Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II» (МГУПС (МИИТ))
Институт прикладных технологий
Московский колледж железнодорожного транспорта
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
по специальности:
23.02.06 Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог
по теме 2.4
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА
междисциплинарного курса
МДК.01.02 Эксплуатация подвижного состава и обеспечение
безопасности движения поездов (электроподвижной состав)
профессионального модуля
ПМ.01 Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава (электроподвижной состав)
Москва
2016
РАССМОТРЕНО
Предметной (цикловой) комиссией
Протокол от "__"_______2016г. №__
Председатель
__________________ (_____________)
Разработчики:
МКЖТ ИПТ МИИТ зав.отделением ТПС С.В.Ухина (место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
Содержание
Пояснительная записка ………………………………………………………….4
1. Перечень практических работ………………………………………………..4
2. Цели и задачи………………………………………………………………….....4
3. Указания по выполнению практических работ………………………………..6
4. Оформление отчета по практическим работам………………………………..6
5. Формы контроля…………………………………………………………………6
6.Рекомендуемые источники информации………………………………………..7
7. Руководства по выполнению практических работ…………………………….8
Пояснительная записка
Данные методические указания разработаны для студентов специальности 23.02.06 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог», по теме 2.4 «Электроснабжение электроподвижного состава» междисциплинарного комплекса МДК 01.02 Эксплуатация подвижного состава и обеспечение безопасности движения поездов (электроподвижной состав) профессионального модуля ПМ 01 Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава (электроподвижной состав). Методические указания предназначены для закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков обучающимися. В методических указаниях для выполнения каждой практической работы содержатся: наименование работы, цель, формируемые компетенции, время на ее выполнение, порядок выполнения работы, методические указания по ее выполнению, контрольные вопросы, содержание отчета и список источников информации.
Методические указания по выполнению практических работ по теме 2.4 «Электроснабжение электроподвижного состава» содержат 7 практических работ.
1 Перечень практических работ
Практическая работа 1 «Изучение системы тягового электроснабжения постоянного тока»
Практическая работа 2 «Изучение системы тягового электроснабжения однофазного переменного тока»
Практическая работа 3 «Изучение системы тягового электроснабжения переменного тока 2х25 кВ»
Практическая работа 4 «Устройство тяговой подстанции постоянного тока»
Практическая работа 5 «Устройство тяговой подстанции переменного тока»
Практическая работа 6 «Исследование конструкции контактной сети. Визуальное выявление неисправностей контактной сети»
Практическая работа 7 «Изучение работы скользящего контакта при взаимодействии токоприемника ЭПС с контактной сетью»
Цели и задачи
2.1 Выполнение студентами практических работ направлено на:
обобщение, систематизацию, углубление, закрепление полученных теоретических знаний теме 2.4 «Электроснабжение электроподвижного состава;
содействие формированию умений применять полученные теоретические знания при решении поставленных профессиональных задач, реализации единства интеллектуальной и практической деятельности;
развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов: аналитических, проектировочных, конструктивных и др.;
выработку при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива;
подготовку к государственной итоговой аттестации.
2.2 Выполненные работы должны способствовать формированию у студентов общих (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций:
Код Наименование результата обучения
ПК 1.1 Эксплуатировать подвижной состав железных дорог
ПК 1.3 Обеспечивать безопасность движения подвижного состава
ОК 1 Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес
ОК 2 Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество
ОК 3 Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность
ОК 4 Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития
ОК 5 Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности
ОК 6 Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями
ОК 7 Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий
ОК 8 Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации
ОК 9 Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности
2.3 В ходе выполнения практических работ студент должен
- иметь практический опыт:
- эксплуатации, технического обслуживания и ремонта деталей, узлов, агрегатов, систем подвижного состава железных дорог с обеспечением безопасности движения поездов;
- уметь:
- управлять системами подвижного состава в соответствии с установленными требованиями;
- знать:
- нормативные документы по обеспечению безопасности движения поездов.
Указания по выполнению практических работ
Практические занятия проводятся в специально оборудованном учебном кабинете. Продолжительность каждого занятия – не менее 2-х академических часов.
Необходимыми структурными элементами практического занятия являются: пояснения преподавателя в процессе выполнения задания и самостоятельная деятельность студентов.
Выполнению практических работ предшествует проверка знаний студентов – их теоретической готовности к выполнению задания.
Практические работы выполняются на листах формата А4.
Прежде чем приступить к выполнению задания, необходимо ознакомиться с:
наименованием темы практической работы;
целью и задачами работы;
исходными данными;
порядком выполнения работы и методическими указаниями;
требованиями к оформлению и содержанием отчета;
контрольными вопросами;
Для выполнения практических работ необходимо пользоваться литературой и другими информационными ресурсами, рекомендуемыми преподавателем.
Оформление отчета по практической работе
По каждой практической работе выполняется письменный отчет, который должен быть сдан студентом преподавателю не позднее следующей практической работы. Отчет следует предоставить либо распечатанным на компьютере, либо в рукописном виде на отдельных листах формата А4. По окончании изучения темы все оформленные отчеты подшиваются в папку с обязательной сквозной нумерацией, с указанием названия всех выполненных работ и наличием титульного листа и содержания.
Формы контроля
Текущий контроль знаний и умений, полученных обучающимся в результате практических занятий, проводится за счет времени, отведенного рабочим учебным планом на изучение учебной дисциплины.
После каждого практического занятия проводится защита работы в форме собеседования или тестирования. По каждой из выполненных работ обучающийся должен:
- изучить теоретический и практический материал по теме работы;
- знать последовательность выполнения работы;
- уметь анализировать и делать выводы по проделанной работе;
- уметь ответить на контрольные вопросы.
Формой контроля по каждой практической работе является зачет. По результатам контроля в отчете по практической работе и журнале учебных занятий преподавателем делается запись «зачет/незачет». По решению преподавателя выполнение студентом практической работы дополнительно оценивается по 5-ти балльной системе. Оценка выставляется в журнал учебных занятий.
Итоговой оценкой по всем выполненным работам является решение преподавателя «зачтено» или «не зачтено», о чем делается запись в журнале учебных занятий.
Рекомендуемые источники информации
1. Бондарев Н.А. Чекулаев В.Е. Контактная сеть. – М.: Маршрут, 2006.
2. Зимакова А.Н., Гиенко В.М., Скворцов В.А. Контактная сеть электрифицированных железных дорог. — 2-е стер. изд. — М.: ФГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2011.
3. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. Учебное пособие для среднего профессионального образования. – М.: Академия, 2011.
4. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982.
5. Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения. Справочник, учебное пособие. – М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2006.
6. Сибикин М.Ю. , Сибикин Ю.Д. Электроснабжение. – М.: РадиоСофт, 2009.
7. Ухина С.В. Электроснабжение электроподвижного состава. – М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2016.
8. Чиркова Т.В., Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К. Электрооборудование электрических станций и подстанций. Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования. – М.: Академия, 2010.
7 Руководства по выполнению практических работ
7.1 Практическая работа 1
Изучение системы тягового электроснабжения участка постоянного тока
Цель работы: изучить упрощенную схему электроснабжения участка железной
дороги, электрифицированного на постоянном токе 3 кВ,
определить пути прохождения тягового тока по элементам
схемы, а также способы питания нетяговой нагрузки
Формируемые компетенции: ПК 1.1, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Порядок выполнения работы:
1. Привести классификацию систем тягового электроснабжения, используемых в Российской Федерации.
2. Указать достоинства и недостатки системы тягового электроснабжения (СТЭ) постоянного тока 3 кВ.3. Начертить упрощенную схему СТЭ постоянного тока 3 кВ.4. Определить пути прохождения тяговых токов по элементам схемы.
5. Дать описание видов нетяговой нагрузки и способов их питания.
6. Сделать вывод.
Методические указания по выполнению
практической работы 1
Для ответа на поставленные вопросы необходимо проработать конспект лекций, изучить соответствующие разделы предложенной литературы, а также нижеприведенные краткие теоретические сведения.
Системы электроснабжения железных дорог
Система электроснабжения железной дороги включает в себя обеспечение электроэнергией как тягового подвижного состава, так и различных предприятий, необходимых для полноценного функционирования отрасли. При этом электроэнергия может поступать как от внешних источников, чаще всего от энергосистемы региона, так и от собственных электростанций.
Основным тяговым потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте является электрифицированный подвижной состав (ЭПС). Для его питания предусмотрено несколько схем, однако все они имеют общую структуру и включают в себя систему внешнего электроснабжения и систему тягового электроснабжения.
Система внешнего электроснабжения включает в себя источники электрической энергии (электростанции), трансформаторные подстанции и линии электропередачи.
Система тягового электроснабжения состоит из тяговых подстанций, питающих линий, контактной сети, тяговых рельсов и отсасывающих линий.
В настоящее время в России существует три основные системы тягового электроснабжения:
- постоянного тока с номинальным напряжением в контактной сети 3кВ;
- переменного однофазного тока промышленной частоты 50 Гц с номинальным напряжением в контактной сети 25 кВ;
- переменного однофазного тока промышленной частоты 50 Гц с номинальным напряжением в контактной сети 2х25 кВ. С системы постоянного тока началась электрификация железных дорог и она имеет самый длительный опыт эксплуатации. Кроме того, большая часть современного электроподвижного состава оборудована двигателями постоянного тока, технические характеристики которых наиболее соответствуют требованиям, предъявляемым к тяговым электродвигателям. Отсутствие устройств для преобразования электроэнергии значительно снижает стоимость ЭПС. На дорогах постоянного тока возможна рекуперация электроэнергии тяговыми электровозами.
Однако система тягового электроснабжения постоянного тока имеет целый ряд существенных недостатков. Низкое напряжение в контактной сети ограничивает пропускную способность участков. Для ее увеличения применяют двойной контактный провод, что приводит к значительному утяжелению контактной подвески и к увеличению нагрузки на опорные конструкции.
Кроме этого, расстояние между тяговыми подстанциями при системе электроснабжения постоянного тока не превышает 20 – 25 км, что увеличивает как капитальные, так и эксплуатационные расходы.
Немаловажным является и тот факт, что при питании контактной сети постоянным током наблюдаются коррозионное действие блуждающих токов и возникает необходимость в установке специальных защит подземных металлических сооружений.
Система тягового электроснабжения постоянного тока 3 кВСистема тягового электроснабжения постоянного тока 3 кВ (рисунок 1) получает питание по районным электрическим сетям 110, реже 220 кВ. Электроэнергия поступает на тяговую подстанцию на распределительное устройство РУ-110(220) кВ, где понижается двухобмоточными трансформаторами Т до напряжения 10 кВ и передается на шины распределительного устройства РУ-10 кВ.
Для питания тяговой нагрузки к шинам РУ-10 кВ подключают трансформаторы выпрямительной установки, которые понижают напряжение до 3,3 кВ и передают его на 6-ти или 12-пульсовый выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный. Распределительное устройство 3,3 кВ, получающее питание от выпрямительной установки, состоит из двух рабочих шин и одной запасной. От положительной шины запитывается контактная сеть перегонов и станций, а к отрицательной шине подключается отсасывающий фидер, соединяющий рельсовую цепь с подстанцией.
Рисунок 1 – Принципиальная схема питания электрифицированного участка железной дороги постоянного тока с напряжением в контактной сети 3 кВТяговая подстанция, кроме тяговой нагрузки, служит также промежуточным звеном в системе электроснабжения нетяговых потребителей. В частности, от шин РУ-10 кВ, помимо тяговой нагрузки, получают питание нетяговые потребители, расположенные в непосредственной близости от подстанции. Как правило, это линейные предприятия железнодорожного транспорта, локомотиво- и вагоноремонтные заводы, а также предприятия, для которых получение электроэнергии от тяговых подстанций экономически более выгодно, чем от районных подстанций.
Линии продольного электроснабжения, также получающие питание от шин 10 кВ, обеспечивают электроэнергией удаленные нетяговые потребители, расположенные вдоль перегонов на расстоянии до 30 км от железной дороги. Электроснабжение таких объектов осуществляется через комплектные трансформаторные подстанции, понижающие напряжение до 0,4 кВ и передающие электроэнергию потребителям по кабельным линиям.
Кроме этого, тяговая подстанция выполняет комплекс мероприятий по обеспечению безопасности движения поездов, связанный с электроснабжением устройств СЦБ, которые представляют собой потребители первой категории.
Для таких устройств предусмотрено обязательное резервирование питания, что достигается на перегонах следующим образом. Основное питание сигнальные точки автоблокировки и другие устройства СЦБ получают по воздушным линиям СЦБ, расположенным вдоль перегонов на отдельно стоящих опорах на расстоянии 6-10 м для уменьшения воздействия электромагнитного поля, создаваемого контактной сетью. ВЛ СЦБ запитывается от шин 0.4 кВ и изолируется от системы внешнего электроснабжения трансформатором собственных нужд, который подключается к шинам 10 кВ и служит, помимо этого, для обеспечения потребностей подстанции в освещении, отоплении, а также для питания электроинструмента при ремонтных и профилактических работах.
Резервирование питания устройств СЦБ осуществляется через линии продольного электроснабжения, к которым подключаются резервные трансформаторы сигнальных точек автоблокировки (СТА).
Контрольные вопросы:
Какие системы тягового электроснабжения используются в Российской Федерации?
Какие достоинства и недостатки имеются у различных систем тягового электроснабжения?
Каким образом осуществляется питание тягового подвижного состава в СТЭ постоянного тока?
Каким образом осуществляется питание нетяговых потребителей, в том числе устройств СЦБ в СТЭ постоянного тока?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Рекомендуемые источники информации:
Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения. Справочник, учебное пособие. – М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2006.
Почаевец В.С. Электрические подстанции. – М.: УМЦ ЖДТ, 2012.
Звездкин М.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог.- М.: Транспорт,1985
7.2 Практическая работа 2
Изучение системы тягового электроснабжения
однофазного переменного тока
Цель работы: изучить упрощенную схему электроснабжения участка
железной дороги, электрифицированного на переменном токе
25 кВ, определить пути прохождения тягового тока по элементам
схемы, а также способы питания нетяговой нагрузки
Формируемые компетенции: ПК 1.1, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Порядок выполнения работы:
1. Указать достоинства и недостатки системы тягового электроснабжения (СТЭ) переменного тока 25 кВ.2. Начертить упрощенную схему СТЭ переменного тока 25 кВ.3. Определить пути прохождения тяговых токов по элементам схемы.
4. Дать описание видов нетяговой нагрузки и способов их питания.
5. Сделать вывод.
Методические указания по выполнению
практической работы 2
Для ответа на поставленные вопросы необходимо проработать конспект лекций, изучить соответствующие разделы предложенной литературы, а также нижеприведенные краткие теоретические сведения
Система тягового электроснабжения однофазного переменного тока 25 кВСистема тягового электроснабжения однофазного переменного тока напряжением 25 кВ (рисунок 2) так же, как и система постоянного тока, чаще всего получает питание от трехфазных воздушных линий электропередач напряжением 110, 220 кВ. Открытое распределительное устройство 110(220) кВ передает электроэнергию на трехобмоточные трансформаторы, которые имеют две ступени трансформации: для питания нетяговых потребителей непосредственно от шин тяговой подстанции – 35 или 10 кВ, и для питания тяговой нагрузки и вспомогательных устройств – 27,5 кВ.Фидеры контактной сети получают питание от фаз А и В распределительного устройства 27,5 кВ, причем питание производится по разным плечам подстанции. Фаза С соединяется с рельсовой цепью отсасывающей линией и заземляется через контур заземления подстанции. Для предотвращения межфазного замыкания при смене фаз в контактной сети устанавливается нейтральная вставка.
Собственные нужды подстанции обеспечиваются через трансформатор собственных нужд, который также подключается к шинам РУ-27,5 кВ и понижает напряжение до 0.4 кВ.Основное электроснабжение устройств СЦБ происходит аналогично питанию по системе постоянного тока – через повышающий трансформатор СЦБ электроэнергия поступает на ВЛ СЦБ, от которой запитываются линейные трансформаторы сигнальных точек автоблокировки.
Резервирование питания устройств СЦБ и питание удаленных нетяговых потребителей резко отличается от электроснабжения по системе постоянного тока. Это связано с тем, что продольное электроснабжение в данном случае выполняется по так называемой системе ДПР – «два провода – рельс». Два линейных провода этой системы получают питание от фаз А и В распределительного устройства 27,5 кВ подстанции, а в качестве третьей фазы используется рельс. Резервные однофазные трансформаторы сигнальных точек автоблокировки в этом случае подключаются поочередно к одной из фаз и рельсу.
Отбор мощности для питания нетяговых потребителей выполняется с помощью комплектных трансформаторных подстанций, которые могут выполняться в трехфазном или однофазном исполнении.
Рисунок 2 – Принципиальная схема питания электрифицированного участка железной дороги переменного тока напряжением в контактной сети 25 кВ, частотой 50 Гц
Контрольные вопросы:
Какие достоинства и недостатки имеются у системы тягового электроснабжения переменного тока с номинальным напряжением в контактной сети 25 кВ?
Каким образом осуществляется питание тягового подвижного состава в СТЭ переменного тока 25 кВ?
Каким образом осуществляется питание нетяговых потребителей, в том числе устройств СЦБ в СТЭ переменного тока 25 кВ?
Чем отличается питание нетяговой нагрузки в СТЭ переменного тока 25 кВ от СТЭ постоянного тока?
Что является аналогом линий продольного электроснабжения СТЭ постоянного тока в СТЭ переменного тока?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Рекомендуемые источники информации:
Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения. Справочник, учебное пособие. – М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2006.
Почаевец В.С. Электрические подстанции. – М.: УМЦ ЖДТ, 2012.
Звездкин М.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог.- М.: Транспорт,1985
7.3 Практическая работа 3
Изучение системы тягового электроснабжения
переменного тока 2х25 кВЦель работы: изучить упрощенную схему электроснабжения участка железной
дороги, электрифицированного на переменном токе по системе
2х25 кВ, определить пути прохождения тягового тока по
элементам схемы, а также способы питания нетяговой нагрузки
Формируемые компетенции: ПК 1.1, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Порядок выполнения работы:
1. Указать достоинства и недостатки системы тягового электроснабжения (СТЭ) переменного тока 2х25 кВ.2. Начертить упрощенную схему СТЭ переменного тока 2х25 кВ.3. Определить пути прохождения тяговых токов по элементам схемы.
4. Дать описание видов нетяговой нагрузки и способов их питания.
5. Сделать вывод.
Методические указания по выполнению
практической работы 3
Для ответа на поставленные вопросы необходимо проработать конспект лекций, изучить соответствующие разделы предложенной литературы, а также нижеприведенные краткие теоретические сведения.
Система тягового электроснабжения однофазного переменного тока напряжением 2х25 кВВ настоящее время по системе однофазного переменного тока напряжением 2х25 кВ в России электрифицировано около двух тысяч километров Московской, Горьковской железных дорог, а также Северного широтного хода (современное название Байкало-Амурской магистрали). Система относится к трехпроводным системам электроснабжения, используемым также в Японии, США, Франции, Нидерландах, Бельгии и Китае для электроснабжения высокоскоростного подвижного состава.
Система передачи электроэнергии подвижному составу существенно отличается от используемой в системе 25 кВ. Это связано с тем, что контактная сеть не только подводит электроэнергию к электроподвижному составу, но и служит в качестве ЛЭП для автотрансформаторных пунктов.
Контактная подвеска в системах электроснабжения 2х25 кВ включает в себя питающий провод, который выступает, помимо основного назначения, как проводящий экран, снижая тем самым влияние на смежные линии. Кроме того, повышение напряжения в питающих проводах позволяет уменьшить потери напряжения и мощности, не меняя при этом напряжения на электроподвижном составе.
Расстояние между тяговыми подстанциями при такой системе увеличивается до 70 – 80 км. Однако необходимость установки промежуточных автотрансформаторных пунктов на перегонах приводит к увеличению эксплуатационных затрат на их обслуживание, а также на обслуживание более сложной контактной сети. Применение системы тягового электроснабжения 2х25 кВ наиболее целесообразно на участках с грузонапряженным оборотом и высокоскоростным движением.
Рассмотрим схему электроснабжения переменного однофазного тока 2х25 кВ (рисунок 3). Электроэнергия поступает на распределительное устройство 110 кВ, от шин которого питаются однофазные тяговые трансформаторы с двумя вторичными обмотками напряжением 27,5 кВ. Обмотки имеют устройства регулировки под нагрузкой и включаются последовательно. Общий вывод обмоток соединяется с контуром заземления подстанции и с рельсами, а крайние выводы подключаются к четырем шинам распределительного устройства 55 кВ.
Рисунок 3 - Схема питания электрифицированного участка железной дороги по системе тягового электроснабжения переменного тока 2 × 25 кВ:
1 – понизительные трансформаторы подстанции №1 и 2 (однофазные) 220/25 кВ; 2 – линейные автотрансформаторы 50/25 кВ мощностью 16 мВ∙А, устанавливаемые между подстанциями через 10 – 20 км; 3 – подключение рельсов в средней точке понизительного трансформатора и линейного автотрансформатора (ЛАТ); 4 – поток мощности при U = 50 кВ; 5 – при U = 25 кВ; 6 – электровоз
От двух шин РУ-55 кВ (К1 и К2) получают питание два плеча контактной сети, а две другие (П1 и П2) соединяют с питающими проводами этих плеч, размещенными на опорах контактной сети. Таким образом, шины контактной сети и питающего провода оказываются по отношению к земле и рельсовой цепи под напряжением 27,5 кВ, а между собой – под напряжением 50 кВ.
Передача электроэнергии на таком напряжении позволяет получить значительное снижение потерь в контактной сети. Еще одним существенным отличием от других систем является наличие на перегонах автотрансформаторных пунктов.
Средняя точка автотрансформаторов, установленных на этих пунктах, соединена с рельсом и позволяет получить на электроподвижном составе номинальное напряжение 25 кВ. При движении состава по перегону автотрансформаторы по очереди принимают нагрузку на себя. Питающий провод выполняет в этой системе задачу возврата тягового тока на подстанцию и обеспечивает экранирование от опасного и мешающего электромагнитного влияния на линии, проходящие вдоль железнодорожного пути.
От шин РУ-55 кВ, помимо тяговой нагрузки, получают питание такие же нетяговые потребители, как и в других системах: устройства СЦБ, трансформаторы собственных нужд, удаленные потребители (по линии ДПР).
Принцип их электроснабжения не принципиально не отличается от питания по системе 25 кВ, за исключением того, что они подключаются к шинам с номинальным напряжением 55 кВ. Близлежащие нетяговые потребители могут при этом получать питание либо от шин 110 кВ через отдельные трансформаторы, либо через обмотку трехобмоточного трансформатора.
Контрольные вопросы:
Какие достоинства и недостатки имеются у системы тягового электроснабжения переменного тока с номинальным напряжением в контактной сети 2х25 кВ?
Каким образом осуществляется питание тягового подвижного состава в СТЭ переменного тока 2х25 кВ?
Каким образом осуществляется питание нетяговых потребителей, в том числе устройств СЦБ в СТЭ переменного тока 2х25 кВ?
Чем отличается питание нетяговой нагрузки в СТЭ переменного тока 2х25 кВ от СТЭ переменного тока 25 кВ?
Чем отличается путь протекания тягового тока по элементам схемы в СТЭ переменного тока 2х25 кВ от СТЭ переменного тока 25 кВ?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Рекомендуемые источники информации:
Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения. Справочник, учебное пособие. – М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2006.
Почаевец В.С. Электрические подстанции. – М.: УМЦ ЖДТ, 2012.
Звездкин М.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог.- М.: Транспорт,1985
7.4 Практическая работа 4
Устройство тяговой подстанции постоянного тока
Цель работы: изучить схемы распределительных устройств (РУ) тяговых
подстанций постоянного тока, а также основного оборудования,
используемого на этих подстанциях
Формируемые компетенции: ПК 1.1, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Порядок выполнения работы:
1. Привести классификацию тяговых подстанций.
2. Дать определение распределительного устройства.
3. Изучить схему и описать оборудование, входящее в состав РУ-110 кВ*.
4. Изучить схему РУ-3,3 кВ и описать работу распределительного устройства постоянного тока и оборудования, входящего в его состав*.
5. Сделать вывод.
*Примечание: данная работа является коллективной, что предполагает разбивку учебной группы на подгруппы, состоящие из 4 человек, каждый из которых выполняет заданный объем руководителем подгруппы (назначаемого преподавателем). В отчете каждый из подгруппы описывает не все оборудование, а только заданное руководителем.
Методические указания по выполнению
практической работы 4
Для ответа на поставленные вопросы необходимо проработать конспект лекций, изучить соответствующие разделы предложенной литературы, а также нижеприведенные краткие теоретические сведения
Классификация тяговых подстанций
Основным элементом системы тягового электроснабжения является тяговая подстанция, которая представляет собой разновидность электрической трансформаторной подстанции и предназначена для получения, преобразования и передачи в контактную сеть, а также нетяговым потребителям, электроэнергии.
Тяговые подстанции классифицируются по следующим основным признакам:
- по способу присоединения к системе внешнего электроснабжения;
- по роду тока и системе тяги;
- по способу обслуживания;
- по способу управления;
- по мобильности.
По способу присоединения к системе внешнего электроснабжения тяговые подстанции подразделяются на опорные, промежуточные и концевые (тупиковые). Промежуточные, в свою очередь, делятся на проходные (транзитные) и ответвительные (отпаечные).
Опорные подстанции имеют не менее трех вводов и осуществляют основной транзит мощности от системы внешнего электроснабжения в тяговую сеть электрифицированного участка.
Проходные (транзитные) подстанции включаются в рассечку питающей линии, которая может располагаться как на одноцепных, на и на двухцепных опорах.
Ответвительные (отпаечные) подстанции получает питание по двухцепной линии при помощи ответвлений (отпаек). При этом между двумя транзитными подстанциями может располагаться только одна отпаечная подстанция.
Концевые (тупиковые) подстанции питаются по двухцепным линиям от ближайшей тяговой или районной подстанции.
По роду тока и системе тяги тяговые подстанции делятся на подстанции постоянного тока, переменного тока системы 25 кВ, системы переменного тока 2х25 кВ и стыковые подстанции постоянно-переменного тока.
Подстанции постоянного тока в свою очередь классифицируются по типу установленных на них преобразователей и по количеству ступеней трансформации. По первому признаку их делят на выпрямительные и выпрямительно-инверторные, а по второму – на одноступенчатые с первичным напряжением 6, 10 или 35 кВ и двухступенчатые с первичным напряжением 110 и 220 кВ.По способу обслуживания различают подстанции с постоянным дежурным персоналом, без дежурного персонала и подстанции с дежурством на дому.
Подстанции с постоянным дежурным персоналом находятся под наблюдением круглосуточно. Как правило, такой вид обслуживания применяется на крупных опорных подстанциях.
Подстанции без дежурного персонала обслуживаются централизованно с другими такими же подстанциями. В случае возникновения нештатных ситуаций их решением занимается оперативно-выездная бригада.
Подстанции с дежурством на дому отличаются от остальных тем, что дежурный персонал находится во время смены дома, где имеются энергодиспетчерская связь и сигнализация, которая срабатывает во время перегрузок или автоматического отключения оборудования. В этом случае дежурный персонал должен немедленно прибыть на подстанцию.
По способу управления подстанции бывают нетелеуправляемые и телеуправляемые.
Наличие телеуправления на подстанции позволяет контролировать и управлять ее работой дистанционно с диспетчерского пульта.
По мобильности подстанции делятся на стационарные и передвижные.
Стационарные тяговые подстанции представляют собой капитальные сооружения, устанавливаемые в определенных местах электрифицированных участков, в соответствии с технико-экономическими расчетами.
Передвижные тяговые подстанции предназначены для питания тяговой сети в случае выхода из строя стационарных подстанций, при необходимости произвести на них работы по реконструкции, а также при увеличении тяговой нагрузки в периоды пиков перевозок. Как правило, такие подстанции эксплуатируются без постоянного дежурного персонала.
Распределительные устройства
Распределительное устройство (РУ) — электроустановка, служащая для приёма и распределения электрической энергии.
Распределительное устройство содержит набор коммутационных аппаратов, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства релейной защиты и автоматики и средства учёта и измерения.
Классификация распределительных устройств:
- по месту расположения:
- - открытые распределительные устройства (ОРУ) — распределительные устройства, у которых силовые проводники располагаются на открытом воздухе без защиты от воздействия окружающей среды. Обычно в виде ОРУ выполняются распределительные устройства на напряжение от 27,5 кB.
- - закрытые распределительные устройства (ЗРУ) — распределительные устройства, оборудование которых устанавливается в закрытых помещениях, либо защищено от контакта с окружающей средой специальными кожухами (в т. ч. в шкафах наружного исполнения КРУН). Обычно такие распределительные устройства применяют на напряжения до 35 кB.
- по выполнению секционирования:
- - РУ с одной секцией сборных шин;
- - РУ с двумя и более секциями;
- - РУ с секционированием сборных шин и обходным устройством;
- - РУ с двумя секциями сборных шин и обходным устройством;
- по числу систем сборных шин:
- - с одной системой сборных шин;
- - с двумя системами сборных шин;
- по структуре схемы:
- - радиального типа;
- - кольцевого типа.
Распределительное устройство 110 кВРаспределительное устройство 110 кВ состоит из двух рабочих секций шин и одной обходной (рисунок 4). Первая секция шин получает питание по высоковольтному воздушному вводу от линии электропередач 110 кВ. Основным элементом ввода является высоковольтный выключатель Q, который снабжается с двух сторон разъединителями QS с заземляющими ножами для создания видимого разрыва цепи и обеспечения безопасности персонала при выполнении ремонтных и профилактических работ. Трансформаторы тока ТА, к которым подключается аппаратура для контроля за токами короткого замыкания и отключения выключателя при аварийных ситуациях, чаще всего выполняют встроенными в выключатель. Аналогично получает питание вторая секция шин.
Между собой секции соединены секционным выключателем, что позволяет выводить выключатель ввода в ремонт, не прекращая питания самой секции. Секционный выключатель также снабжается разъединителями и трансформаторами тока.
Питание через обходную секцию шин также применяется при ремонтных и профилактических работах.
От первой и второй секций шин получают питание:
- тяговые трансформаторы (при системе электроснабжения 25 кВ) или понижающие трансформаторы преобразовательных агрегатов (при системе постоянного тока 3 кВ);
- измерительные трансформаторы напряжения.
Все трансформаторы защищаются от атмосферных и коммутационных перенапряжений с помощью разрядников или ограничителей перенапряжения FV, а также от токов короткого замыкания с помощью релейной защиты, которая питается от вторичных цепей трансформаторов тока TA.
Распределительное устройство постоянного тока 3,3 кВРаспределительное устройство постоянного тока 3,3 кВ (рисунок 5) выполняется с двумя основными шинами – рабочей, имеющей положительную полярность, и минусовой шиной, а также с запасной плюсовой шиной. При этом минусовая шина не секционируется, а рабочая и запасная состоят из трех секций. Первая и третья секции, напряжение на которые подается от преобразовательных агрегатов, предназначены для питания фидеров контактной сети, ко второй подключаются разрядник для ограничения волны коммутационных перенапряжений, сглаживающее устройство, уменьшающее пульсации выпрямленного тока, и запасной выключатель, в ячейку которого устанавливается разъединитель для плавки гололеда.
Контрольные вопросы:
По каким признакам классифицируются тяговые подстанции?
Что такое распределительное устройство, какие основные элементы существуют у любого распределительного устройства?
Каков принцип действия автоматического быстродействующего выключателя постоянного тока?
С помощью каких устройств осуществляется защита оборудования подстанции от перенапряжений?
Какие устройства контролируют появление токов короткого замыкания?
Каков принцип действия устройства плавки гололеда?
Для чего предназначено и как работает сглаживающее устройство?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Рекомендуемые источники информации:
Чиркова Т.В., Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К. Электрооборудование электрических станций и подстанций. Учебник для студентов учреждений СПО. – М.: Академия, 2010.
Почаевец В.С. Электрические подстанции. – М.: УМЦ ЖДТ, 2012.
7.5 Практическая работа 5
Изучение оборудования распределительных устройств тяговых подстанций переменного тока
Цель работы: изучить схемы распределительных устройств (РУ)
тяговых подстанций переменного тока, а также
основного оборудования, используемого на этих
подстанциях.
Формируемые компетенции: ПК 1.1, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Порядок выполнения работы:
1. Изучить схему и описать оборудование, входящее в состав РУ-10 (35) кВ.2. Изучить схему РУ-27,5 кВ и описать работу распределительного устройства переменного тока.
3. Изучить принцип действия оборудования тяговой подстанции переменного тока*.
4. Сделать вывод.
*Примечание: данная работа является коллективной, что предполагает разбивку учебной группы на подгруппы, состоящие из 4 человек, каждый из которых выполняет заданный объем руководителем подгруппы (назначаемого преподавателем). В отчете каждый из подгруппы описывает не все оборудование, а только заданное руководителем.
Методические указания по выполнению
практической работы 5
Для ответа на поставленные вопросы необходимо проработать конспект лекций, изучить соответствующие разделы предложенной литературы, а также нижеприведенные краткие теоретические сведения
Распределительное устройство 35 (10) кВРаспределительное устройство 35 кВ используется на тяговых подстанциях переменного тока, осуществляющих питание электроподвижного состава по системе 25 кВ. В некоторых случаях вместо РУ-35 кВ сооружается РУ-10 кВ того же назначения. Шины РУ-35 (10) кВ получают электроэнергию от обмоток среднего напряжения тяговых трансформаторов и питают, как правило, нетяговые потребители, находящиеся в непосредственной близости от подстанции.
Распределительное устройство 10 кВ, применяемое на подстанциях постоянного тока, помимо питания нетяговых потребителей, расположенных рядом с подстанцией, служит также для питания линий продольного электроснабжения и системы собственных нужд подстанции.
Конструктивно РУ-35 (10) кВ (рисунок 6) представляет собой две секции шин, получающих питание от понижающих трансформаторов РУ-110 (220) кВ. Для обеспечения электроэнергией устройств защиты и автоматики предусмотрено присоединение к шинам РУ-10 кВ трансформаторов напряжения, снабженных разрядниками или ОПН и предохранителями.
Защита от токов короткого замыкания осуществляется аппаратурой, подключенной к трансформаторам тока, устанавливаемых вместе с выключателями.
Рисунок 6 – Распределительное устройство 35 кВРаспределительное устройство 27,5 кВРаспределительное устройство 27,5 кВ (рисунок 7) является основным устройством тяговой подстанции переменного тока, осуществляющей электроснабжение подвижного состава по системе 25 кВ.
Для обеспечения заданного напряжения в контактной сети напряжение на шинах подстанции предусматривается на 10% выше номинального, то есть 27,5 кВ.
Две фазы распределительного устройства (А и В) секционируются, а третья (С) не секционируется и соединяется с контуром заземления подстанции и отсасывающим фидером.
Секции получают питание от тяговых трансформаторов РУ-110 кВ через высоковольтные выключатели, снабженные трансформаторами тока и разъединителями с заземляющими ножами.
Кроме того, к секциям подключаются трансформаторы напряжения. Каждая секция обеспечивает электроснабжение фидеров контактной сети, при этом соблюдается очередность подключения фаз: например, первая секция шин обеспечивает электроснабжение от фазы А (питает левое плечо подстанции), а вторая – от фазы В (питает правое плечо подстанции).
Как уже говорилось выше, от шин 27,5 кВ также запитываются трансформаторы собственных нужд подстанции и линии продольного электроснабжения, выполненные по системе «два провода – рельс».
Кроме рабочих шин, в распределительном устройстве 27,5 кВ имеется запасная шина, которая может получать питание через запасной выключатель 27,5 кВ либо от фазы А, либо от фазы В. Запасная шина предназначена для бесперебойного электроснабжения фидеров контактной сети.
Предусмотрена также возможность снабжения электроэнергией одной из секций от другой при необходимости проведения работ на одном из вводов распределительного устройства.
Высоковольтные выключатели переменного тока
Высоковольтным выключателем называется коммутационный аппарат, предназначенный для произведения оперативных включений и отключений электрических аппаратов и электрооборудования в электрических сетях в нормальном и аварийном режимах работы. Высоковольтные выключатели являются основными коммутационными аппаратами, поэтому к ним предъявляются достаточно высокие требования:
- безопасность для обслуживающего персонала;
- надежность и безотказность;
- быстродействие (время срабатывания должно определяться сотыми долями секунды);
- простота конструкции и монтажа;
- высокая ремонтопригодность.
Кроме того, выключатели должны многократно выполнять коммутационные операции и выдерживать кратковременные динамические и термические воздействия.
Основными элементами любого высоковольтного выключателя являются контактная система с токоведущими частями, устройство для гашения дуги, привод и изоляционная конструкция.
Главным классификационным признаком высоковольтных выключателей является среда гашения дуги, возникающей при расхождении контактов и представляющей опасность как для персонала, так и для оборудования. По этому признаку выключатели делятся на воздушные, масляные, вакуумные и элегазовые. Как известно, электрическую дугу можно погасить с помощью ее удлинения, охлаждения, дробления и деионизации. В современных высоковольтных выключателях чаще всего используют комбинированное гашение дуги, сочетая два или несколько способов, что позволяет ускорить этот процесс.
В воздушных выключателях сжатый воздух (от 4 до 60 атм) используется как для гашения дуги, так и для управления выключателем. Поток сжатого воздуха, направленный на контакты, вызывает удлинение и интенсивный теплообмен, в результате чего дуга растягивается, охлаждается и электрическая прочность промежутка достаточно быстро восстанавливается. Электропневматические приводы воздушных выключателей, также управляемые сжатым воздухом, позволяют выполнять включение, отключение, управление тягами и другие механические операции. Конструктивные элементы воздушных выключателей могут отличаться друг от друга, но все они имеют дугогасительные устройства, устройства для создания промежутка при размыкании контактов, изоляционные элементы, компрессоры и резервуары для сжатого воздуха (рисунок 8). Дугогасительные устройства воздушных выключателей могут быть выполнены с одним или несколькими разрывами цепи, с продольным или поперечным дутьем (рисунок 9). Все они имеют главные и дугогасительные контакты. Первыми отключаются главные контакты, после чего размыкаются дугогасительные контакты в камере, где и гасится дуга. Так как после гашения давление в дугогасительной камере приблизится к атмосферному, изоляционная прочность промежутка снизится и дуга может загореться вновь, на многих выключателях последовательно с контактами устанавливаются отделители, обеспечивающие надежное электрическое разделение токоведущих частей.
Основными достоинствами воздушных выключателей являются их пожаро- и взрывобезопасность, легкий доступ к контактной системе, быстродействие, возможность быстрого срабатывания системы АПВ. Однако на железнодорожном транспорте их применение ограничено эксплуатируемыми выключателями, а при реконструкции и проектировании предпочтение отдается элегазовым выключателям. Это связано с такими существенными недостатками воздушных выключателей, как необходимость в установке компрессорной станции, высокая стоимость и сложность конструкции некоторых узлов.
Рисунок 8 - Принципиальная схема воздушного выключателя
на напряжение до 35 кв:
1 — резервуар со сжатым воздухом; 2 — дутьевой клапан; 3 — электромагнит; 4 — воздухопровод; 5 — дугогасительная камера; 6 — поршень; 7, 8 — контакты; 9 — отводные каналы; 10 — цилиндр; 11 — поршень; 12, 13 — контакты отделителя; 14 — воздухопровод; 15 — клапан; 16 — электромагнит.
Рисунок 9 - Воздушный выключатель с закрытым отделителем
на напряжение свыше 110 кв:
а — принципиальная схема воздушного выключателя; б — схема гашения дуги; 1 — дугогасительная камера; 2 — цилиндр привода; 3 — подвижный контакт; 4 — неподвижный контакт; 5 — колпачок; 6 — отверстия в колпачке; 7 — поршень.
Масляные включатели используют в качестве среды для гашения дуги трансформаторное масло, обладающее хорошими электроизоляционными характеристиками и высокой теплоемкостью. Процесс гашения дуги в масле, сопровождающийся высокой температурой, приводит к закипанию масла и переходу его в газообразное состояние. Вокруг ствола дуги образуется так называемый «газовый пузырь», в основном состоящий из водорода, который не только не поддерживает горения, но и имеет высокий коэффициент теплопроводности. Использование интенсивного дутья и повышение давления в «пузыре» до 8-10 МПа позволяет погасить дугу в очень короткий промежуток времени.
Масляные выключатели, в которых масло используется только для гашения дуги и изоляции одного полюса называются маломасляными или малообъемными. Выключатели, в которых масло, кроме дугогашения, изолирует токоведущие части от заземленного бака, называются баковыми или многообъемными.
Маломасляные (малообъемные) выключатели выполняются, как правило, трехполюсными с общим приводом (рисунок 10).
Рисунок 10 - Конструктивные схемы маломасляных выключателей
с одним разрывом цепи:
1 - подвижный контакт; 2 – дугогасительная камера; 3 – неподвижный контакт
Каждый полюс представляет собой фарфоровый цилиндр, служащий изоляционной конструкцией, внутри которого находятся подвижный и неподвижный контакты, расположенные внутри дугогасительной камеры. При необходимости отключения больших токов предусматривается наличие двух разрывов (рисунок 11). Дугогасительная камера маломасляного выключателя имеет специальные устройства поперечного дутья, что обеспечивает быстрое гашение дуги.
Рисунок 11 - Конструктивные схемы маломасляных выключателей с двумя разрывами цепи:
1-подвижный контакт; 2 - дугогасительная камера; 3 - неподвижный контакт;
4 - рабочие контакты
Баковые (многообъемные) выключатели представляют собой стальной бак с маслонаполненными вводами, внутри которого находится дугогасительное устройство с двумя парами контактов. Масло в них служит не только средой для гашения дуги, но и эффективно изолирует части, находящиеся под напряжением, от бака. В выключателях на напряжение 6 (10) кВ (рисунок 12) применяется простейшая схема дугогашения с двумя разрывами цепи без специальных дугогасительных устройств.
При срабатывании привода, преобразующего вращательное движение вала в поступательное движение подвижных медных торцевых контактов, образуется двойная дуга, которая гасится в основном за счет автодутья, создаваемого газами при разложении масла.
Рисунок 12 – Баковый масляный выключатель ВМБ-10:
1 — бак, 2 — изоляция бака, 3 — фарфоровые изоляторы; 4 — токоведущий стержень; 5 — прилив; 6 — неподвижный контакт; 7 — винт; 8 — пробка, закрывающая отверстия для заполнения бака маслом; 9 — вал выключателя; 10 — крышка; 11 — вилка для соединения выключателя с приводом, 12 — уплотняющая прокладка; 13 — обод; 14 — пружина; 15 — дно бака; 16 — пробка отверстия для спуска масла; 17 — шпилька; 18 — подвижные контакты; 19 — указатель уровня масла
В выключателях на напряжение 35, 110 кВ и выше каждая фаза выключателя находится в отдельном баке, при этом все три полюса и привод монтируются на одном каркасе (рисунок 13). Выключатели этого типа оборудуются двумя специальными дугогасительными камерами. При отрыве подвижных контактов от неподвижных между ними возникает электрическая дуга, которая разлагает и испаряет масло, создавая в верхней части камеры повышенное давление. По мере движения контактов вниз, они открывают поперечные каналы, которые создают интенсивное дутье, за счет которого дуга зигзагообразно удлиняется, активно деионизируется и в конечном итоге гаснет.
Рисунок 13 - Баковый масляный выключатель на 35 кВ:1 — муфта для прохода кабеля; 2 — шкаф с приводом; 3 —- ввод; 4 — масло указатель; 5 — каркас; 6 — лебедка; 7 — болт заземления;
Масляные выключатели – это одни из самых первых высоковольтных выключателей в нашей стране. Большой опыт их эксплуатации, высокая надежность, невысокая стоимость трансформаторного масла, являются, безусловно, одними из главных достоинств этих выключателей. Однако они обладают и значительными недостатками, такими как повышенная взрыво- и пожароопасность, необходимость очистки и доливки масла, особенно в малообъемных выключателях, большие габариты у баковых выключателей, сложности обслуживания при дальнейшем повышении класса напряжения. Все эти недостатки привели к тому, что в настоящее время предпочтение отдается элегазовым и вакуумным выключателям.
Элегазовые выключатели используют в качестве среды для гашения дуги элегаз (сокращенное название электрического газа, предложенное в 1947 г. советским физиком Б.Гохбергом), представляющий собой химическое соединение – гексофторид серы, часто называемый шестифтористой серой. Это вещество было выбрано из ряда подобных за свою способность «захватывать» и удерживать в почти неподвижном состоянии электроны. Благодаря этой особенности создаются тяжелые, медленно разгоняющиеся в электрическом поле, отрицательные ионы.
Кроме того, элегаз обладает высокой теплоемкостью, а значит, способностью эффективно охлаждать образующуюся дугу. Применение элегаза не наносит ущерба окружающей среде, так как он нетоксичен. Кроме того, элегаз, представляющий собой инертный газ, не вступает в соединение с кислородом и водородом, а также негорюч.
Основным недостатком элегаза является его переход в жидкое состояние уже при нулевой температуре и давлении в 1,25 МПа. Для устранения этого недостатка приходится применять подогрев и создавать низкое давление в камере выключателя. С этим же связано и применение принудительного продольного автоматического дутья (рисунок 14). Гашение дуги производится неподвижным 1 и подвижным 2 контактами. Вместе с подвижным контактом 2 при отключении перемещаются сопло 3 из фторопласта, перегородка 5 и цилиндр 6, поршень 4.
Рисунок 14– Гашение дуги в элегазе
Дугогасительная камера элегазового выключателя состоит из неподвижных контакта и поршня, а также из подвижного контакта, перемещающегося вместе со специальным соплом и цилиндром. При этом элегаз, находящийся между перегородкой и неподвижным поршнем, сжимается и через специальные отверстия под давлением устремляется, проходя через сопло, вдоль дуги, активно охлаждая ее и деионизируя.
В вакуумных выключателях, пришедших на смену масляным и воздушным, используется принцип гашения дуги, основанный на том, что в высоком (глубоком) вакууме длина свободного пробега частиц составляет несколько сот метров, что во много раз превышает расстояние между контактами. Образование заряженных частиц при соударении, так называемая ударная ионизация, в вакууме тоже практически невозможна. Следовательно, практически нет условий для горения дуги после перехода тока через нулевое значение.
Конструктивно вакуумный выключатель представляет собой конструкцию из трех дугогасительных камер (рисунок 15), каждая из которых состоит из стеклокерамического несущего цилиндра, двух торцевых стальных фланцев, верхнего неподвижного и нижнего подвижного контакта, выполненных из меди с нанесением на соприкасающиеся части покрытия из дугостойких металлов – молибдена, сурьмы, сплавов меди с висмутом, железом или специальной металлокерамики. Такое покрытие препятствует свариванию контактов, повышает их долговечность.
Рисунок 15 - Устройство вакуумной камеры:
1 - стеклокерамическая оболочка; 2 - стальные торцевые фланцы; 3 – неподвижный медный контактный стержень; 4 – подвижный медный контактный стержень; 5 -электроды; 6 - стальной ребристый сильфон, 7, 8, 9 - экраны
Основными достоинствами вакуумных выключателей являются быстродействие (время срабатывания 25-40 мс), высокая надежность, полная взрыво- и пожаробезопасность, низкие эксплуатационные затраты, износостойкость и бесшумность, а также экологичность. Основным недостатком является его высокая стоимость и сложность производства вакуумных камер, а также возможность появления коммутационных перенапряжений при отключении небольших индуктивных токов нагрузки.
Разъединители
Разъединителем называется устройство, предназначенное для создания видимого разрыва электрической цепи в целях безопасности при проведении ремонтных и профилактических работ. В некоторых цепях, по которым протекают малые токи, разъединителями допускается выполнять также коммутационные операции. В остальных случаях разъединители должны включаться и отключаться только при отсутствии тока нагрузки, так как они не имеют дугогасительных устройств. Разъединители могут также использоваться для секционирования шин в распределительных устройствах.
Разъединители принято классифицировать по следующим признакам:
- по месту установки;
- по числу полюсов;
- по конструктивному исполнению;
- по наличию заземляющих ножей.
По месту установки различают разъединители внутренней и наружной установки. Разъединители внутренней установки (рисунок 16) предназначены для использования внутри помещений на напряжение не выше 35 кВ и управляются рычажным ручным или двигательным приводом. Разъединители наружной установки (рисунок 17) имеют гораздо большие габариты, так как они предназначены на более высокие напряжения, требующие повышения изоляционных свойств, и управляются электрическими и пневматическими приводами, в том числе дистанционно. Разъединители наружной установки, кроме того, должны иметь изоляцию, которая способна выдержать неблагоприятные атмосферные условия, и необходимую механическую прочность для работы в условиях гололеда.
Рисунок 16 – Разъединитель наружной установки
Рисунок 17 – Разъединитель внутренней установки
По числу полюсов разъединители изготавливаются двух типов: однополюсные и трехполюсные. Трехполюсные разъединители имеют три токопровода, закрепленных на одной раме с общим валом, и привод, с помощью которого происходит одновременное размыкание контактов. Однополюсные разъединители имеют только один токопровод и его применение целесообразно в однофазных цепях, так как установка трех однополюсных разъединителей в трехфазную цепь связана с трудностями не только при монтаже, но и при эксплуатации.
По конструктивному исполнению разъединители выпускаются вертикально-рубящего (рисунок 18) и горизонтально-поворотного (рисунок 19) типов. Разъединители вертикально-рубящего типа представляют собой конструкцию, состоящую из рамы с изоляторами, отрытой контактной системы, включающей в себя подвижные контактные ножи и неподвижные контакты, и привода. Включение и отключение разъединителей этого типа происходит в плоскости, перпендикулярной плоскости основания. Элементы контактной системы каждого полюса закрепляются на двух опорных изоляторах и управляются приводом при помощи тяги.
Рисунок 18 – Разъединитель вертикального-рубящего типа
Разъединители горизонтально-поворотного типа применяются, как правило, в открытых распределительных устройствах, так как им необходимо достаточно большое расстояние между полюсами для обеспечения изолирующего промежутка, особенно для разъединителей с одним ножом. Этот недостаток можно устранить, используя разъединитель с двумя полуножами. Кроме вышеперечисленных, промышленностью выпускаются разъединители пантографного и подвесного типа.
Рисунок 19 – Разъединитель горизонтально-поворотного типа
По наличию заземляющих ножей разъединители выпускаются с одним и двумя ножами, а также без заземляющих ножей. В первом случае в маркировке присутствует буква «З».
У разъединителей с заземляющими ножами на крайних изоляторах или на цоколе крепятся специальные пластины с контактами для заземляющих ножей При срабатывании основных контактов разъединителя происходит автоматическое замыкание заземляющих контактов. Чаще всего такие разъединители устанавливают со стороны снятого напряжения для безопасного ведения работ.
Измерительные трансформаторы
Для питания цепей управления и релейной защиты, устройства которых имеют малые габариты и не предназначены для включения их в цепь высокого напряжения, используются так называемые измерительные трансформаторы.
Измерительные трансформаторы позволяют применять одни и те же приборы со стандартными пределами измерения для определения различных напряжений и токов.
На первичную обмотку измерительных трансформаторов подается ток или напряжение данного участка цепи, а к вторичной подключаются измерительные приборы и реле защиты и управления. Вторичная обмотка в целях безопасности подлежит обязательному заземлению.
Измерительные трансформаторы принято делить на два класса: трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. В остальном классификация измерительных трансформаторов аналогична классификации силовых трансформаторов.
Трансформаторы тока (ТТ) позволяют применять устройства измерения, защиты и управления, номинальный ток которых не превышает 5 А. Первичная обмотка ТТ имеет гораздо меньше витков, чем вторичная, что позволяет получить на выходе значительное уменьшение тока (коэффициент трансформации ТТ может достигать сотен и даже тысяч единиц). В некоторых случаях первичная обмотка может отсутствовать, а ее эквивалентом служит токоведущая часть, вокруг которой замыкается магнитопровод с вторичной обмоткой. По такому принципу выполнены электроизмерительные клещи (рисунок 20). В остальных случаях первичная обмотка включается в рассечку контролируемой цепи, а вторичная соединяется последовательно с токовыми цепями измерительных приборов, приборов учета и реле защиты и автоматики. Существуют также трансформаторы постоянного тока, которые работают на принципе насыщения ферромагнитного сердечника, вследствие чего появляется зависимость среднего значения переменного тока во вспомогательной обмотке от величины протекающего по токоведущей части постоянного тока.
Рисунок 20 – Токоизмерительные клещи
При работе с трансформаторами тока необходимо обязательно следить за тем, чтобы его вторичная обмотка не оставалась разомкнутой. В этом случае на ней появляется большое напряжение холостого хода, которое может быть опасно для персонала. Для вывода в ремонт или замены оборудования, подключенного к ТТ, необходимо предварительно зашунтировать вторичную обмотку и только после этого приступать к работе.
Трансформаторы тока выполняются с литой смоляной, вязкой компаундной, бумажно-масляной, фарфоровой или элегазовой изоляцией.
Трансформаторы напряжения (ТН) используются на номинальное вторичное напряжение 100 В и их первичная обмотка содержит гораздо большее количество витков, что позволяет получить на вторичной обмотке низкое напряжение, безопасное для подключаемой аппаратуры. Первичная обмотка ТН включается в цепь параллельно нагрузке, а к вторичной присоединяют цепи напряжения измерительной, защитной и контролирующей аппаратуры (рисунок 21).
Рисунок 21 – Трансформатор напряжения
Трансформаторы напряжения выполняются с литой, масляной и сухой изоляцией.
Ограничители перенапряжений. Разрядники
В электрических цепях достаточно часто возникают перенапряжения. Их причиной могут быть атмосферные грозовые разряды, которые сопровождаются значительной ионизацией воздуха и снижением электрической прочности воздушных промежутков. Импульсные повышения напряжения, кроме того, могут возникать при коммутационных перенапряжениях. Для снижения их амплитуды на подстанциях используют специальные устройства. Они делятся на два основных класса: разрядники и ограничители перенапряжения.
Разрядником называется электрический аппарат, который предназначен для уменьшения амплитуды атмосферных, коммутационных или резонансных перенапряжений в электрических установках.
На подстанциях применяют два вида разрядников: вентильные и трубчатые.
В вентильных разрядниках используются вилитовые или тервитовые резисторы, имеющие нелинейную характеристику, и несколько искровых промежутков. Вилит (карбид кремния с нанесенной на него пленкой оксида кремния) обладает способностью изменять свое сопротивление в зависимости от протекающего тока. При его повышении сопротивление вилитовых дисков резко падает и волна перенапряжения уходит через заземление, снижая амплитуду напряжения до значений, достаточных для гашения дуги в пробитых искровых промежутках. Тервит (зерна карбида кремния, связующим элементом которых служит эмульсия глинозема в жидком стекле) обладает повышенной, по сравнению с вилитовой, термической стойкостью и пропускной способностью, а также еще большей нелинейностью сопротивления, и может ограничивать как внутренние коммутационные, так и внешние атмосферные перенапряжения большой амплитуды. Конструктивно вентильные разрядники состоят из фарфорового корпуса с фланцами для крепления, внутри которого находятся вилитовые или тервитовые кольца, несколько искровых промежутков и резисторы (рисунок 22) При появлении перенапряжения последовательно пробиваются искровые промежутки и через нелинейные резисторы, сопротивление которых резко уменьшилось, импульс тока замыкается на землю. Резисторы при этом ограничивают возникающие сопровождающие токи. Количество срабатываний разрядника фиксируется специальными регистраторами.
Рисунок 22 – Вентильный разрядник
Как правило, разрядники изготавливают либо для защиты от внутренних, либо от внешних перенапряжений. Однако существуют и комбинированные разрядники, в которых используют тервит. В таких разрядниках при внутренних перенапряжениях работают два нелинейных элемента НР1 и НР2 и один искровой промежуток ИП1, а при внешних пробивается и второй искровой промежуток ИП2, существенно уменьшая волну перенапряжения.
Одной из разновидностей вентильных разрядников служат магнитовентильные разрядники, в которых искровые промежутки снабжены постоянными магнитами, создающими при прохождении тока магнитное поле, которое заставляет дугу вращаться с достаточно высокой скоростью и сокращает время ее гашения.
Трубчатые разрядники предназначены в первую очередь для ограничения перенапряжений в электрических сетях. На подстанциях они применяются как вспомогательное средство защиты оборудования вместе с вентильными, ограничивая волну перенапряжения уже на подходе к электрическим аппаратам и снижая тем самым нагрузку на вентильных разрядниках, увеличивая надежность защиты изоляции при атмосферных грозовых разрядах.
Конструктивно трубчатые разрядники представляют собой трубку из винипласта, фибры или фибробакелита, внутри которой расположены металлические электроды, образующие внутренний искровой промежуток. Внешний искровой промежуток, изолирующий разрядник от постоянного контакта с токоведущей частью, образуют два стальных электрода, один из которых соединен с открытым металлическим наконечником, закрепленном на одном конце трубки (рисунок 23).
Принцип работы такого разрядника основан на том, что при набегании волны перенапряжения искровые промежутки пробиваются и между электродами образуется электрическая дуга. Высокая температура дуги приводит к интенсивному разложению материала трубки и выделению газов, образующих в трубке продольное дутье и последующее гашение дуги при переходе переменного тока через ноль. Срабатывание разрядника сопровождается выхлопом ионизированных газов. поэтому их необходимо устанавливать таким образом, чтобы в зоне выхлопа не оказались другие токоведущие части.
Рисунок 23 – Конструктивное исполнение трубчатого разрядника:
1 – трубка; 2 – внутренний искровой промежуток;
3 – внешний искровой промежуток
В настоящее время применение разрядников сильно ограничено в связи с появлением электрических устройств нового поколения, к которым относятся ограничители перенапряжения.
Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН), в отличие от вентильного разрядника, не имеет искровых промежутков и обладает рядом существенных преимуществ. К ним относится повышенное быстродействие (время срабатывания составляет меньше наносекунды), отсутствие сопровождающего тока, неизменность характеристик нелинейных элементов в течение всего срока эксплуатации и, как следствие, снижение затрат на обслуживание, простота конструкции в связи с отсутствием искровых промежутков и низкая себестоимость производства.
Конструктивно ограничитель перенапряжений представляет собой колонку из последовательно соединенных нелинейных сопротивлений – варисторов, выполненных из оксида цинка, помещенных в прочный фарфоровый или стеклопластиковый корпус (рисунок 24), воспринимающий механические нагрузки. В первом случае фарфор, кроме того, служит для изоляции, во втором случае на стеклопластик наносится ребристое покрытие из кремнийорганической резины.
Рисунок 24 – Ограничитель перенапряжения
Нелинейная вольт-амперная характеристика металлооксидных резисторов, используемых в ограничителях перенапряжений, позволяет им длительно находиться в непроводящем состоянии, пропуская через себя лишь малый, преимущественно емкостной ток, величина которого не превышает миллиампера. При возникновении импульса перенапряжения ограничитель переходит в проводящее состояние и способен пропустить через варисторы токи в сотни и тысячи ампер, что существенно снижает напряжение на защищаемом оборудовании. После срабатывания ограничитель перенапряжений возвращается в свое исходное состояние, сохраняя при этом все свои характеристики.
Контрольные вопросы:
Какое оборудование входит в состав распределительного устройства 35(10)кВ?
Для чего выполняется секционирование шин распределительного устройства?
Какие фазы РУ-27,5 кВ секционируются?
Каким образом осуществляет бесперебойность питания фидеров контактной сети при выходе из строя одной из секций РУ-27,5 кВ?
Какое защитное оборудование устанавливается на РУ-27,5 кВ?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Порядок выполнения работы
Ход работы
Вывод
Рекомендуемые источники информации:
Чиркова Т.В., Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К. Электрооборудование электрических станций и подстанций. Учебник для студентов учреждений СПО. – М.: Академия, 2010.
Почаевец В.С. Электрические подстанции. – М.: УМЦ ЖДТ, 2012.
7.6 Практическая работа 6
Исследование конструкции контактной сети. Визуальное выявление неисправностей контактной сети
Цель работы: изучить виды цепных контактных подвесок, а также
основные элементы и параметры контактной сети, научиться
визуально определять неисправности контактной сети
Формируемые компетенции: ПК 1.1, ПК 1.3, ОК 1-4
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Порядок выполнения работы:
1. Дать определение и привести классификацию цепных подвесок.
2. Указать достоинства цепной подвески по сравнению с простой подвеской.
3. Перечислить основные элементы контактной сети железных дорог.
4. Привести классификацию контактных подвесок по расположению проводов в плане и начертить их упрощенные схемы.
5. Привести виды неисправностей контактной сети.
6. Определить порядок действий локомотивной бригады при обнаружении неисправностей контактной сети.
5. Сделать вывод.
Методические указания по выполнению
практической работы 6
Для ответа на поставленные вопросы необходимо проработать конспект лекций, изучить соответствующие разделы предложенной литературы, а также нижеприведенные краткие теоретические сведения
Классификация подвесок контактной сети,
их конструктивное исполнение
Контактная сеть — техническое сооружение электрифицированных железных дорог и других видов транспорта (метро, трамвая, троллейбуса, фуникулёра), служащее для передачи электроэнергии с тяговых подстанций на электроподвижной состав.
Кроме того, с помощью контактной сети обеспечивается снабжение нетяговых железнодорожных потребителей (освещение станций, переездов, питание путевого инструмента).
Контактная сеть состоит из контактной подвески, опорных конструкций, изолирующих элементов, а также арматуры контактной сети.
Составные части воздушной контактной подвески (рисунок 25): контактный провод, несущий трос, усиливающий провод, арматура, специальные части для контактной сети (пересечения, стрелки, секционные изоляторы).
Рисунок 25 – Основные элементы контактной сети:
1 — контактный провод; 2 — несущий трос; 3 — провод заземления опоры; 4 — опора контактной сети; 5 — консоль; б — тяга консоли; 7 — гирлянда изоляторов; 8 — воздушная линия (ДПР); 9 — кронштейн; 10 — изолятор фиксаторный; 11 — основной стержень обратного фиксатора; 12 — звеньевая струна; 13 — рессорная струна; 14 — дополнительный стержень фиксатора; 15 — основной стержень прямого фиксатора; 16 — ось пути; 17 — рельс; Г — габариты опоры; Н — высота контактного провода от УГР; УГР — уровень головки рельса
Контактные подвески делятся на 2 основных типа: простые и цепные.
Простая контактная подвеска без несущего троса представляет собой компенсированный контактный провод, закрепленный на поддерживающих конструкциях (рисунки 26, 27). Такая подвеска получила применение на городском электрическом транспорте (особенно для трамваев, поэтому ее называют трамвайной), а также на электрифицированных путях промышленного транспорта. На магистральных железных дорогах простую контактную подвеску допускается применять по согласованию со службой электрификации и электроснабжения железной дороги на второстепенных путях станций и депо, где скорости движения поездов не превышают 50 км/ч.
Качество токосъема при простой контактной подвеске зависит от положения контактного провода в вертикальной плоскости: его стрелы провеса и перегиба в опорном узле, характеризующегося углом наклона касательной к проводу (рисунок 26, а), а также от эластичности опорного узла. При быстром переходе токоприемника с восходящей ветви контактного провода пройденного пролета на нисходящую ветвь следующего происходит удар полоза токоприемника, чем нарушается непрерывность токосъема.
29679901168400043434011684000
Рисунок 26 - Схемы простых контактных подвесок:
а — с одинарным креплением (подхватом) контактного провода у опор;
б — петлевая (с двухкратным подхватом);
1 — контактный провод; 2 — трос петлевой струны
Рисунок 27 - Общий вид простой петлевой контактной подвески с двумя струнами:
1 — контактный провод; 2 — петлевая струна; 3 — трос петлевых струн
В цепных контактных подвесках (рисунок 28) контактный провод (провода) 1 подвешивают к несущему тросу 3, закрепленному на поддерживающих устройствах, с помощью струн 2 либо непосредственно, либо через рессорную струну 4 (трос).
Наличие в цепной подвеске несущего троса позволяет в отличие от простых контактных подвесок задать контактному проводу (подбором струн соответствующей длины) беспровесное положение в пролете или смонтировать его с небольшой стрелой провеса.
Стрелы провеса контактного провода в струновых пролетах незначительны и могут быть доведены до размеров, мало влияющих на качество токосъема соответствующим выбором расстояния между струнами и повышением натяжения контактного провода. Поэтому цепные контактные подвески позволяют осуществлять нормальный токосъем при высоких (160 км/ч и более) скоростях движения поездов и длине пролета между опорами не более 65 м.
-1511305524500
Рисунок 28 - Основные виды контактных подвесок:
а – одинарная; б – рессорная одинарная; в – двойная.
Цепные контактные подвески классифицируют по следующим основным признакам:
способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу;
способу регулирования натяжения проводов;
взаимному расположению проводов, образующих подвеску в плане;
типу струн у опор.
Все конструкции цепных подвесок в зависимости от способа подвешивания контактного провода к несущему тросу разделяют на: одинарные цепные подвески, в которых контактные провода 1 (см. рисунок 28, а) подвешивают на струнах 2 непосредственно к несущему тросу 3 и к рессорной струне (тросу) 4 (см. рисунок 28, б), и двойные (см. рисунок 28, в), где к несущему тросу подвешивают на струнах вспомогательный провод 5, к которому крепят контактные провода.
По взаимному расположению проводов в плане подвески делятся на вертикальную, косую и полукосую контактные подвески. Отдельной разновидностью цепных подвесок являются ромбовидная и пространственно-ромбическая контактные подвески.
Выбор размещения проводов относительно друг друга и относительно оси пути, определяется многими факторами. Однако существует обязательное требование к размещению контактного провода над осью пути: контактный провод на прямых участках пути всегда размещается зигзагообразно. Это связано с тем, что при любом другом расположении контактного провода контактные пластины полозов токоприемников электроподвижного состава изнашиваются неравномерно, что приводит к естественному ухудшению токосъема и уменьшению срока службы контактных пластин.
На электрифицированных железных дорогах России зигзаг контактного провода от оси пути на прямых участках составляет 300 мм (рисунок 29).
Вертикальная подвеска (рисунок 29, а) представляет собой подвеску, в которой контактный провод и несущий трос располагаются в одной вертикальной плоскости над осью пути.
В полукосой подвеске (рисунок 29, б) контактный провод подвешивается зигзагообразно, а несущий трос – над осью пути. Струны в этом случае располагаются под наклоном к вертикали. Такое расположение проводов позволяет существенно снизить затраты цветного металла, используемого в контактной подвеске.
В косой подвеске (рисунок 29, в) несущий трос значительно смещен относительно контактного провода, при этом его зигзаг противоположен зигзагу контактного провода. Угол наклона струн при такой подвеске превышает 20 градусов. Такое расположение проводов повышает ветроустойчивость контактной подвески за счет разнонаправленности нагрузок, создаваемых в пролете.
Рисунок 29 - Расположение несущего троса цепной подвески в плане относительно контактного провода:
а — по зигзагу контактного провода; б — по оси пути; в – противоположно зигзагу контактного провода: 1 — контактный провод;
2 — несущий трос; 3 — ось пути; 4 — звеньевая струна; 5 — опора
В косой подвеске (рисунок 30, а) струны имеют большой наклон в плоскости, перпендикулярной оси пути.
Рисунок 30 - Расположение в плане несущего троса и контактного
провода косой подвески на прямом (а) и кривом (б) участках пути: 1 - контактный провод; 2 - несущий трос
При вертикальной подвеске на кривом участке пути зигзаг контактного провода от оси пути составляет 400 мм (рисунок 31, б). Зигзаги, направленные от опор, называют плюсовыми, а к опорам — минусовыми.
Рисунок 31 - Расположение в плане контактного провода вертикальной подвески на прямом (а) и кривом (б) участках пути
На ветровых участках применяется ромбовидная цепная подвеска (рисунок 32), в которой контактные провода располагают в плане у опор в виде ромба с разносторонними зигзагами 300—400 мм, а в средней части пролета—параллельно оси пути на расстоянии 50—100 мм один от другого. Ромбовидная подвеска более ветроустойчива, чем подвески, в которых контактные провода по всему пролету расположены параллельно друг другу с одинаковыми зигзагами у опор.
Рисунок 32 - Ромбовидная рессорная цепная подвеска
с двумя контактными проводами:
1 — контактный провод; 2 — несущий трос; 3 — струна;
4 — соединительная планка; l — длина пролета
На ряде железных дорог эксплуатируется пространственно-ромбическая контактная подвеска с двумя несущими тросами 2 (рисунок 33). Ее отличительной особенностью является то, что контактные провода 1 расположены в виде ромбов относительно оси пути. Для этого провода в пролетах соединяются шарнирными планкам.
1676403111500
Рисунок 33 - Пространственно-ромбическая контактная подвеска прямом участке пути в плане (а) и профиле (б): l - длина пролета
Такая конструкция обеспечивает компенсацию возникающих при температурных изменениях напряжений в проводах при отсутствии их продольных перемещений, т.е. пространственно-ромбическая контактная подвеска является автокомпенсированной системой, что снимает ограничения по длине анкерного участка. Длина пролета определяется проектом и составляет от 24 до 70 м.
В зависимости от типа струн и их расположения у опор цепная подвеска может быть:
с простыми вертикальными струнами, когда струны устанавливают не далее 1—2 м от опор;
со смещенными простыми вертикальными струнами, когда струны удалены от опор более чем на 2 м; в одинарной подвеске опорные простые струны устанавливают обычно на расстоянии 4—5 м от опоры, в двойной — на расстоянии 5—9 м;
рессорной, когда струны контактного провода (или вспомогательного провода — в двойных подвесках) закреплены на рессорной струне (тросе).
Металлические струны выполняют не менее чем из двух звеньев, при этом длина нижнего звена должна быть 300 мм, а верхнего — не более 600 мм.
Контрольные вопросы:
Из каких основных составных частей состоит контактная подвеска?
По каким признакам классифицируются контактные подвески?
Какие особенности имеет ромбовидная рессорная подвеска?
Какие особенности имеет пространственно-ромбическая подвеска?
Чему равен зигзаг на прямых участках пути и в кривых?
Какие виды неисправностей контактной сети локомотивная бригада может выявить визуально при движении и остановке подвижного состава?
Каков порядок действий и регламент переговоров локомотивной бригады при обнаружении неисправности контактной сети?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Порядок выполнения работы
Необходимые описания, рисунки
Вывод
Рекомендуемые источники информации:
Бондарев Н.А., Чекулаев В.Е. Контактная сеть. – М.: М.: Маршрут, 2006.
Зимакова А.Н., Гиенко В.М., Скворцов В.А. Контактная сеть электрифицированных железных дорог. – М.: ФГОУ «УМЦ ЖДТ», 2011.
Звездкин М.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог.- М.: Транспорт,1985
7.7 Практическая работа 7
Изучение работы скользящего контакта при взаимодействии токоприемника ЭПС с контактной сетью
Цель работы: изучить принцип работы скользящего контакта между
контактным проводом и токоприемником электроподвижного
состава
Формируемые компетенции: ПК 1.1, ПК 1.3, ОК 1-9
Время, отведенное на выполнение работы: 2 часа
Порядок выполнения работы:
1. Дать определение скользящего контакта
2. Перечислить основные силы, действующие на токоприемник в процессе его работы.
3. Описать процессы поднятия токоприемника, трогания подвижного состава, момент опускания и работу контакта при движении электроподвижного состава.
4. Перечислить основные характеристики качественного токосъема.
5. Привести причины нарушения токосъема.
6. Выполнить компьютерную презентацию на тему: «Работа скользящего контакта в условиях гололеда» и направить ее на проверку преподавателю с помощью информационно-коммуникационных технологий (используя электронную почту либо социальные сети)*.
5. Сделать вывод.
*Примечание: данная работа является коллективной, что предполагает разбивку учебной группы на подгруппы, состоящие из 4 человек, в каждой подгруппе преподавателем назначается руководитель, который проверяет выполненные презентации на правильность оформления и соответствие текста презентации заданию. Презентация направляется для проверки преподавателю только после проверки руководителем подгруппы путем переадресации сообщения.
Методические указания по выполнению
практической работы 7
Для ответа на поставленные вопросы необходимо проработать конспект лекций, изучить соответствующие разделы предложенной литературы, а также нижеприведенные краткие теоретические сведения.
Презентация должна быть выполнена в формате Power Point и состоять из 8 слайдов:
- 1 слайд должен содержать название учебного заведения, тему презентации, название темы 2.4, МДК 01.02 и ПМ.01, специальности 23.02.06, ФИО, группу выполнившего презентацию обучающегося и ФИО проверяющего презентацию преподавателя;
- 2…9 слайды должны раскрывать суть заданной темы. При этом необходимо соблюдать требования по созданию презентаций (фон, размер шрифта, анимацию и т.д.);
- 10 слайд «Спасибо за внимание!».
Взаимодействие контактной сети и токоприемника
электроподвижного состава
Система «контактная подвеска – токоприемник» предназначена для передачи электроэнергии на электроподвижной состав через электрический и механический контакты. Таким образом, взаимодействие токоприемника с контактным проводом также можно разделить на электрическое и механическое.
Электрический контакт между движущимся токоприемником и неподвижным контактным проводом является скользящим, следовательно, для него характерно наличие непрерывного трения и повышенный износ контактных поверхностей. При этом в скользящем контакте один из материалов должен быть более мягким и иметь повышенную пластичность, поэтому в качестве контактных вставок используют материалы на основе углерода, который имеет самое большое по сравнению с другими проводниковыми материалами напряжение дугообразования. Переходное сопротивление контакта не должно быть большим, так как при этом уменьшается проводимость в точках соприкосновения, а так как оно обратно пропорционально контактному усилию, то было бы логично увеличивать силу нажатия с целью уменьшения переходного сопротивления. Однако такое увеличение будет приводить к залипанию скользящего контакта и к увеличению износа контактных поверхностей. Поэтому выбирается наиболее оптимальный вариант, позволяющий решить обе эти задачи.
Механическое взаимодействие токоприемника и контактного провода является одним из ключевых в работе этой системы и определяет такие параметры как максимальная скорость движения и затраты, связанные с износом поверхностей.
При движении на токоприемник действуют различные механические силы, такие как контактная сила нажатия, аэродинамическая подъемная сила полоза, а также сила реакции кузова на основание токоприемника, сила сухого трения контактного элемента и каретки, сила вязкого трения в системе подвижных рам.
Контактную силу нажатия можно разложить на статическую силу нажатия токоприемника и динамическую инерционную силу нажатия.
Статическая сила нажатия представляет собой нажатие неподвижного токоприемника на контактный провод и создается подъемными пружинами.
Динамическая инерционная сила нажатия зависит от приведенной массы токоприемника, высоты его полоза и характеризует способность токоприемника реагировать на изменение высоты контактного провода.
Аэродинамическая подъемная сила зависит от скорости движения электроподвижного состава, направления и скорости ветра, конструкции токоприемника, обтекаемости крыши и передней части локомотива. Наибольшее воздействие аэродинамической подъемной силы испытывает первый по ходу движения токоприемник.
Кроме того, контактная подвеска подвержена различным колебаниям (пляскам проводов), связанным с распространением, отражением и преломлением механических волн. Токоприемники также подвержены колебаниям в вертикальной и боковой плоскостях. При скоростях электроподвижного состава, сопоставимых со скоростью распространения волны, в системе возможно появление резонансных явлений. Также резонанс возможен при одновременной работе двух токоприемников, так как второй по ходу токоприемник будет работать в условиях сложения амплитуд колебаний контактной подвески и колебаний, вызванных взаимодействием с контактным проводом первого токоприемника.
Рассмотрим основные моменты взаимодействия токоприемника с контактной подвеской: момент поднятия токоприемника, момент трогания, момент опускания и работу контакта при движении электроподвижного состава.
Поднятие токоприемника должно производиться при отключенных силовых и вспомогательных цепях электроподвижного состава. Это связано с тем, что при контакте полоз токоприемника подходит к контактному проводу с определенной скоростью. При их соударении в контактных поверхностях происходит ударная деформация. Это приводит к отбросу полоза токоприемника на сотые или десятые доли миллиметра. Затем под действием пружин контакт вновь замыкается. Такой процесс вызывает вибрацию и электровзрывную эрозию (искрение) контактных поверхностей в связи с пробоем воздушного промежутка и появлением электрических дуг.
Процесс трогания подвижного состава, ввиду его большой инерционности, сопровождается значительным увеличением токов, проходящих через электрический контакт. При этом увеличение тока должно происходить постепенно, чтобы не допустить обрыва поезда. Это связано с тем, что последние вагоны подвижного состава приходят в движение позже всех и резкое увеличение тягового тока приведет к их отрыву от состава. В местах трогания подвижного состава наблюдается повышенный износ контактного провода. Это связано с тем, что перенос тока происходит не по всей поверхности контакта, а в отдельных его точках. Увеличение тока приводит к значительному нагреву и в некоторых случаях может привести даже к пережогу контактного провода. В то же время в зонах трогания из-за невысокой скорости движения редки случаи отрывов токоприемника.
Опускание токоприемника связано с разрывом электрической цепи, поэтому скорость отрыва токоприемника от контактного провода должна быть высокой. В противном случае возникающая при этом дуга станет устойчивой и может повредить оборудование и привести к серьезным последствиям.
При движении электроподвижного состава в системе «токоприемник - контактная подвеска» основными проблемными зонами являются так называемые «жесткие» точки (например, места крепления контактного провода к фиксаторам).
При прохождении токоприемника через жесткие точки может произойти его отрыв от контактного провода, а затем удар о его поверхность. Отрыв происходит в тех случаях, когда подвижная система токоприемника не успевает среагировать на увеличение подвеса контактного провода. При отрыве между токоприемником и контактным проводом образуется электрическая дуга, которая вызывает оплавление обеих контактных поверхностей, что значительно ухудшает последующий токосъем как в точке отрыва, так и по пути следования электроподвижного состава, усиливает электрический износ, приводит к появлению электромагнитных полей, вызывающих помехи в радиосвязи, нарушает работу тягового оборудования электроподвижного состава.
После отрыва токоприемника от контактного провода при последующем понижении высоты подвеса происходит удар полоза, который приводит к образованию на поверхности контактного провода и контактных пластин трещин, выбоин, сколов и других механических повреждений.
Показатели качества токосъема
Токосъемом называется процесс, при котором электроэнергия, поступаемая по каналам ее передачи, передается потребителю через токоснимающие устройства. Различают контактный, бесконтактный, квазиконтактный типы токосъемов. На железнодорожном транспорте применяется контактный тип токосъема.
Качественный токосъем характеризуется надежностью, экономичностью и экологичностью. Кроме этого, при токосъеме необходимо учитывать возможность энергосбережения.
Надежность токосъема связана с безопасностью движения и предполагает отсутствие повреждений контактной сети и токоприемников, приводящих к остановкам и задержкам поездов.
Экономичность токосъема может быть достигнута путем внедрения новых ресурсосберегающих технологий, которые приведут к снижению износа контактных поверхностей и позволят уменьшить расход дорогостоящих материалов.
Экологичность токосъема определяется в первую очередь по уровню помех, создаваемых электромагнитными полями, возникающими при некачественном токосъеме, а также по уровню шума.
Энергосбережение характеризуется экономией электроэнергии при тяге и может быть достигнуто путем снижения сопротивления подвижного состава аэродинамическим нагрузкам, а также путем обучения поездных бригад основам энергосберегающего ведения поезда.
Основными критериями, определяющими качество тоокосъема, являются эластичность контактной подвески и конструктивные особенности токоприемников, позволяющие сохранять контакт при изменении высоты подвеса контактного провода, проходе через «жесткие» точки и т.д.
Под эластичностью контактной подвески понимают величину, обратную жесткости, то есть величину, характеризующую значение отжатия токоприемником контактного провода.
Равномерная эластичность контактной подвески может быть достигнута в том случае, если высота подвеса контактного провода над уровнем головки рельса будет одинакова.
Однако в применяемых на железных дорогах цепных подвесках высота контактного провода в пролетах не является постоянной величиной. Это связано с тем, что при натяжении проводов не удается полностью избавиться от провисания контактного провода, так как при этом увеличивается вероятность его обрыва из-за механического усилия. Частично провесы компенсируются, как уже говорилось ранее, струнами, позволяющими создать в средней части пролета практически равномерную эластичность. Наименьшая эластичность контактной подвески наблюдается в опорной зоне пролета и в зоне крепления первой простой струны.
Для выравнивания эластичности применяются рессорные контактные подвески, в которых большое значение играют длина и натяжение рессорного провода, располагающегося в опорной зоне.
Уменьшение эластичности может также наблюдаться при использовании полукомпенсированной подвески, при которой несущий трос жестко анкеруется к опоре. При температурных изменениях его удлинение не компенсируется и приводит к увеличению стрел провеса контактного провода.
На величину отжатия контактного провода, помимо эластичности подвески, влияют также и технические характеристики токоприемников. Так как по перегонам проходят разные виды электроподвижного состава с токоприемниками различных модификаций, техническое состояние которых отличается друг от друга, то и нажатие на контактный провод будет непостоянным. На него будет влиять и скорость движения электроподвижного состава, и аэродинамическая составляющая, и приведенная масса токоприемника.
Итак, причины нарушения токосъема можно разделить на три основные группы:
- связанные с контактной подвеской;
- связанные с токоприемником;
- связанные с климатическими условиями эксплуатации.
При рассмотрении этих нарушений следует помнить, что их появление может носить как системный характер, связанный с конструктивным выполнением взаимодействующих элементов, так и случайный характер.
Влияние климатических условий эксплуатации
на качество токосъема
Климатические условия эксплуатации серьезно осложняют работу системы «контактная сеть – токоприемник». Как уже говорилось выше, линейное изменение длины проводов контактной подвески из-за температурных колебаний компенсируется не во всех типах подвески, кроме этого, такое изменение неравномерно из-за использования в них различных материалов (например, контактный провод – медный, а несущий трос – сталемедный, имеющий другой коэффициент линейного расширения).
Аэродинамическая характеристика токоприемника, зависящая от скорости воздушного потока, также может серьезно повлиять на качество токосъема. Особенно опасно влияние бокового ветра, который не только ухудшает динамические свойства токоприемника, добавляя горизонтальные перемещения полоза, но и раскачивает контактную подвеску, создавая угрозу попадания контактного провода под полоз.
Самое неблагоприятное климатическое воздействие на контактную систему оказывает, безусловно, образование на контактном проводе или токоприемнике гололеда.
Форма гололедных образований на контактном проводе может существенно отличаться: от изморози, налипания мокрого снега до стекловидных отложений, в том числе в виде сосулек.
На токоприемнике возможно образование гололеда на контактных пластинах, лыжах, в шарнирных соединениях. При этом отложение льда на подвижных рамах и полозе токоприемника увеличивает его массу, снижает давление на контактный провод, а гололед на шарнирах приводит к тому, что эти соединения становятся неподвижными.
Образование гололедной стенки приводит к существенному снижению проводимости и к возникновению электрических дуг, которые могут привести к значительным повреждениям как контактного провода, так и контактных пластин, каркасов полозов токоприемников. Можно выделить несколько основных типов повреждений из-за гололеда:
- пережоги и поджоги контактного провода при трогании;
- повреждения контактных вставок и полозов токоприемников;
- повреждения рам, шарнирных соединений;
- нарушения работы пневматической системы токоприемников.
При трогании состава с места возникающая при гололедных образованиях дуга приводит к образованию поджога контактного провода и образовании на его поверхности кратера, который в дальнейшем может стать причиной в этом месте пережога контактного провода с полным нарушением электроснабжения.
При длительном токосъеме через гололедные отложения в контактной системе начинают происходить процессы переноса меди с контактного провода на контактные пластины, что приводит к их интенсивному изнашиванию. На поверхности контактных вставок могут образовываться пропилы, увеличивающиеся при движении по перегону. Интенсивность дугообразования в некоторых случаях может приводить к оплавлению каркасов токоприемников.
Для предотвращения таких повреждений в условиях гололеда применяется несколько видов профилактических мероприятий:
- электрическая плавка гололеда;
- нанесение на контактный провод в зоне трогания антигололедной смазки (например, ЦНИИ КЗ);
- механическая очистка контактного провода при помощи локомотивов с вибропантографами или с использованием автомотрис с гололедоочистительными барабанами;
- «обкатка» токоприемником контактного провода до ближайшего стрелочного перевода перед выходом на перегон;
- трогание с двумя поднятыми токоприемниками;
- ручная механическая очистка контактного провода линейными бригадами электромонтеров контактной сети.
Электрическая плавка гололеда выполняется на железных дорогах в штатном режиме при толщине льда более 4 мм. Основным недостатком этого метода является перерыв в электроснабжении и, следовательно, остановка движения поездов. В то же время это наиболее эффективная мера борьбы с гололедом, позволяющая удалять с поверхности контактных проводов все виды гололедных образований.
Принцип электрической плавки гололеда заключается в том, что на тяговой подстанции создается кратковременное искусственное короткое замыкание, которое характеризуется резким увеличением тока и приводит, как следствие, к выделению большого количества тепловой энергии, которой достаточно для плавления льда, скопившегося на проводах контактных подвесок.
Помимо электрического воздействия гололед серьезно влияет на работу механической и пневматической систем токоприемников. Как уже говорилось выше, при отложении льда на шарнирных соединениях нарушается их подвижность, токоприемник перестает следовать изменениям высоты контактного провода, что приводит к интенсивному дугообразованию. Гололедные образования на пружинах приводят к потере ими упругих свойств, а ухудшение качеств применяемых смазок в цилиндрах пневмоприводов из-за низких температур привести к неподниманию или неопусканию токоприемника.
Основной мерой борьбы с такими воздействиями служит использование высококачественных антиобледенительных смазок, наносимых на все подвижные части. Кроме этого, при длительной стоянке локомотивная бригада должна с периодичностью в 5-10 минут поднимать и опускать при отключенных силовых и вспомогательных цепях электроподвижного состава токоприемники, предотвращая таким образом нарастание гололедных отложений. Пневматические цилиндры должны быть тщательно подготовлены к работе в зимних условиях, резиновые манжеты должны быть выполнены из маслостойкой резины и выдерживать низкие температуры, кожаные манжеты должны быть пропитаны прожировочным составом.
Контрольные вопросы:
Какие механические силы действуют на токоприемник электроподвижного состава при движении?
Какие процессы происходят в моменты поднятия и опускания токоприемника, в моменты трогания, движения электроподвижного состава?
Что называется токосъемом?
Чем характеризуется качественный токосъем?
Каковы причины нарушения токосъема?
Каким образом климатические условия влияют на качество токосъема?
Каковы основные способы борьбы с гололедом?
Содержание отчета:
Номер практической работы
Название практической работы
Цель работы
Порядок выполнения работы
Необходимые описания, рисунки
Вывод
Рекомендуемые источники информации:
Бондарев Н.А., Чекулаев В.Е. Контактная сеть. – М.: М.: Маршрут, 2006.
Зимакова А.Н., Гиенко В.М., Скворцов В.А. Контактная сеть электрифицированных железных дорог. – М.: ФГОУ «УМЦ ЖДТ», 2011.
Звездкин М.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог.- М.: Транспорт,1985
Приложенные файлы
