Совершенствование систем заземления и устройств защитного отключения, используемых при сооружении метрополитена в условиях субтропического климата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Совершенствование систем заземления и устройств защитного отключения, используемых при сооружении метрополитена в условиях субтропического климата

Общая характеристика диссертационной работы

Актуальность работы. Рост энерговооруженности предприятий Республики Союза Мьянмы, увеличение численности населения в крупных городах, в частности в столице г. Нейпьидо с плотностью населения свыше 750 человек на 1 км ² требует развития пассажирского транспорта.

Одним из экологически чистых и перспективных видом транспорта является метрополитен. В этой связи Государственным советом Республика Союза Мьянмы принято решение о строительстве в столице государства метрополитена.

Строительству метрополитена в Республике Союза Мьянмы уделяется Государственным советом страны (высшим законодательном органом государства) первостепенное значение.

При сооружении метрополитена и при последующем его эксплуатации значительная часть населения столицы и ее пригородов получит рабочие места. Это в условиях страны, где в промышленности занята незначительная часть населения, весьма актуально.

Республика Союза Мьянмы преимущественно горная страна с муссонным климатом, субтропическим и тропическим ландшафтом. Сооружение метрополитена в сложных климатических условиях, субтропическим ландшафтом обуславливает исключительные требования и к системам заземления при обслуживании электроустановок и сетей напряжениям до и свыше 1000В.

Действительно, при использовании электроустановок и сетей напряжением до и свыше 1000В с изолированной нейтралью необходимо внедрять устройства, позволяющие практически, с высокой вероятностью безопасной работы, исключить электропоражения.

Особые требования при сооружении метрополитена в условиях Республики Союза Мьянмы предъявляются к системам электроснабжения, учитывающим условия работы электроустановок и сетей, состояние их изоляции в условиях горной страны с муссонным климатом (далее с субтропическим климатом).

Имеющиеся исследования в области систем заземления и устройств защитного отключения, учитывающих специфику строительства метрополитена в условиях субтропического климата, весьма противоречивы.

Имеются взаимоисключающие результаты о нормировании защитного заземления в электроустановках с изолированной нейтралью, что в условиях строительства метро с высокой плотностью населения весьма актуально из - за ограниченности площадок для сооружения заземляющих устройств и большой стоимости земли. Кроме того, отсутствуют данные о первичных критериях электробезопасности, учитывающих температурный фактор и фактор относительно небольшой массы коренного населения Республики Союза Мьянмы по сравнению с жителями, например, районов Европейских стран, в.т.ч и России.

Диссертационная работа «Совершенствование систем заземления и устройств защитного отключения, используемых при сооружении метрополитена в условиях субтропического климата» является научно - квалификационной работой и посвящена решению актуальной задачи: обоснованию технических решений по совершенствованию систем заземления и устройств защитного отключения, нашедших применение при сооружении и эксплуатации метрополитена в Республике Союза Мьянмы.

Темы диссертационной работы соответствует планам государственного совета Республики Союза Мьянмы по развитию городского транспорта, в частности метрополитена, а также научному направлению работы кафедры «Теоретические основы электротехники» и научно - исследовательской лаборатории «Электробезопасность на железнодорожном транспорте» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).

Цель работы. Целью диссертационной работы является решение задачи по совершенствованию систем заземления и устройств защитного отключения, нашедших применение при строительстве метрополитена в условиях субтропического климата.

Для реализации поставленной цели разработана методика и предложены технические решения, включающие:

- математическую модель расчета свободных и принужденных составляющих токов короткого замыкания в кабельной сети с металлическими покровами, учитывающую наличие взаимоиндуктивных и емкостных связей между жилами и металлическими покровами, представляющими в электрическом отношении цепями с распределенными параметрами;

- методику расчета и моделирования с применением персонального компьютера коммутационных перенапряжений в ходовых рельсах деповских путей метрополитена, учитывающую Вольт - Амперную характеристику напряжения на контактах быстродействующего выключателя и явление поверхностного эффекта в контактном рельсе;

- алгоритм расчета сопротивления тела человека в условиях субтропического климата, позволяющий определить параметры резисторов, моделирующих электрическое сопротивление тела человека в условиях экспериментального определения соответствия электрооборудования требованиям нормативных документов на сопротивления изоляции;

- метод планирования экспериментов, позволяющий в условиях ограниченного числа экспертов, определить факторы опасной среды при исследовании условии электробезопасности на строительных площадках.

Методика исследований. Для достижения поставленной цели используется комплексный метод, включающий анализ воздействующих напряжений на электроустановках и сетях строящегося в условиях субтропического климата метрополитена как при возникновении в них аварийных режимов, так и при нормальном режиме работы системы электроснабжения строительных площадок.

При оценке коммутационных перенапряжении в кабельных сетях напряжением свыше 1000В с изолированной нейтралью используется компьютерное моделирование переходных процессов в сложных и неоднородных сетях.

Расчет распределения напряжении в деповских рельсовых путях при возникновении коротких замыкании выполнен с применением операторного метода и компьютерного моделирования, позволяющего учесть явления поверхностного эффекта в контактном рельсе, Вольт - Амперную характеристику напряжения на контактах быстродействующего выключателя.

Анализ первичных критериев электробезопасности в условиях субтропического климата выполнен с использованием методов теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработан алгоритм расчета, в том числе и при компьютерном моделировании, распределения напряжений ходовые рельсы метрополитена - земля, отличающийся от известных учетом поверхностного эффекта в контактном рельсе и нелинейным характером напряжения на контактах быстродействующего выключателя при отключении им аварийного режима;

- предложена методика компьютерного моделирования электромагнитных процессов в кабельных линиях напряжением свыше 1000В с изолированной нейтралью при коротких замыканиях жилы кабеля на металлические покровы, отличающуюся от известных представлением жилы и металлических покровов кабеля линиями с распределенными параметрами;

- обоснована методика расчета сопротивления тела человека, учитывающая нелинейный и случайный характер электрического сопротивления тела человека и зависимость его от температуры окружающей среды и массы коренного жителя Республики Союза Мьянмы;

- показана возможность применения методов планирования экспериментов для выявления факторов опасной среды в условиях ограниченного числа экспертов.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

1. Методика расчета электромагнитных процессов в кабельных линиях с металлическими покровами позволила оценить ту часть тока, которая стекает с искусственного заземлителя. Результаты аналитических расчетов и полученных при компьютерном моделировании позволили обосновать возможность увеличения сопротивления растеканию искусственного заземлителя, нашедшего применения для целей заземления электроустановок и сетей напряжением свыше 1000В с изолированной нейтралью.

2. Выявлены параметры, существенно влияющие на уровни коммутационных перенапряжений в рельсовых путях метрополитена. Получены аппроксимирующие выражения, позволяющие в условиях предполагаемого строительства в Республике Союза Мьянмы метрополитена оценить уровни перенапряжении в ходовых рельсах.

3. Предложена система заземления электрооборудования метрополитена, включающая контроль изоляции в сетях напряжением до и свыше 1000В с изолированной нейтралью, внедрение устройств защитного отключения при обязательном использовании отключающих устройств в системе TNCS и т.д.

4. Предложен принцип и определены параметры устройства, позволяющего в условиях эксплуатации экспериментальным путям определить переходное сопротивление рельсы - тело тоннеля при его локальном изменении.

5. Результаты расчетов с использованием вероятностно - статистической методики оценки условий электробезопасности в условиях субтропического климата позволили обосновать сопротивление тела человека, обслуживающего электроустановки в районах с субтропическим климатом. Получены расчетные значения резисторов, моделирующих сопротивление тела человека при оценке соответствия электроустановки требованиям обеспечения электробезопасности при их обслуживании.

Апробация работы. Основные положения работы и ее результаты доложены на: VII международной научно - технической конференции студентов и молодых ученых «TRANS - MECH - ART - CHEM» 18 - 19 мая 2010 года, Москва; девятой научно - практической конференции «Безопасность движения поездов», Труды МИИТа, 30 - 31 октября 2008 года, Москва; юбилейной десятой научно - практической конференции «Безопасность движения поездов», Труды МИИТа, 29 - 30 октября 2009 года, Москва; научно - практической конференции «Неделя Науки - 2009» «Наука МИИТа - Транспорту», Труды МИИТа, 2009 г., Москва; одиннадцатой научно - практической конференции «Безопасность движения поездов», Труды МИИТ, 21 - 22 октября 2010 года, Москва.

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 9 публикаций, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК по специальности «05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы».

Объем и содержания работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Содержит 137 страниц машинописного текста, 27 рисунков, 10 таблиц, списка литературы из 82 наименований.

Содержание работы

коммутационный перенапряжение заземление метрополитен

Введение посвящено обоснованию решаемой научной задачи: совершенствование систем заземления и устройств защитного отключения, используемых при сооружении метрополитена в условиях субтропического климата, имеющей существенное народнохозяйственное значение для систем электроснабжения городского транспорта Республики Союза Мьянмы. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации выполнен анализ систем электроснабжения строительных площадок метрополитена и факторов опасной среды при его строительстве в условиях субтропического климата. Отмечается, что электрические сети стройплощадок характеризуются достаточно высокой степенью разветвленности, определяемой способом сооружения станций, глубиной залегания перегонных и станционных тоннелей, количеством одновременно разрабатываемых забоев, степенью механизации работ, и.т.д.

Характерной особенностью электрических сетей стройплощадок метростроя является значительное количество подключенного электрооборудования, которое как на поверхности, так и в подземных выработках в большинстве случаев имеет общепромышленное исполнение.

Непродолжительный срок строительства перегонных тоннелей, станций метрополитенов, постоянное перемещение электрооборудования (передвижного и переносного) в ходе технологического процесса определяют временный характер электрических сетей, что несомненно, отрицательно сказывается на уровне технической эксплуатации, качестве производимых ремонтно - монтажных работ, уровне контроля, профилактических осмотров и ухода за электрооборудованием и.т. п.

Для подземных выработок характерны высокая относительная влажность (до 100%), запыленность атмосферы, капеж, в некоторых случаях агрессивное воздействие грунтовых вод.

В работе для выявления факторы, влияющих на условия электробезопасности в электроустановках и сетях строительных площадок Республики Союза Мьянмы используются экспертные методы.

Одним из важных этапов экспертного анализа является составление возможно более полного перечня факторов опасной среды.

Точность решения задачи прогнозирования в значительной степени зависит от подбора экспертов, их опроса, обработки результатов опроса, организации экспертизы.

При подборе экспертов учитываются их специализация, должность, ученая степень, стаж работы эксперта в области электробезонасности.

Из известных способов математической обработки качественной информации представляет интерес метод парных сравнений и метод ранговой корреляции.

Однако использования указанных выше методов применительно к запланированному строительству в Республике Союза Мьянмы метрополитена осложняется отсутствиям достаточно большого числа экспертов, позволяющих со знанием специфики работ в условиях субтропического климата оценить факторы опасной среды.

Для этой цели целесообразно применить другие методы, дающим возможность при небольшом числе экспертов определить факторы внешней среды, определяющие условия электробезопасности.

Ниже, вычисление этих факторов выполнено посредством использования статического анализа сбалансированных квадратных решеток.

Впервые этот метод был использован при оценке художественной ценности картин B.I. Winner (Winner B.I. Statistical principles in experimental design. N.Y. - London. - 1962.).

Вычислительная процедура планирования сбалансированной простой решетки проведем применительно к предложенным в работе факторам, при эксперименте с , где - число факторов. Эксперты, количество которых равно 12, должны высказать свое мнение обо всех факторах, определяющих электробезопасность, при условии: каждый эксперт может оценить лишь три факторы. Критерием важности фактора опасной среды является число баллов, данных каждому фактору.

В качестве плана выбрана сбалансированная простая решетка, в которой эксперты соответствуют блокам. Факторы случайно распределены по репликам, а эксперты случайно расположены по блокам.

Используя результаты дисперсионного анализа, статистического анализа сбалансированных квадратных решеток о влиятельности факторов, определяющих параметры заземляющих устройств и устройств защитного отключения электрооборудования метрополитена, сооружаемого в условиях субтропического климата, получено, что наиболее влиятельным фактором, определяющим параметры заземляющих устройств, является шестой, а именно: отсутствие отраслевых норм на первичные критерии электробезопасности в условиях субтропического климата, далее по значимости следует фактор пятый, использования электроустановок при их питаний от нестационарных источников энергии.

Эксперты отметили также и другие факторы, существенно влияющие на системы заземления электрооборудования. К ним относятся, в частности, фактор 3 (перенапряжения в рельсовых путях при к.з. в тяговых сетях) и фактор 2 (нарушение требований правил и инструкций на сопротивлении растеканию заземляющих устройств), а также 4-ой фактор (использование для производства работ сетей напряжении до 1000В с изолированной нейтралью).

Вторая глава посвящена обоснованию вероятностно - статистической методики оценки условий электробезопасности в электроустановках и сетях районов с субтропическим климатом. Отмечается, что существенной вклад в разработку алгоритмов, позволяющих с позиции случайного характера появления электротравмы, внесли ученые ряда научно - исследовательских институтов, учебных университетов и академий России, а также ряда стран Западной Европы.

Отличительной особенностью предложенной в работе методики от известных является введение в расчетные модели сопротивления тела человека коэффициента (k), носящего случайный характер и учитывающего изменение сопротивления тело человека от температуры окружающей среды и массы коренного жителя Республики Союза Мьянмы.

Оценка параметра k выполнена на первом этапе, применительно ко второму критерию электробезопасности: пороговый неотпускающий ток. На втором этапе полученные результаты экстраполируются и на расчеты допустимых напряжений прикосновения применительно к третьему критерию электробезопасности: нефибрилляционное напряжение прикосновения.

Допустимое напряжение на теле человека определяется из выражения

где R - сопротивление тела человека при частоте принято чисто активным, носит нелинейный и случайный характер, i - допустимый ток имеет вероятностный характер.

В диссертации оценено влияние параметра k на первичные критерии электробезопасности. Учтено, что коэффициент пересчета k распределен с равномерной плотностью, т.е. является случайной величиной. Аналогичное допущение принимается обычно и при обосновании третьего критерия электробезопасности (нефибрилляционный ток) по результатам экспериментальных исследований на моделирующих животных.

Установлено, что плотность допустимого напряжения прикосновения с учетом случайного характера тока, сопротивления тела человека и параметра k рассчитывается по полученной в диссертации формуле.

Доказано, что принятие при анализе допустимых неотпускающих напряжений сопротивления тела человека равным 6000 Ом приводит к занижению вероятности поражения при небольших (меньше 40В) значениях приложенного напряжения, что крайне нежелательно, т.к. именно среди этих напряжений находится нормируемое (неотпускающее) допустимое напряжение прикосновения.

Так, при квантилях целесообразно при определении допустимых неотпускающих напряжении в районах с субтропическим климатом значения этих напряжений принять на 2530% меньше, чем это рекомендовано ГОСТ 12.1.038-82 «Система стандартов безопасности труда, Электробезопасность». Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и токов (переиздан в 2001 г.).

Это указывает также на то, что при экспериментальных исследованиях соответствия электроустановок и сетей требованиям электробезопасности, исходя из второго критерия, сопротивление резистора, моделирующего сопротивление тела человека, целесообразно принять равным 4500 Ом. Подробно и строго обоснование допустимых неотпускающих напряжений, действующих в России, дано в работах сотрудников МИИТа (Россия).

Исследование условий электробезопасности при обслуживании электроустановок и сетей на строительных площадках, выбор средств защиты от электропоражения основывается на сведениях о значении вероятности , именуемой в дальнейшим вероятностью безопасной работы.

Установлено, что напряжение доприкосновения к электроустановкам, применяемых на строительных площадках Республики Союза Мьянмы, распределено по логарифмически - нормальному закону с параметрами. .

В районах с субтропическим климатом, в частности Мьянмы, значения отличаются на значение коэффициента k от величин, приведенных в работах сотрудников МИИТа (Россия).

Установлено, что математическое ожидание сопротивления тела человека рассчитывается по формуле



При определении характеристик случайной величины допустимого нефибрилляционного напряжения прикосновения зависимость носит нелинейный и случайный характер. В дальнейшем расчет допустимого напряжения прикосновения выполнен, для двух условий k = const и распределен с равномерной плотностью. В работе результаты расчетов обрабатывались с использованием известных стандартных программ. Теоретическое распределение исследуемой случайной величины выбиралось среди следующих законов: равномерный, нормальный, логарифмически - нормальный, Вейбулла, бета- и гамма - распределений. Проверка гипотезы о соответствии эмпирического распределения теоретическому закону проводилось по критериям Пирсона и Колмогорова - Смирнова.

Установлено, что для любого времени t протекания тока с вероятностью более 0,65 можно принять гипотезу о логарифмически - нормальном распределении порогового нефибрилляционного напряжения прикосновения

Параметры законов распределения при различных условиях расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры логарифмически - нормальных законов распределения пороговых нефибрилляционых напряжений прикосновения

расчет	Характеристики распределения	Время протекания тока через тела человека; с
		0,01 0,06	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	1,0
	, кВ
с учетом нелинейности и равномерной плотности распределения коэффициента k	, кВ

Показано, что при учете температурного фактора и массы коренного жителя Республики Союза Мьянмы, вероятность безопасной работы в районах с субтропическим климатом существенно ниже, чем в районах, например с континентальном климатом. Данный вывод необходимо учитывать при оценке условий электробезопасности при строительстве и обслуживания системы электроснабжения предполагаемого к строительству в Республике Союза Мьянмы метрополитена.

Здесь же дано обоснование сопротивления резистора, моделирующего электрическое сопротивление тела человека, при экспериментальном исследовании условий электробезопасности.

При фиксированном для любого значения вероятности Р, соответствующее значение сопротивления может быть рассчитано по формуле

(2)

где и математическое ожидание десятичных логарифмов порогового фибрилляционного напряжения прикосновения и фибрилляционного тока для времени воздействия равного t;

и аналогичные средние квадратичные отклонения логарифмов напряжений и токов.

Для диапазона изменения вероятности по формуле (2) рассчитаны сопротивления тела человека, носящие нелинейный характер. Предложенные в таблице 2 сопротивления резисторов могут быть использованы при экспериментальной оценке условий электробезопасности в электроустановках и сетях строительных площадок Республики Союза Мьянмы.

Расчетным путем получено, что зависимость от вероятности безопасной работы сопротивления тела человека в районах с субтропическим климатом крайне слабая. Следовательно, при незначительной вероятности нормирования фибрилляционных напряжений прикосновения, например , расчетные значения сопротивления тела человека не зависят от этой вероятности и определяются напряжением на теле человека и путями протекания тока через тело человека.

Таблица 2. Нормируемые значения резисторов, моделирующих электрическое сопротивление тела человека (проект).

Предельно допустимые нефибрилляционные напряжения прикосновения, В	Сопротивление тела человека
	Путь тока «рука - ноги»	Путь тока «рука - рука»
500	575	750
400	575	750
200	600	800
130	750	1000
100	900	1200
65	1000	1250

Третья глава посвящена совершенствованию систем заземления и устройств защитного отключения, используемых при сооружении метрополитена в условиях субтропического климата. В главе выполнен анализ устройств защитного отключения, нашедших применения в странах Европы и Азии. В частности отмечается, что для обеспечения электробезопасности в электроустановках при возникновении однофазных замыканий необходимо использовать устройства защитного отключения, либо защитного шунтирования в дополнении к защитному заземлению.

Существенно повысить культуру обслуживания электроустановок на строительных площадках в условиях субтропического климата, позволяет внедрение устройства автоматического обнаружения участков ослабленной изоляции. С учетом сказанного структура системы защитного отключения электроустановок и сетей, нашедших применение при сооружении метрополитенов и тоннелей в условиях субтропического климата приведена на рисунке 1.

На рисунке 1 обозначено:

1-понижающий силовой двухобмоточный трансформатор; 2 - коммутационное оборудование; 3-питающая нагрузку линия напряжением до 1000В; 4-устройства защитного отключения; 5-устройство автоматического обнаружения участков электроустановки с ослабленной изоляцией; 6 - устройство автоматического контроля изоляции; 7-устройство защитного шунтирования; 8-потребители электрической энергии; 9-компенсирующее устройство; 10-устройство автоматического управления работой компенсирующего устройства; 11 - защитное заземление.

Рисунок 1. Система защитного отключения, используемого при сооружении метрополитена в условиях субтропического климата

Система защитного отключения, используемого при сооружении метрополитена в условиях субтропического климата, работает следующим образом. При нормальной работе системы электроснабжения потребители электрической энергии питаются от силового трансформатора по линии напряжением до 1000В. В случае локального изменения сопротивления изоляции срабатывает устройство автоматического обнаружения участка электрической сети с ослабленной изоляцией, выдавая сигнал обслуживающему персоналу о снижении активного сопротивления изоляции.

При значительном уменьшении изоляции в системе электроснабжения, связанном с прикосновением персонала к частям, находящимся под напряжением, а также при возникновении режимы пробоя изоляции (однофазное замыкание на землю) срабатывает устройство автоматического контроля изоляции, выдавал сигнал на отключение поврежденной линии. В случае обрыва одной из фаз питающей линии срабатывает устройство защитного шунтирования.

Следует отметить, что в реальных электрических сетях наибольшее распространения получили устройства автоматического контроля изоляции, автоматические компенсирующие устройства и защитные заземления.

Согласно с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) в электроустановках напряжением свыше 1000В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, используемого одновременно и для установок низкого напряжения, с учетом сопротивления естественного заземлителя в любое время года при токе замыкания на землю, I_з, А, должно удовлетворять условию

При этом должны быть соблюдены и все требования, предъявляемые к заземлению электроустановок напряжением до 1000В.

По смыслу расчетным током замыкания на землю в электроустановках без компенсации емкостных токов является ток, проходящий через землю и заземлитель источника питания.

По нормативным документам в качестве расчетного тока I_з для электроустановок без компенсации ёмкостных токов принимается полный ёмкостной ток однофазного замыкания. Для воздушных линий это справедливо. Для кабельных линий с металлическими покровами такой подход приводит к необоснованным затратам на сооружение заземлителей.

Во втором случае при обосновании величины R_з правильнее учитывать ту часть емкостного тока, которая ответвляется на землю (другая часть емкостного тока протекает по металлической оболочке и броне кабеля и не должна участвовать в расчетах).

В главе при компьютерном моделировании однофазных замыканий в кабельных линиях трехфазные двухобмоточные трансформаторы представлялись в виде модели, состоящей из трех однофазных трансформаторов, кабельная сеть заменялась каскадным соединениям десятиполюсников. Учитывались ёмкостные и индуктивные связи между жилами и металлическими покровами кабеля, которые в электрическом отношении представлялись линиями с распределенными параметрами. На рисунке 2 представлены результаты компьютерного моделирования токов в кабельной сети.

Рисунок 2. Результаты расчетов тока к.з (I_кз) и тока, протекающего через искусственный заземлитель (I_кз-з) при однофазных замыканиях жилы кабеля на металлические покровы

Установлено, что доля тока, стекающего в землю при однофазных замыканиях, определяется в основном поперечной проводимостью металлические покровы - земля и длиной кабельной линии. Значение этого тока не превышает % от общего тока замыкания.

Четвертая глава посвящена оценка уровней напряжений в деповских путях метрополитена при возникновении коротких замыканий. При аналитических расчетах и при компьютерном моделировании напряжений, возникающих на деповских путях метрополитена рельсовый путь представлялся цепью с распределенными параметрами. Учитывалось, что из - за явления поверхностного эффекта активное сопротивление и индуктивность контактного рельса в переходном режиме меняются в широких пределах. При компьютерном моделировании принималось во внимания, что контактный рельс имеет относительно земли распределенную по длине ёмкость. Учтено также, это напряжения на контактах быстродействующего выключателя в процессе отключения тока к.з. изменяется во времени.

Используя алгоритм расчета напряжений на дуге выключателя (работы сотрудников ВНИИ железнодорожного транспорта, Россия), а также рекомендации сотрудников МИИТа, в работе предложена расчетная модель работы быстродействующего выключателя в виде схемы, представленной на рисунке 3. Входящие в схему источники э.д.с. подключаются в определенные моменты времени и определяются из соотношения

где значения тока на k - ом участке кривой изменения тока определяется по расчетам, выполненным согласно рекомендациям ученых ВНИИ железнодорожного транспорта.



Рисунок 3. Расчетная модель для определения напряжения на контактах быстродействующего выключателя

Отдельный результат компьютерного моделирования напряжений на деповских путях метрополитена при возникновении режима короткого замыкания представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Результат компьютерного моделирования напряжений на деповских путях метрополитена при возникновении режима короткого замыкания

Используя результаты выполненных расчетов, в работе установлено, что напряжение рельсы деповских путей - земля распределено по нормальному закону с числовыми характеристиками, соответствующим одному пути математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение максимального значения напряжения равны ,.

Установлено, что уровни этих напряжении существенно зависят от переходного сопротивления рельсовый путь - земля. С целью выявления локального изменения этого сопротивления, например при загрязнении шпал, в работе предложен принцип и даны рекомендации по разработке прибора, позволяющего измерять переходное сопротивление рельсы - земля. В качестве оперативного тока используется источник э.д.с с частотой равной 3000с^-1.

Показано, что с допустимой погрешностью переходное сопротивление рельсы - земля может быть рассчитаны по формуле

Ом.км,

где - входное сопротивление рельсового пути на частоте, Ом; может быть принято равным двум.

Далее в главе оценены условия заземления электрооборудовании при работах на деповских путях. Показано, что уровни коммутационных перенапряжений в деповских рельсовых путях метрополитена не превышают допустимых значений.

Заключение по работе

1. Показана целесообразность использования на строительных площадках метрополитена в Республике Союза Мьянмы системы электроснабжения напряжением до и свыше 1000 В с изолированной нейтралью с обязательным внедрением защитных заземлителей и устройств автоматического контроля изоляции, в основу работы которых положен принцип измерения напряжения на источнике оперативного переменного тока частотой от 5 до 15Гц.

При эксплуатации вновь строящихся линий метрополитена внешнее электроснабжение метро в условиях Республики Союза Мьянмы целесообразно осуществлять системой электроснабжения напряжением 20кВ, нашедшей применение в последние годы в России.

2. Обоснован алгоритм расчета коммутационных перенапряжений в ходовых рельсах деповских путей метрополитена, учитывающий нелинейный характер Вольт - Амперной характеристики напряжения на контактах быстродействующего выключателя и явление поверхностного эффекта в контактном рельсе.

По результатам компьютерного моделирования напряжении ходовые рельсы - земля установлена их зависимость от переходного сопротивления рельсы - земля и расстояния точки короткого замыкания от тяговой подстанции.

Для оценки уровней этих перенапряжении на стадии сооружения и проектирования метрополитена предложены аппроксимирующие модели в зависимости от двух параметров: длины и числа деповских путей метрополитена, переходного сопротивления рельсы - земля.

Предложен алгоритм и устройство определения переходного сопротивления рельсы - тело тоннеля метрополитена по данным экспериментальных исследований на расчетной частоте входного сопротивления - рельсового пути.

3. Разработана математическая модель для расчета тока однофазного короткого замыкания в кабельной сети с металлическими покровами, учитывающая взаимоиндуктивные и емкости связи между жилами и металлическими покровами.

Показано, что при представлении цепей жила кабеля - оболочка, металлические покровы кабеля - земля в виде линий с распределенными параметрами доля тока короткого замыкания, стекающего с искусственного заземлителя, не превышает 25% от общего тока короткого замыкания.

Установлена возможность существенного увеличения сопротивления растеканию защитного заземления в электроустановках и сетях напряжением свыше 1000В с изолированной нейтралью, получающих питание по кабельным линиям с металлическими покровами.

4. Предположена методика расчета вероятности превышения допустимых напряжений прикосновения над воздействующими, учитывающая вероятностный характер и нелинейную зависимость сопротивления тела человека от температуры окружающей среды и массы населения Республики Союза Мьянмы.

5. Установлено, что в условиях субтропического климата допустимые напряжения прикосновение в электроустановках, запланированного к строительству в Республике Союза Мьянмы метрополитена, распределены по логарифмически - нормальному закону, числовые характеристики которого зависят от времени протекания тока через тело человека.

Показано, что при принятом допущении о равномерном законе распределения коэффициента, учитывающего влияние температуры окружающей среды и массы коренного жителя Республики Союза Мьянмы на допустимое напряжение прикосновения, при экспериментальном определении соответствия электроустановки требованиям электробезопасности, сопротивление резистора, моделирующего сопротивления тела человека по пути рука - ноги, может быть принято равным 750 Ом.

6. Предложена математическая модель появления опасного события - поражения электрическом током в сетях напряжением до и свыше 1000 В.

Обоснована структурная схема опасных состояний, позволяющая проследить формирования опасного события: поражение персонала электрическим током.

Показано, что поражение электрическим током в трехфазной сети с изолированной контролю напряжением свыше 1000 В может произойти при возникновении одновременно ряда опасных состояний. Так, поражение произойдет при прикосновении человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением, с недостаточным уровнем изоляции, при отсутствии устройств контроля изоляции, отказе работы защиты от однофазных замыканий на землю и превышением воздействующими напряжениями прикосновения допустимых по условию обеспечения электробезопасности уровней.

7. Подтверждена возможность использования статистического анализа сбалансированной простой решетки для выявления факторов, влияющих на электробезопасность электроустановок и сетей строительных площадок метрополитена в Республике Союза Мьянмы.

Вычислительная процедура планирования сбалансирований простой решетки выполнена путем обработки ограниченным числом (двенадцать) экспертов.

Основные положения диссертации и результаты исследований изложены в следующих работах

1. Оценка коммутационных перенапряжении в рельсовых цепях деповских путей при аварийных режимах в тяговых сетях метрополитенов. ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника управление: М.: 2009. №5, с. 14 -17.

2. Косарев.Б.И., Аунг Мьо Мьинт. Вероятностно - статистическая оценка нефибрилляционных напряжений прикосновения в электроустановках и сетях районов с субтропическим климатам. ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника управление: М.:2010. №3, с. 19 - 23.

3. Косарев Б.И., Аунг Мьо Мьинт. Расчет токораспределения в кабельных сетях с металлическими покровами напряжением свыше 1000В с изолированной нейтралью при возникновении в них однофазных замыканий. Научно-технический журнал - Вестник ВНИИЖТ. М.: 2011. №2, с. 24 - 28.

Другие научные публикации по теме диссертации

1. Чавчанидзе Г.Д., Аунг Мьо Мьинт. Технические решения по снижению потерь электроэнергии в тяговой сети метрополитена. Девятая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов», М.:МИИТ, 2008. с.VI-9.

2. Аунг Мьо Мьинт. К вопросу о нормировании сопротивления тела человека в условиях субтропического климата. Юбилейная десятая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов», М.:МИИТ, 2009. c. XII-1.

3. Аунг Мьо Мьинт. Методика оценки условий электробезопасности при обслуживании электроустановок в условиях субтропического климата. Девятая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов», М.: МИИТ, 2008. с.VI-14.

4. Аунг Мьо Мьинт. Моделирование перенапряжений в рельсовых сетях метрополитена при возникновении режима короткого замыкания. Неделя науки -2009, М.:МИИТ, с.II-8.

5. Аунг Мьо Мьинт, Сотников Б.Н. Моделирование электромагнитных процессов в кабельных линиях с металлическими покровами напряжением свыше 1000В при возникновении однофазных замыканий. VII международная научно - практическая конференция «Trans-Mech-Art-Chem», М.: МИИТ, 2010. с. 15-16.

6. Аунг Мьо Мьинт. Система обеспечения условий электробезопасности в электроустановках и сетях строительных площадок метрополитена в условиях субтропического климата. Одиннадцатая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов», М.:МИИТ, 2010. c.VI-1.

Размещено на Allbest.ru