Теоретические аспекты проблемы находят свое развитие в разработке новых математических и физических моделей электрических полей в интересующей нас области. С точки зрения действия самой защиты, ее эффективности при различных внешних условиях - распространен класс задач электро-•/химической защиты.

Ь

Поскольку существующие средства защиты не могут адекватно реагировать на все возможные случаи возникновения опасных ситуаций, то разработка способов и обоснование средств защиты, ограничивающих зоны распространения опасных потенциалов на объектах электротехнических комплексов и систем, является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление закономерностей формирования блуждающих токов с учетом электротехнических н эл-кгротехиологических параметров тяговой сети для разработки средств защиты, ограничивающих распространение блуждающих токов, что позволит повысить уровень электробезопасности в контактных сетях электрифицированного рельсового транспорта.

Идея работы заключается в поиске моделей электротехнических и электротехнологических объектов тяговых сетей, режимов нх работы и обнаружении мероприятий, способных предупредить возникновение блуждающих токов на стадии формирования токов утечки.

Научные положении, разработанные лично соискателем, н нх ио-инша.

1.Классификация способов и средств защиты от блуждающих токов, учитывающая сисг -'сын анализ эффективности их применения.

2.Математическая модель наведенных электрических полей в системе источник тока утечки - балласт - грунт, формирующая критерии безопасности при эксплуатации электротехнических комплексов .и систем в условиях

»

городского и подземного строительства^

З.Зависимости распределения разности потенциалов п среде от характеристик источников тока различных видов, учитывающая формирование блу-

2

ждающих токов.

Обоснованность и достоверность научных полиженнн, выполни н рекомендаций подтверждаются: строгостью математических выкладок; использованием положений теории электрических цепей, теории электрического и электромагнитного полей; использованием апробиропашшХ методов измерения электрических параметров; удовлетворительной корреляцией результатов теоретических и экспериментальных моделей (0,89-0,9).

Значение работы. Научное значение работы заключается в систематизации классификационных признаков средств и способов защиты от блуждающих токов с целью рационального их использования; в определении закономерностей формирования электрического поля вереде в зависимости от характеристик элементов электротехнических комплексов и систем, в условиях городского л подземного строительства, что является уточнением принятых норм.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по применению рациональных средств защиты от блуждающих токов при эксплуатации электрифицированного рельсового транспорта, что обеспечит необходимый уровень безопасности при проектировании электротехнических комплексов и систем, а также значительно снизит электрокоррозийную опасность. • .

Реализация выводов и рекомендаций. Рекомендации по применению рациональных средств защиты от блуждающих токов использованы ОАО «Трансинжстрой» при разработке мероприятий, направленных на безопасную эксплуатацию контактных сетей шахтной электровозной откатки на объектах Мосметростроя.

Апробации работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 1998 г.); на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 1999 г.); на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2000 г.); на Межвузовской научно-технической конференции «Управляющие и вычислительные системы. Новые технолог ии» (Вологда, ВГТУ, 2000 г.) .

Публикации. По т?ме диссертации опубликовано 6 печатных рпбот.

Сгрукчура и объем работы. Диссертационная рабош состоит из сведения, четырех глав и заключения, изложенных на ■КОстраиицах текста, содержит 9 таблиц, 26 рисунков, список литературы из 55 наименований.

Автор выражает особую благодарность доценту кафедры электрификации горных предприя1 ий МГГУ Петрову В.Л. за научно-методическую помощь при написании диссертационной работы.

Основное содержание работы

Во введении показана актуальность работы, сформулированы ее цель и ос.чоаная идея, кратко охарактеризовали научная новизна н ее практическая ценность.

В пер зон 1 лапе - «Состояние вопроса исследования и постановка задач» был проведен анализ существующего положения в области проблем, связанных с блуждающими токами. Согласно статистическим данным, отражающим реальную опасность блуждагощихгоков, чаще всего связанную с коррозионными повреждениями, можно отметить следующее: незащищенные объекты, например, трубопроводы, в результате действия на них блуждающих токов служат очень короткий срок (в основном до 1 года). Различие норма-

4

тивного и действительного сроков службы при этом может достигать п'ятикра!-иогозначения. Электротехнический эквивалент потерь металла, например,

г

например, для железа, составляет 9 кг/А-год. Проведенные ранее исследования показали сравнительно большую опасность блуждающих токов в системе электрифицированного рельсового транспорта по отношению к естественным процессам (почвенная коррозия). При ведении горных работ имели также место случаи преждевременного срабатывания электродетонаторов, требующие проведения адекватных защитных мероприятий.

Таким образом, в соответствии с развитием данных проблем накапливался научно-практический опыт. Исследованиям, разработке средств, способов и мероприятий по защите от блуждающих токов, от токов утечки с Самого опасного их источника-рельсового пути, посвящены труды многих институтов, и, в частности, работы Озерного М.С., Михайловского Ю.Н., Котельникова A.B., Стрюкевского И.В., Лнбермана Л.Д., Петрова 10.С., Глухарева Ю.Д., Щуцкого В.И. и др.

В основу обзорного анализа существующих методов защиты была предложена и положена «Классификация способов, средств и мероприятий, направленных на защиту от блуждающих токов». Последняя достаточно ясно показывает Суть защитных мероприятий, и в то же время их некоторую оценку. Основой ее является замкнутая «система» четырех циклов: источник тока (тяговая подстанция) - источник блуждающего тока (рельс) - среда (почвы, породы) - защищаемый объект (трубы, детонаторы и т.д.), характеризующая целиком процесс возникновения и существования блуждающих токов. Разделяя все виды защиты - 1,2,...,8 (см. рис.1)- на ограничивающую, предупреждающую и исключающую, можно констатировать, что первая из них действует главным образом на первых двух циклах «системы», а две послед-

5 ■

Рис.1. Классификация способов и средств зашты от блуждающих токов

6

míe на циклах «среда» и «защищаемый объект». При этом исключающая может быть осуществлена и на всех циклах одновременно. В результате обобщения можно полагать, что есть смысл рассматривать предупреждаю-щую'защнту именно на первых циклах «системы».

Известное разделение защит на пассивную и активную в классификации интерпретировалось в виде разновидности защитных мер, воздействие которых распространялось соответственно либо на сами циклы «системы», либо на токи (11,12,13,14), относящиеся к определенным ее циклам. В плане защиты от преждевременных взрывов электродетонаторов наиболее приемлемы пассивные меры, характеризуемые созданием границ зоны опасных токов.

Активные виды защиты, работающие либо на принципе отвода тока с • защищаемого объекта (электрический дренаж), либо на принципе компенсации блуждающих токов противотоком (катодные станции^нашли свое применение в основном при антикоррозийной защите. Наиболее эффективным защитным мероприятием признана совместная защита с использованием понятия < «экранирование». .

Однако из-за имеющих место недостатков в существующих способах защиты, а также возникающих сложностей организационного характера^ остается вероятность выше упомянутых аварийные ситуаций.

Исходя из всего выше сказанного, в данной диссертационной работе были поставлены задачи: исследовать влияние источников электрического тока на образование блуждающих токов; выполнять анализ различных электротехнических и других параметров, оказывающих влияние на распространение блуждающих токов, в том числе и промоделировав электрические поля потенциалов вблизи рельсовых нитей; провести экспериментальные исследования в условиях шахгы Моеметростроя. .

7

Вторая глава работы - «Исследование влияния источников тока на формирование блуждающих токов» посвящена исследованию источников электрического тока и их влияиия'ш образование блуждающих токов. Продемонстрированы согласно первому циклу «системы» классификации наиболее известные и применяемые схемы источников как постоянного, так и переменною токоаДакже рассмотрены идеализированные характеристики различных схемных решений выпрямительных устройств в поряд.е роста сглаживающего эффекта пульсаций. При ?том делается предположение, что последний можсг сказываться на активизации блуждающих токов.'

В качестве теоретического подтверждения сказанному предлагается электрическая схема замещения связи контура тяговой сеш и контура пути блуждающего тока. На данном этапе исследуется влияние гармонических составляющих выпрямленного напряжения на ток в земле с помощью уравнения, составленного согласно схеме замещения. .

Тот же метод используется для некоторых обоснований в отношении источников переменного тока, на примере влияния частоты тока на его стека--ние с рельса. Предполагается, что с ростом частоты электрического тока происходит эффект приостановки тока утечки с рельса (блуждающего тока). При этом расематри тс я влияние некоторых электротехнических параметров контактной сети па тяговые токи в рельсах (с изменением параметров частоты гока)"

Третья г лава диссертационной работы - «Исследование и обоснование математической модели поля блуждающих токов» освещает вопросы моделирования электрических и электромагнитных полей блуждающих токов (согласно третьему циклу «системы» - среда). Представлены основные математические модели для случаев с постоянным и переменным токами в системе

. 8

рельс-балласт-грунт . Они описываются известными дифференциальными уравнениями второго порядка: Пуассона, Лапласа, волновое уравнение - с использованием дополнительных краевых условий. При их решении использованы преобразование Фурье, метод разделения переменных Фурье-Бернулли.

Необходимость решения их. и общем яиде вьпа;.на достаточностью установления завис;тостей, с помощью которых можно как следить за состоянием полей растекания блуждающих токов, так н регулировать потенциалы (косвенные характеристики блуждающих или «паразитных» токов^воздейст-вуя на определенные параметры (проводимость рассматриваемых сред, расстояние до интересующих и измеряемых точек, электрическая частота тока и др.), создавать в каждом конкретном случае зоны безопасности. Из полученных решений сделаны выводы о влиянии роста частоты тока как параметра, регулирующего стенание тока с рельса в положительном смысле. Рассматривается принципиальное использование данной зависимости в качестве влиятельного фактора на ширину зоны безопасности от блуждающих токов. .

Четвертая глава-«Разработка способов и мероприятий, обеспечивающих ограничение блуждающих токов при эксплуатации контактных сетей электрифициробанного транспорта» посвящена экспериментальным исследованиям в тяговых сетях шахты Мосметростроя, а также в ней рассмотрены вопросы и рекомендации по защите от блуждающих токов. Основу экспериментальных исследований составляла методика измерений, применительно к условиям шахт Мосметростроя, и построенная на измерении параметров, определяющих растекание блуждающих "токов: разности потенциалов ( рельс-обделка , грунт-обделка , обделка-обделка , грунт-грунт ), электрических сопротивлений ( рельс-обделка , обделка-грунт , грунт-грунт , рель-

9

сов!,IX сгыкоа)! При лом бышмюлучеиы.зависимости, подтверждающие и . объясняющие характер происходящих вблизи тяговых сетей Процессов. Наиболее существенным результатом является полученное распределение потенциалов рельс-! рунт , зависящее от взаимного расположения нагрузки (электровоза), тяговой подстанции и интересующей точки измерения. Анодные и катодные участки, образующиеся вдоль рельсовой колеи, характеризуются функцией распределения потенциалов и описываются корреляционной зависимостью (рис.2), имеющей вид: .

4 и=и0-е~а\ ' ,

где I/ разность потенциалов рельс-обделка в месте нахождения электровоза;

— расстояние между электровозом и местом измерения; а - коэффициент, характеризующий ток утечки.

Большой диапаюн разброса значений потенциала на относительно маленьком отрезке измерения объясняется постоянно меняющимися режимами работы электровоза и непостоянством параметра электрического сопротивления рельс-обделка по длине тоннеля шахты. Одной из причин тому является применение разных типов тоннельной обделки, включая и использование новых технологий.

Полученная экспериментальная зависимость распределения потенциала положена в основу методики определения зоны безопасной работы электровозной-; фан'спорта при проведении взрывания в условиях Мосметростроя.

Зона безопасности определяется главным образом по длине подземной выработки, поскольку, ширина последней остается неизменной. При этом за-

10

а/ распределение иокнцп.гнш н строну щГтя

б/ распределение погенниилои в строку 1якж«й полстптт

600

500 400 300 200 100 0

•100

о

С6 р.

i с С !0.

■ ■ ; -¿' О ■ С It - Cil. : О.. « с 2J •

•—......'о .. «

С 15

О С IJC 12 CM J

-50 -45 -40 -35 -30 -25 • -20 -15 -10 -5 L,M

l'nc.2. ')KCHepHMeiira:ii,iiwe зависимости распределения iioiemutajumoí длины inaxiiioii ■ иырабогки Mocmci рис iроя

мечено, ч ю л а зона сужается с приближением электровоза к подстанции, а , ее величина, в общем,'-определяется из представленной выше корреляционной зависимости:

и иб

В данное выражение закладывается критерий безопасности от преждевременного взрыва электродегоуатора в виде критического значения разности потенциалов рельс-обделка:

иб<и(0,5В) •

Значения величины напряжения и<> и коэффициента а зависят от изменяющегося подлине шахты переходного сопротивления рельс-обделка. Таким образом, размеры зоны безопасности можно принимать исходя из нан-худщих условий.

В данной главе, в качестве рекомендации по уменьшению блуждающих токов, рассмотрен вопрос о рациональном расположении тяговой подстанции в условиях метростроения. Наиболее эффективной мерой можно считать максимальное сужение зоны "подстанция-электровоз". При этом сокращается - область гыноса опасного потенциала; имеется возможность сокращения потерь напряжения в тяговой сети и т.д. Расположение тяговой подстанции, например, в центре шахтных выработок, имеет больший эффект по высказанным положениям по сравнению с существующими схемами электроснабжения контактных сетей электровозной откатки. При этом возможно использо-

12

ванне передвижных тяговых агрегатов (подстанций).

Рассмотренный вопрос о влиянии переменною тока на формирование блуждающих токов во второй и третьей глэдак можег быть использован в качестве рекомендации но осуществлению электроснабжения тяговых контактных сетей на переменном токе. При этом, с точки зрения сужения зоны выноса потенциала, необходимо определиться с параметрами частоты электрического переменного тока.

Заключение

В диссертационной рг-'оте дано новое решение актуальной научной задачи, состоящее в разработке способов и обосновании средств защиты, ограничивающих зоны распространения опасных потенциалов на объектах электротехнических комплексов и систем, что позволит обеспечить необходимый уровень электробезопасности в сетях электрифицированною рельсового транспорта.

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

1. Предложена классификация способов и средств защиты от блуждающих токов при эксплуатации электрифицированного рельсового транспорта, которая позволяет выполнить анализ существующих средств защиты с иелио выбора рациональной, а также определить новые направления в вопросах их разработки.

2. Проведен анализ источников постоянного и переменного тома с целыо определения характера их влияния на образование токов утечки с рельс (блуждающих токов).

3. 11редло;кена схема замещения связи контура тяговой сети электровозной откатки и контура пути блуждающих токов для исследования влияния характеристик источников тока на токи утечки с рельс.

4. Скорость поляризации зарядов и формирование блуждающих токов зависят от числа пульсаций ш выпрямленного напряжения за период, а также от соотношения электротехнических параметров тяговой сети на объектах Мосметростроя. ■

5. С увеличением частоты тяговой? переменного тока Г значение его максимума снижается и проявляете? на более дальних расстояниях от электрово-

, за по длине шахты (для объектов Мосметростроя).

На удалении от электровоза (50-60м), при увеличении частоты тока Г в 10 раз, величина блуждающих токов снижается практически в два раза.

6. Проведено математическое моделирование поля распределения электрических потенциалов в контактных сетях электрифицированного транспорта. с помощью которого удалось установить зависимости распределения потенциалов в окружающей рельс среде от электротехнологических параметров (электропроводность среды, геометрические параметры объектов и др.).

7. Увеличение частоты тока { в рельсе пропорционально сужению границ области выноса опасного потенциала по координате г. •

8. ПоЛучены экспериментальные зависимости, определяющие безопасную зону распределения потенциалов при ведении взрывных'работ на объек-

, тах Мосметростроя.

9. Рекомендации по применению рациональных средств защиты от блуждающих токов приняты к использованию ОАО «Трансинжстрой» при раз-. работке мероприятий, Направленных на безопасную эксплуатацию тягового электрифицированного транспорта на объектах Мосметростроя.

14 • •

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Г-ладков МП. Классификация способов и средств, защитных устройств ат блуждающих токов//Деп. рук. в МГГУ 27 декабря, 1999, №313.

1. Гладков МП., Глухарев Ю.Д.. Пород В.Л. Математическое моделирование распределения потенциалов в грунте саучас!«••■:. электровозного транспорта.-Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.:МГГУ, 1999, №8.

3. Глухарев Ю.Д., Гладков М.П. К вопросу о блуждающих токах при эксплуатации электрифицированного рельсового транспорта.-Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.:МГГУ, 1999, №1.

4. Глухарев Ю.Д., [ ладко» М.Ц., Сигитоп 10.';. Обеспечение бесперебойной эксплуатации контактных сетей электровозной откагки Мосметро-строя//Деп. рук. в МГГУ 27 декабря, 1999, №312..

5. Глухарев Ю.Д.. Гладков М.Н. Рациональная защита объектов городского и подземного строительства ог блуждающих токов//Деп. гук. в МГГУ 27 декабря, ' 1999,

6. Математическое моделирование распределения потенциала в фунте и условиях электровозного транспорта горных предприятий/ Гладков М.Н., Глухарёв Ю.Д., Петров В.Д.//Тез: докл. и сообщ. Межвуз. науч.-техн. конф. «Управляющие и вычислительные системы. Новые технологии». -Вологда, 2000.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса исследования и постановка задач 1.1. Общее положение.

1.2 .Обзорный анализ исследований в области блуждающих токов.

1.3. Задачи научного исследования.

Глава 2. Исследование влияния источников тока на формирование блуждающих токов.

2.1. Общее положение.

2.2. Источники постоянного и переменного тока.

2.2.1. Источники постоянного тока.

2.2.2. Источники переменного тока.Зо

2.3. Исследование влияния источников тока на формирование блуждающих токов.

2.3.1. Анализ влияния различных видов выпрямительных устройств на образование блуждающих токов.

2.3.2. Анализ влияние источников переменного тока на образование блуждающих токов.

2.4. Выводы.

Глава 3. Исследование и обоснование математической модели поля блуждающих токов.

3.1. Общее положение.

3.2. Математическое описание поля блуждающих токов в системе: источник блуждающего тока - среда - объект.

3.2.1. Математическое описание распределения потенциалов в системе «рельс - балласт - фунт» при источнике постоянного тока.

3.2.2. Математическое описание распределения потенциалов в системе «рельс - балласт - фунт» при источнике переменного тока.

3.3. Применение математической модели поля блуждающих токов с целью обоснования защитных мероприятий.

3.4. Выводы.

Глава 4. Разработка способов и мероприятий, обеспечивающих ограничение блуждающих токов при эксплуатации контактных сетей электрифицированного транспорта.

4.1. Результаты экспериментальных исследований блуждающих токов в тяговых сетях Мосметростроя.

4.1.1. Характеристика тяговой сети Мосметростроя.

4.1.2.Разработка методики экспериментальных исследований

4.1.3. Анализ результатов экспериментальных исследований

4.2. Разработка рекомендаций, направленных на офаничение блуждающих токов, при эксплуатации элекфифицированного рельсового транспорта.

4.2.1 Проведение предупреждающих мероприятий.

4.2.2 Оптимизация расположения тяговой подстанции.

4.2.3. Обоснование возможности применения переменного тока в тяговых сетях Мосметростроя.

4.3. Выводы.

В настоящее время, согласно перспективным планам города Москвы, предусматривается развитие электрифицированного транспорта как наиболее эффективного и безопасного с точки зрения воздействия на окружающую среду. В связи с этим ожидаемо растут электрические нагрузки, увеличиваются плотности рельсовых путей, являющихся непосредственным источником блуждающих токов.

Известно, что блуждающие токи вызывают сильную коррозию металлических конструкций и сооружений; являются источниками промышленных электрических и электромагнитных помех; могут приводить к преждевременному срабатыванию электродетонаторов при проведении взрывных работ.

Для снижения вероятности возникновения аварийных ситуаций, источником которых являются блуждающие токи, важное значение приобретает разработка специальных средств защиты от них.

Существующие на сегодняшний день принципы работы устройств по защите от блуждающих токов практически не претерпели серьезных изменений. В последних разработках просматривается тенденция защиты от паразитного воздействия блуждающих токов, не прибегая к глубоким масштабным изменениям в электротехнических комплексах и системах (ЭТК и

С).

Теоретические аспекты проблемы находят свое развитие в разработке новых математических и физических моделей электрических полей в интересующей нас области. С точки зрения действия самой защиты, ее эффективности при различных внешних условиях - распространен класс задач электрохимической защиты.

Поскольку существующие средства защиты не могут адекватно реагировать на все возможные случаи возникновения опасных ситуаций, то разработка 5 и обоснование способов и средств защиты, ограничивающих зоны распространения опасных потенциалов на объектах электротехнических комплексов и систем является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление закономерностей формирования блуждающих токов с учетом электротехнических и электротехнологических параметров тяговой сети для разработай средств защиты, ограничивающих распространение блуждающих токов, что позволит повысить уровень электробезопасности в контактных сетях электрифицированного рельсового транспорта.

Идея работы заключается в поиске моделей электротехнических и электротехнологических объектов тяговых сетей, режимов их работы и обнаружении мероприятий, способных предупредить возникновение блуждающих токов на стадии формирования токов утечки.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна.

1 .Классификация способов и средств защиты от блуждающих токов, учитывающая системный анализ эффективности их применения.

2.Математическая модель наведенных электрических полей в системе: источник тока утечки - балласт - грунт, формирующая критерии безопасности при эксплуатации электротехнических комплексов и систем в условиях городского и подземного строительства.

3.Зависимости распределения разности потенциалов в среде от характеристик источников тока различных видов, учитывающая формирование блуждающих токов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: строгостью математических выкладок; использованием положений теории электрических цепей, теории электрического и электромагнитного полей; использованием апробированных методов измерения 6 электрических параметров; удовлетворительной корреляцией результатов теоретических и экспериментальных моделей (0,89 - 0,9).

Значение работы: Научное значение работы заключается в систематизации классификационных признаков средств и способов защиты от блуждающих токов с целью рационального их использования; в определении закономерностей формирования электрического поля в среде в зависимости от характеристик элементов электротехнических комплексов и систем в условиях городского и подземного строительства, что является уточнением принятых норм.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по применению рациональных средств защиты от блуждающих токов при эксплуатации электрифицированного рельсового транспорта, что обеспечит необходимый уровень безопасности при проектировании электротехнических комплексов и систем, а также значительно снизит электрокоррозийную опасность.

Реализация выводов и рекомендаций. Рекомендации по применению рациональных средств защиты от блуждающих токов использованы ОАО «Трансинжстрой» при разработке мероприятий, направленных на безопасную эксплуатацию контактных сетей шахтной электровозной откатки на объектах Мосметростроя.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 1998 г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 1999 г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2000 г.), на Межвузовской научно-технической конференции «Управляющие и вычислительные системы. Новые технологии» (Вологда, ВГТУ, 2000 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 140 страницах текста, содержит 9 таблиц, 26 рисунков, список литературы из 55 наименований и приложение.

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

1. Предложена классификация способов и средств защиты от блуждающих токов при эксплуатации электрифицированного рельсового транспорта, которая позволяет выполнить анализ существующих средств защиты с целью выбора рациональной, а также определить новые направления в вопросах их разработки.

2. Проведен анализ источников постоянного и переменного тока с целью определения характера их влияния на образование токов утечки с рельс (блуждающих токов).

3. Предложена схема замещения связи контура тяговой сети электровозной откатки и контура пути блуждающих токов для исследования влияния характеристик источников тока на токи утечки с рельс.

4. Скорость поляризации зарядов и формирование блуждающих токов зависят от числа пульсаций ш выпрямленного напряжения за период, а также от соотношения электротехнических параметров тяговой сети на объектах Мосметростроя.

129

5. С увеличением частоты тягового переменного тока Г значение его максимума снижается и проявляется на более дальних расстояниях от электровоза по длине шахты (для объектов Мосметростроя).

На удалении от электровоза (50-60м), при увеличении частоты тока Г в 10 раз, величина блуждающих токов снижается практически в два раза.

6. Проведено математическое моделирование поля распределения электрических потенциалов в контактных сетях электрифицированного транспорта, с помощью которого удалось установить зависимости распределения потенциалов в окружающей рельс среде от электротехнологических параметров (электропроводность среды, геометрические параметры объектов и

ДР-)

7. Увеличение частоты тока f в рельсе пропорционально сужению границ области выноса опасного потенциала по координате г.

8. Получены экспериментальные зависимости, определяющие безопасную зону распределения потенциалов при ведении взрывных работ на объектах Мосметростроя.

9. Рекомендации по применению рациональных средств защиты от блуждающих токов приняты к использованию ОАО «Трансинжстрой» при разработке мероприятий, направленных на безопасную эксплуатацию тягового электрифицированного транспорта на объектах Мосметростроя.

130

Заключение

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, состоящее в разработке способов и обосновании средств защиты, ограничивающих зоны распространения опасных потенциалов на объектах электротехнических комплексов и систем, что позволит обеспечить необходимый уровень электробезопасности в сетях электрифицированного рельсового транспорта.

1. Аватков A.C. Электрификация железных дорог на однофазном токе промышленной частоты. М.; Транспортжелдориздат, 1958. 295 с.

2. Бекман В., Швенк В. Катодная защита от коррозии: Справ, изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1984. - 496 с.

3. Бессонов J1.A. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1961. - 792 с.

4. Брылеев А.М., Кравцов Ю.А., Шишляков A.B. Теория, устройство и работа рельсовых цепей. М.: Транспорт, 1978. 32 с.

5. Бутрыский А.П. Опыт защиты подземных сооружений от коррозии. -Уфа: Башк. кн. изд-во, 1988. -104 с.

6. Влияние поля Земли на измерения постоянного тока в подземных трубопроводах/ Джала P.M., Дикмарова Л.П., Корниенко В.Ю.// Измерит.техн. -М, 1995.-N7.-с.42-44.

7. Гладков М.Н. Классификация способов и средств, защитных устройств от блуждающих токов// Деп.руков. МГТУ, 27 декабря. М., 1999, N 313.

8. Гладков М.Н., Глухарев Ю.Д., Петров B.JI. Математическое моделирование распределения потенциалов в грунте на участках электровозного транспорта// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГТУ, 1999.-N 8.

9. Глухарев Ю.Д., Гладков М.Н. К вопросу о блуждающих токах при эксплуатации электрофицированного рельсового транспорта// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГТУ, 1999. - N 1. - с. 165-167.

10. Глухарев Ю.Д., Гладков М.Н., Сигитов Ю.Е. Обеспечение бесперебойной эксплуатации контактных сетей электровозной откатки Мосметрост-роя// Деп.рук. в МГГУ, 27 декабря. М., 1999. - N 312.131

11. Глухарев Ю.Д., Гладков М.Н. Рациональная защита объектов городского и подземного строительства от блуждающих токов// Деп.рук. в МГТУ, 27 декабря. М., 1999. - N 314.

12. Гнусин Н.П., Поддубный Н.П., Мае А.И. Основы теории расчета и моделирования электрических полей в электролитах. Новосибирск, Сибир. отд. "Наука", 1972. 276 с.

13. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлении. М.: изд. АН СССР, 1948.

14. Дикмарова Л.П., Корниенко В.Ю. Сопротивление изоляционного покрытия подземного трубопровода// ИС. Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендуемые для внедрения в нефтяной промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1991. -N 12. - с.51-56.

15. Загайнов H.A., Финкелыдтейн Б.С., Кривов Л.А. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. Учебник для техникумов/ Под ред. Зайганова H.A., -М.: Транспорт, 1988. 327 с.

16. Использование методов моделирования при проектировании электрохимической.защиты подземных сооружений в нефтегазовой промышленности/ Автор обзора В.Н.Ткаченко, М.: ВНИИОЭНГ, 1974. - 101 с.

17. Исследование блуждающих токов в условиях коркине разрезов и разработка мероприятий по защите электродетонаторов от преждевременных взрывов блуждающими токами.: Отчет о НИР/ Московский горный институт; Рук. М.И.Озерной, М. 1968. - 256 с.132

18. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. - 832 с.

19. Котельников A.B., Наумов A.B., Слободнюк Л.П. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств. М.: Транспорт, 1980 - 207 с.

20. Котельников A.B. Блуждающие токи электрофицированного транспорта. М.: Транспорт, 1986. - 279 с.

21. Котельников A.B., Косарев А.Б. Электромагнитное влияние тяговых сетей переменного тока на металлические комуникации// Электричество. -М.: Энергоатомиздат, 1992. N 9. - с.26 - 32.

22. Краевые задачи математической физики и их приложения: Сб. статей/ Отв. ред. В.Т.Иванов, Уфа: БФАН, СССР, 1976. - 130 с.

23. Лацабидзе Т.В. Система электроснабжения постоянного тока повышенного напряжения с компенсацией токов в земле. Автореф. дис. канд. тех. наук, Рост, институт инженеров ж.-д. трансопрта, Ростов, 1991. 17 с.

24. Либерман Л.Д. Определение опасной зоны блуждающих токов на горных предприятиях и защита электодетонаторов от преждевременных взырывов. Автореф. дис. канд. М.: МГИ, 1969. - 23 с.

25. Лукович В.В. Математические модели электрического поля в задачах электрохимической защиты трубопроводов. Автореф. докт. дисс. Киев, 1990. -36 с.

26. Математический метод расчета параметров катодной защиты подземных сооружений в неоднородных средах. Случай горизонтально-слоистого пространства/ Иванов В.Т., Яковлева Т.М.// Защита металлов -1996, -32, N 1. с. 78-82.

27. Математическое моделирование физических полей.: Тезисы докл. научн. техн. семинара. - Саратов: Изд-во Саратовского института, 1988. - 43 с.133

28. Математическое моделирование электромагнитных полей: Сб. статей/ Отв. ред. М.С.Жданов. М.: ИЗМИРАН, 1983. - с.26 - 68.

29. Мелешин В.И. Выпрямительные устройства и нерегулируемые тран-зисторыне инверторы: Учебн. пособие. М.: Изд-во МАИ, 1994. - 56 с.

30. Методы теории потенциала в задачах электрозащиты от коррозии/ Жапанова Ф.Н., Кохановский И.Н. и др. Ташкент: Фан, 1988. - 180 с.

31. Методы электрохимической защиты подземных коммуникаций: Отчет и рекомендации комплекс, бригады ИТР Казахстана и тех. экон. исслед. -Алама-Ата.: Цоп КазахНИИНТИ, 1983. 8 с.

32. Михайловский Ю.Н. Коррозия металлов под действием переменных токов в жидких электролитах. Дис. окт. М., 1963.

33. Николський К.К. Защита от коррозии подземных металлических сооружений связи: Справочник. М.: Радио и связь, 1991, - 264 с.

34. Определение размера зоны опасного действия блуждающих токов на электровозные цепи в условиях рудника комбината Печенганикель: Отчет о НИР/ Московский горный институт; Руководитель М.Н.Озерной, АПУ 17 -181.-М., 1969. - 114 с.

35. Остапенко В.Н., Жапанова Ф.Н., Лукович В.В., Колесник Т.В., Боровик А.И., Кохановский И.Н. Методы расчета электрических полей при электрохимической защите металлических сооружений от коррозии. Киев: Наук.думка. 1980. - 252 с.

36. Палашов В.В. Расчет полноты катодной защиты. Л.: Недра, 1988. -136 с.

37. Пастухов A.A. Исследование режимов работы и разработки средств повышения эффеткивности электрооборудования рудничного электровозного транспорта. Дис. канд. М.: МГИ, 1982. - 184 с.134

38. Петров Ю.С. Исследование блуждающих токов на горных предприятиях и безопасных параметров электродетонаторов. Автореф. дисс. канд. -М: МГИ, 1971.-14 с.

39. Правила безопасности при строительстве метрополитенов и подземных сооружений/ Ред. коллегия Ильин A.M., Анитпов В.Н. и др. М.: Тоннельная ассоциация, 1992.

40. Скорчеллети В.Б. Теоретическая электрохимия. Л.: Химия, 1974. -567 с.

41. Соверменные методы защиты подземных сооружений от коррозии// Материалы краткосрочного семинара/ Под ред. Тесова Н.И. Ленинград, 1982.-71 с.

42. Стижевский И.В., Дмитриев В.И. Теория и расчет влияния электрифицированной железной дороги на подземные металлические сооружения. -М.: Стройиздат, 1967. 247 с.

43. Тарнижевский М.В, Томлянович Д.К. Проектирование устройств электроснабжения трамвая и троллейбуса. -М.: Транспорт, 1986. 376 с.

44. Тетельбаум И.М. Электрическое моделирование. М.: Фитматгиз, 1959. -319 с.

45. Хасанов К.С. Разработка аппарата защитного отключения с импульсным контролем тока утечки контактной сети для подземной электровозной откатки: Дис. канд. М.: МГИ, 1985.

46. Цапенко Е.Ф. Электрические цепи постоянного и однофазного переменного тока: Тексты лекций. М.: МГИ, 1991. - 127 с.

47. Шамсутдинова Т.М. Численное исследование электрических полей в некоторых сложных системах. Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. Уфа, 1996. - 18 с.

48. Электротехнический справочник/ Под ред. Герасимова В.Г. М.: МЭИ, 1995.135

49. Cathodic protection of mitigate external corrosion of underground steel pipe beneath disbouded coating/ Gan F., Sun z. W., Sable G., Chin D. - T// Corrosion (USA). - 1994. - 50, N 10. - P. 804 - 816. - Англ.

50. Cathodic protection what is it and why we use it ? /Brommfield I.// Corres. Manag. - 1995. - Febrary/ March. - P. 7 - 9. - Англ.

51. Deteriorating coating protected bi new cable// Pipeline and Gas J. -1993.-Vol.220, ЖЗ.-Р.21-24.

52. Heuze B. La corrosion par les courants vagabonds moyens de protection. Par B.Heuse/Paris, 1964.

53. Pipe Line and Gas Industry. 1995, Ш. - Vol. 78, N 3. - P. 21 - 26.

54. Schaden an Pipelines./ Stalder F. // Schweiz. Ind/ and Archit. 1997. -115, N5. - P. 19-22. - Англ.

55. Строительно-монтажным управлением СМУ 161 ОАО "Трансинжстрой" принято к использованию рекомендации по оптимальному расположению тяговых подстанций с целью снижения величины блуждающих токов, а также по установлению опасных зон их распространения.

56. Результаты по обоснованию применения переменного тока в тяговых сетях электровозной откатки будут использованы при проектировании контактных сетей Мосметростроя".1. Главный механик

57. СМУ 161 ОАО "Трансинжстрой1. Сигитов Ю.Е