автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Влияния атмосферных и коммутационных перенапряжений на устройства защиты подземных сооружений от блуждающих токов

Г Г Б ОД

П 2 г;:¡МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

На правах рукописи

ЧИЕУВЬЕТ ЛИНЬ

УДК 621.332.3:621.316.9

ВЛИЯНИЯ АТМОСФЕРНЫХ И КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТ БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ

05.22.09 - Электрификация железнодорожного транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ).

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Сергеев Н. Г.

Официальные оппоненты: Академик Академии транспорта РФ

Ведущая организация: Служба электрификации Московской

железной дороги

" 46 "часов на заседании диссертационного совета Д114.05.07 е Московском государственном университете путем! сообщения (МИИТ) не адресу:

101475, ГСП, г. Москва, А-55, ул. Образцова, 15. аул

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке МИИТа.

Автореферат разослан " 9. " ИЮ/1Я___1997 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу университета.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Котельников А. В.

кандидат технических паук, доцепт Куликов П. Б.

Защита диссертации состоится

Л 114.05.07, д. т. н., профессор

Власов С.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■Актуальность темы. Газо- и нефтедобывающие промышленные омплексы япляются ведущими, приоритетными отраслями современной кономики. Важнейшей частью этих комплексов япляются протяженные азо- и нефтепроводы, необходимые для транспортировки гало- и [ефтепродуктов от удаленных месторождений к промышленным центрам I их дальнейшего распределения.

Опыт эксплуатации трубопроводов, особенно магистральных, видетельствует, что надежность их работы и срок службы п первую >чередь определяется эффективностью защиты от электрохимической соррозии. Он показывает, что катодная поляризация металла (ащищаемых сооружений является самым эффективным техническим )ешенисм, обеспечивающим стабильное предотвращение как груптово-ючвенной, так и коррозии, вызываемой блуждающими токами. Поэтому говременный полигон магистральных трубопроводов оснащен сотнями и тысячами катодных станций (СКЗ) и дренажных устройств (ДУ) -эсновных источников катодной поляризации защищаемых сооружений.

Эффективность электрохимической защиты предполагает непрерывность катодной поляризации защищаемого сооружения и может эказаться малоэффективной при низкой надежности СКЗ и ДУ.

Надежность любого устройства нельзя рассматривать безотносительно к условием его функционирования. По отношению к СКЗ и ДУ это означает работу в сложных метеорологических районах, подверженность воздействию экстремальных нагрузок и температур, отсутствие постоянного контроля работы и т. д. Поэтому причиной их отказов является действие самых различных физических факторов (ветер, дождь, снег, обвалы в горах и пр.). Но, как покалывает

статистика, до 40-50 и более процентов отказов сипзаны с атмосферньи или коммутационными перенапряжениями, выбывающими поврежден полупроводниковых вентилей.

Особенно велика роль фактора иеренап] 'женин для вентил дренажных устройств, осуществляющих защиту надземных сооружен и расположенных в зоне влияния электрически ч железных дорог имеющих непосредственную гальваническую < .¡язь с рельсами, нормальных стационарных режимах работы потенциалы рельсов превышают десятки вольт.

Положение резко изменяется в нестационарных режимах, ког проявляется индуктивность рельсов и земли (при переключениях подвижном составе, коротких замыканиях (к. з.) в тяговой сет грозовых разрядах). И тогда потенциалы рельсов достигают тысячи десятки тысяч вольт и могут быть причиной пробоя полупроводников! вентилей дренажных устройств. Однако этому вопросу до сих пор уделялось достаточного внимания. Поэтому в Эксплуатируемых ДУ , сих пор можно встретить вентили 4-6 класса, а низкая надежность Д часто является причиной нарушения электрохимической защиты длительные промежутки времени.

Цель диссертации. Целыо диссертации является исследован перенапряжении на полупроводниковых вентилях дренажных устройст проникающих из рельсовой сети.

Метод исследования. В работе использован!' метод гармоническо анализа нестационарных процессов в цепях с распределенпы: параметрами па основе интегрального преобразования Фурье, мет статистического моделирования.

Научная новизна:

- разработана математическая модель системы "рельс-зсмля-подземнс

сооружение" с частотно-зависимыми параметрами ее элементов;

- применен метод анализа переходных процессов в системе "рельс-земля-подземное сооружение" с использованием интегрального преобразования Фурье ;

- определены вероятностно-статистические характеристики тока дренажа методом статистического моделирования и параметры блока защиты ДУ от перенапряжений;

- предложена математическая модель тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ при коротком замыкании;

- разработаны программа расчета нестационарных процессов в системе "рельс-земля-нодземное сооружение" и программа вычисления тока короткого замыкания в тяговой сети постоянного тока 3,3 кВ.

Практическая ценность: даны рекомендации по повышению надежности находящихся в эксплуатации на магистральных трубопроводах дренажных устройств за счет модернизации путем оснащения их специальным защитным блоком на основе варисторов.

Апробация работы: Основные положения и результаты исследования обсуждены и одобрены на заседании кафедры "Энергоснабжение электрических железных дорог" МИИТа.

Публикации: Основные результаты диссертации изложены в двух опубликованных работах.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 176 страницах, из них 139 страниц машинописного текста, 59 рисунков, 5 таблиц, 45 ссылок на литературу, 37 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной

работы, приводится краткий анализ современного состояния исследуемых вопросов, формируется цель и задачч исследования.

В первой главе рассматриваются виды перенапряжений, воздействующих на дренажное устройство, и причины их возникновения.

Электрический дренаж является наиболее простым и эффективным видом активной защиты металлических подземных сооружений, расположенных в зоне влияния электричеч .IX железных дорог постоянного тока. Дренажные устройства в отличие от катодных станции не содержат в.своем составе источника смсш-мия поляризационного потенциала и их можно классифицировать как щодные ограничители потенциала на нулевом уровне сверху. Стрпстурная схема такого поляризованного дренажа исключительно прост и содержит в своем составе (см. рис. 1) кроме вентильного блоча БВ регулировочное сопротивление И, предохранитель Пр, рубильник Р и шунт Ш с милливольтметром шУ; подключение ДУ к р- льсам и трубопроводу осуществляется при помощи кабелей К1 и К2.

В структурную схему ДУ может быть таки е включен блок защиты вентилей от перенапряжений (БЗ), которые могуч проникать со стороны рельсов и трубопроводов во время грозовой деятельности и только со стороны рельсов при переходных процессах в тиижой сети.

Наиболее опасные перенапряжения (в десятки и сотни киловольт) в тяговой сети возникают в результате прямых ударов молнии, сопровождающихся токами разрядов в десятки, с гни килоампер.

Аналогично обстоит дело с коммутационными перенапряжениями, причиной которых могут быть переходные прош ссы в тяговой сети при нормальных условиях работы или при коротком замыкании. Вероятность последних, так же как и в случае прямого ударл молнии, относительно мала. Однако и в этом случае необходимо использовать в качестве

Рис. I. Структурная схема ДУ

расчетного это маловероятное событие Связано »го с тем, что энергия этих перенапряжений в силу их большой длительности очень велика и не может быть рассеяна блоком защиты при низком классе вентилей ДУ (об этом подробнее будет сказано ниже). А поскольку коммутационные перенапряжения при к. з. наибольшие, то переходные процессы при нормальных условиях работы тяговой сети не нрг Ч 'танляют интереса.

Таким образом исследуя влияние рельсово"; сети на дренажные устройства можно ограничиться двумя случаями:

- возникновение перенапряжений в рельсовой сети при прямом ударе молнии;

- возникновение перенапряжений в рельсах при коротком замыкании в тяговой сети. ,

Формирование таких перенапряжений является следствием протекания импульсов тока в рельсовой сети при грозовом разряде 1г или при коротком замыкании 1к.,. Будем на;;чвать их первичными импульсами, а импульсы перенапряжений шоричными. Последние формируются в результате линейных и нелинейных преобразований, при протекании первичных импульсов по рельсам, каб-.-лям, трубопроводам и другим активным и реактивным элементам, если ижие включены в цепь дренажа. Поэтому первая задача данной работы '«стоит в исследовании первичных импульсов.

Параметры тока молнии, представляющей собой разновидность газового разряда при очень большой длине искры, известны из научно-технических источников.

В большинстве случаев разряд молнии яв.:чется многократным, т. е. состоит из нескольких отдельных разрядов, следующих друг за другом по одному и тому же пути. Среднее значение интервала времени между отдельными разрядами равно около 0,03 к к. Весь разряд в целом

может длиться 1-1,5 сек. Длительность же. каждого отдельного разряда невелика и составляет десятки микросекунд.

' Длина волны в большинстве случаев находится в пределах 20-80 мкс. Полная волна тока молнии, т. с. изменение тока молнии по времени, имеет сложную форму, а амплитуда может достигать десятки и сотни килоампер.

В дальнейшем расчеты выполнены при использовании линейной аппроксимации (см. рис. 2) с амплитудой 11М и стандартной активной длительностью 8 или 40 мкс.

Рис. 2. Упрощенная форма волн гока при разряде молнии

В отличие от грозовых импульсы тока короткого замыкания 1кз, шределяющие коммутационные перенапряжения, зависят от места :ороткого замыкания, параметров системы энергоснабжения, типа ыключатсля и других факторов. Поэтому определению коммутационных апряжений должен предшествовать расчет 1к;).

Для расчета первичного импульса иг к. з. использована универсальная схема замещения тяговой сети < учетом поверхностного эффекта в рельсах и земле, основанная на развязке параметров контактном сети, рельсов и земли, использованная в трудах к.т.н. Асанова Т. К.

Была разработана программа па оспой- утилиты RUNGE-SK фирмы Borland International, предназначенной для решения систем обычных дифференциальных уравнений первого порядка методом Рунге-Кутта.

Как грозовые, так и импульсы тока к. з. имеют сложную форму и не могут быть описаны аналитически. Поэтому для их представления используют аппроксимацию. В диссертации использована более универсальная, дающая лучшее приближенно при использовании численных методов линейная непрерывная аппроксимация в виде суммы отрезков типа рис. 3.

о

х

t % t2 tM tt 4-, t,'t i4 i, ^

Рис. 3. Кусочно-линейная аппроксимации импульса.

Представляем исследуемую функцию в виде и функций >'¡(0 1<1<п) (рис. 3, б)

*(') = £>'/(О, /=1

Де у,{1):

х!- \ + ;'—«ри 0-1 <1-1,;

Ч~Ч-1

О П ри / < и I >

В результате спектр кусочно-линейного непрерывного импульса ыражается в виде

х(о))= —у ^ ———— [е--'"*'-1 - с^0"' ]. (2)

СО ,=1 _ ',-1

В второй главе определяются частотно-зависимые параметры истемы "рельс-земля-подземное сооружение". Параметры элементов истемы "рельс-земля-подземное сооружение" (рельсов, трубопроводов, абелей) зависят от проводимости земли, а следовательно, от частоты.

Расчет параметров при таком спектре частот необходимо выполнить

учетом поверхностного эффекта. Так как, для проводников типа

эубопровода, кабеля и даже рельса допустимо их представление в виде

илиндра, то комплексы внутренних сопротивлений цилиндрического

роводника с учетом поверхностного эффекта 7ВН выражаются в виде 3 3

4<оцр.]г Уо(Лг0.у2) ,

вн~ 2.л-.г0 з ' {Л>

1С о) - угловая частота;

ц = ц0. рг - магнитная проницаемость материала проводника; Но - магнитная постоянная, цо=4.я.10"7 Гн.-'м;

(.i, - относительная магнитная проницасмосп материала проводника, р - удельное активное сопротивление прово ;,ника; г0 - радиус проводника, м;

J0 - функция Бесселя 1-ого рода нулевого г.грядка; Jl - функция Бесселя 1-ого рода первого порядка;

/'= - глубина проникновения.

V Р

Функции Бесселя в силу комплексного характера аргумента являются комплексами и могут записана в виде з

■,,(I' n> J2) = heri + ßer, = М^',

где ber - действительная составляющая функции бесселя 1-ого рода порядка i;

bei - мнимая составляющая функции Бесселя 1-ого рода порядка i; М - модуль функции Бесселя; Ф - аргумент функции Бесселя. Аналогичной формулой выражается комплексное сопротивление обратного проводника, роль которого выполняет грунт, а именно _ i

3 Рх ß Wr'oi-J2) (4)

' 2.л-.г(11 ' ' I

В (4) входит тс же величины, что и в (Л), но все они снабжены дополнительным индексом "г", упоминающим их принадлежность к грунту. Модифицирование функции Бесселя 2-п;о рода К0 и К( в этом выражении также комплексные и также выражаются в виде: 1

где korj, keij, N|, v^ аналогичны berif beij, Mi; ф^

В третьей главе выполнены исследования перенапряжений, воздействующих на дренажные устройства при грозовых разрядах в тягоцую сеть и дана оценка параметров защитных устройств вентилей ДУ.

Напряжение рельс-удаленная земля (потенциал рельса) # в комплексной форме определялось по формуле:

U(p -з)(<о ) = Ír(co (5)

где шр - волновое сопротивление рельса;

7р - коэффициент распространения рельса; х - расстояние от места удара молнии до ДУ, км;

1г(со) - комплекс тока грозового импульса при частоте м.

Оригинал Up.3 находился п результате применения обратного треобразования Фурье. Результаты исследования показали, что уровень ютеициалов при грозовых разрядах в очень сильной мерс зависит от юличины переходного сопротивления рельсов по отношению к земле. Амплитуды потенциала рельсов составляют 6-16 кВ на кА амплитуды гсрвичных импульсов тока и могут даже для средних значений 1гм юстигать десятков и сотен киловольт.

■ Результаты расчета полностью подтвердили положение о том, что [евозможно обеспечить надежную работу дренажных устройств только за :чет повышения класса вентиля и необходимо использование пециальных блоков для защиты вентилей от перенапряжений.

Одновременно они показали, как быстро затухает волна грозовых 1ерснапряжс1!ип в рельсах и что непосредственную опасность [редставляюг только ближайшие разряды (в зоне влияния). Ó степени атухания Up.3 говорят кривые (рис. 4), выражающие амплитуды отенциалов рельсов U(p.3)max в зависимости от удаленности ДУ. В силу

ЧР-з)™*' кВ/кЛ 16 14 12 10 8 6 4 2 0

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Ь, км

Рис. 4. Зависимость амплитуды потенциалоп рельсов от расстояния ДУ-грозовой разряд.

затухающего характера процесса опасность дли дренажных усройств могут представлять только разряды в непосредственной близости от точки дренирования. Поэтому в диссертации вводится в рассмотрение понятие зоны влияния рельсов на дренажные устройства 1_„.

Для определения параметров защитных устройств на основе комплексов ир з((о) выполнен расчет тока дренажного устройства, для чего модель "рельс-земля-подземное сооружение' дополнена кабелями 1 и 2, и трубопроводом. При расчете использован метод эквивалентного генератора, для чего показана возможность пренебречь нелинейностью элементов ДУ (вентилей, варисторов). Длина к^сля 1, соединяющего ДУ с рельсом, в силу местных условий варьирует в диапазоне 20-600 м и более. При такой сравнительно большой длине к-/юля и ширине спектра первичного импульса, расчет выполнен с учеюм волнового характера процесса в кабелях, т. с. при расчете тока дроиажа учитывались не только продольное сопротивление, но и попе речная проводимость,

емкость кабеля. Для. этого использовался метод замещения кабеля четырехполюсником с частотно-зависимыми параметрами (применен четырехполюсник П-типа с продольным сопротивлением Ъ и чроволимостями У/2). Рельсовая сеть и трубопровод (рис. 5) замещены :воими волновыми сопротивлениями 2р в/2=ш|) г/2, Zт „.■'2=тт/2.

1вар

1| 1к! * 1к2

>ис. 5. Схема замещения подключения ДУ к рельсу и трубопроводу

Таким образом, комплекс тока дренажа определялся как л(со)=ир_3((о)/7, где Ъ - комплекс цепи па рис. 5. Оригинал тока определялся также в результате применения обратного преобразования [>урье. По результатам расчета получены коэффициенты передачи мплитуды тока К;=1дм/1,.м, которые также были использованы для иределения зоны влияния Ь„(рис. (5).

Расчет оригинала 1Л(0 дополнен определением основных величин, арактеризующих работу вентилей и варистора. Проще всего это сделать, инеаризируя вольт-ампертиую характеристику и,,ар=Г(1|1ар) последнего :

(6)

де ипар - падение напряжения па варисторе;

1иар - ток варистора; и„ - напряжение открывания варистора;

Ьч 0.35

0.25

0.15

0.2

0.1

0.3

Я„ = I, 1к = 50

0.05

0

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Ц, км

Рис. 6. Коэффициенты передачи амплитуды тока 1Лц/1гм К„ - переходное сопротивление рельса, Ом.км; 1к. - длина кабеля, м.

Ид,,,, - динамическое сопротивление открытого варнстора.

Максимальное напряжение на варисторе определяет класс вентиля К„, который должен выбираться из условия

напряжения при грозовом разряде. Отметим, что К|к,„ определяется типом вентиля и равен Кнс„=инс11/и|1<т, где и„С1|, и,юв - повторяющиеся и неповторяющиеся напряжеиня вентиля.

Мощность варнстора определяется соотношением

^ вир ^и-^вар ^рар'^/иш >

а энергия рассеивания интегралом А,

(8)

'вар

|/{,.,(, Л, вычисляемого на

множестве положительных значений тока дренажа.

Результаты расчета ир.3 и 1д показали сильное влияние ряда шкторов (параметров первичного импульса, рельсов, трубопроводов и р.),_ большинство из которых должно рассматриваться как случайные. 1оэтому в диссертации применен метод статистического моделирования. 1ри моделировании случайными принимались амплитуда тока 1гм и асстояние Ь от ДУ до точки удара молнии в рельсовую сеть, которые казывают наибольшие влияния и распределение которых известно.. )стальные факторы принимались средними или максимальными, что озволило получить оценки 1дм с некоторым превышением, 'аспределение Ггм принималось экспоненциальным Р(1мг) = е~л,ш~, а аспределение 15 - равномерным 1 /Т.в. Результаты расчета татистическим методом графически оформлены в виде гистограммы точнее, накопленной вероятности) на рис. 7.

Статистическое распределение подвергнуто выравниванию при омощи экспоненциального распределения Р = (А.=0,2.10~3 1/А),

: проверена сходимость теоретического и статистического распределений ;ри помощи критерия Пирсона х2 (Хи-квадраг). В результате показано, то амплитуды тока дранажа при грозовом разряде с вероятностью 0,95-|,98 не будут превышать 15000 - 20000 А.

Используя статистические данные но грозовой деятельности юказано, что прямой удар молнии п зону влияния рельсов на ДУ будет [меть место не чаще одного раза в 3-4 года.

В четвертой главе выполнены исследования перенапряжений, ^действующих на вентили дренажных устройств при аварийных 1ежимах короткого замыкания в тяговой сети. При расчете сиользовалась схема с одной нагрузкой и одной подстанцией ■олубесконсчной длины для учета экранирующего действия второй

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

Среднее -5040 А Квадрат, отклонение• 5348 А

- N

-----I---►-------»---|------I |

ю чо I- ОО ^ о 1*6000 А

Рис. 7. Гистограммы амплитуды тока дренажа 1дч при Ьв =0.5 км; Я„= 5 Ом.км

подстанции (рис. 8).

Расчет проводился но формуле: ирЛш ) = К© ).шр(1 - а1.^-)[а2е~ГрХ2

¿р

-*1 -а3(е УрХ| +е-т"(,!,+2хг)

)], О)

которая в зависимости от коэффициентов а(, а2, Яз пригодна как для режима грозы (¿2~ 1/2, 3|=а;)=0) и к. з. (а|=а2~1, аз=1/2); в формуле приняты обозначения 1(м)=1г(со); Хт и гр - комплексы сопротивления взаимоиндукции контактная сеть - рельс и продольного сопротивления рельсов соответственно. При этом для определения наибольших амплитуд потенциалов ир.3 необходимо рассматривать два случая:

а) к. з. непосредственно у точки подключения ДУ;

б) дренирование осуществляется к отсосу подстанции.

Результаты расчета обобщены на рис. 9, где приведены кривые положительных амплитуд и(р.3)тах при коротком замыкании: кривая 1 -в точке к. з., кривая 2 - в точке отсоса. Они позволяют осуществить научно-обоснованный выбор класса вентилей ДУ.

трубопровод

Рис. 8. Расчетная схема системы "рельс-зсмля-грубонровод" при к. з. в тяговой сети.

В пятой главе рассматриваются вопросы повышения надежности и юдерпнзаиии дренажных устройств.

Подводя итоги выполненным теоретическим исследованиям и шализу статических данных, можно сделать следующие основные

1ЫВОДЫ!

Уровень напряжений рельс-удаленная :<емля, прикладываемых к (ентилям ДУ при коротком замыкании в тяговой сети, не превышает 000-1200 В прн относительно большой длительности воздействия десятки миллисекунд).

Уровень напряжений рельс-удалей пая земля при грозовых разрядах и яговую сеть на несколько порядков выше, чем при к. з., достигая

Ч-з)^ В

Рис. 9. Положительные амплитуды потенциалов рельсов при к. з. в тяговой сети:

1 - в месте к. з.;

2 - у отсоса тяговой подстанции.

значений в десятки и сотни киловольт при длительности порядк; десятков микросекунд.

- Амплитуды токов дренажа трубопроводов с вероятностью 0,95-0,98 н< превышают 15000-20000 А.

- Простое повышение класса вентилей ДУ до 14-16 не может предотвратить их пробоя при грозовых разрядах в тяговую сеть;

- Защита вентилей при помощи нелинейных грозозащитных элементе! типа варисгоров может обеспечить необходимую надежность ДУ толы« при правильном координированном выборе параметров блока защиты I класса вентилей. На основании результатов исследований рекомендует« осуществить защиту вентилей ДУ при помощи двух нелинейны; варпсторных элементов, с классификационным напряжением 700 В I током 10000 А.

Технико-экономический эффект, получаемый в результате ?дотвращения отказов дренажных устройств из-за влияния тарифицированных железных дорог, образуется в результате: сключения стоимости ромонтно-восстановпгсльных работ ДУ; уменьшения затрат на ремонт трубопровода, обусловленного утствием дренажной защиты.

Технико-экономический эффект соответствует коэффициенту фективности 0,43.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

В результате исследований были получены следующие результаты: Непрерывность катодной поляризации является основным условием циты металлических подземных сооружений (газопроводов, {ггепроводов и пр.) от электрической коррозии, вызываемой /ждающими токами электрических железных дорог постоянного тока, зонах влияния электрических железных дорог основным средством циты подземных металлических сооружений от электрохимической ррозии являются поляризованные электрические дренажные тройства па основе полупроводниковых вентилей (диодов). Статистические обследования современных дренажных устройств, ;плуатируемых на магистральных газо- и нефтепроводах, |детельствует о низкой надежности ДУ и высоких процентах (до 50 и ice) их отказов в связи с пробоем вентилей, не защищенных от ^напряжений, формируемых при грозовых разрядах и коротких шканиях в тяговой сети. В условиях отсутствия систематического игроля такие отказы ДУ могут приводить к прекращению катодной ляризации сроком до 1-2 месяцев.

- Попытки использования снециаль:п.!х разр-мпиков, и том числ варнсторов, для защиты вентилей ДУ .5 необходимого обоснования и параметров оказались безуспешными и выявили необходимое! глубокого научного рассмотрения нестационарных электромагнитны процессах в рельсовых сетях и подземных сооружениях при грозовы разрядах и коротких замыканиях в тяговых сетях.

- 11а основе работ по теории нестационарных процессов в диссертаци разработана частотно-зависимая модель системы "рельс-земля-нодземнс сооружение" на основе интегрального преобразования Фурье цилиндрических функций для учета поверхностного эффекта проводниках и земле. Применение такой модели в сочетании численными методами и ЭВМ позволяет выполнить всесторонний анали электромагнитных импульсных процессов в рельсовых сетях обосновать защиту полупроводниковых венти чей в соответствии принципом координации уровня электрической прочности характеристик разрядников.

- Выполненный анализ электромагнитных процессов при грозовы разрядах в тяговую сеть показал, что уровень перенапряжений в это случае может достигать десятки и сотни киловольт, что исключае возможность обеспечения надежности ДУ только за счет повышен» класса вентилей и делает необходимым включение в структуру Д специальных разрядников (варнсторов).

- Методом имитационного моделирования определены вероятности! статистической характеристики токов ДУ при прямых ударах молнии тяговую сеть и определены параметры варисторпых элемент»! обеспечивающие с 95-98,.5 - процентной вероятность защт полупроводниковых диодов: два параллельно включенных элемент РПС-60-1 с классификационным напряжением /'00 В и относительно?

качении напряжения па варисторе II.=2,15 при токе 10000 А.

Выполнен анализ нестационарных процессов в системе "рельс-земля-одземное сооружение" и определены уровни перенапряжений на ентилях дренажных устройств при коротких замыканиях в тяговой сети. 1ля этого разработана специальная программа расчета импульса тока к. . с использованием метода Рунге-Кутта 4-ого порядка. По результатам нализа в соответствии с принципом координации электрической |рочности диодов и характеристик варисторов даны рекомендации по ыбору класса вентилей - не ниже четырнадцатого.

Результаты теоретических исследований подтверждены ксперименгальными данными, для чего обработаны результаты кснеримента, проведенного кафедрой "Энергоснабжение электрических железных дорог" МИИТ на Октябрьской железной дороге и рубопроводе Лентрансгаза. Использование опытных данных позволило делать вывод о достаточной адекватности реальным условиям лектрических железных дорог и магистральных трубопроводов [спользованных в диссертации математических моделей системы "рельс-¡емля-нодземное сооружение".

Дана технико-экономическая оценка применению варисторов в фенажных устройствах с учетом уменьшения стоимости ремонтпо-юсстановительных работ магистральных трубопроводов, которая соот-¡етствует коэффициенту экономической эффективности не ниже 0,43.

Результаты исследований, выполненных в диссертации, позволяют 1екомсндовать провести полную модернизацию всех находящихся в жеплуатации на магистральных трубопроводах дренажных устройств 1утсм оснащения их специальным защитным блоком от перенапряжений ш основе современных с высокой степенью нелинейности юлу проводниковых элементов - варисторов.

Основные положения диссертации опубликованы в слсдукнщ работах:

1. Сергеев Н.Г., Чиеу В.Л. Исследования вероятно-сгатистическ! характеристик тока дренажа методом статистического модслировапи Моск. гос. ун-т путей сообщ. (МИИТ). - М., 1997. - 19 е.: ил. - Деи. ВИНИТИ РАН, № 1542-В97.

2. Чиеу В. Л. "Влияния грозовых разрядов на дренажное устройство Неделя науки МИИТ.- М., апрель 1997 г. Тезисы докладов.

"Влияния атмосферных и коммутационных перенапряжений на устройства защиты подземных сооружений от блуждающих токов" 05.22.09 - Электрификация железнодорожного транспорта.

Формат бумаги 60x90 1/16. Объем 1,5 и.л. Заказ т. тираж. 90 экз.

Чиеу Вьет Линь

Подписано к печати ЛИ. 91

Типография МИИТ, 101475, Москва А-55, ул. Образцова, 15.