Совершенствование методики расчета грозовых перенапряжений и критерия эффективности устройств защиты системы автоматики электрифицированных железных дорог

Гаранин, Александр Евгеньевич

Электротехнические комплексы и системы

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование методики расчета грозовых перенапряжений и критерия эффективности устройств защиты системы автоматики электрифицированных железных дорог

кандидата технических наук: Гаранин, Александр Евгеньевич
город: Омск
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.09.03

Диссертация по электротехнике на тему «Совершенствование методики расчета грозовых перенапряжений и критерия эффективности устройств защиты системы автоматики электрифицированных железных дорог»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование методики расчета грозовых перенапряжений и критерия эффективности устройств защиты системы автоматики электрифицированных железных дорог"

На правах рукописи

Гаранин Александр Евгеньевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ II КРИТЕРИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4850177

1 6 ИЮН 2011

ОМСК 2011

4850177

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)»).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Митрохин Валерий Евгеньевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Харламов Виктор Васильевич.

кандидат технических наук, доцент Шкаруба Михаил Васильевич.

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения».

Защита диссертации состоится 29 июня 2011 г. в 18— часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.178.03 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» по адресу: '644050, г. Омск, пр. Мира, 11, ауд. 6-340.

Тел./факс: (3812) 65-64-92, e-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Автореферат разослан 28 мая 2011 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета ДМ 212.178.03.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Хамитов Р.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В соответствии с «Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации» (ПТЭ) основой организации движения поездов является график движения, выполнение которого является одним из важнейших качественных показателей работы железных дорог. Соблюдение графика осуществимо при взаимосвязанной и слаженной работе комплекса электротехнических систем железнодорожного транспорта. На электрифицированных железных дорогах ходовые рельсы являются обратным элементом тягового электроснабжения, а также естественным заземлителем, с присоединением на рельсовую нить опор контактной сети. Вместе с тем рельсы используются в системах железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) для регулирования движения поездов на перегоне при автоблокировке, образуя из рельсовых цепей (РЦ) блок-участки. Традиционное использование РЦ в качестве путевого датчика и телемеханического канала между сигнальными точками объясняется, прежде всего, возможностью контроля целости рельсов для обеспечения безопасности движения. Разнообразие функций, выполняемых рельсовыми линиями на электрифицированных железных дорогах, ужесточает требования обеспечения надежности систем автоматики при внешних воздействиях со стороны рельсовых цепей.

В летние сезоны характерно увеличение числа отказов вследствие грозовой активности этого периода времени года. Прямые и индуктированные удары молнии в контактную сеть сопровождаются перекрытием ее изоляции и пробоем искровых промежутков роговых разрядников, что ведет к возникновению грозовых перенапряжений в рельсовых цепях. При этом проведение защитных мероприятий должно обеспечить работоспособность систем автоматики согласно п. 6.50 «ПТЭ». Однако существующие защитные мероприятия не всегда показывают свою эффективность, поскольку не учитывают изменения в верхнем строении пути, обусловленные укладкой разделительного слоя из полимерных материалов, а также отсутствует адекватный критерий выбора устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) для установки в рельсовых цепях.

Разработка мер по повышению эффективности работы систем автоматики от грозовых разрядов является составной частью реализации курса «Система управления и обеспечения безопасности движения поездов» Стратегического направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД»), о чем неоднократно отмечалось на заседаниях научно-технического совета ОАО «РЖД».

Целью диссертационной работы является совершенствование методики расчета грозовых перенапряжений и критерия эффективности устройств зашиты системы автоматики электрифицированных железных дорог.

Для достижения цели требуется решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих схем и принципов защиты от перенапряжений аппаратуры автоматики со стороны рельсовых цепей.

2. Разработать методику определения распределения грозовых волн тока и напряжения по рельсовым нитям с учетом наличия в верхнем строении пут разделительного слоя из полимерного материала, а также совершенствовать методику определения импульсного сопротивления рельсовой колеи, учитывающей различия временных форм импульсных воздействий и параметры участков.

3. Провести экспериментальные исследования по определению адекватности разработанной методики на участках железных дорог с уложенным разделительным слоем из полимерного материала в верхнем строении пути.

4. Усовершенствовать критерий эффективности используемых устройств защиты от перенапряжений (УЗИП) на базе варисторов с учетом энергетических характеристик грозовых воздействий в рельсовых цепях.

Методы исследования. При решении поставленных в диссертации задач использовались методы теории электрических цепей, теории операционного исчисления и комплексного преобразования Фурье, теории вероятности и математической статистики, физического моделирования и натурные испытания.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана методика определения распределения грозовых волн тока и напряжения по рельсовым нитям участков при наличии разделительного слоя из полимерного материала в верхнем строении пути с учетом амплитудно-временных форм воздействий.

2. Разработана методика определения импульсного сопротивления рельсового пути с учетом временных параметров воздействующей волны и наличия разделительного слоя из полимерного материала в верхнем строении пути на участке, и предложено определение входного сопротивления в спектре частот, позволяющее учесть только параметры участка.

3. Усовершенствована методика оценки эффективности УЗИП на базе нелинейных сопротивлений, в основе которой положен критерий предельной энергетической пропускной способности по стабильности классификационного напряжения от величины приведенной энергии импульсных воздействий, эквивалентных фактически существующим в рельсовых нитях.

Достоверность научных положений обусловлена корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений, подтверждена результатами экспериментальных исследований.

Практическая значимость заключается в следующем:

1. Определены входное сопротивление в спектре частот и импульсное сопротивление рельсовых нитей при наличии разделительного слоя из полимера в верхнем строении пути.

2. Предложен критерий выбора УЗИП на базе оксидно-цинкового варистора для защиты от грозовых перенапряжений со стороны рельсовых цепей, основанный на предельной энергетической пропускной способности по стабильности классификационного напряжения, который позволит при проведении испытаний выявить его эффективность по совместимости УЗИП с существующими воздействиями.

3. Предложен эксплуатационный критерий эффективности УЗИП, позволяющий при приемлемом уровне точности перейти к инженерному расчету без применения комплекса математических программ за счет упрощения обработки результатов импульсных испытаний, что даст возможность внедрить генераторные импульсные установки в эксплуатационные условия.

На защиту выносится:

1. Расчетная модель воздействия тока грозового разряда в контактную сеть с переходом в рельсовую нить и определение распределения амплитудно-временных параметров тока и напряжения по рельсовым нитям с учетом наличия в верхнем строении пути разделительного слоя из полимерного материала;

2. Методика определения импульсного сопротивления рельсовой колеи с учетом различий амплитудно-временных форм воздействий и параметров участков и переход к входному сопротивлению в спектре частот.

3. Усовершенствованный критерий эффективности УЗИП «ограничивающего типа» на основе нелинейных сопротивлений по их предельной энергетической пропускной способности, определяемый стабильностью классификационного напряжения от величины приведенной энергии или заряда.

Реализация результатов работы. Проверка адекватности разработанных методик, технических решений и мероприятий проводилась в эксплуатации на ЗападноСибирской железной дороге и в лабораторных условиях. Результаты диссертационной работы в части методики оценки эффективности УЗИП на основе оксидно-цинковых варисторов используется в ремонтно-технологическом участке Омской дистанции сигнализации, централизации и блокировки. Основные теоретические положения диссертационной работы используются в учебном процессе ОмГУПСа для специальностей 190401 «Электроснабжение железных дорог» и 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», а также курсов повышения квалификации с отрывом от производства для специалистов железнодорожного транспорта. Использование результатов диссертационной работы подтверждается актами внедрения.

Аппробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на Международной молодежной научной конференции «XVII Туполевские чтения» (Казань, 2009); на VII Международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem» (Москва, 2010); на Международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» при научно-образовательном форуме «ТРАНСВУЗ-2010» (Омск, 2010); на третьей Российской конференции по заземляющим устройствам (Новосибирск, 2008); на Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов с международным участием, посвященной 150-летию со дня рождения А. С. Попова и 114-й годовщине Дня радио «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2009); на III Всероссийской научно-практической конференции «Наука и образование транспорту» (Самара - Пенза, 2010); на VII Межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - транспорту» (Екатеринбург, 2009); на XI Научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, 2010); на Юбилейной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития специальных систем радиосвязи и радиоуправления» (Омск, 2008); на технических семинарах и расширенных заседаниях кафедр ОмГУПСа, МИИТа, УрГУПСа и ОмГТУ.

Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 12 научных работ, в том числе две статьи из списка изданий, определенных ВАК Ми-нобрнауки России и одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка и пяти приложений. Основной текст работы изложен на 161 листе машинописного текста, в том числе включает 8 таблиц и 76 рисунков. Библиографический список содержит 154 источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформированы цель и задачи исследований, намечены пути их реализации, определены научная новизна и практическая ценность результатов диссертационной работы. Отмечено, что значительный вклад в развитие теории, средств и методов защиты систем ЖАТ от электромагнитных помех, улучшению условий электромагнитной совместимости технических средств на железнодорожном транспорте внесли ученые П. А. Азбукин, Д. В. Разевиг, М. И. Михайлов, Л. Д. Разумов, М. П. Бадер, Р. Н. Карякин, В. Д. Радченко, А. В. Котельников, Б. И. Косарев, А. Б. Косарев, А. М. Костроминов, В. Е. Митрохин, С. А. Соколов, К. А. Любимов, В. С. Ляличев, А. Д. Манаков, И. Г. Евсеев, А. В. Наумов, И. И. Рыков и многие другие.

В первом разделе проводится анализ статистики отказов устройств ЖАТ на железных дорогах, из которого следует, что количество отказов имеет неравномерное распределение в течение года, причем максимум приходится на летние месяцы. Основной причиной роста числа отказов в летний период времени года является грозовая активность. По статистическим данным построено семейство различных гистограмм распределения отказов аппаратуры. Гистограмма распределения отказов устройств ЖАТ по месяцам на одной из железных дорог представлена на рисунке 1.

* 25|------Рй---1-

ш 20-----— -----

8 15—---- ■ —----

к - I

ё 10 ----4---

О 5 _

о . - ,

к ... ............1——¡^—---

123 45 6789 10 11 12 Месяцы

Рисунок 1 - Распределение отказов устройств ЖАТ по месяцам

По статистическим данным за десятилетний период установлено, что количество отказов устройств ЖАТ от грозовых перенапряжений к общему числу отказов может достигать 20 - 40 %, причем основная их часть приходится на системы интервального регулирования движения поездов на перегонах - устройства автоблокировки (АБ). При одном отказе устройств АБ от грозовых перенапряжений время задержки поездов может составлять от десяток минут до нескольких часов. Кроме того, внезапное повреждение устройств сигнальной установки непосредственно перед идущим с большой скоростью составом может вызвать аварийную ситуацию, что нарушает не только безотказность, но и безопасность.

Вследствие большой протяженности и возвышения над поверхностью земли контактной сети, высоковольтных линий автоблокировки (ВЛ СЦБ) и продольного электроснабжения (ВЛ ПЭ), данные технические системы, в наибольшей степени подвержены прямым и индуктированным ударам молнии. Распространяющиеся волны перенапряжений по протяженным металлическим сооружениям, достигают устройств сигнальной точки с повреждениями их элементной базы через рельсовые, силовые и сигнальные цепи. Прямые и индуктированные удары молнии в контактную сеть сопровождаются перекрытием ее изоляции с воздействием импульсного тока в рельсовую нить через заземленные на рельс опоры. Выявлено, что большое число отказов аппаратуры от перенапряжений со стороны рельсовых цепей характерно на уча-

стк&х, где был проведен капитальный ремонт с внедрением современных технологий против деформации пути с помощью укладки разделительного слоя из полимерного материала в верхнем строении пути.

Определено, что в существующей нормативной документации по защите устройств ЖАТ от перенапряжений не отражены изменения в применении современных полимерных материалов в верхнем строении пути, которые повлияли на распределенные параметры рельсовых нитей. В основе существующих норм и правил положены экспериментальные исследования середины XX века, согласно которым установлено, что распространяющиеся атмосферные перенапряжения в рельсах полностью затухают на расстоянии 200 м. Поэтому согласно «Инструкции по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах» (ЦЭ-191), «Руководящих указаний по защите от перенапряжений устройств СЦБ» (РУ-90), для повышения эффективности защиты кодовых цепей автоблокировки заземляющие спуски группового заземления и роговых разрядников при непосредственном соединении с тяговой нитью двухниточных рельсовых цепей принято располагать не ближе 200 и 300 м от сигнальной установки соответственно. Укладка рельсов марки Р65 с использованием технологии бесстыкового сварочного скрепления, железобетонных шпал, полимерного материала являются характерными отличительными особенностями современного магистрального участка, что указывает на необходимость проведения теоретического и экспериментального исследования по распределению грозовых волн тока и напряжения.

Проведен анализ принципов, схем и устройств защиты аппаратуры сигнальной установки со стороны рельсовых цепей. Определено, что в нормируемых параметрах УЗИП из оксидно-цинковых варисторов не учитываются амплитудно-временные характеристики грозовых волн тока, приходящих со стороны рельсовых цепей.

Обоснована необходимость разработки методики по определению распределения амплитудно-временных форм грозовых волн тока и напряжения по рельсовым нитям, импульсного сопротивления рельс с учетом наличия полимерного материала в верхнем строении пути при различных временных формах воздействующего тока.

Во втором разделе приводятся результаты теоретических исследований по распространению импульсных процессов по рельсовым нитям с учетом различий амплитудно-временных форм волн воздействующего тока и параметров участка. Структурная схема появления грозовых перенапряжений в рельсовой цепи при перекрытии изоляции опоры контактной сети от удара молнии показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структурная схема грозового воздействия в случае перекрытия изоляции опоры на рельсовую нить блок-участка

Из структурной схемы следует, что импульсное воздействие осуществляется в месте заземления перекрытой опоры на рельс с распространением волны по рельсо-

вой нити в противоположных направлениях. Схема замещения для случая отсутствия пробоя изоляции между рельсами представлена на рисунке 3.

при грозовом воздействии в случае перекрытия изоляции опоры

В схеме замещения рельсовых нитей 1 и 2 (£=1 и к=2) обозначены распределенные параметры: активное сопротивление, Ом/м; Ьк-индуктивность, Гн/м; гп*-переходное сопротивление «рельс - земля», Ом-м (или обратная величина - проводимость glг\/rП|[, См/м); Ск- емкость по отношению к земле, Ф/м; Л/12- взаимная индуктивность, Гн/м; g^2 - взаимная проводимость или активная составляющая электрической связи, См/м; С¡2 - взаимная емкость или реактивная составляющая электрической связи, Ф/м.

На основании схемы замещения составлена система дифференциальных уравнений в частных производных от времени I и расстояния * по току и напряжению для каждой рельсовой нити. При отсутствии перекрытия между нитями пути разработана математическая модель распределения грозовых волн для рельсового пути, алгоритм которой представлен на рисунке 4.

При определении распространения амплитудно-временных форм тока и напряжения используются формулы обращения Карсона - Бромвича, позволяющие вести расчеты в частотной области при переходе к обычным дифференциальным уравнениям, оставляя при этом ту же размерность, что и в исходных дифференци&тьных уравнениях в частных производных. После получения решения в частотной области для каждой рельсовой нити, осуществляется обратное преобразование Фурье по Карсону:

и С.*)

1 гф г1т \,ш4

ж J 1 * J (О 71 I 1 ^

О О

оо оо

1 я-,)'-* J 0 я-,!1*

¿6),

с!а>.

(1)

При возможных в определенных случаях допущениях относительно постоянных в спектре частот распределенных параметров решение для одной рельсовой нити может быть получено операторным методом. При этом учитываем, что воздействием является ток, а реакцией рельсового пути - напряжение.

XIV

+ ст- |/(<-г)е~

иЦ,х) =

\С

х!и

т)е

-рт

ОТ/,

-О"/,,

Л-

(2)

.(3)

где приняты обозначения: м/с:

41с

скорость распространения волны,

= —Г—+—коэффициент затухания; а = - коэффициент искаже-

на С) 2^/* С)

ния.

В частном случае при допущении о пренебрежении емкостной составляющей и продольным сопротивлением, решение имеет вид:

/(>,*) = / к ¡¡е""

шах ;

■/аТ

-хЛ/г

и(/, х) = 1т

Г V"' 2 V'

2^%r-r)

/вг

4«-г)

Л,

г/Я

-х.Щг

4(1 - г)

1фг

(4)

¿г, (5)

(/-г)-1

где ей/!- коэффициенты, определяемые параметрами волны, 1/мкс; /тах- амплитуда импульса, кА; А/ - нормируемый множитель, определяемый условием равенства единице амплитуды импульсной волны.

Для вычислений распространения волн тока и напряжения, вызванных ударом молнии, по рельсовым нитям, необходимо учитывать распределенные по длине рельсового пути параметры. Особые затруднения возникают при определении поперечных параметров. Переходное сопротивление рельсовой нити по отношению к земле гпер принято вычислять через сопротивление изоляции между рельсовыми нитями Гр_р (сопротивление балласта) как гпер = Гр.р/2. По данным литературных источников, невозможность учета всех закономерностей процессов не позволили определить универсальную расчетную формулу для величины сопротивления изоляции, поэтому на практике исходят из требований функционирования автоблокировки при норме 1 Ом-км. Имеющиеся статистические данные по величине переходного сопротивления «рельс - земля» получены до внедрения технологии укладки полимерных материалов в верхнем строении пути. Попытки использования измерителя сопротивления балласта ИСБ-1 на участках после капитального ремонта с укладкой полистирола не дали положительного результата из-за превышения фактического переходного сопротивления над максимальным измерительным уровнем прибора. Поэтому переходное

сопротивление «рельс - земля» для современных условий вычислялось аналитически на основе известной расчетной модели переходного сопротивления системы «рельсы - шпалы - балластная призма - земля», дополненной составляющей, образованной наличием полимерного материала. В результате экспериментального определения в лабораторных условиях электропроводимости применяющихся полимеров выявлен доверительный интервал удельного сопротивления 3,6105 < р < 4,2-106 Ом-м для образцов пенополмстирола после десяти лет эксплуатации; 3,610" <р < 1,6-105 Ом-м и 300< р < 550

С^ачало^

Ом-м для образцов геотекстиля в сухом и влажном состоянии соответственно. С учетом значений проводимости полимеров получено, что переходное сопротивление «рельс - земля» изменяется в широких пределах от 21 до 70 Ом-км для участков с пенопо-листиролом и от 16 Ом-км с геотекстилем.

Из результатов расчета амплитудно-временных форм распространяющихся по рельсовым нитям волн тока и напряжения, следует, что допущение о постоянстве продольных параметров на уровне средних значений в спектре частот импульсного воздействия, также допустимо только для участков без полимерного материала. В расчетах амплитудно-временного представления тока и напряжения на участке с полимерным материалом в верхнем строении пути необходимо учитывать все распределенные параметры и частотные зависимости продольных параметров рельсовых нитей. С увеличением переходного сопротивления «рельс — земля» во второй рельсовой нити растет величина возникающего напряжения и снижается величина тока.

Результаты расчетного распределения волн тока амплитуды 30 кА и параметрами импульса 1,5/40 и 10/350 вдоль рельсовой нити, а также возникающего при этом напряжения относительно земли для значений переходного сопротивления 1 и 50 Ом-км, емкости - 50 и 500 нФ/км, проводимости грунта - 10"2 и 10"6 См/м представлены на рисунке 5. Аппроксимирующие параметры воздействия аналитической зависимостью биэкспоненциального вида

глз-ю6^1,

Задаем г„

Расчет й*(ю), Lk(<»),

ZZUZZZ

Расчет у(/о), Z(co).

Расчет Re[/i(/tu, х)].

Расчет 4(i, л), iik(t, х).

Расчет 1т[/*(/о>, л)).

<оно£)

Рисунок 4 - Алгоритм расчета распространения амплитудно-временных форм тока и напряжения

при этом составили а = 2,25-10 с , /?: к, = 1,061- для волны 1,5/40; и а = 2,57-Ю3 I. , Р = 3,2-105 с"1, к, = 1,048 - для волны 10/350.

Из результатов моделирования следует, что затухание грозовых волн перенапряжения и тока определяется распределенными по длине параметрами рельсовой нити участка (переходным сопротивлением и емкостью), значением удельной проводимости грунта и зависит от временных характеристик исходного воздействия.

б)

Г)

Рисунок 5 - Распределение волн тока молнии амплитуды 30 кА с параметрами импульса 1,5/40 (а, в) и 10/350 (б, г) по рельсовой нити и волны перенапряжения «рельс - земля» при значениях удельной проводимости земли 10"2 и 10" См/м - штриховые и сплошные линии соответственно и поперечных параметрах: переходном сопротивлении 1 Ом-км и емкости «рельс - земля» 50 нФ/км (а, б) и 50 Ом-км и 500 нФ/км (в, г)

Для более высоких значений удельного сопротивления грунта и поперечных параметров участка - переходного сопротивления и емкости, наблюдается увеличение возникающей и распространяющейся амплитуды волны напряжения, а также уменьшение затухания импульса. Как показали расчеты, амплитуда волны возникающего перенапряжения и ее затухание определяется также и параметрами волны исходного воздействия, которое, в свою очередь, имеет вероятностное значение. Напряжение растет с увеличением тока и уменьшением длительности фронта воздействия, а относительное затухание уменьшается с ростом длительности фронта волны.

При переходном сопротивлении 1 Ом-км и емкости 50 нФ/км амплитудное значение волны напряжения затухает с 600 до 26 кВ и с 242 до 35 кВ на расстоянии 200 м от места воздействия с параметрами волны 1,5/40 и 10/350 соответственно. При тех же исходных воздействиях, амплитуда напряжения в месте воздействия увеличивается до 900 кВ на участке при переходном сопротивлении 50 Ом-км и емкости 500 нФ/км.

На основании полученных результатов следует, что при укладке полимерного материала в верхнем строении пути возникает увеличение грозовых перенапряжений относительно земли и удлинение расстояния распространения волны напряжения до безопасного значения, а возникающие перенапряжения во всех случаях достигают величин, превышающих импульсную прочность изоляции перегонных устройств даже на расстоянии 200 м от места воздействия.

Разработанная математическая модель позволяет определить импульсное сопротивление рельсовой нити. Отношение реакции (напряжения в месте вводах=0м) к исходному воздействию даст величину импульсного сопротивления:

2(0 =

«0,0) _ о ¡№

ГксЬ

J 1 С

к (е

-р,

(6)

100 Ом

Результаты расчетов импульсного сопротивления рельсовой нити представлены на рисунке 6. За исходные воз-

« Г—V \ \ ъ « > ч \ г к *

ч ъ ч V / 7 8

V ч * ч / ■ „ » * в

2 / 5 'а

(.V

^ТГЙ?

11 13 15

17 19

МКС

Рисунок 6 -

Импульсное сопротивление рельсовой нити

действия принимаем волны 1,5/40 (зависимости 1 - 4) и 10/350 (зависимости 5 - 8). Представленные зависимости получены для следующих параметров на участке: 1 и 5 -г„=10м-ш, С=5 0 нФ/км, ¿7=10"2 См/м; 2 и 6 - гп=\Ом-км, С=50 нФ/км, о=10"6 См/м; 3 и 7 - лп=50 Ом-км, С=500 нФ/км, ст=10'2 См/м; 4 и 8 - г„=50 Ом-км, С=500 нФ/км, 17=10"6 См/м.

Для участка с поперечными параметрами 50 Ом-км и 500 нФ/км и проводимостью грунта 10"2 См/м импульсное сопротивление в момент длительности фронта воздей-

ствия составит 119 и 63 Ом для волн 1,5/40 и 10/350 соответственно. Для участка с поперечными параметрами 1 Ом-км и 50 нФ/км и проводимостью грунта 10"2 См/м импульсное сопротивление для этих волн будет 19 и 8 Ом.

Из результатов моделирования следует, что импульсное сопротивление определяется распределенными по длине параметрами рельсовой нити участка, значением удельной проводимости фунта и зависит от временных форм исходного воздействия. Рекомендуемое в литературных источниках выражение для сопротивления заземления рельсов, описываемое убывающей функцией во времени, отражает лишь частный случай, соответствующий экспериментальным исследованиям на опытном участке.

С ростом удельного сопротивления грунта и поперечных параметров участка -переходного сопротивления и емкости, отмечается увеличение импульсного сопротивления. Значит на участках, где внедряется технология укладки полимерного материала в верхнем строении пути, импульсное сопротивление увеличивается. Также нужно учесть, что поперечные параметры изменяются в широких пределах не только для разных участков, но и на одном участке под действием множества факторов (времени, погодных условий, загрязненности верхнего строения пути).

Основные затруднения в определении импульсного сопротивления вызывает невозможность однозначного его определения по причине вероятностного множества временных параметров воздействий. Этого недостатка будет лишено рассмотрение входного сопротивления рельсовой нити в спектре частот, что возможно при представлении воздействия и реакции Д/) в частотной области /-"(/ш), переход к которой осуществляется через прямое преобразование Фурье. Входное сопротивление рельсовой нити определяется по отношению спектральной плотности напряжения к спектральной плотности тока.

Частотные зависимости входного сопротивления для рассмотренных выше случаев представлены на рисунке 7, где цифровые обозначения зависимостей соответствуют обозначениям рисунка 6.

Получили, что для любого множества временных параметров воздействующих импульсных волн входное сопротивление в частотной области определяется исключительно параметрами рельсового пути, то есть является его собственной характеристикой. В свою очередь, импульсное сопротивление, определяемое во временной области, может принимать различные значения, зависящие как от параметров рельсового пути, так и от временных форм внешних воздействий. Однозначное определение входного сопротивления рельсовой нити в частотной области обеспечивает его большую универсальность в сравнении с импульсным сопротивлением при нестационарных процессах в рельсовой нити, вызванных токами молнии. Также представленные зависимости подтверждают различия в затухании разных спектральных составляющих воздействия. Как было показано ранее,

ЕЕ: 3 Щ ГЦ—""1 . . ; Е ЕЕ 4

ГГ" 1 11 щ

Гг'' 1111 ■у _ " 1 .. 'П[

ГГ" * ' \ 1 £ 4 4 * ' ш

1 1 ШГ «I 1 7* р* \ т у 1Л

нмшы ншш - " " Щ ::§=: "Ш

1 , А 1м

Г " ] Л _ й '71

У * 11 г р..

>у Г II

10г 10' 104 105 рал/с 10"

со --

Рисунок 7 - Зависимость входного сопротивления рельсовой нити от частоты

волна с длительностью фронта 1,5 мкс затухает значительно быстрее волны той же амплитуды с длиной фронта 10 мкс, что определяет важность рассмотрения задачи по разработке защитных мероприятий с учетом энергетического подхода.

В третьем разделе приводится методика и результаты экспериментальных исследований по распределению импульсного напряжения, моделирующих случаи воздействия от перекрытой ударом молнии изоляции опоры контактной сети на рельс, и по определению импульсного сопротивления.

Для проведения натурных исследований созданы опытные образцы испытательных комплексов, включающих программно управляемую генераторную часть, имитирующую импульсные токи, и измерительную часть, включающую безындукционные шунты и делители с регистрацией тока и напряжения на двухканальном цифровом осциллографе. Экспериментальные исследования проводились на перегонах, отражающие изменения, касающиеся типа шпал и балласта, наличия или отсутствия разделительного слоя из полимерного материала. Осциллограммы распределения напряжения вдоль рельсовой нитей для путей разного направления на опытном железнодорожном участке приведены на рисунке 8.

/X.....!........:..... иа

......

4 ----

|юкВ/дол:

10 мкс/дел

; кВ/дел {

; 10 мкс/дсл

£ 20 кВ/дел ......Ш мкс/дел - •

ЯЧ-( 1 - нмз

N££2 1 ! ; • ;

110 ¿В/дел!

МО мкс/дсл

б)

а) - для четного пути; б) - для нечетного пути. Рисунок 8 - Осциллограммы распределения напряжения по рельсовым нитям на участке железной дороги с разделительным слоем из пенополистирола

Из полученных осциллограмм следует, что затухание импульсного напряжения отличается для нитей путей разного направления, причем оно больше у рельсовой нити пути четного направления, что связано с большей утечкой относительно нити пути нечетного направления, где уложены разделительный слой из пенополистирола и железобетонные шпалы. Определено уменьшение коэффициента затухания амплитуды импульсного напряжения в пять раз для рельсовой нити пути, где уложен разделительный слой из пенополистирола, по сравнению с рельсовой нитью пути противоположного направления без полимерного покрытия. Результаты расчетного распределения волны напряжения по нитям обоих путей приведены на рисунке 9.

Осциллограммы экспериментального определения напряжения вдоль рельса и импульсного сопротивления рельсовой нити согласуются с расчетными данными с

погрешностью по коэффициенту затухания напряжения не превышающей 15 %. На нечетном пути коэффициент затухания амплитуды напряжения составил 1,96 и 1,98 км'1 из экспериментального и расчетного определения соответственно, а на четном пути 9,81 и 9,62 км'1.

Рисунок 9 - Расчетные распределения ® результате про-

води напряжения вдоль рельсовой нити в веденных исследовании

координатах 0 и 212 м от исходного места воздействия установлено, что на уча-(1 и Г - для нечетного пути; 2 и 2' - для четного пути) стках с полистиролом не

обеспечивается затухание

распространяющихся по рельсам атмосферных перенапряжений до безопасных величин на расстоянии 200 м от места воздействия.

В четвертом разделе обосновывается необходимость выработать адекватный критерий эффективности УЗИП «ограничивающего типа» на основе нелинейного сопротивления с учетом совместимости энергетической пропускной способности и величиной воздействующей приведенной энергии с целью совершенствования защиты от грозовых перенапряжений.

Безотказное функционирование автоблокировки от перенапряжений со стороны РЦ определяется, прежде всего, эффективностью УЗИП, которые должны ограничить любые возникающие перенапряжения в сигнальной обмотке ДТ до безопасных пределов. Как показали исследования, эффективность УЗИП «ограничивающего типа» на основе варисторов, устанавливаемых в РЦ, целесообразно определять по критерию предельной энергетической пропускной способности. Поэтому при соблюдении основного принципа защиты, основанном на выравнивании потенциалов между токоведущими частями приборов и заземленным оборудованием, и установке устройств защиты от перенапряжений со стороны рельсовой цепи целесообразно рассматривать значения возникающей приведенной энергии от волны тока, распространяющейся по рельсовой нити, которая воздействует на питающий и приемный концы автоблокировки.

Относительное изменение приведенной энергии А1(7Л вдоль рельса от места исходного воздействия с параметрами волн 1,5/40 и 10/350 представлено на рисунке 10. Там же показан расчет в числовых значениях абсолютного изменения приведенной энергии (Г/Л для амплитуды волн 30 кА.Приведенная энергия в месте удара импульсным током с параметрами 1,5/40 и 10/350 со среднестатистической амплитудой в 30 кА с учетом распределения волны в противоположных направлениях составит 5452 и 46940 А2-с соответственно. Несмотря на увеличение амплитуды напряжения при воздействующем токе с меньшим временем фронта и длительностью импульса, приведенная энергия увеличивается при более длительных и пологих воздействиях тока, что подтверждает опасность отказа сигнальной установки со стороны рельсовой

цепи, защищенной с помощью варистора, величиной воздействующей приведенной энергии.

Величина приведенной энергии уменьшается с расстоянием вдоль рельсовой нити по причине затухания грозовой волны тока. Приведенная энергия с расстоянием

____1

As lxS

Ъ ü 1 К" X) 150 2 >0 250 30:

5,5

A4 3,3

2,2 WIR-W 1,1

iXj ___i

4 / / ^ // ' 12

з/ ¡in1

lii/v I

0,5 0,6

0,4 W/f 0,2

а) - при воздействии 1,5/40; б) - при воздействии 10/350

Рисунок 10 - Зависимости относительного Д WIR и абсолютного WIR распределений приведенной энергии при амплитуде тока 30 кА от координаты вдоль рельсовой нити

определяется параметрами распространяющегося по рельсу импульсного тока, зависящего от распределенных параметров участка и удельного сопротивления грунта. Поэтому относительное уменьшение приведенной энергии, как и амплитуды волны тока, зависит от распределенных параметров. Наличие полимерного покрытия препятствует утечке тока в окружающий слой балласта и земли, тем самым рассеивая меньшую приведенную энергию и ужесточая условия работы нелинейного элемента УЗИП в рельсовой цепи. Учитывая, что интеграл действия тока молнии может достигать 105 А2-с, то, согласно относительного распределения рисунка 10 (б), на расстоянии 200 м от места удара следует ожидать воздействия с максимально возможной приведенной энергией в 9-Ю4 А2-с для участков с уложенным полимерным покрытием. Цифрами обозначены зависимости, полученные для следующих параметров на участке: 1 - /■„=! Ом-км, С=50 нФ/км, <7=10"' См/м; 2 - /-„=10 Ом-км, С=50 нФ/км, 0=10"' См/м; 3 - /-„=50 Ом-км, С=50 нФ/км, 0=10"' См/м; 4 -/•„=10м-км, С=50 нФ/км, сг=10"6 См/м; 5 - г„=10 Ом-км, С=50 нФ/км, <т=10"6См/м; 6 -/•„=50 Ом-км, С=50 нФ/км, <т=10"бСм/м; 7 - г„=10м-км, О500 нФ/км, <7=10"' См/м; 8 -/■„=10 Ом-км, С=500 нФ/км, <т=10'1 См/м; 9 - гп=50 Ом-км, 0500 нФ/км, <7=10"' См/м; 10 - г„=1 Ом-км, 0500 нФ/км, <г=10'6 См/м; 11 - /-„=10 Ом-км, С=500 нФ/км, о=10"6 См/м; 12 - гп=50 Ом-км, С=500 нФ/км, <7=10"6 См/м.

За критерий эффективности УЗИП «ограничивающего типа» рассматривается предельная энергетическая пропускная способность по стабильности классификационного напряжения варистора от величины, выделяемой воздействующей волной тока

приведенной энергии. В основе критерия положено допустимое отклонение классификационного напряжения {/„ при сохранении работоспособного состояния РЦ в штатных ее режимах:

U >U , (7)

кл р max

где f/p max - максимально возможное действующее значение напряжение в дополнительной обмотке ДТ обоих концов РЦ с учетом возможности движения по неправильному пути.

По предложенному критерию были выполнены экспериментальные исследования с используемыми в настоящее время элементами ВСЩН-220 и УЗП-1-500. По результатам испытаний с партиями элементов защиты построены зависимости, характеризующие изменение классификационного напряжения от величины Джоулева интеграла, представленные на рисунке 11.

5004

иы. В

450 400 350 300 250 200 150 100 50

ч 1 1

--;--

JO ласть пел опуст имых знак НИИ

1 1 1

1 ! i

4 5 6 (Ш-103,АЧ а

10 П

Ua В

460" 414 368 322 276 230 184 138 92 46 0

Ofv )гшггимк К ЧНЯИРН

1 2 3 4 5 6 7

(ТОМ О5, А'с -

а) - для ВОЦН-220; б) - для УЗП-1-500 Рисунок 11 - Изменение классификационного напряжения от величины прикладываемой удельной энергии (Джоулева интеграла)

При испытании стандартизированной волной тока с временными характеристиками 8/20 мкс и амплитудой 2 кА, Джоулев интеграл или приведенная энергия волны тока, воздействующего на УЗИП, составил 83,5 А2-с. На испытуемый элемент защиты с измеренным перед началом испытаний классификационным напряжением подается серия импульсов тока с периодичностью, определяемой временем заряда

емкостных накопителей генератора Джоулев интеграл из серии п импульсов или общая приведенная энергия из п воздействий, определяется как

7 Л),. (8)

/ = 1

Испытания в интервале между воздействиями сопровождались контролем классификационного напряжения. Как показали исследования, прохождение через УЗИП импульсного тока вызывает снижение классификационного напряжения, что объясняется локальными пробоями переходных слоев микрокристаллов окиси цинка.

По результатам проведенных исследований определено значительное снижение классификационного напряжения при увеличении удельной энергии, воздействующей на варистор СН2. При удельной энергии 7000 А2-с классификационное напряжение уменьшилось до критического значения по требованию (7), соответствующего области рабочих напряжений. При доверительном интервале значений от 9000 до 10000 А2-с у всех испытуемых варисторов СН2 наступил полный отказ - сквозной прожог с потерей защитных функций нелинейным элементом. Внешние признаки такого отказа в результате испытаний приведены на рисунке 12, где видимые черные точки представляют собой следы сквозного прожога, характерные при частых случаях отказов в грозовой сезон.

Рисунок 12 - Сквозной прожог варисторов выравнивателей ВОЦШ-220 и ВОЦН-220 после испытания

Снижение классификационного напряжения с увеличением воздействующей удельной энергии у элемента УЗП-1-500 происходит при значительно большей удельной энергии, превышающей 105 А2-с. Классификационное напряжение не упало до уровня, определенного требованием (7), а также у исследуемых образцов не наступил полный отказ. Несмотря на снижение классификационного напряжения более чем на 20 % после импульсных воздействий, защитные функции элемента сохранились, а в течение часа после прекращения импульсных ударов классификационное напряжение восстановилось до исходного первоначального уровня.

Предложен также эксплуатационный эквивалент критерию эффективности УЗИП «ограничивающего типа» на основе нелинейных сопротивлений, определяемому по заряду, равного площади треугольника, описывающего осциллограмму волны тока, что позволяет перейти к инженерному расчету без применения комплекса математических программ. При испытании стандартизированной волной тока с временными характеристиками 8/20 мкс и амплитудой 2 кА, величина заряда в одном импульсе тока составила 70-10"3 Кл,

Эксплуатационный эквивалент эффективности УЗИП определяется через заряд тока как:

ß„=2>

(9)

/ = 1

Зависимости, характеризующие изменение классификационного напряжения от величины заряда, эквивалентны представленным ранее, изображены на рисунке 13. 500

450 400 350 300 250 п R200

100 50

4 |

ч |

--А--- --- F — __ —1--

Об ласть не допусти!. ых значе ний

3 4

б,Кл -

460 ■ 414 368 | 322 I 276

230 // R184

и™,а 138 92 46

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Q, Кл-

а) - для ВСЩН-220; б) - для УЗП-1-500

Рисунок 13 - Изменение классификационного напряжения от величины заряда

По предложенным критериям эффективности установлено, что варистор ОПН 0,4/0,26/10/500 в УЗП1-500 имеет предельные показатели, соответствующие отказу, превышающие 7-105 А2-с и 400 Кл, варисторы СН2 выравнивателей ВОЦН-220 и ВОЦШ-220 имеют предельные показатели, 7-Ю3 А2х и 4,5 Кл, и несовместимы по энергетической пропускной способности на участках с разделительным слоем из пе-нополистирола в верхнем строении пути.

В конце раздела представлен расчет надежности систем интервального регулирования движения поездов по предполагаемой безотказности работы аппаратуры от перенапряжений со стороны рельсовых цепей на участке с пенополистиролом. При этом учитывается грозовая интенсивность региона, вид электротяги на участке, уровень изоляции контактной сети, наличие или отсутствие роговых разрядников и предельная энергетическая прочность используемого варистора в рельсовой цепи.

Заключение

1. Проведен анализ существующих принципов и схем защиты от перенапряжений со стороны рельсовых цепей, из которого следует, что действующая нормативная документация по защите устройств СЦБ не учитывает изменения в распределении волн грозового воздействия при наличии разделительного слоя из полимера в верхнем строении пути.

2. Разработана расчетная модель воздействия тока грозового разряда в контактную сеть и распределения амплитудно-временных параметров тока и напряжения по рельсовым нитям при перекрытии опоры или искровых промежутков роговых разрядников, учитывающая наличие разделительного слоя из полимерного материала в верхнем строении пути.

3. Получены выражения для импульсного и входного сопротивления рельсовой нити в спектре частот, учитывающие распределенные параметры участка и временные формы грозовых воздействий.

4. Разработана методика и опытные образцы мобильных испытательных гене-раторно-измерительных комплексов, с помощью которых проведены натурные испытания на железнодорожных участках, подтверждающие корректность предложенной модели с погрешностью по коэффициенту затухания напряжения, не превышающей 15 %.

5. Выявлено, что наличие разделительного слоя из полимерного материала в верхнем строении пути удлиняет расстояние распространения волны с затуханием по амплитуде напряжения всего на 55%- с 702,4 до 316,6 кВ, при удалении 1,3 км от места воздействия импульса тока временной формы 10/350 с амплитудой 30 кА, а , также увеличивает импульсное сопротивление до 70 Ом.

6. Установлено, что на участках с полистиролом не обеспечивается затухание распространяющихся по рельсам атмосферных перенапряжений до безопасных величин на расстоянии 200 м от места перекрытия изоляции опоры или искрового промежутка рогового разрядника

7. Обосновано определение распределения по рельсам волной тока величины приведенной энергии грозового воздействия для оценки совместимости параметров варисторов по их энергетической пропускной способности, на основании чего предложен критерий эффективности УЗИП «ограничивающего типа» на базе нелинейных сопротивлений, заключающийся в определении стабильности классификационного напряжения от величины приведенной энергии или Джоулева интеграла.

8. Предложен эксплуатационный эквивалент критерию эффективности УЗИП «ограничивающего типа» на основе нелинейных сопротивлений, определяемый по заряду, равного площади треугольника, описывающего осциллограмму волны тока, что позволяет перейти к инженерному расчету без применения комплекса математических программ.

9. По предложенным критериям эффективности для существующих нелинейных сопротивлений установлено, что, оксидно-цинковый варистор ОПН 0,4/0,26/10/500 в УЗП1-500 имеют предельные показатели, соответствующие отказу, превышающие 7-Ю5 А2-с и 400 Кл, оксидно-цинковые варисторы СН2 выравнивателей ВОЦН-220 и ВОЦШ-220 имеют предельные показатели, 7-103 А2-с и 4,5 Кл, и несовместимы по энергетической пропускной способности для участков с разделительным слоем из пенополистирола.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Митрохин В. Е. Критерий выбора устройства защиты от перенапряжений / В. Е. Митрохин, А. Е. Гаранин, К. А. Бондаренко. Автоматика, связь, информатика, № 4.2011. С. 14-17.

2. Гаранин А. Е. Распределение волны тока молнии по протяженным металлическим сооружениям железнодорожного транспорта / В. Е. Митрохин, О. В. Гателюк, А. Е. Гаранин // Транспорт Урала, № 3 (26). 2010. С. 51-54.

3. Свид. о гос. per. прогр. для ЭВМ № 2009613145 (РФ). Программа для управления тиристорным коммутатором генератора импульсного тока //Митрохин В. Е.,Гаранин А. Е., Головатюк В. В., Доросинский J1. Р. Заявка № 2009611950. Дата поступления 27.04.2009. Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 17.06.2009. Официальный бюллетень - Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем. ФГУ ФИПС 3(68) (2 ч.). М.: 2009 г.

4.Митрохин В. Е. Безындукционный шунт как неотъемлемая составляющая успешных измерений высокочастотных характеристик ЗУ/ В. Е. Митрохин, А. Е. Гаранин // Третья Российская конференция по заземляющим устройствам: Сб. докладов / Сибирская энергетическая академия. Новосибирск, 2008. С. 197 - 203.

5. Митрохин В. Е. Разработка испытательных комплексов устройств грозозащиты системы радиосвязи и радиоуправления / В. Е. Митрохин, J1. Р. Доросинский, А. Е. Г а р а н и н и др. // Современное состояние и перспективы развития специальных систем радиосвязи и радиоуправления: Тезисы докладов юбилейной науч.-техн. конф. / Омский науч.-исследоват. ин-т. Омск, 2008. С. 71.

6. Гаранин А. Е. Проблемы электромагнитного влияния и защита устройств автоматики, телемеханики и связи от влияния индуцированных грозовых разрядов / А. Е. Гаранин, Л. Р. Доросинский, В. Е. Митрохин //Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте: Материалы науч.-практич. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2009. С. 72 - 79.

7. Гаранин А. Е. Разработка генератора импульсного тока с управляемой коммутацией для электромагнитных исследований / А. Е. Гаранин, В. В. Головатюк, А. А. А н т и п и н и др. // Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. науч. тр. Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 114-Й годовщине Дня радио и 150-летию со дня рождения А. С. Попова / Сибирский федеральный ун-т. Красноярск, 2009. С. 3 - 6.

8. Гаранин А. Е. Модель генератора импульсного тока с управляемой коммутацией для электромагнитных исследований / А. Е. Гаранин, В. В. Головатюк // XVII Туполевские чтения: Материалы международной молодежной научной конференции. Том IV. / Казан, гос. техн. ун-т. Казань, 2009. С. 245 - 248.

9. Гаранин А. Е. Экспериментальное определение входного сопротивления рельсовой линии при импульсных воздействиях / А. Е. Гаранин, В.Е.Митрохин II Молодые ученые — транспорту — 2009: Сб. научн. трудов / Уральский гос. ун-т путей сообщения. Екатеринбург, 2009. Ч. 2. С. 322 - 327.

10. Гаран ин А. Е. Испытания на пропускную способность элементов УЗП-1-500-0,26 / А. Е. Гаранин, В. Е. Митрохин// Trans-Mech-Art-Chem: Труды международной научно-практич. конф. / Московский гос. ун-т путей сообщения. М., 2010. С. 72, 73.

11. Гаранин А. Е. Перенапряжения на аппаратуре СЦБ в грозовой сезон / А. Е. Гаранин, В. Е. Митрохин // Наука и образование транспорту: Материалы III

Всероссийской научно-практич. конф. (Самара - Пенза, 2010) / Самарский гос. ун-т путей сообщения. Самара, 2010. С. 62-64.

12. Гаранин А. Е. Вероятность отказов аппаратуры автоблокировки в грозовой сезон / А. Е. Гаранин, В. Е. Митрохин // Безопасность движения поездв: Труды Одиннадцатой научно-практич. конф. / Московский гос. ун-т путей сообщения (МИИТ). М., 2010. С. УШ-5, УП1-6.

Подписано в печать 26.05.2011. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл.п.л. 1,25. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100 экз. Тип.зак. 34 Заказное

Отпечатано на дупликаторе в полиграфической лаборатории кафедры «Дизайн и технологии медиаиндустрии» Омского государственного технического университета 644050, Омск-50, пр. Мира, 11

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Гаранин, Александр Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ 1 АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЙ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА АППАРАТУРУ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖОЙ АВТОМАТИКИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ.

1.1. Проблемы отказов устройств автоматики от грозовых перенапряжений-электрифицированных железных дорог.

1.2. Анализ причин отказов устройств автоблокировки от перенапряжений" со стороны рельсовых цепей.

1.3. Вероятностные параметры молнии.

1.4. Обзор существующих средств, методов и элементов защиты аппаратуры автоматики на перегоне электрифицированного участка.

1.5. Выводы.

РАЗДЕЛ 2 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛН ГРОЗОВОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ПО НИТЯМ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПРИЕМНЫЕ КОНЦЫ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ.

2.1. Распределение волны грозового тока по нити рельсового пути. и возникающей волны напряжения «рельс — земля».

2.2. Распределенные параметры рельсовых нитей магистральных участков при наличии разделительного слоя из полимерного материала.

2.3. Исследование распределения волн грозового тока и напряжения по нитям рельсового пути численным методом.

2.4. Импульсное и входное сопротивления рельсовой нити.

2.5. Выводы.

РАЗДЕЛ 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГРОЗОВЫХ ВОЛН ПО РЕЛЬСОВЫМ НИТЯМ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ УЧАСТКОВ.

3.1. Результаты натурных испытаний по распределению волн напряжения «рельс — земля».

3.2. Определение импульсного и входного сопротивления'рельсовой нити.

3.3. Описание экспериментальных исследований и схем испытаний.

3.4. Выводы.

РАЗДЕЛ 4 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТЫ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ ОТ ГРОЗОВЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ.

4.1. Определение параметров УЗИП ограничивающего типа на основе нелинейных сопротивлений.

4.2. Критерий эффективности УЗИП на основе нелинейных сопротивлений.

4.3. Эксплуатационный эквивалент эффективности УЗИП на основе нелинейного сопротивления.

4.4. Вероятность отказов оксидно-цинковых варисторов от грозовых перенапряжений со стороны рельсовых цепей электрифицированных железных дорог.

4.5. Выводы.

Введение 2011 год, диссертация по электротехнике, Гаранин, Александр Евгеньевич

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации» (ПТЭ) [1] основой организации движения поездов является график движения, выполнение которого является одним из важнейших качественных показателей работы железных дорог. Соблюдение графика осуществимо при взаимосвязанной и слаженной работе комплекса электротехнических систем железнодорожного транспорта. На электрифицированных железных дорогах ходовые рельсы являются обратным элементом тягового электроснабжения, а также естественным заземлителем, с присоединением1 на рельсовую нить опор контактной сети. Вместе с тем рельсы используются в системах железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) для регулирования движения поездов на перегоне при автоблокировке, образуя из рельсовых цепей (РЦ) блок-участки. Традиционное использование РЦ в качестве путевого датчика и телемеханического канала между сигнальными точками объясняется, прежде всего, возможностью контроля целости рельсов для обеспечения безопасности движения. Разнообразие функций, выполняемых рельсовыми линиями на электрифицированных железных дорогах, ужесточает требования обеспечения надежности систем автоматики при внешних воздействиях со стороны рельсовых цепей.

Значительный вклад в развитие теории, средств и методов защиты устройств ЖАТ от электромагнитных помех, улучшению условий электромагнитной совместимости технических средств на железнодорожном транспорте внесли ученые П. А. Азбукин, М. П. Бадер, И. Г. Евсеев, А. В. Котельников, А. Б. Косарев, Р. Н. Карякин, Б. И. Косарев, А. М. Костроминов, К. А. Любимов, В. С. Ляличев, А. Д. Манаков, В. Е. Митрохин, М. И. Михайлов, А. В. Наумов, В. Д. Радченко, Д. В. Разевиг, Л. Д. Разумов, И. И. Рыков, С. А. Соколов и многие другие.

Целью диссертационной работы является совершенствование методики» расчета грозовых перенапряжений и критерия эффективности* устройств защиты системы автоматики электрифицированных железных дорог.

Для достижения цели требуется решить следующие задачи:

2. Разработать методику определения распределения грозовых волн тока, и напряжения по рельсовым нитям с учетом наличия в верхнем строении пути разделительного слоя.из полимерного материала, а также совершенствовать методику определения импульсного сопротивления рельсовой колеи, учитывающей различия временных форм импульсных воздействий и параметры участков.

3. Провести экспериментальные исследования по определению адекватности разработанной методики* на участках железных дорог с уложенным разделительным слоем из полимерного материала в верхнем строении пути.

4. Усовершенствовать критерий эффективности используемых УЗИП на базе варисторов с учетом энергетических характеристик грозовых воздействий в рельсовых цепях.

Методы исследования. При решении поставленных в диссертации задач использовались методы теории электрических цепей, операционного исчисления и комплексного преобразования» Фурье, теории вероятности и математической статистики, физического моделирования и натурные испытания.

Научная новизна работы заключается в следующем:

3. Усовершенствована методика оценки эффективности УЗИП на базе нелинейных сопротивлений, отличающаяся тем, что за основу положен критерий' предельной энергетической' пропускной способности по стабильности классификационного напряжения от величины приведенной энергии импульсных воздействий, эквивалентных фактически существующим в рельсовых нитях.

Практическая значимость заключается в следующем:

2. Предложен критерий выбора УЗИП на базе оксидно-цинкового'вари-стора для защиты от грозовых перенапряжений со стороны рельсовых цепей, основанный на предельной энергетической пропускной способности по стабильности классификационного напряжения, который позволит при проведении испытаний выявить его эффективность по совместимости УЗИП с существующими воздействиями.

На защиту выносится:

1. Расчетная модель воздействия тока грозового разряда в контактную сеть с переходом в рельсовую нить и определение распределения амплитудновременных параметров тока и напряжения по рельсовым нитям с учетом наличия в верхнем строении пути разделительного слоя из полимерного материала.

Реализация результатов работы. Проверка адекватности разработанных методик, технических решений и мероприятий проводилась в условиях эксплуатации на Западно-Сибирской железной дороге и в лабораторных условиях. Результаты диссертационной работы в части методики оценки эффективности УЗИП на основе оксидно-цинковых варисторов используется в ремонтно-технологическом участке Омской дистанции сигнализации, централизации и блокировки. Основные теоретические положения диссертационной работы используются в учебном процессе ОмГУПСа для специальностей 190401 «Электроснабжение железных дорог» и 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», а также курсов повышения квалификации с отрывом от производства для специалистов железнодорожного транспорта. Использование результатов диссертационной работы подтверждается актами внедрения.

Аппробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на Международной молодежной научной конференции «XVII Туполевские чтения» (Казань, 2009); на VII Международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem» (Москва, 2010); на Международной научно-технической конференции «Инновации для транспорта» при научно-образовательном форуме «ТРАНСВУЗ-2010» (Омск, 2010); на третьей Российской конференции по заземляющим устройствам (Новосибирск, 2008); на Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов с международным участием, посвященной 150-летию со дня рождения А. С. Попова и 114-й годовщине Дня радио «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2009); на III Всероссийской научно-практической конференции «Наука и образование транспорту» (Самара — Пенза, 2010); на VII Межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - транспорту» (Екатеринбург, 2009); на XI Научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, 2010); на Юбилейной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития специальных систем радиосвязи и радиоуправления» (Омск, 2008); на технических семинарах и расширенных заседаниях кафедр ОмГУПСа, МИИТа, УрГУПСа и ОмГТУ.

Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 12 научных работ, в том числе две статьи из списка изданий, определенных ВАК Минобрнауки России, и одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, а также получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка и пяти приложений. Основной текст работы изложен на 161 листе машинописного текста, в том числе включает 8 таблиц и 76 рисунков. Библиографический список содержит 154 источника.

Заключение диссертация на тему "Совершенствование методики расчета грозовых перенапряжений и критерия эффективности устройств защиты системы автоматики электрифицированных железных дорог"

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. На основании анализа статистики отказов систем железнодорожной автоматики и телемеханики установлено увеличение числа отказов в летний грозовой период, из которых до 75 % приходится на системы интервального регулирования движения поездов - устройства автоблокировки.

2. Выявлено увеличение отказов аппаратуры сигнальной установки от грозовых перенапряжений со стороны рельсовых цепей на участках дорог, где используется современная технология устранения пучин и просадок с помощью разделительного слоя из полимерного материала в верхнем строении пути.

3. Из проведенного анализа существующих принципов и схем защиты от перенапряжений со стороны рельсовых цепей следует, что в действующей нормативной документации по защите устройств СЦБ не учтены изменения в распределении волн грозового воздействия при устройстве разделительного слоя из полимера в верхнем строении пути.

4. Разработана математическая модель распределения грозовых волн тока и напряжения по рельсовым нитям при перекрытии изоляции заземленной на рельс опоры, с учетом полимерного материала в верхнем строении пути.

5. Получены расчетные выражения для импульсного сопротивления и входного сопротивления рельсовой нити в спектре частот, учитывающие распределенные параметры участка и временные формы грозовых воздействий.

6. Определены распределенные поперечные параметры рельсовой нити относительно земли для участков с разделительным слоем из пенополистирола, которые могут достигать 50 Ом-км для переходного сопротивления.

7. Разработана методика по определению распределения напряжения по рельсу и импульсного сопротивления рельсовой нити, в соответствии с которой посредством созданных опытных образцов мобильных испытательных генера-торно-измерительных комплексов проведены полевые испытания на железнодорожных участках, подтверждающие корректность полученных выражений с погрешностью по коэффициенту затухания напряжения, не превышающей 5 %.

8. Установлено, что на участках с полистиролом не обеспечивается затухание распространяющихся по рельсам атмосферных перенапряжений до безопасных величин на расстоянии 200 м от места перекрытия изоляции опоры или искрового промежутка рогового разрядника.

9. Определено, что наличие разделительного слоя из полимерного материала в верхнем строении пути удлиняет расстояние распространения волны с затуханием по амплитуде напряжения всего на 55% с 702,4 до 316,6 кВ при максимально возможном удалении 1,3 км от места воздействия импульса тока с амплитудой 30 кА и временной формой 10/350 и увеличивает импульсное сопротивление с 15 до 70 Ом.

10. Доказана целесообразность в определении распространения по рельсам величины приведенной энергии грозового воздействия-как безальтернативного параметра, адекватного в оценке совместимости варисторов, устанавливаемых для защиты со стороны рельсовой цепи, по их энергетической пропускной способности.

11. Предложен критерий эффективности УЗИП «ограничивающего типа» на основе нелинейных сопротивлений по их предельной энергетической пропускной способности, заключающийся в определении стабильности классификационного напряжения от величины приведенной энергии или Джоулева интеграла.

12. Предложен эксплуатационный эквивалент критерию эффективности УЗИП «ограничивающего типа» на основе нелинейных сопротивлений, определяемому по заряду, равного площади треугольника, описывающего осциллограмму волны тока, что позволяет перейти к инженерному расчету без применения комплекса математических программ.

13. По предложенным сертификационном и эксплуатационном критериям эффективности для существующих нелинейных сопротивлений установлено, что, оксидно - цинковый варистор ОПН 0,4/0,26/10/500 в УЗП1-500 имеют пре

5 9 дельные показатели, соответствующие отказу, превышающие 7-10 А~-с и 400 Кл, оксидно — цинковые варисторы СН2 выравнивателей ВОДН-220 и ВОЦШс л

220 имеют предельные показатели, 7Т0 А -с и 4,5 Кл, при которых наступает отказ, и несовместимы по энергетической пропускной способности на участках с разделительным слоем из пенополистирола.

14. Составлена методика определения вероятностных показателей безотказной работы нелинейных сопротивлений для защиты рельсовой цепи на сигнальной точке электрифицированного участка с разделительным слоем из пенополистирола.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Гаранин, Александр Евгеньевич, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы

1. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации: утв. 26.05.2000: ЦРБ-756 / МПС РФ. М.: Техинформ, 2008. 190 с.

2. Л и сен ков В. М. Безопасность технических средств в системах управления движением поездов /В. М. Л и сен ков. М.: Транспорт, 1992. 192 с.

3. Л и сен ко в В. М. Статистическая теория безопасности движения поездов / В. М. Л и с е н ко в. М.: ВИНИТИ РАН, 1999. 332 с.

4. Шаманов В. И. Надежность систем железнодорожной автоматики и телемеханики / В. И. Ш ам ан о в. Иркутск: Изд-во ИрИИТ, 1999. 223 с.

5. ШамановВ. И. Методика расчета эффективности технических мероприятий по повышению надежности действующих устройств сигнализации-, централизации и блокировки (СЦБ) / В. И. Шаманов, Б. М. Ведерников. М.: МПС, 1989. 80 с.

6. Я г у д и н Р. Ш. Надежность устройств железнодорожной автоматики и телемеханики / Р. Ш. Ягу дин. М.: Транспорт, 1989. 159 с.

7. П е р н и к и с Б. Д. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ / Б. Д. П е р н и к и с, Р. Ш. Я г у д и н. М.: Транспорт, 1994. 254 с.

8. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи/В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников, В. И. Шаманов. Под ред. Вл. В. Сапожников а. М^: Маршрут, 2003. 263 с.

9. ГОСТ Р 50656-2001. Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства железнодорожной автоматики и телемеханики. Требования и методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 2003. 16 с.

10. Инструкция по технической эксплуатации устройств и систем сигнализации, централизации и блокировки (ЦШ-720-09): утв. 22.11.2009: №2150р / ОАО «РЖД». М., 2009. 94 с.

11. Устройства СЦБ. Технология обслуживания. М.: Транспорт, 1999.433с.

12. Правила устройства электроустановок (седьмое издание): утв. 08.07.2002 №204 Минэнерго России. М.: ЭНАС, 2008. 552 с.

13. Руководящие указания по защите от перенапряжений устройств СЦБ. М.: Транспорт, 1990. 60 с.

14. Методические указания по защите от перенапряжений устройств автоблокировки и электрической централизации И-247-97. ГТСС МПС РФ, 1999. 38 с.

15. Как защитить устройства ЖАТ от перенапряжения / О. Ф. Железняк. Автоматика, связь, информатика, № 12. 2010. С. 13-16.

16. Евсеев И. Г. Защита устройств автоблокировки от грозовых разрядов /И. Г. Евсеев, А. И. А б у з и н. Автоматика, телемеханика и связь, № 4. 1958. С. 25-28.

17. Бойкевич М; И. Защита приборов рельсовых цепей от перенапряжений /М. И. Бойкевич. Автоматика, телемеханика и связь, № 1. 1961. С. 28.

18. Гольцов В. С. Влияние места заземления роговых разрядников на работу автоблокировки / В. С. Гольцов, Э. А. Згржебловский. Автоматика, телемеханика и связь, № 3. 1961. С. 40 41.

19. Р ы ко в И. И. Влияние коротких замыканий контактной сети на рельсовые цепи автоблокировки / И. И. Рыков, И. Г. Евсеев. Вестник ВНИИЖ-Та,№ 5. 1963. С. 17-22.

20. Евсеев И-. Г. Исследования опасных напряжений и токов в рельсовых цепях при коротком замыкании контактной сети / И. Г. Евсеев, В. С. Ля л ичев. Автоматика, телемеханика и связь, № 6. 1965. С. 16 — 20.

21. ЛяличевВ. С. Защищенность от перенапряжений рельсовых цепей переменного тока 25 Гц / В. С. Ляличев. Автоматика, телемеханика и связь, №9. 1973. С. 3-6.

22. Михайлов М. И. Воздушные и кабельные линии связи и их защита. Ч. 3 / М. И. М и х а й л о в, П. А. А з б у к и н. М.: Связьиздат, 1940. 316с.

23. Б ад ер М. П. Электромагнитная совместимость / М: П. Б ад ер. М.: УМК МПС РФ, 2002. 638 с.

24. Е в с е е в И. Г. Защита устройств СЦБ от опасных напряжений и токов /И. Г. Евсеев. М.: Транспорт, 1971. 144 с.

25. Евсеев И. Г. Защита железнодорожных установок проводной связи от опасных напряжений / И. Г. Е в с е е в. М.: Транспорт, 1973. 80 с.

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

27. КарякинР. Н. Резонанс в тяговых сетях и его демпфирование / Р. Н. Каря к и н. М.: Высшая школа, 1961. 231 с.

28. Котельников А. В. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств/А. В. Котельников, А. В. Наумов, Л. П. Слободя-нюк. М.: Транспорт, 1990. 215 с.

29. Ко с ар е в А. Б. Основы электромагнитной безопасности систем электроснабжения железнодорожного транспорта / А. Б. Косарев, Б. И. Косарев. М.: Интекст, 2008. 480 с.

30. Косарев Б. И. Электробезопасность в системе электроснабжения железных дорог / Б. И. К о с а р е в, Я. А. 3 е л ь в я н с к и й, Ю: Г. С и б а р о в. М. : Транспорт, 1983. 200 с.

31. Костроминов А. М. Защита4устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от помех / А. М. Костроминов. М.: Транспорт, 1997. 192 с.

32. Костроминов А. М. О заземлении в устройствах автоблокировки / А. М. Костроминов, Б. Н. Филиппов. Автоматика, телемеханика и связь, №3. 1990. С. 3-9.

33. Любимов И. Г. Влияние коротких замыканий в контактных сетях на. устройства СЦБ и связи / К. А. Любимов, В. С. Ляличев, В. Ф. Шепко. Автоматика, телемеханика и связь, № 11. 1975. С. 16-19.

34. Л ю б и м о в И. Г. Приборы защиты от перенапряжений рельсовых цепей 25 и 75 Гц / К. А. Л ю б и м о в, В. С. Л я л и ч е в, В. Ф. Шепко. Автоматика, телемеханика и связь, № 11. 1976. С. 7 9.

35. Л я л и ч е в В. С. Исследование и ограничение перенапряжений в рельсовых цепях переменного тока с дроссель-трансформаторами: Дис. . канд. техн. наук. М.: ВНИИЖТ, 1974. 186 с.

36. Манаков А. Д. Методы и средства защиты устройств СЦБ с трансформаторными связями от опасных электромагнитных влияний: Дис.канд.техн. наук. Л.: ЛИИЖТ, 1988. 222 с.

37. Митрохин В. Е. Моделирование процессов повреждения устройств автоматики и связи и разработка требований к устройствам защиты / В. Е. Митрохин, Л. Р. Доросинский, Н. С. Горбачев, В. В. Еременко //

38. Проблемы защиты систем передачи информации от электромагнитных влияний на железнодорожном транспорте: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1991. С. 98 104.

39. Митрохин В. Е. Разработка.принципов и методов повышения эффективности функционирования телекоммуникационных сетей и устройств при импульсных электромагнитных воздействиях: Автореф. дис. доктора техн. наук. М.: МТУСИ, 2002. 40 с.

40. Михайлов М. И. Влияние внешних электромагнитных полей на цепи проводной связи и защитные мероприятия / М. И. Михайлов. М.: Связь-издат, 1959. 584 с.

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

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

43. Рыков И. И; Экспериментальное исследование волновых характеристик контактной сети / И. И. Рыков, Д. В. Р аз е в и г. Труды ВНИИЖТа. Вып. 42 Исследования работы устройств электрической тяги. Сборник статей. М.: Трансжелдориздат, 1951. С. 32 — 50.

44. Р ы к о в И. И. Атмосферные перенапряжения и защита от них тяговых устройств электрических железных дорог / И. И: Р ы к о в, Д. В. Р а 3 е в и г. Труды ВНИИЖТа. Вып. 56. М.: Трансжелдориздат, 1952. 88 с.

45. Рыков И. И. Защита от атмосферных перенапряжений тяговых устройств электрических железных дорог / И. И. Рыков, Д. В. Разе виг. М.: Трансжелдориздат, 1953. 91 с.

46. Сорок о В. И. Автоматика, телемеханика, связь и вычислительная техника на железных дорогах России: Т.1 / В. И. Сор око, В. М. Кай но в, Г. Д. К а з и е в. М.: НПФ Планета, 2006. 736 с.

47. С о рок о В. И. Автоматика, телемеханика, связь и вычислительная-техника на железных дорогах России: Т.2 / В. И. Сорок о, В. М. Кайнов, Р. Д. К аз и е в. М.: НПФ Планета, 2006. 576 с.

48. Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах (ЦЭ-191). М.: Транспорт, 1993. 68с.

49. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог (ЦЭ-868). М.: Трансиздат, 2002. 184с.

50. Технические условия на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути / ОАО «РЖД» (ЦПТ-53). М.: Академкнига, 2004. 182с.

51. Технические указания по устранению пучин и просадок железнодорожного пути МПС России (ЦПИ-24). М.: Транспорт, 1998. 74 с.

52. Ар катов В. С. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание /В. С. Ар кат о в, Ю. А. Кравцов, Б. М. Степенскии. М.: Транспорт, 1990. 295 с.

53. Р я б к о в а Е. Я. Заземления в установках высокого напряжения / Е. Я. Р я б к о в а. М.: Энергия, 1978. 224 с.

54. ДолгиновА. И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. А. И. Д о л г и н о в. М.: Энергия, 1968. 464 с.

55. Александров К. Б. Поведение контактной сети и ее параметры при грозовых разрядах / К. Б. Александров,// Электроснабжение электрических железных дорог. Сб. трудов. Вып. 227. Л.: ЛИИЖТ, 1964. С. 69 86.

56. Косарев Б. И. Расчет напряжений в рельсовом пути БАМа при разрядах в него тока молнии / Б. И. Косарев, А. И. Кушнир. Вестник ВНИ-ИЖТа, № 1.1980. С. 11 14.

57. Косарев Б. И. Эффективность использования рельсовых путей как элемента системы грозозащиты устройств железнодорожного электроснабжения в зонах вечной мерзлоты / Б. И. Косарев, Г. Н. Косолапов, А. И. Кушнир. Электричество, №7.1984. С. 21 25.

58. Косарев Б. И. Статистическое моделирование переходного сопротивления «рельс — земля» на электрифицированных участках с деревянными шпалами / Б. И. К о с ар е в. Электричество, № 9. 1977. С. 58-63.

59. Косарев Б. И. Электробезопасность в тяговых сетях переменного тока/Б. И. Косарев. М.: Транспорт, 1988. 216 с.

60. Котляренко Н. Ф. Электрические рельсовые цепи /Н. Ф. Котляренко. М.: Трансжелдориздат, 1961. 328 с.

61. Брылеев А. М. Электрические рельсовые цепи / А. М. Брылеев, Н. Ф. К от л я р е н к о. Изд. второе. М.: Транспорт, 1970. 256 с.

62. Б р ы л е е в А. М. Теория, устройство и работа рельсовых цепей / А. М. Брылеев, Ю. А. Кравцов, А. В. Шишляков. М.: Транспорт, 1978. 344 с.

63. Котельников А. В. Блуждающие токи электрифицированного транспорта / А. В.Котельников. М.: Транспорт, 1986. 279 с.

64. Карякин Р. Н. Гальваническое влияние тяговых сетей переменного тока / Р. Н. К а р я к и н. Электричество, № 8. 1965. С. 57 62.

65. Карякин Р. Н. Тяговые сети переменного тока / Р. Н. Карякин. М.: Транспорт, 1987. 279 с.

66. Sunde Е. D. Earth Conduction Effects in Transmission Systems// D. Van Nostrand Company, Toronto New York - London: 1949. 373 p.

67. Бабиков M. А. Применеие дифференциальных уравнений длинных линий к расчету протяженных заземлителей / М. А. Бабиков, Н. С. Комаров. Электричество, № 5. С. 29 38.

68. БургсдорфВ. В. Заземляющие устройства электроустановок / В. В. Б у р г с д о р ф, А. И. Я к о б с. М.: Энергоатомиздат, 1987. 400 с.

69. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров/Г. Корн, Т. Корн. М.: Наука, 1973. 832 с.

70. Дёч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и Z-преобразования / Г. Д ё ч. Пер. с нем. Г. А. В о л ь п е р т а. М.: Наука, 1971.288 с.

71. Левинштейн М. Л. Операционное исчисление в задачах электротехники / М. Л. Л е в и н ш т е й н. Л.: Энергия, 1972. 360 с.

72. Теумин И. И. Справочник по переходным электрическим процессам /И. И. Теу ми н. М.: Связьиздат, 1951. 410 с.

73. ГинсбургС. Г. Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях / С. Г. Г и н с б у р г. М.: Высшая школа, 1967. 388 с.

74. Р ю д е н б е р г Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах /Р. Рюденберг. Пер. с амер., под ред. В. Ю. Ломоносова. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1955. 715 с.

75. К у ч м а К. Г. Защита от токов короткого замыкания в контактной сети /К. Г. Кучма, Г. Г. Марквардт, В. Н. Пупынин. М.: Трансжелдориздат, 1960. 260 с.

76. Фигурнов Е. П. Защита электротяговых сетей переменного тока от коротких замыканий / Е. П. Ф и г у р н о в. М.: Транспорт, 1979. 160 с.

77. СтекольниковИ. С. Физика молнии и грозозащита / И. С. Сте-кольников. М.-Л.: Изд-во академии наук СССР, 1943. 230 с.

78. Костенко М. В. Атмосферные перенапряжения-и грозозащита высоковольтных установок / М. В. Костенко. Л.-М.: Госэнергоиздат, 1949. 330 с.

79. РазевигД. В. Атмосферные перенапряжения на линиях электропередачи / Д. В. Р аз е в и г. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. 216 с.

80. А л е к с а н д р о в Г. Н. Молния и молниезащита / Г. Н. Александров. М.: Наука, 2008. 274 с.

81. Б а з е л я н Э. М. Физические и инженерные основы молниезащиты / Э. М. Базелян, Б. Н. Горин, В. И. Левитов. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 224 с.

82. Базелян Э. М. Физика молнии и молниезащиты / Э. М. Базелян, Ю. П. Райзер. М.: Физматлит, 2001. 320 с.

83. Ю ман М. Молния / М. Юман. Пер. с англ. С. И. Кирилловой. Под ред. Н. В. Красногорской. М.: Мир, 1972. 328 с.

84. Л о хани н А. К. Соотношения между расчетными параметрами импульсной волны / Лоханин А. К., Иванова Н. С. Электричество, №12, 1968. С. 80, 81.

85. Кадомская К. П. Моделирование волны тока молнии при расчетах грозоупорности электрических сетей / К. П. Кадомская, А. А. Рейхердт. Электричество, № 11, 2006. С. 17 23.

86. В э н с Э. Ф. Влияние электромагнитных полей на экранированные кабели: Пер. с англ. Г. М. Мосина / Под ред. Л. Д. Р аз у м о в а. М.: Радио и связь, 1982. 120 с.

87. Костенко М. В. Волновые процессы и перенапряжения в подземных линиях / М. В. Костенко, Н. И. Гумерова, А. Н. Данилин, Б. В.

88. Ефимов, В. В. Потапов, А. А. Смирнов. СПб.: Энергоатомиздат, 1991. 232 с.

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

90. БазуткинВ. В. Расчеты переходных процессов и перенапряжений /

91. B. В. Базуткин, Л. Ф. Дмоховская. М.: Энергоатомиздат, 1983. 382 с.

92. Шваб А. И. Электромагнитная совместимость / А. И. Шваб. Пер. с нем. В. Д. Мазина и С. А. Спектора. Под ред. И. П. Кужекина. М.: Энергоатомиздат, 1995. 480 с.

93. Техника высоких напряжений. Под общ. ред. Д. В. Разе виг а. М.: Энергия, 1976. 488 с.

94. Базуткин В. В. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах / В. В. Базуткин, В. П. Ларионов, Ю.

95. C. Пинталь. Под общ. ред. В. П. Ларионова. М.: Энергоатомиздат, 1986. 464 с.

96. Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения: Пер. с нем. /М. Бейер, В. Бёк, К. Мёллер, В. Цаенгаль. Под ред. В. П. Л а р и о н о в а. М.: Энергоатомиздат, 1989. 555 с.

97. Защита систем железнодорожной автоматики и телемеханики от-атмосферных и коммутационных перенапряжений. Требования к характеристикам испытательных импульсных воздействий на системы ЖАТ. Временные нормы. Санкт-Петербург, 2007. 18 с.

98. Защита систем железнодорожной автоматики и телемеханики от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Характеристики импульсных воздействий на системы ЖАТ. Временные нормы. 2008. 31 с.

99. Мартюшов К. И. Нелинейные полупроводниковые резисторы / К. И. Мартюшов, Ю. В. Зай цев. М.: Энергия, 1968. 192 с.

100. Руководящие указания по применению варисторов в устройствах связи и СЦБ. М.: Транспорт, 1978. 18 с.

101. ШишманД. В. Вентильные разрядники высокого напряжения / Д. В. Шишман, А. И. Бронфман, В. И. Пружинина, В. П. Савельев. Л.: Энергия, 1971. 260 с.

102. Е в с е е в И. Г. Новый вентильный разрядник / И. Г. Евсеев, Н. Н. Коншин. Автоматика, телемеханика и связь, № 4. 1959. С. 20 — 23.

103. Е в с е е в И. Г. Новые средства защиты / И. Г. Е в с е е в. Автоматика, телемеханика и связь, № 1. 1971. С. 16-18.

104. В ал е е в X. С. Нелинейные металлоксидные полупроводники / X. С. Валеев, В. Б. Квасков. М.: Энергоиздат, 1983. 160 с.

105. Квасков В. Б. Полупроводниковые приборы с биполярной проводимостью / В. Б. Квасков. М.: Энергоатомиздат, 1988. 128 с.

106. Чу них и н А. А. Аппараты защиты. Том 2. Ограничители перенапряжения / А. А. Чунихин, О. И. Кондратьев, Е. Ф. Галтеева. М.: Ин-формэлектро, 2000. 132 с.

107. Капуста А. С. Защита полупроводниковых приборов от перенапряжений /А. С. Капуста, П. П. Золочевский. Автоматика, телемеханика и связь, №3. 1979. С. 10- 12.

108. Евсеев И. Г. Защита от перенапряжений полупроводниковых приборов СЦБ в силовых и рельсовых цепях / И. Г. Евсеев, В. Б. Ягодин. Автоматика, телемеханика и связь, № 3. 1981. С. 4 7.

109. ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98). Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний» М.: Изд-во стандартов, 2003. 50 с.

110. Устройства СЦБ. Технические указания по ремонту РМ32-ЦШ 09.3986 Часть 5. М.: Транспорт, 1988. 64 с.

111. Ш.БелоглазоваН. С. Оксидно-цинковые варисторы типа СН2 / Н. С. Белоглазова. Автоматика, телемеханика и связь, № 1. 1984. С. 8 — 10.

112. ГОСТ Р 52725-2007. Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2007. 36 с.

113. Ар катов В. С. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник / В. С. Аркатов, А. И. Баженов, Н. Ф. Котляренко. М.: Транспорт, 1992. 384 с.

114. Стрижевский И. В. Теория и расчет влияния электрифицированной железной дороги на подземные металлические сооружения / И. В. Стрижевский, В. И. Дмитриев. М.: Стройиздат, 1967. 248 с.

115. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог / К. Г. М а р к в а р д т. М.: Транспорт, 1982. 528 с.

116. Путевая блокировка и авторегулировка / Под ред. Н. Ф. Котляренко. М.: Транспорт, 1983. 408 с.

117. Карслоу X. Операционные методы в прикладной математике. Пер. с англ. М. М. Литвинова / X. К а р с л о у, Д. Е г е р. М.: ГИИЛ, 1948. 292 с.

118. Конторович М. И. Операционное исчисление и нестационарные явления в электрических цепях / М. И. Конторович. М.-Л.: ГИТТЛ, 1955. 228 с.

119. Ан го А. Математика для электро- и радиоинженеров. Пер. с франц. К. С. Шифрина. М.: Наука, 1965. 780 с.

120. Гаран ин А. Е. Распределение волны тока молнии по протяженным металлическим сооружениям железнодорожного транспорта / В. Е. Митр о -х и н, О. В. Г а т е л ю к, А. Е. Г а р а н и н // Транспорт Урала, № 3 (26). 2010. С. 51-54.

121. Карякин Р. Н. Методика расчета основных параметров нисхожя-щего отрицательного разряда молнии / Р. Н. К а р я к и н. Электричество, №11. 2006. С. 24-32.

122. Лосев В. Г. Повышение эффективности молниезащиты тяговых сетей переменного тока: Дис. канд. техн. наук. М., 2007. 94 с.

123. Карякин Р. Н. Удар молнии в протяженный неоднородныйгзазем-литель / Р. Н. К ар я к и н, В. Г. Л о с е в. Электричество, № 4. 2009. С. 12-18.

124. Бейтмен Г., Эрдейи А. Таблицы интегральных преобразований. Том 1. Преобразования Фурье, Лапласа, Меллина. Пер. с англ. Н. Я. Виленкина. М.: Наука. 1969. 344 с.

125. Диткин В. А. Интегральные преобразования и операционное исчисление /В. А. Д и т к и н, А. П. Прудников. М.: Наука, 1974. 544 с.

126. Ван-дер-Поль Б. Операционное исчисление на основе двустороннего преобразования Лапласа / Б. Ван-дер-Поль, X. Бремер. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1952. 508 с.

127. Што кал о И. 3. Операционное исчисление (Обобщения и приложения) / И. 3. Што к ал о. Киев: Наукова думка, 1972. 304 с.

128. Микусинский Ян. Операторное исчисление / Ян Микусин-с к и й. Пер. с польск. А. И. П л е с н ер а. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1956. 367 с.

129. Запорожец Г. И. Руководство к решению задач по математическому анализу / Г. И. 3 а п о р о ж е ц. М.: Высшая школа, 1962. 404 с.

130. Нейман Jl. Р. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах / Л. Р. Не й м ан. Л. М.: Госэнергоиздат, 1949. 190 с.

131. Вахнин М. И. Путевая блокировка и авторегулировка / М. И. Вахнин, В. И. Ильенков, Н. Ф. Котляренко, А. В. Шишляков. М.: Транспорт, 1966. 376 с.

132. Воробьев В. Б. Определение состояния балласта и земляного полотна железнодорожного пути георадиолокационным методом в режиме скоростного мониторинга: Дис. . канд. техн. наук. Ростов-на-Дону: Ростовский гос. ун-т путей сообщения, 2008. 146 с.

133. Шилкин П. М. Защита контактной сети постоянного тока при различных способах заземления опор / П. М. Ш и л к и н, А. А. П о р ц е л а н, А. В. Котельников. М.: Транспорт, 1977. 104 с.

134. Решение о выдаче патента на полезную модель. Заявка № 2011106855/08(009759) от 22.02.2011. Генератор импульсов тока с оптическим управлением / Митрохин В. Е, Доросинский Л. Р., Бон дарен ко К. А., Г а р а н и н А. Е., Р я п о л о в А. В.

135. ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем. ФГУ ФИПС 3(68) (2 ч.). М.: 2009 г.

136. Векслер М. С. Шунты переменного тока. М. С. Векслер, А. М. Теплинский. Л.: Энергоатомиздат, 1987. 120 с.

137. КалантаровП. Л. Расчет индуктивностей / П. Л. Калантаров, Л. А. Цейтлин. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 486 с.

138. И о с с е л ь Ю. Я. Расчет электрической емкости / Ю. Я. И о с с е л ь, Э. С.Кочанов, М. Г. Струнский. Л.: Энергоатомиздат, 1981. 288с.

139. СорокоВ. И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: в 2 кн. Кн. 1 / В. И. Сор о к о, В. А. Милюков. М.: НПФ Планета, 2000. 960 с.

140. Сороко В. И. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: в 2 кн. Кн. 2 /В. И. Сороко, Е. Н. Розенберг. М.: НПФ Планета, 2000.1008 с.

141. Гаранин А. Е. Испытания на пропускную способность элементов УЗП-1-500-0,26 / А. Е. Гаранин, В. Е. Митрохин // Trans-Mech-Art-Chem: Труды международной научно-практич. конф. / Московский гос. ун-т путей сообщения. М., 2010. С. 72, 73.

142. Митрохин В. Е. Критерий выбора устройства защиты от перенапряжений / В. Е. Митрохин, А. Е. Гаранин, К. А. Бондаренко. Автоматика, связь, информатика, № 4. 2011. С. 14-17.

143. Аркатов В. С. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник / В. С. Аркатов, Ю. В. Аркатов, С. В. Казеев, Ю. В. О б о -довский. З.М.: ООО Миссия-М, 2006. 496 с.

144. По ловко А. М. Основы теории надежности / А. М. По ловко, С. В. Гуров. СПб.: БХВ-Петербург, 2008. 704 с.

145. Гаранин А. Е. Вероятность отказов аппаратуры автоблокировки в грозовой сезон / А. Е. Гаранин, В. Е. Митрохин// Безопасность движения поездв: Материалы XI Всероссийской научно-практич. конф. / Московский гос. ун-т путей сообщения. М., 2010.

146. Характерные разрушения устройств защитыя) е)

147. Рис. П. 1.2. Полное разрушение релейного шкафа сигнальной установки от пожара наиболее тяжелое последствие прохождения грозового фронта

148. Алгоритм расчета распространения амплитудно-временных форм тока и напряжения по рельсовым нитям

149. Рис. П2.1. Алгоритм расчета распространения амплитудно-временных формтока и напряжения по рельсовым нитям

Похожие работы

Электротехника
05.09.00