автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Влияние аэрозольного загрязнения среды метрополитена на работу высоковольтной изоляции электроустановок совмещенных тяговых подстанций

МЕТРОПОЛИТЕНА НА РАБОТУ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК СОВМЕЩЕННЫХ ТЯГОВЫХ

ПОДСТАНЦИЙ

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САМАРА 2004

Работа выполнена в Самарской государственной академии путей сообщения (СамГАПС).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Носырев Дмитрий Яковлевич Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Гольдштейн Валерий Геннадьевич кандидат технических наук, доцент Магай Герман Самсонович

Ведущая организация - Муниципальное предприятие «Самарский метрополитен».

«| » У^^й-др 4 г . в« \Л> » ЧЯС011 на

Защита диссертации с о с т «| /1Гк» заседании диссертационного совета К218.011.01 в Самарской государственной академии путей сообщения (СамГАПС) по адресу г. Самара, 1-ый Безымянный пер., 18, СамГАПС в аудитории 5216, корпус 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарской государственной академии путей сообщения.

Автореферат раз « ^ » О-.^-сА^с.-КХ? 4 г .

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета академии. Ученый секретарь диссертационного совета К218.011.01

кандидат технических наук, додеет-"^-?^?'''^ В.С. Ц4ликовская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Представленные в диссертационной работе исследования проводились автором в соответствии с приказом Министерства путей сообщения (Проблема 054.01.02.10 «Разработка и внедрение высокоэффективных технологических процессов и технических средств в хозяйстве электрификации и энергетики») в процессе выполнения НИР по хозяйственным договорам, заключенным с Дирекциями Ташкентского и Самарского метрополитенов (служба электроснабжения метрополитена).

Климатические условия в системе замкнутых пространств тоннелей метрополитенов, расположение и проектно-конструктивное исполнение основного производственного помещения метрополитена - совмещенной тяговой подстанции (СТП), оказывает большое влияние на аэрозольное загрязнение высоковольтных изоляторов в СТП, которое существенно снижает их электроизоляционные свойства.

Негативное воздействие электропоездов метрополитена состоит в загрязнении окружающей среды помещений СТП и поверхностей электроустановок продуктами износа узлов подвижного состава, контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс» - металлической пылью. Загрязнение атмосферы тоннелей метрополитенов и производственных помещений зависит от количества пар поездов в сутки, регулярности и скорости движения поездов, скорости перемещения воздушных масс в помещениях, температуры, влажности и концентрации аэрозольного загрязнения воздуха, системы водопонижения и приточно-вытяжной вентиляции, климатического пояса местности, продольного плана пути, качества ремонтно-строительных работ и др.

Опыт эксплуатации электроустановок СТП метрополитена свидетельствует о том, что нарушение работы высоковольтной изоляции происходит при нормальном эксплуатационном режиме в условиях её загрязнения и увлажнения. В состав аэрозольного загрязнения в СТП метрополитена в основном входят частицы износа контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс», в меньшей степени, загрязнения от промышленных городских предприятий, почвенных загрязнений и продуктов

разрушения тоннельных обделок.

1 гос. национальна:

1 Би&люетл

•да?,

Химический состав специфического аэрозольного загрязнения в основном образуют: меднокадмиевые и медномагниевые соединения (бронза), нержавеющая сталь с алюминием, чугун и железо, цирконий, олово, кремний, титан, а также различные соединения тяжелых металлов. Условно назовем это специфическое аэрозольного загрязнение метрополитена - металлическая пыль.

Металлическая пыль, проникающая в помещения СТП, концентрируется на поверхностях различных элементов силовых электроустановок: трансформаторах и высоковольтных изолирующих конструкциях, обуславливая тем самым изменения их электрофизических параметров.

Таким образом, достаточный уровень электроизоляционных характеристик высоковольтной изоляции электроустановок СТП метрополитена обеспечивается, в первую очередь, принятием проектных решений и использованием эффективных способов эксплуатации электроустановок.

В связи с вышеизложенным, возникла необходимость в изучении вопросов аэрозольного загрязнения высоковольтной изоляции и разработке практических рекомендаций по снижению внутренней запылённости воздушной среды производственных помещений СТП метрополитена.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью диссертационной работы является повышение электроизоляционных характеристик высоковольтной изоляции электроустановок тягового электроснабжения в процессе эксплуатации. Работа направлена на разработку метода расчета осаждения аэрозолей и мероприятий, ограничивающих накопление металлической пыли на высоковольтной изоляции электроустановок в системе замкнутых пространств объектов метрополитена.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

1. Проанализировать причины и оценить количество отказов силового электрооборудования СТП метрополитенов.

2. Выявить основные факторы и установить особенности влияния этих факторов на образование потока загрязнения в условиях нормального режима эксплуатации высоковольтной изоляции электроустановок СТП метрополитена.

3. , Исследовать воздействия температуры, влажности и запыленности ок-

ружающего воздуха на электроизоляционные свойства высоковольтной изоляции СТП метрополитена.

4. Разработать метод расчета осаждения аэрозолей в системе замкнутых пространств. Разработать математическую модель износа контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс» - как основного источника загрязнения окружающей среды помещений СТП метрополитена. Выполнить количественный анализ осаждения аэрозолей на поверхности электрооборудования.

5. Разработать модель, учитывающую влияние свойств и специфических условий накопления аэрозольного загрязнения на поверхностях высоковольтной изоляции электроустановок совмещенных тяговых подстанций метрополитена на разрядные характеристики изоляторов.

6. Разработать мероприятия по ограничению интенсивности выпадения загрязнений на поверхности силовых электроустановок.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Метод расчета осаждения аэрозолей в замкнутых пространствах. Общая методика комплексных экспериментальных и теоретических исследований осаждения аэрозольного загрязнения на поверхностях высоковольтной изоляции электроустановок СТП метрополитена. Математическая модель образования количества частиц при износе контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс».

2. Статистическая модель зависимости потока загрязнения от климатических условий и конструктивных особенностей СТП метрополитенов.

3. Статистическая модель зависимости пятидесятипроцентного разрядного напряжения от осевших аэрозолей на поверхности опорно-стержневых изоляторов.

4. Мероприятия по ограничению попадания и накопления аэрозольного загрязнения в помещениях действующих и вновь проектируемых СТП метрополитенов.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЙ является выявление причин снижения электрической прочности и перекрытие высоковольтной изоляции в условиях эксплуатации в связи с загрязнением ее поверхности металлической пылью и увлажнением осевшего слоя аэрозолей.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для решения поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические

исследования выполнены с использованием законов аэродинамики, моделирования процессов формирования слоя загрязнения на поверхности изоляции, использованием математического моделирования рассеяния примесей в воздухе, методов статистической обработки экспериментальных данных, а также типовой методике испытания высоковольтной изоляции силового оборудования. При выполнении экспериментов использованы современные методы испытаний, современная техника и аттестованные средства измерения. Обобщенный в диссертации экспериментальный материал, получен, в результате исследования зависимости влияния загрязнения поверхностей высоковольтной изоляции СТП метрополитена на ее разрядные характеристики в системе замкнутых пространств Ташкентского и Самарского метрополитенов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА полученных результатов заключается в следующем:

- разработан метод расчета осаждения аэрозолей в системе замкнутых пространств СТП метрополитена;

- разработана математическая модель износа контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс», позволяющая рассчитать количественную концентрацию частиц износа, образовывающихся в единице объема и учитывающая их размер и форму;

- разработана статистическая' модель зависимости пятидесятипроцентного разрядного напряжения, от плотности загрязнения поверхности изоляторов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. На основании полученных математических моделей и определения параметров аэрозольного загрязнения, разработаны и внедрены мероприятия по ограничению попадания и накопления этого загрязнения в помещениях действующих и вновь проектируемых СТП метрополитенов, которые позволили:

- дать количественную оценку загрязнения металлической пылью поверхностей силового оборудования СТП метрополитена, что, в свою очередь способствовало усовершенствованию проектных решений, эффективному расположению электрооборудования и устранению строительных дефектов. Особое внимание уделено системам воздухоочистки и профилактическим мероприятиям. Всё это обеспечивает требуемую электрическую прочность высоковольтной изоляции;

- получить оценочные характеристики разработанных математических моделей;

- определить зависимость разрядных характеристик высоковольтных изоляторов от плотности загрязнения их поверхности металлической пылью в помещениях СТП, по которой можно планировать периодичность соответствующих профилактических мероприятий, обеспечивающих достаточный уровень высоковольтной изоляции электроустановок.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы и ее отдельные результаты докладывались, обсуждались и получили одобрение на заседаниях научных конференций: Пятой межвузовской научно - методической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». (М.: РГОТУПС, 1999); Международной конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте». (Самара: СамГТУ, 1999); Второй международной отраслевой научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении». (Ростов - на Дону: РГУПС, 2000); научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту». (Екатеринбург: УрГУПС, 2001).

Диссертация и ее разделы докладывались на технических советах служб электроснабжения Ташкентского (1994-1996) и Самарского (1999-2003) метрополитенов и на объединенном семинаре кафедр «Автоматизированные системы электроснабжения» и «Теоретические основы электротехники» в РГУПС г. Ростов - на Дону, в 2000 г.

Работа представлялась на соискание медалей РАН с премиями для молодых ученых по тематике «Физико-технические проблемы энергетики» в 2002 г.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты работы реализованы во внедренных мероприятиях по ограничению попадания и накопления металлической пыли в помещениях действующих и вновь проектируемых СТП Ташкентского и Самарского метрополитенов.

Разработанные модели, реализованы в алгоритмах и программах расчета, а также в практике проектирования помещений и расстановки силового электрооборудования в помещениях СТП метрополитена.

ПУБЛИКАЦИИ: ПО теме диссертации опубликовано 9 статей.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. Работа содержит 166 страниц основного текста, в том числе - 63 рисунка, - 36 таблиц и 6 приложений на 63 страницах. Список использованных источников содержит 129 наименований. Общий объем работы - 229 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ проанализировано состояние вопроса загрязнения окружающей среды помещений СТП метрополитена и в связи с этим безопасная работа высоковольтной изоляции электроустановок, обоснована актуальность темы диссертации.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ представлен литературный обзор теоретических работ по решению вопросов, связанных с проведением испытаний и измерений по исследованию движения и осаждения аэрозольного загрязнения, влияния этого загрязнения и других факторов на электроизоляционные свойства высоковольтной изоляции открытых распределительных устройств. Использованы труды таких ученых как: П.Б. Балтернас, А.В. Бондарчук, А.Д. Зимона, А.В. Котельникова; В.А. Кравченко, Д.Л. Лайхтмана, А.М. Ментюковой, Ю.С. Осипова, П. Райст, В.М. Руцкий, А.И. Сорока, А.Н. Тетельбаум, Г.П. Филимонова, В.Н. Яковлева и др.

Выполнен анализ причин, вызывающих нарушение электроснабжения, основных факторов, влияющих на поток загрязнения, и источников загрязнения СТП метрополитенов. Рассмотрены модели рассеивания загрязняющих веществ, от стационарных и подвижных источников, модели турбулентной диффузии, а также модели определения концентрации вредных примесей. Показана применимость закона Гаусса к описанию распределения загрязняющих веществ в однородной и изотропной атмосфере, законов Фика, описывающих процессы концентрирования аэрозолей.

Особое внимание при этом уделено электроизоляционным свойствам высоковольтной изоляции. Приведены математические модели и количественная оценка загрязнения высоковольтной изоляции электроустановок для открытых распределительных устройств.

Проблема, связанная с ухудшением электроизоляционных свойств высоко-

вольтной изоляции электроустановок, в процессе эксплуатации существует и в распределительных устройствах закрытого типа метрополитена. Для её решения были сформулированы цель и задачи исследований.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ разработан метод расчета осаждения аэрозолей в системе замкнутых пространств объектов железнодорожного транспорта и метрополитена. Разработана математическая модель осаждения аэрозолей в системе камер тяговых подстанций, а также математическая модель износа контактного провода (рельса) и системы колесо-рельс - как основного источника загрязнения СТП метрополитена.

Разработана математическая модель, которая позволяет определить максимальную толщину слоя отложения аэрозолей Ьрт на поверхность при известном значении коэффициента трения покоя и угле наклона поверхности к горизонту. Проведенный анализ показал, что при коэффициенте трения покоя Г}т= 0,3 для углов наклона поверхности к горизонту в диапазоне не существует ограничений по толщине слоя отложения. При угле наклона поверхности к горизонту в диапазоне получено выражение для расчета вида

где - значение толщины слоя отложения за период времени. V, 7]т - коэффициент трения покоя; - угол наклона поверхности к горизонту; - удельная энергия

(1)

связи частиц и - характерное расстояние, на которое действует эта связь; плотность частицы входящей в камеру; - ускорение свободного падения,

максимальная толщина слоя отложения.

Для вертикальных поверхностей при

рассматриваемое выражение

для расчета принимает вид

ъ

Для поверхностей с углом наклона в диапазоне т ТС выражение для максимальной толщины слоя отложения аэрозолей можно записать в виде

А" =_ЪгПт_,

Рт [(/ + 71Тсоэ(л;-а)1Яс- рр-я'

для потолка при значении а = Л выражение (3) примет вид

и =__

{1 + г1т)-8ерр§-

(3)

(4)

Для расчета количества частиц при износе контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс» разработана математическая модель, основанная на взаимосвязи мощности, затрачиваемой поездом на образование частиц износа с количеством и размером частиц, энергией единицы поверхности частицы и формой, которая записывается в виде

где - доля мощности, затрачиваемая на образование количества частиц при разгоне или торможении, - скорость поезда, - его масса, - длина пути, ^ТО^' - число частицу-го сорта размером 3 , появляющихся в единице объёма

в единицу времени на станции при разгоне или торможении поезда;

- энергия

единицы поверхности частицы .¡-го сорта; Ко-объём станции.

Примем в качестве первого постулата, что мощность затрачиваемая на

образование частиц ¡-го сорта, пропорциональна относительной концентрации ве-

ществ О. т.е.

Ы.= а.N ,

(6)

где Л^ - мощность, затрачиваемая на образование частиц.

В качестве второго постулата примем утверждение, что мощность, затрачиваемая на образование частицу-го сорта размером 3 в единице объёма, которую мы обозначим через ¿ДО, не зависит о т.е.

v0 дд . 1

Проинтегрировав дифференциальное уравнение (7), получим

М^,5) = С + У0Ьу{()3.

(7)

(8)

Следовательно, искомая величина количества частиц при износе контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс» примет вид

/

(9)

где &} - энергия единицы поверхности частицы >го сорта; (/) - энергия, затрачиваемая на образование частиц в единицу времени; - безразмерный коэффициент пропорциональности частицу-го сорта, зависящий от формы частиц; Яу относительная концентрация частиц.

Из этого выражения следует, что количество частиц будет тем меньше, чем больше их характерный размер и поверхностная энергия частиц. Образование количества частиц всех размеров увеличивается с ростом энергии , затрачиваемой на образование частиц.

Плотность распределения частиц размером 8 определяется выражением

<р;(д)= 5тах5тт

(5тах~3тт) & '

где среднее значение эффективного радиуса частицы находится по формуле

тт

(П)

Дисперсия характерного размера образующихся частиц СТ^ выражается зави-

симостью

2

СГ- =д • д

о тах тт

-8 ) 8 _ \ тах тт > /

(12)

тт _

Проведенные оценочные расчеты показали, что расчетная концентрация частиц износа согласуется с измеренным значением концентрации аэрозолей в воздухе совмещенных тяговых подстанций метрополитена.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена разработке методик и программ по проведению экспериментальных исследований для определения количества загрязнения (металлическая пыль) на поверхности силового оборудования СТП, для определения разрядных характеристик высоковольтных изоляторов СТП метрополитена, а также статистической обработке экспериментальных данных.

Концентрацию аэрозолей в воздухе помещений СТП определяли аспираторным отбором и путем сбора сухих атмосферных выпадений на подстилающую поверхность на всех обследуемых станциях Ташкентского и Самарского метрополитенов. В основном, эти методы отбора разделены на два класса: активный; выполняемый путем принудительной фильтрации воздуха через фильтрующие элементы, и пассивный - при котором аэрозоли собираются в виде сухих выпадений в течение определенного периода времени. Обоснованием выбора местоположения пылеуловителей и точек измерений в помещениях СТП послужили конструктивные особенности тяговых подстанций, как строительных сооружений, так и схемы расположения силового оборудования и технологических дверей. Исследования проводились в течение трех лет для Ташкентского и четырех лет для Самарского метрополитена.

Для определения изоляционных свойств высоковольтной аппаратуры проводились испытания по ГОСТ 10390-86. В результате этих испытаний были получены влагоразрядные характеристики высоковольтных изоляторов.

Статистическая обработка экспериментальных данных была проведена при

помощи программ пакета «EXCEL» для однофакторного дисперсионного анализа и для определения функций линейных и экспоненциальных множественных регрессий.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА содержит результаты комплексных экспериментальных исследований по определению количества осаждающихся аэрозолей с учетом влияния температуры и влажности окружающего воздуха и конструктивных особенностям СТП метрополитенов двух регионов, а также величины электропроводности загрязняющего слоя силового оборудования и определения разрядных характеристик высоковольтных изоляторов.

В качестве примера, на рис. 1 представлены результаты исследования распределения потока отложения пыли на поверхности силового электрооборудования Самарского метрополитена и построена поверхность этого распределения в СТП станции «Кировская». Картина распределения интенсивности осаждения пыли, приведенная для этой станции, характерна и для помещений других станций. Характерной особенностью интенсивности распределения и осаждения металлической пыли в помещениях силового электрооборудования СТП (рис. 1) является наличие зон с минимальной интенсивностью осаждения загрязнения. В трансформаторных.залах СТП металлическая пыль имеет наименьший поток загрязнения в непосредственной близости от технологических дверей и расположенных в центре зала каналов приточно-вытяжной вентиляции, что свидетельствует о наличии в этих зонах максимальной скорости воздушных потоков. Эти воздушные потоки переносят частицы загрязнения по всей площади зала. Процесс интенсивного накопления частиц наблюдается в местах расположения силовых трансформаторов. Расположение этих зон внутри помещения СТП сохраняется независимо от времени года.

Из сравнения графиков температуры и относительной влажности и осаждений металлической пыли в трансформаторных залах СТП следует, что количество осаждающихся аэрозолей зависит, в основном, от изменения относительной влажности воздуха. Высокая относительная влажность воздуха СТП метрополитенов приводит к тому, что в помещениях метрополитенов возникает явление, близкое к такому атмосферному явлению, как туман. Это явление образуется в теплой воздушной массе, перемещающейся на более холодную поверхность, в результате неадиабатического

охлаждения воздуха при соприкосновении с ней. Это явление наблюдается при средней величине скорости воздуха 2-5 м/с, приводит к снижению интенсивности осаждения аэрозолей и способствует увлажнению отложившегося слоя загрязнения на поверхности высоковольтной изоляции электрооборудования СТП метрополитена. Температура окружающей среды оказывает более слабое влияние на величину потока осаждения металлической пыли.

О

Рис 1. Помещение силового электрооборудования СТП станции «Кировская»: а) распределение потоков пыли (осредненные величины мкг/ см2 сут.), б) поверхность распределения потоков пыли (осредненные величины, мкг/см2 сут.)

При определенном сочетании температуры и влажности воздушной среды наблюдается понижение электроизоляционных свойств элементов в распределительных устройствах (РУ) СТП и создаются благоприятные условия для перекрытия изоляции. Со временем на поверхности изолятора происходит накопление загрязнения. Так, например, после первого года испытания величина удельной поверхностной проводимости изоляторов составила 2,5 мкСм, после второго года эта величина составила 3,75 мкСм, а на третьем году исследований она составила 4,9 мкСм. Процесс насыщения загрязнения на поверхности изоляторов обуславливает сниже-

М

К 0.39 ~ 0.38 -0.38

— 0.38

— 0.37

— 0.37

— 0.36

— 0.35 ^0.35

ние пятидесятипроцентного разрядного напряжения (Uso%) до 5,65 кВ. Этот процесс усугубляется тем, что в трансформаторных залах СТП при температуре воздуха 27...30°С наблюдается высокая относительная влажность, доходящая до 94% (станция Спортивная Самарского метрополитена).

Загрязнение поверхности изоляторов электрооборудования РУ имеет устойчивый характер, так как нет очищающего фактора, который наблюдается на открытом воздухе. В связи с вышеизложенным, снижаются эксплуатационные разрядные характеристики изоляторов, и повышается вероятность перекрытия высоковольтной изоляции.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ разработаны рекомендации и предложены мероприятия по ограничению загрязнений металлической пылью окружающей воздушной среды помещений СТП метрополитена.

Произведен оценочный расчет по математическим моделям и экспериментально определенной зависимости максимальной толщины слоя отложения зависящей от угла наклона поверхностей (стен, потолка и пола).

На рис. 2 представлен график зависимости максимальной толщины слоя отложения аэрозолей на поверхностях камер тяговых подстанций. При расчете максимальной толщины слоя отложения аэрозолей на поверхностях камер тяговых подстанций были приняты значения плотности частиц входящих в камеру кг/м3, удельная энергия связи частиц £о=34,8-10'3 Дж/м2, характерное расстояние, на которое действует эта связь м, ускорение свободного падения

и коэффициент трения покоя частиц Полученные зависимости, приведен-

ные на рис. 2 построены с помощью пакета прикладных программ Math CAD по разработанным математическим моделям (1-4).

На рис.2 изображены: кривая 4 - максимальная толщина слоя отложения загрязнения на поверхность в зависимости от угла наклона поверхности к горизонту

в диапазоне

вертикальная стена; и кривая 5 - макси-

мальная толщина слоя отложения загрязнения на поверхность в зависимости от угла (X в диапазоне - стена, переходящая в потолок при СС=Л .

Кривые 1, 2, 3 получены экспериментально. Они показывают зависимость толщины слоя отложения загрязнения на поверхностях (потолок, стены, пол) камер тяговых подстанций в зависимости от угла наклона поверхности к горизонту и времени эксплуатации. Время эксплуатации для кривой 1 составляет один год, для кривой 2- два года и для кривой 3 - три года. При сравнении экспериментальных и расчетных кривых можно отметить, что характер их изменения хорошо согласуется. Это говорит о том, что разработанные математические модели отражают процесс накопления аэрозолей на поверхностях оборудования СТО метрополитена и позволяют определить величину максимального слоя отложения загрязнения в любой наперед заданной точке поверхности, в ограниченном пространстве камер тяговых подстанций.

Ь,мм|—*--

8.8 7.5 6.3 5.0 3.7 2.5 1.3

0

Рис. 2. Зависимость экспериментальной и расчетной толщины слоя отложения загрязнения на поверхностях (потолок, стены, пол) камер тяговых подстанций от угла наклона поверхности к горизонту

На рис. 3 представлены зависимости количества частиц износа, от их размера и формы.

При расчете количества частиц по разработанной модели, приняты значения объема тоннеля Vq — 75'Ю4 M3 - длинной 25 км, шириной 5 м, высотой 6 м; линейный размер частиц в диапазоне коэффициент формы для сферических частиц , для плоских ; энергия, затрачиваемая на образование частицы, Дж-шт/с; относительная концентрация частиц энергия единицы поверхности частицы Для построения оценочных характеристик модели количества частиц при износе системы «колесо - рельс» (рис. 3), использовали выражение (9). Построены зависимости при помощи пакета прикладных программ Math CAD.

е-ю4,шт/м3-м-с 2

1.5 1

0.5 0.25

0.5 1 1.5 2 2.5 5, МКМ

Рис. 3. Зависимость количества частиц износа от их размера и формы

Полученные кривые позволяют утверждать, что при износе контактного провода и

рельса образуется плоских частиц больше, чем сферических, что совпадает с утверждением Райст П. При этом, чем больше эффективный радиус частицы, тем меньшее количество частиц получается.

Высоковольтная изоляция СТП метрополитенов эксплуатируется в широком диапазоне изменения температуры, влажности и концентрации загрязнения пылью окружающего воздуха, а также металлической пылью, образующейся в процессе износа контактного провода (рельса) и системы колесо-рельс.

Был исследован параметр Я, характеризующий поток загрязнения металлической пылью поверхностей оборудования СТП метрополитенов в зависимости от изменения, эксплуатационных факторов - температуры и влажности окружающего воздуха Т и В, концентрации загрязнения К, конструктивных особенностей СТП метрополитенов с учетом этажности Э, и глубины залегания Г.

По результатам обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии вида

77=0,229-Т-0,0534В+0,543 К-0,00227-Э-0,0137Г-0,644. (13)

Полученное уравнение регрессии позволяет рассчитать основной эффективный показатель процесса загрязнения металлической пылью поверхностей в помещениях СТП метрополитенов в зависимости от внешних воздействий и конструктивных особенностей СТП.

Предел изменения рассчитанного t - распределения (распределение Стьюден-та) для всех коэффициентов изменяется от 2,06 до 11,65 - следовательно, все они значимы. Значение Ж- распределения (Фишера) равно 78,87, а коэффициент детерминации равен 0,78 - полученная модель адекватна и работоспособна. Погрешность предсказанных значений находится в пределах 7,8%, при у3.а-оо5> гДе

и уровне значимости

Проведенный анализ показывает, что на поток загрязнения Я, наибольшее влияние оказывает концентрация аэрозолей К и глубина залегания СТП Гнесколько меньшее температура Т и влажность В. Слабое влияние оказывает этажность Э. С увеличением концентрации пыли, которая во много раз превышает ПДК, в окружающей среде СТП метрополитена увеличивается поток загрязнения и, следова-

тельно, количество аэрозолей, выпадающих на поверхности силового высоковольтного электрооборудования.

Чем больше глубина залегания СТП, тем выше уровень скопления как почвенной, так и металлической пыли, обусловленной пассажиропотоком, запыленностью воздуха в районе станции и интенсивностью движения поездов во взаимно пересекающихся направлениях.

Полученный статистический материал по потоку загрязнения позволил получить статистическую модель пятидесятипроцентного разрядного напряжения от плотности загрязнения металлической пылью, которая для Самарского метрополитена, имеет вид

где с - плотность загрязнения поверхностей

1150% >кВ

эксперимент

0 2 4 6 8 10 12 месяцы

!♦ Кировская 2 "Победа 3 А Советская 4* Спортивная 5* Гагаринская

Рис 4. Зависимости пятидесяти процентного разрядного напряжения от времени эксплуатации для СТП Самарского метрополитена построенные по экспериментальным значениям

Расчетное значение по / - распределению (распределение Стьюдента) для фак-

тора с равно -4,21- следовательно, он значим. Значение Ж- распределения (Фишера) равно 374,7, а коэффициент детерминации равен 0,87- полученная модель адекватна и работоспособна. Погрешность предсказанных значений находится в пределах 4,8%, при у = 5 8 степеней свободы и уровне значимости а=0,05.

На рис. 4 представлены результаты расчета по статистической модели 11$о% напряжения изоляторов от времени их эксплуатации для СТП Самарского метрополитена, которые аппроксимированы степенной зависимостью.

Сравнение значений, полученных по статистической модели и экспериментально, показывает их удовлетворительное совпадение.

Проведенные исследования показали, что внедрение рекомендаций по ограничению поступления пыли в метрополитене приведет к повышению работоспособности силового оборудования и высоковольтной изоляции, снизит количество отключений электроэнергии и неплановых ремонтов, а также расходы на неплановые ремонты. При расчете ожидаемого экономического эффекта от внедрения разработанных мероприятий по ограничению загрязнения в СТП соизмерялись разновременные показатели путем приведения их к начальному базисному периоду (момент времени 1=0). Для приведения разновременных затрат, результатов и эффектов использовалась норма дисконта Е=0,1 (банковский коэффициент рефинансирования), равная приемлемой для инвесторов норме дохода на капитал.

В качестве показателей общей эффективности использования рекомендаций по ограничению загрязнения приняты: чистый дисконтированный доход (ЧДД) или интегральный эффект Эинт индекс доходности (ИД); внутренняя норма доходности (ВИД); срок окупаемости инвестиций (То).

Учитывая то, что расходы на материалы, оборудование, и неплановые виды ремонта составляют основную часть эксплуатационных расходов при расчете экономического эффекта учитываются: снижение расхода на материалы и оборудование; снижение затрат на неплановые виды ремонта.

Интегральный экономический эффект от внедрения рекомендаций и мероприятий по ограничению загрязнений СТП метрополитенов, при горизонте расчета 5 лет, составил 2401,47 тыс. руб. (в ценах 2003 года). Срок окупаемости составил 1,5 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО РАБОТЕ

1. Проведены комплексные экспериментальные исследования по количественной оценке распределения и определению концентрации металлической пыли в помещениях СТП метрополитенов. Выявлены определяющие факторы влияния на загрязнение высоковольтной изоляции.

2. Разработан метод расчета осаждения аэрозолей в системе камер тяговых подстанций. Разработана математическая модель и выполнен оценочный анализ максимальной толщины слоя отложений аэрозолей в зависимости от угла наклона поверхности.

3. По результатам измерения потока загрязнения, получена статистическая зависимость параметров потока загрязнения от температуры, влажности и концентрации загрязнения окружающей среды, от этажности и глубины залегания СТП метрополитенов. На поток загрязнения, наибольшее влияние оказывает концентрация аэрозолей и глубина залегания СТП, несколько меньшее влажность и температура. Слабое влияние оказывает этажность.

4. Разработана математическая модель образования количества частиц при износе контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс». На основании математической модели износа контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс» построена оценочная зависимость количества частиц износа от размера и формы частиц и рассчитаны концентрации аэрозолей для двух сортов пыли.

5. На основе экспериментальных данных разработана статистическая модель пятидесятипроцентного разрядного напряжения от плотности загрязнения поверхности металлической пылью в СТП Самарского метрополитена.

6. Предложены рекомендации и внедрены мероприятия по ограничению проникновения металлической пыли в помещения СТП метрополитена. Оценен экономический эффект от внедрения мероприятий по ограничению загрязнений СТП метрополитена. Интегральный экономический эффект от внедрения результатов работы при горизонте расчета 5 лет, равен 2401,47 тыс. руб. (в ценах 2003 года). Срок окупаемости составил 1,5 года.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАННЫЕ

В РАБОТАХ

1. Шаповалов А.Н. Анализ опыта эксплуатации устройств системы электроснабжения Ташметрополитена и условий их функционирования //Сб. научн. тр. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Самара: СамИИТ, 1999. - Вып. 2. - С. 208-211.

2. Шаповалов А.Н. Количественная оценка распределения пыли в помещениях СТП метрополитена //Сб. научн. тр. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Самара: СамИИТ, 1999. - Вып. 2. - С. 205-208.

3. Шаповалов А.Н. Исследование динамики накопления и переноса металлической пыли в воздушной среде помещения тяговых подстанций метрополитена //Сб. научн. тр. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Самара: СамИИТ, 1999. -Вып. 2. - С. 201-205.

4. Теоретические основы метода расчета движения и осаждения аэрозолей в системе замкнутых пространств объектов ТП и СТП железнодорожного транспорта и метрополитена /В.М.Руцкий, А.Н. Шаповалов, В.Н. Яковлев //Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте: Межвузовский сб. научн. тр. с международным участием. Самара: СамИИТ, 1999. - С. 4351.

5. Шаповалов А.Н., Яковлев В.Н. Рекомендации по ограничению металлической пыли в помещения СТП метрополитена. //Актуатьные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта: Сб. научн. тр. по материалам пятой межвузовской научно - методической конференции. - М.: РГОТУПС, 1999. - Часть 2. - С. 3233.

6. Шаповалов А.Н., Яковлев В.Н. Проблема запыленности воздушной среды замкнутых пространств объектов транспорта //Труды международной конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте». - Самара: Сам ГТУ, 1999. - Часть 2. - С. 275-276.

7. Шаповалов А.Н. Концентрирование аэрозолей из атмосферы замкнутых пространств СТП метрополитена г. Самары //Труды второй международной отраслевой научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении». - Ростов н/Д: РГУПС, 2000.

-С. 20-21.

8. Состояние запыленности воздушной среды тяговых подстанций метрополитена / А.Н. Шаповалов, Н.А. Шергунова, В.Н. Яковлев //Труды научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту».-Екатеринбург: УрГУПС, 2001.-Т. 1.-С.76-79.

9. Шаповалов А.Н. Влияние температуры, влажности и загрязненности воздушной среды на высоковольтную изоляцию электроустановок СТП метрополитена //Вестник инженеров электромехаников железнодорожного транспорта. - Самара: СамГАПС, 2003. - Вып. 1. - С. 112-114.

Влияние аэрозольного загрязнения среды на работу высоковольтной-язоляции электроустановок совмещенных тяговых подстанций метрополитена

05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

Подписано в печать 09.04.2004. Формат 60x90/16. Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. печ. листов 1,5. Тираж 120 экз. Заказ №51.

Отпечатано в Самарской государственной академии путей сообщения. г. Самара, Заводское шоссе, 18.

р-7148

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА

Проблемы, связанные с аэрозольным загрязнением воздушной среды объектов железнодорожного транспорта и метрополитена

1.1. Анализ эксплуатации силового оборудования совмещенных тяговых подстанций (СТП) метрополитенов.

1.2. Математические модели рассеивания загрязняющих веществ от подвижных источников

1.3. Загрязнения атмосферы окружающей среды объектов МПС

1.3.1. Математические модели загрязнения атмосферы.

1.4. Источники загрязнения "металлической пылью" воздушной среды объектов железнодорожного транспорта и замкнутых пространств метрополитена

1.5. Математические модели процессов загрязнения высоковольтной наружной изоляции

1.6. Модель распределения концентрации пыли в воздушной среде цехов.

1.7. Обсуждение проблемы и задачи диссертационной работы

Выводы

ГЛАВА

Теоретические основы метода осаждения аэрозолей в системе замкнутых пространств метрополитена

2.1. Математическая модель износа контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс»».

2.2. Основы метода расчета осаждения аэрозолей.

2.3. Математическая модель осаждения аэрозолей в системе замкнутых пространств объектов железнодорожного транспорта и метрополитена

Выводы.

ГЛАВА

Методики экспериментальных исследований.

3.1. Методика измерения температуры и относительной влажности воздушной среды тяговых подстанций метрополитена

3.2. Методики определения концентрации пыли весовым способом при пассивном и активном методе отбора проб.

3.3. Методика испытания изоляции метрополитена повышенным напряжением

3.4. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований.

Выводы.

ГЛАВА

Анализ результатов исследований

4.1. Анализ температурного и влажностного режимов воздушной среды СТП станций Ташкентского и Самарского метрополитена.

4.2. Концентрация аэрозольного загрязнения воздушной среды и количественная оценка распределения «металлической пыли» в помещениях СТП Ташкентского и Самарского метрополитенов.

4.3. Влияние температуры, влажности и загрязненности воздушной среды на высоковольтную изоляцию электроустановок СТП

Ташкентского и Самарского метрополитена

Выводы.

ГЛАВА

Расчетно-эксперим ентал ьный анализ загрязнения высоковольтной изоляции электроустановок СТП метрополитена.

5.1. Мероприятия по ограничению проникновения металлической пыли в помещения СТП метрополитена.

5.2. Оценочные характеристики математических моделей осаждения аэрозолей в системе замкнутых пространств и количества частиц, выделившихся при износе системы «колесо - рельс».

5.3. Статистическая модель зависимости влияния климатических и конструктивных факторов на поток загрязнения металлической пылью поверхностей силового оборудования.

5.4. Статистическая модель пятидесятипроцентного разрядного напряжения от плотности загрязнения металлической пылью поверхностей высоковольтной изоляции СТП метрополитена.

5.5. Технико-экономическая эффективность от внедрения мероприятий по ограничению загрязнения металлической пылью СТП метрополитенов.

Выводы.

Система замкнутых пространств тоннелей метрополитенов, расположение и проектно-конструктивное исполнение основного производственного помещения метрополитена - совмещенной тяговой подстанции (СТП), оказывает существенное влияние на миграцию пыли в воздушной среде СТП.

Климатические условия в системе замкнутых пространств тоннелей метрополитенов, расположение и проектно

• конструктивное исполнение основного производственного помещения метрополитена СТП, оказывает большое влияние на аэрозольное загрязнение высоковольтных изоляторов в СТП, которое существенно снижает их электроизоляционные свойства.

Негативное воздействие электропоездов метрополитена состоит в загрязнении окружающей среды помещений СТП и поверхностей электроустановок продуктами износа узлов подвижного состава, контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс» - металлической пылью. Загрязнение атмосферы тоннелей метрополитенов и производственных помещений зависит от количества пар поездов в сутки, регулярности и скорости движения поездов, скорости перемещения воздушных масс в помещениях, температуры, влажности и концентрации аэрозольного загрязнения воздуха, системы водопонижения и приточно-вытяжной вентиляции, климатического пояса местности, продольного плана пути, качества ремонтно-строительных работ и др.

Опыт эксплуатации электроустановок СТП метрополитена свидетельствует о том, что нарушение работы высоковольтной изоляции происходит при нормальном эксплуатационном режиме в условиях её загрязнения и увлажнения. В состав аэрозольного загрязнения в СТП метрополитена в основном входят частицы износа контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс», в меньшей степени, загрязнения от промышленных городских предприятий, почвенных загрязнений и продуктов разрушения тоннельных обделок.

Химический состав специфического аэрозольного загрязнения метрополитена в основном образуют: меднокадмиевые и медномагниевые соединения (бронза), нержавеющая сталь с алюминием, чугун и железо, цирконий, олово, кремний, титан, а также различные соединения тяжёлых металлов. Условно назовем это специфическое аэрозольного загрязнение метрополитена -металлическая пыль.

Металлическая пыль, проникающая в помещения СТП, концентрируется на поверхностях различных элементов силовых электроустановок: трансформаторах и высоковольтных изолирующих конструкциях, обуславливая тем самым изменения их электрофизических параметров.

Таким образом, достаточный уровень электроизоляционных характеристик высоковольтной изоляции электроустановок СТП метрополитена обеспечивается, в первую очередь, усовершенствованием проектных решений и использованием эффективных способов эксплуатации электроустановок.

В связи с вышеизложенным, возникла необходимость в изучении вопросов аэрозольного загрязнения высоковольтной изоляции и разработке практических рекомендаций по снижению внутренней запылённости воздушной среды производственных помещений СТП метрополитена.

Представленные в диссертационной работе исследования проводились автором в соответствии с приказом Министерства путей сообщения (Проблема 054.01.02.10 «Разработка и внедрение высокоэффективных технологических процессов и технических средств в хозяйстве электрификации и энергетики») в процессе выполнения НИР по хозяйственным договорам, заключенным с Дирекциями Ташкентского и Самарского метрополитенов (служба электроснабжения метрополитена).

Работа с 1994г. выполнялась в Ташкентском институте инженеров железнодорожного транспорта, завершена в Самарской Государственной Академии Путей Сообщения в 2003 году.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью диссертационной работы является повышение электроизоляционных характеристик высоковольтной изоляции электроустановок тягового электроснабжения в процессе эксплуатации. Работа направлена на разработку метода расчета осаждения аэрозолей и мероприятий, ограничивающих накопление металлической пыли на высоковольтной изоляции электроустановок в системе замкнутых пространств объектов метрополитена.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Проанализировать причины и оценить количество отказов силового электрооборудования СТП метрополитенов.

2. Выявить основные факторы и установить особенности влияния этих факторов на образование потока загрязнения в условиях нормального режима эксплуатации высоковольтной изоляции электроустановок СТП метрополитена.

3. Исследовать воздействия температуры, влажности и запыленности окружающего воздуха на электроизоляционные свойства высоковольтной изоляции СТП метрополитена.

4. Разработать метод расчета осаждения аэрозолей в системе замкнутых пространств. Разработать математическую модель износа контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс» - как основного источника загрязнения окружающей среды помещений СТП метрополитена. Выполнить количественный анализ осаждения аэрозолей на поверхности электрооборудования.

5. Разработать модель, учитывающую влияние свойств и специфических условий накопления аэрозольного загрязнения на поверхностях высоковольтной изоляции электроустановок совмещенных тяговых подстанций метрополитена на разрядные характеристики изоляторов.

6. Разработать мероприятия по ограничению интенсивности выпадения загрязнений на поверхности силовых электроустановок.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Метод расчета осаждения аэрозолей в замкнутых пространствах. Общая методика комплексных экспериментальных и теоретических исследований осаждения аэрозольного загрязнения на поверхностях высоковольтной изоляции электроустановок СТП метрополитена. Математическая модель образования количества частиц при износе контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс».

2. Статистическая модель зависимости потока загрязнения от климатических условий и конструктивных особенностей СТП метрополитенов.

3. Статистическая модель зависимости пятидесятипроцентного разрядного напряжения от осевших аэрозолей на поверхности опорно-стержневых изоляторов.

4. Мероприятия по ограничению попадания и накопления аэрозольного загрязнения в помещениях действующих и вновь проектируемых СТП метрополитенов.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЙ является снижение электрической прочности и перекрытие высоковольтной изоляции в условиях эксплуатации в связи с загрязнением ее поверхности металлической пылью и увлажнением осевшего слоя аэрозолей.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для решения поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием теории аэродинамики, моделирования процессов формирования слоя загрязнения на поверхности изоляции, использованием математического моделирования рассеяния примесей в воздухе, статистической обработки экспериментальных данных, а также типовой методики испытания высоковольтной изоляции силового оборудования. При выполнении экспериментов использованы современные методы испытаний, современная техника и аттестованные средства измерения. Обобщенный в диссертации экспериментальный материал получен в результате исследований по изучению влияния специфического загрязнения поверхностей высоковольтной изоляции метрополитена в системе замкнутых пространств Ташкентского и Самарского метрополитенов на ее разрядные характеристики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА полученных результатов заключается в следующем:

- разработан метод расчета осаждения аэрозолей в системе замкнутых пространств СТП метрополитена;

- разработана математическая модель износа контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс»;

- разработана статистическая модель зависимости пятидесятипроцентного разрядного напряжения, от плотности загрязнения поверхности изоляторов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. На основании полученных математических моделей и определения параметров аэрозольного загрязнения, разработаны и внедрены мероприятия по ограничению попадания и накопления этого загрязнения в помещениях действующих и вновь проектируемых СТП метрополитенов, которые позволили:

- дать количественную оценку загрязнения металлической пылью поверхностей силового оборудования СТП метрополитена, что, в свою очередь способствовало усовершенствованию проектных решений, эффективному расположению электрооборудования и устранению строительных дефектов. Особое внимание

• уделено системам воздухоочистки и профилактическим мероприятиям. Всё это обеспечивает требуемую электрическую прочность высоковольтной изоляции;

- получить оценочные характеристики разработанных математических моделей;

- определить зависимость разрядных характеристик высоковольтных изоляторов от плотности загрязнения их поверхности металлической пылью в помещениях СТП, по которой можно планировать периодичность соответствующих профилактических мероприятий, обеспечивающих достаточный уровень высоко1 вольтнои изоляции электроустановок.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы и ее отдельные результаты докладывались, обсуждались и получили одобрение на заседаниях научных конференций: Пятой межвузовской научно - методической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». (М.: РГОТУПС, 1999); Международной конференции «Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте». (Самара: СамГТУ, 1999); Второй международной отраслевой

9 научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении». (Ростов - на Дону: РГУПС, 2000); научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту». (Екатеринбург: Ур-ГУПС, 2001).

Диссертация и ее разделы докладывались на технических советах служб электроснабжения Ташкентского (1994-1996) и Самарского (1999-2003) метрополитенов и на объединенном семинаре кафедр «Автоматизированные системы электроснабжения» и «Теоретические основы электротехники» в РГУПС г. Ростов - на Дону, в 2000 г.

Работа представлялась на соискание медалей РАН с премиями для молодых ученых по тематике «Физико-технические проблемы энергетики» в 2002 г.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты работы реализованы во внедренных мероприятиях по ограничению попадания и накопления металлической пыли в помещениях действующих и вновь проектируемых СТП Ташкентского и Самарского метрополитенов.

Разработанные модели реализованы в алгоритмах и программах расчета, а также в практике проектирования помещений и расстановке силового электрооборудования в помещениях СТП метрополитена.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 9 статей.

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных теоретических и практических исследований были разработаны мероприятия ограничивающие интенсивность загрязнения в СТП метрополитена.

2. Получены оценочные зависимости по разработанным математическим моделям.

3. Разработаны статистические модели, характеризующие аэрозольное загрязнение в СТП метрополитена.

4. Произведен расчет технико-экономической эффективности от внедрения мероприятий по ограничению загрязнения металлической пылью помещений СТП метрополитенов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ

1. Проведены комплексные экспериментальные исследования по количественной оценке распределения и определению концентрации металлической пыли в помещениях СТП метрополитенов. Выявлены определяющие факторы влияния на загрязнение высоковольтной изоляции.

2. Разработан метод расчета осаждения аэрозолей в системе камер тяговых подстанций. Разработана математическая модель и выполнен оценочный анализ максимальной толщины слоя отложений аэрозолей в зависимости от угла наклона поверхности.

3. По результатам измерения потока загрязнения, получена статистическая зависимость параметров потока загрязнения от температуры, влажности и концентрации загрязнения окружающей среды, от этажности и глубины залегания СТП метрополитенов. На поток загрязнения, наибольшее влияние оказывает концентрация аэрозолей и глубина залегания СТП, несколько меньшее влажность и температура. Слабое влияние оказывает этажность.

4. Разработана математическая модель образования количества частиц при износе контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс». На основании математической модели износа контактного провода (рельса) и системы «колесо-рельс» построена оценочная зависимость количества частиц износа от размера и формы частиц и рассчитаны концентрации аэрозолей для двух сортов пыли.

5. На основе экспериментальных данных разработана статистическая модель пятидесятипроцентного разрядного напряжения от плотности загрязнения поверхности металлической пылыо в СТП Самарского метрополитена.

6. Предложены рекомендации и внедрены мероприятия по ограничению проникновения металлической пыли в помещения СТП метрополитена. Оценен экономический эффект от внедрения мероприятий по ограничению загрязнения СТП метрополитена. Интегральный экономический эффект от внедрения результатов работы при горизонте расчета 5 лет, равен 2401,47 тыс. руб. (в ценах 2003 года). Срок окупаемости составил 1,5 года.

1. Сорока А.И., Тетельбаум А.Н. Атмосферный воздух и выбросы дизельного подвижного состава.//Экология и промышленность России. 2000. №9. - С. 35-37.

2. Сорока А.И., Тетельбаум А.Н. Закономерности рассеивания в атмосфере загрязняющих веществ выбросов подвижного состава МПС РФ.//Инженерная экология. 2000. -№4. - С. 26-34.

3. Филимонова Г.П. Разработка математической модели и методики расчета рассеяния вредного вещества в атмосферном воздухе от подвижных источников железнодорожного транспорта: Автореф. канд. техн. наук. С.-Петербург, 2000. - С. 14.

4. Филимонова Г.П., Панин А.В. Детерминированно-вероятностная модель распространения вещества в атмосфере от подвижного источника загрязнения с учетом действия ветра./«Проблемы инженерной экологи на железнодорожном транспорте». Тр. ПГУПС, 2000. С. 48-58.

5. Волков Э.П. Контроль загазованности атмосферы выбросами ГЭС. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 255 с.

6. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 94с.

7. Turner D. В. Workbook of Atmospheric Dispersion Estima es. Washington: D. C., HEW, 1969. - 136 c.

8. Вызова Н.Л. Методическое пособие по расчету рассеяния примесей в пограничном слое атмосферы по метеорологическим данным. М.: Гидрометеоиздат, 1973. - 44с.

9. Лайхтман Д. JI. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - С. 35-37.

10. Монин А. С., Яглом А. М. Статистическая гидромеханика. Ч. I. М.: Наука, 1965. - 128 с.

11. Метеорология и атомная энергия: Пер. с англ./Под ред. H.JI. Бызовой, К.П. Маханько. JI.: Гидрометеоиздат, 1971. -С. 41-43.

12. Осипов Ю. С. Об учете времени действия источника при изучении поперечной диффузии примеси в атмосфере. Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана. 1969. -№5. С. 12-13.

13. Фетт В. Атмосферная пыль. Изд. иностранной литературы. 1961. 286 с.

14. Беркович М.Г., Бухман Я.З. Промышленная пыль. Гос. науч. техн. изд-во лит. черной и цветной металлургии. 1960. - С. 14-15.

15. Маслов Н.Н., Коробов Ю.И. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте. М: Транспорт, 1997. -238 с.

16. Маслов Н.Н., Дикаревский B.C. Вопросы экологии на железнодорожном транспорте. С-Петербург.: ПИИТ, 1992.67 с.

17. Левицкий Л.Л., Сибаров Ю.Г. Охрана труда в локомотивном хозяйстве. М.: Транспорт, 1989. 278с.

18. Охрана атмосферного воздуха от технических выбросов./Сборник научных трудов. Хабаровск, 1990. 263с.

19. Лябина Ю.А. Анализ структуры вредных выбросов в атмосферу предприятий железнодорожного транспорта./Сборник научных трудов студентов, аспирантов и молодых ученых. Самара: СамИИТ, 1999. - Вып. 2. - С. 1 15-1 16.

20. Петросян А.А., Захаров В.В. Ведение в математическую экологию. М., 1986. - 236 с.

21. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М., 1982. - 320 с.

22. Инструктивные указания по регулировке контактной сети. МПС. М.: Трансиздат, 1998. - 128 с.

23. Охрана окружающей среды и экологическая безопасность на железнодорожном транспорте: Учеб. пособие./Под ред. Н.И. Зубрева, Н.А. Шарповой. М., 1999. - 592 с.

24. Жолондовский О.И. Внимание воздух. М: Московский рабочий, 1985. - 158 с.

25. Окружающая среда./A.M. Рябчиков, И.И. Альтшулер, С.П. Горшков, и др. М: Мысль, 1983. - 176 с.

26. Михайлов А.Ф., Ефимов Г.К. Охрана труда в хозяйстве сигнализации и связи. М: Транспорт, 1979. - 152 с.

27. Бретшнайдер Б., Курфюст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнения. Л: Химия, 1989. - 288 с.

28. Бобровников Н.А. Эффективность оснащения вагоноо-прокидователей обеспыливающими вентиляционными электроустановками.//«Проблемы охраны труда на объектах железнодорожного транспорта» Сборник трудов. /Под ред. Н.Н. Маслова. Л: ЛИИЖТ, 1984. - С. 78.

29. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учеб. пособие//В.Н. Луканин, А.П. Буслаев, Ю.В. Трофименко, М.В. Яшина. М:, 1998. - 408 с.

30. Сорока А.И., Тетельбаум А.Н. Стохастическая модель расчета рассеивания загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферном воздухе.//Инженерная экология. 2001. №2. - С. 51-56.

31. Пашацкий Н.В., Прохоров А.В., Мозин В.В. Рассеяние выбросов из производственной трубы в воздушном бассейне.//Инженерная экология. 2000. №3. - С. 30-37.

32. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. М.: Машиностроение, 1982. - 212 с.

33. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука, 1985. 226 с.

34. Громаковский Д.Г., Бертяев Б.И., Шкунова Т.В. Особенности кинетического подхода при моделировании износа.//«Повышение долговечности и надежности машин и приборов». Всесоюз. науч. конф. Куйбышев: КАУ, 1981. С 7077.

35. Громаковский Д.Г., Терминасов Ю.С., Романчев Б.А. Микропластические процессы на поверхностях трения чугунных пар с учетом динамических характеристик трения. //МиТОМ, 1978. № 6. - С. 43-45.

36. Гарбар И.И. О структуре и строении поверхностных слоев сопряжения материалов трущихся пар.//Трение и износ. 1990. Т.2. - №4. - С. 581-593.

37. Пинчук В.Г. Исследование дислокационной структуры при трении.//Долговечность трущихся деталей машин. М.: Машиностроение, 1987. - С. 23 1-244.

38. Владимиров В.И. Проблемы физики трения и изнашивания.//Физика износостойкости поверхности металлов.- Л., 1988. С 8-14.

39. Кинетика разрушения конструкционных сталей при трении./Ю.Н. Дроздов, Л.М. Рыбакова, И.П.Литвинова, Б.В. Павлик.//Трение и износ, 1989. Т.10. - №5. - С. 773-778.

40. Журков С.Н. К вопросу о физической основе прочности.//Физика твердого тела, 1980. Т.22. - Вып.2- С 33443349.

41. Евдокимов Ю.А., Перфильев Д.П., Корниенко Б.Н. Методика расчета фрикционных систем на износ при трении без смазки.//Вестник РГУПС, 2002. №1. - С.26-28.

42. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчета на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977.- 326 с.

43. Костыгов В.Т. Кинетика дислокационных процессов при разрушении тибоповерхностей.//Трение и износ. Гомель, 2001. Т.22. - № 2. - С. 186-189.

44. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986.- 223 с.

45. Рыбакова JI.M., Куксенова JI.H. Структура и износостойкость металла. М.: Машиностроение, 1992. - 212 с.

46. Шаповалов В.В., Лубягов A.M., Костыгов В.Т. Расчет-но экспериментальная оценка изнашивания тягового контакта «колесо-рельс» при использовании активизаторов сцепления.//Вестник РГУПС, 2002. - №1. - С. 33-35.

47. Громаковский Д.Г. Разрушение поверхностей при трении и разработка кинетической модели изнашивания. М.: Вестник. Машиностроение, 2000. - № 1. - С. 3-18.

48. Громаковский Д.Г. Система понятий и структура моделей изнашивания.//Трение и износ, 1997. Т.18. - №1. - С. 53-62.

49. Александров М.М., Дедков А.К. Условия физического моделирования процесса окислительного изнашивания металлических твердых тел в режиме стационарного трения.//Моделирование трения и износа в машинах, аппаратах и приборах. М.: ИМАШ, 1973. - С. 8-12.

50. Федоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел. Ташкент: ФАН, 1985. 167 с.

51. Кашников В.Н., Рубан В. М., Гуськова М.В., Жулькин М.Н., Нелюбов В.П., Павлов А.П. Пути снижения износа гребней колес подвижного состава.//Вестник РГУПС, 2002. -№3. С. 52-55.

52. Бондаренко А.И. Опыт экспериментального исследования влияния очертания бандажа на износ колеса.//Вестник МИИТа, 1999. Вып.2. - С. 39-40.

53. Панькин Н.А. Причины интенсивного износа гребней колес и рельсов пути и пути их устранения. //Железнодорожный транспорт, 1991. №1. - С. 27-29.

54. Жаров И.А., Захаров С.М., Конькова Т.Е. О влиянии состояния тележки грузового вагона на параметры, определяющие изнашивание гребней колес и боковой поверхности головки рельсов при движении в кривых малого радиусам/Вестник ВНИИЖТ, 1999. №4. - С. 9-15.

55. Лысюк B.C. Предотвращение сходов подвижного состава. Снижение бокового износа рельсов и гребней колес. Учебник для техникумов. М.: РГОТУПС, 1999. - С. 162166.

56. Икрамов У.А. Расчетные методы оценки абразивного износа. М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.

57. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. -М.: Наука, 1970. 252 с.

58. Крагельского И.В., Добычин М.Н., Колебалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

59. Львов П.Н. Абразивный износ и защита от него. М.: ЦБТИ, 1959. - 55 с.

60. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М.: Машиностроение, 1976. - 271 с.

61. Игнатова Н.Д. Механизм абразивного изнашивания трущихся пар.//Вестник РГУПС, 2001. №2. - С. 18-20.

62. Иванов М.А., Урушев С.В. О повышении ресурса цельнокатаных колес.//Железнодорожный транспорт. 2000. №6. -С 25-26.

63. Сливец Д.П. О проблеме «колесо-рельс».//Локомотив, 2001. №6. - С.39.

64. Богданов В.М., Бартенев Л.И. Об износе колес и рельсов.//Железнодорожный транспорт, 1997. №7. - С. 48-50.

65. М.В. Гуськова, В.М. Рубан. Параметры конструкции подвижного состава и пути, влияющие на подрез гребней бандажей колесных пар локомотивов.//Вестник РГУПС, 2000. №2. - С. 32-35.

66. Кашников В.Н., Плохов Е.М., Рубан В.М., Жулькин М.Н. О разработке экспериментально-теоретического обеспечения для оценки функционирования системы «колесо-рельс».//Вестник РГУПС, 2000. №2. - С. 35-39.

67. Анисимов П.С. Влияние конструкции и параметров тележек на износ колес и рельсов.//Железнодорожный транспорт, 1999. №6. - С. 38-42.

68. Пашолок И.Л., Цюренко В.Н., Самохин Е.Н. Повышение твердости колес.//Железнодорожный транспорт, 1997. №7. - С. 40-43.

69. Бондарчук А.В. Исследование факторов, повышающих опасность коррозионного разрушения рельсов в метрополитенах.//Вестник, 1996. №5. - С. 5.

70. Котельников А.В., Мулярчик С.Г., Бондарчук А.В., Зе-ленко В.Н. Расчет электрических характеристик трехмерной системы рельс-обделка-земля метрополитенов методом узловых потенциалов.//Вестник, 1992. №6. - С. 32-36.

71. Котельников А В., Наумов А. В., Терентьев В. И. Результаты электрометрических исследований блуждающих токов на действующих линиях метрополитенов.//Труды ВНИИЖТ. М.: Транспорт, 1979. - Вып. 620. - С. 29-42.

72. Фукс Н. А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. -351 с.

73. Клячко Л. С. Уравнение движения частиц в пылепри-емных устройствах.//Отопление и вентиляция, 1974. № 4. -С 7-9.

74. Коптев Д. В. Закономерности движения частиц пыли в зоне действия местного отсоса./Сб. науч. тр. институтов охраны труда ВЦСПС, 1968. № 55. - С. 9-14.

75. Позин Г. М. Расчет влияния ограничивающих плоскостей на спектры всасывания./Сб. науч. тр. институтов охраны труда ВЦСПС, 1977. № 105. - С. 8-13.

76. Котельников А. В. Блуждающие токи электрифицированного транспорта. М.: Транспорт, 1986. - 279с.

77. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Метрополитены, 1981. (СНиП 1 1-40-80, ч.1 1, гл.40). -С 32-37.

78. Глазков В. И,. Зиневич А. М., Котик В. Г., Никольский К. К., Стрижевский И. В. .Защита от коррозии протяженных металлических сооружений. /Справочник. М.: Недра. 1969. -311с.

79. Machu W. Liber die Korrosion von Metallen und Metal-luberrugen im tropishen und subtropischen Klima.-Werkstorfe und Korrosi, 1954. N10. - P 395-398.

80. Инструкция по защите сооружений, конструкций и устройств метрополитенов от коррозии блуждающими токами (ЦМстро-3986). М.: Транспорт, 1982. - 63с.

81. Вартанян М.А. Электрокоррозионная опасность для тоннельных обделок метрополитенов от внешних источников блуждающих токов.//Вестник, 1994. №6. - С. 4.

82. Норенков И. П. Метод цифрового моделирования схем ЭЦВМ и его использование при проектировании ЭЦВМ. «XXI Всесоюз. науч. сессия, посвященная 70-летию изобретения радио А. С. Поповым». Докл. секции ЭВТ. М.: НТОР и Э им. А. С. Попова, 1965. - С. 3-9.

83. Белов Б. И., Норенков И. П, Расчет электронных схем на ЭЦВМ. М.: Машиностроение, 1971. - 144 с.

84. Ильин В. Н., Фролкин В. Т., Бутко А. И и др. Автоматизация схемотехнического проектирования./Под ред. Ильина В. Н. М.: Радио и связь, 1987. - 368 с.

85. Слипченко В. Г., Елизаренко Г. Н. Методы диакоптики в электронике. Киев: Высшая школа, 1981. 208 с.

86. Ортега Дж., Рейнболдт В. Итерационные методы решения нелинейных систем уравнений со многими неизвестными. М.: ВНИИЖТ. БГУ. Минский метрополитен, 1975. -560 с

87. Ю.М. Ракинцев Теплоотдача обделок метрополитенов.//Вестник ВНИИЖТ, 1991. № 4. - С.42-44.

88. Ракинцев Ю М Технический уровень и пути совершенствования тоннельной вентиляции метрополитенов.//Вестник ВНИИЖТ, 1990. № 4. - С.36-39.

89. Цодиков В Я Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов. М: Недра, 1975. - 568 с.

90. Юшковский Э М Теплоотдача железобетонной тюбинговой обделки.//Метрострой. ВНИИЖТ, 1977. № 4. - С. 1920.

91. Балтернас П.Б. Обеспыливание воздуха на предприятиях стройматериалов. М.: Стройиздат, 1990. - 184с.

92. Зимон А.Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Химия, 1976. - 432 с.

93. Зимон А.Д. Адгезия сыпучих материалов. М.: Металлургия, 1978. - 288с.

94. Райст П. Аэрозоли. Введение в теорию./Пер. с англ. -М.: Мир, 1987.-280с.

95. Седов Л.И. Механика сплошной среды./РАН. -5-е изд., испр. М.: Наука, 1994. - Т.1. - Т.2. - 528с. - 560с.

96. Сычев В.В. и др. Асимптотическая теория отрывных течений./Под ред. Сычева В.В.// Рубан А.Н., Сычев В.В., Королев Г.Л. М.: Наука, 1987. - 255с.

97. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987. - 840с.

98. Яковлев В.Н. Теория износа контактного провода (рельса) и системы колесо-рельс.//«Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожномтранспорте». Межвуз. сб. науч. труд. СамИИТ. Самара: СамИИТ, 1999. - С. 51-54.

99. Смирнов В.И. Курс высшей математики. М.: Наука, 1974. - Т. 1. - Т. 2. - 479 с: - 655 с.

100. Карвовский Г.А. Электрооборудование и окружающая среда. Выбор и зашита. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 123 с.

101. Карвовский Г.А. Защита электрооборудования от воздействия окружающей среды.- М: Энергия, 1968. 167 с.

102. Соловьева Н.А., Хрусталева В.П. Руководство по методам определения вредных веществ в атмосферном воздухе. -М.: Медицина, 1974. С. 13.

103. Техническое описание и инструкции по эксплуатации универсального гигрометра МВ-4М. М., 1970. - С. 5.

104. Кирштановский И. М. Охрана природы. Справочник. -М.: Химия, 1980. С. 45-46.

105. Бобровников Н.А. Защита окружающей среды от пыли на транспорте. М.: Транспорт, 1984. - 72 с.

106. Бобровников Н.А, Сергеев С.Н. Контроль запыленности воздуха на станциях метрополитена экспресс приборами. Метрополитены. Эксплуатация и технические средства. (ЦНИИИТЭИ МПС), 1978.'- Вып. (12). С. 7-9.

107. Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли. М.: .Химия, 1978. - С. 1 1-13.

108. Коржев B.JT. Справочник по химии. М.: Химия, 1980. -С. 22-25.

109. Методика определения запыленности, воздуха (вес, концентрация) с использованием фильтров АФА-ВП-10. Информационное письмо. 1981. № С-6-01 1 1.

110. Техническое описание и инструкции по эксплуатации аспиратора для отбора проб воздуха мод. ЭА-2СМ. М., 1980. - 32 с.

111. Краткая инструкция АФА-ВП-10. ВО «Изотоп», 1978. -11 с.

112. Справочные материалы по физико-механическим свойствам пылевидных и порошковых грузов (Ротапринт ЛИ-ИВТ). Л., 1964. - 87 с.

113. Электрические изоляторы./Под ред. Н.С. Костюкова. -М: Энергоатомиздат, 1984. 278 с.

114. Кравченко В.А. и др. Проектирование и эксплуатация изоляции электроустановок в условиях загрязненной атмосферы./В.А. Кравченко, A.M. Ментюкова, В.Н. Яковлев. Ташкент: ФАН, 1992. 203 с.

115. ГОСТ 10390-86. Электрооборудование на напряжение свыше 3 кВ. Методы испытаний внешней изоляции в загрязненном состоянии. М.: Гос. ком. по стандартам, 1986. -18с.

116. Гмурман В.Е. Теория вероятности и математическая статистика. Учебное пособие вузов. Изд. 6-у, М.: «Высшая школа», 1998. - 479с.

117. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 752 с.

118. Колде Я.К. Практикум по теории вероятностей и математической статистике. М.: Высшая школа», 1991. - 157 с.

119. Волков Б.А., Абрамов А.П., Кудрявцев Ю.М. и др. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиций на железнодорожном транспорте. М.: МГУПС, 1997. - 52 с.

120. Вахрамеева М.В., Данилина J1.E., Добашина И.В., Зайцева Н.В. и др. Статистика финансов. Под ред. В.Н. Салина. Учебник для вузов. М.: «Финансы и статистика», 2002. -815 с.

121. Шаповалов А.Н. Анализ опыта эксплуатации устройств системы электроснабжения Ташметрополитена и условий их функционирования./Сборник научных трудов студентов, аспирантов и молодых ученых СамИИТ. Самара: СамИИТ, 1999. - Вып. 2. - С. 208-21 1.

122. Шаповалов А.Н. Количественная оценка распределения пыли в помещениях СТП метрополитена./Сборник научных трудов студентов, аспирантов и молодых ученых СамИИТ. -Самара: СамИИТ, 1999. Вып. 2. - С. 205-208.

123. Шаповалов А.Н., Шергунова Н.А., Яковлев В.Н. Состояние запыленности воздушной среды тяговых подстанций метрополитена.//«Молодые ученые транспорту». Труды научно-технической конференции. Т1. Екатеринбург: Ур-ГУПС, 2001. С. 76-79.