методички / 4014 ЭИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ для обучающихся по специальности 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов», специализация «Электроснабжение железных дорог»

очной и заочной форм обучения

Составители: Т.В. Бошкарева Н.В. Теплякова

Самара

2016

1

УДК 621.331

Эксплуатация технических средств обеспечения движения поездов :

методические указания к выполнению лабораторных работ для обучающихся по специальности 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов», специализация «Электроснабжение железных дорог» очной и заочной форм обучения / составители : Т.В. Бошкарева, Н.В. Теплякова. – Самара : СамГУПС, 2016. – 24 с.

Приведены задания и методические указания к выполнению лабораторных работ для обучающихся по рассматриваемой дисциплине. В содержание лабораторных работ входят вопросы эксплуатация основных элементов системы тягового электроснабжения

– контактной сети.

Утверждены кафедрой «Электроснабжение железнодорожного транспорта», протокол № 8 от 28.02.16 г.

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Составители: Бошкарева Татьяна Владимировна, доцент каф. ЭСЖТ; Теплякова Наталия Владимировна, ст.препод каф. ЭСЖТ

Рецензенты: зам. начальника Самарской дистанции электроснабжения – СП Самарского отделения Куйбышевской железной дороги – филиала ОАО «РЖД» А.И. Моисеев; к.т.н., доцент СамГУПС Л.С. Лабунский

Под редакцией Е.В. Добрынина

Подписано в печать 20.05.2016. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 1,5. Заказ 80.

Самарский государственный университет путей сообщения, 2016

2

ВВЕДЕНИЕ

Контактная сеть – одна из составных частей системы тягового электроснабжения. Надежность контактной сети должна быть достаточно высокой при любых атмосферных условиях, так как она не имеет резерва. В связи с этим надежная эксплуатация ее параметров имеет важное практическое значение.

Входе выполнения лабораторных работ студенты знакомятся с основными способами и устройствами диагностики контактной сети, со способами проведения ее осмотра, выявления неисправностей. Рассматриваются вопросы токораспределения в зоне рельсовых стыков, поскольку рельсовая сеть является неотъемлемой составляющей тяговой сети. Рассматриваются вопросы взаимодействия токоприемника и контактного провода.

Входе выполнения лабораторных работ студентами приобретаются навыки по компетенции ПК-17: владение нормативными документами по ремонту и техническому обслуживанию систем обеспечения движения поездов; владение современными методами и способами обнаружения неисправностей в эксплуатации, определение качества проведения технического обслуживания систем обеспечения движения поездов; владение методами расчета показателей качества.

Впроцессе выполнения лабораторных работ студент должен знать назначение, состав и структуру производственной, эксплуатационной, технологической и ремонтной документации, правила ее разработки и оформления. Должен уметь применять навыки пользования проектной и технической документацией, систематизировать и обобщать информационные материалы, анализировать и обосновывать полученные решения. Должен овладеть навыками инженерно-технического работника при эксплуатации и надзоре, техническом обслуживании и ремонте устройств систем обеспечения движения поездов.

3

Лабораторная работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СЕТИ

Цель работы: изучение изменения переходного сопротивления рельсового

токораспределения при различном значении переходного сопротивления.

Краткие теоретические сведения

Всистеме тягового электроснабжения ходовые рельсы используются в качестве обратного провода (фазой системы) и поэтому, с точки зрения электропроводности, к ней предъявляются довольно жесткие требования.

Сопротивление рельсовой сети состоит из самих рельсов и рельсовых стыков. Сопротивление рельсов определяется их типом (площадью поперечного сечения), а сопротивление стыков имеет переменную величину и может принимать значения от десятков Ом до нескольких мкОм [1].

Вэксплуатационных условиях большим изменениям подвержен параметр – натяжение стыковых болтов, значения которого во времени могут отличаться в несколько раз, часто и на порядок. А сопротивление стыка в первом приближении в основном определяется величиной натяжения болтов и состоянием контактирующих поверхностей накладок и рельсов. Под переходным сопротивлением понимают сопротивление, имеющее место в относительно тонком слое контактирования выступов (шероховатостей) накладок и рельсов. Переходное сопротивление складывается из сопротивления, возникающего вследствие сужения линий тока в местах металлического контакта, и сопротивления тончайших пленок, проводящих электрический ток.

Поверхности рельсов и накладок обладают шероховатостью и волнистостью, вследствие чего они контактируют только в определенных точках, совокупность которых образует фактическую площадь касания контакта. Сопротивление стягивания обусловлено тем, что линии тока вблизи точек касания суживаются, в результате чего сопротивление увеличивается.

Для расчета электрического сопротивления контакта рекомендуется учитывать следующие факторы, влияющие на его величину:

1)материал, образующий контакт, его физические свойства: удельное электрическое сопротивление, прочность и твердость;

2)искажение изопотенциальных поверхностей и кажущееся увеличение сопротивления, вызванное этим явлением;

3)соприкасающиеся поверхности, образующие контакт: их размер, форма, характер обработки, состояние;

4)условие образования контакта: влияние приложенного давления и его характер (статистическое, динамическое, однократное, многократное, со скольжением, без скольжения). В рельсовом стыке приложены все эти виды давлений.

4

Одним из способов увеличения электропроводности в рельсовой сети является стыковой соединитель [2]. Приваренный к головкам смежных рельсов такой соединитель создает параллельно накладкам цепь протекания тягового тока. В настоящее время используются приварные стыковые соединители трех типов, выполненные из стали, меди и из биметаллического троса (рис. 1.1). Электрический контакт соединителя с рельсом обеспечивается приваркой наконечника к головке рельса.

а)

б)

Рис. 1.1. Рельсовые стыковые соединители: а) стальной; б) медный

К стыковому соединителю предъявляется ряд требований:

-соединитель должен выдерживать уровень длительных токов в рельсах, обусловленных заданными весовыми параметрами и интенсивностью движения подвижных составов, не перегреваясь выше нормативного значения;

-должен выдерживать наибольшие токи короткого замыкания, возможные в системе тягового электроснабжения трамвая;

-установка соединителя в путь должна быть, по возможности, простой [3].

В ходе лабораторной работы необходимо определить:

1.Величину тока, протекающего по рельсовому стыку при различных значениях натяжения стыковых болтов, потери напряжения. Рассчитать переходное сопротивление рельсового стыка в зависимости от натяжения стыковых болтов.

2.Величины токов, протекающих по элементам рельсового стыка по показаниям стенда и по формулам:

Описание стенда

Принципиальная электрическая схема стенда первого опыта для снятия зависимости Rпер= (Qз) приведена на рис. 1.2. Стенд состоит из следующих элементов: рельсового стыка Р65, трансформатора тока, выпрямителя, шунта, регистрирующего прибора – милливольтметра (амперметра) и милливольтметра.

Рис. 1.2. Принципиальная электрическая схема стенда

Для оценки токораспределения в зоне рельсового стыка стенд представляет собой физическую модель токопроводящего рельсового стыка с накладками и приварным медным соединителем сечением Sсс = 70 мм2. В качестве источника тока использован трансформатор тока. Переходные сопротивления «рельс – накладка» Rрн изготовлены из фехралевых резисторов (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Электрическая схема стенда

6

Порядок выполнения работы

1.Тумблером подать питание на стенд.

2.Динамометрическим ключом затянуть стыковые болты до усилия Qз = 1000 даН.

3.Снять показания амперметра и милливольтметра.

4.Повторить пункты 2 и 3 до усилия Qз = 6000 даН.

5.Полученные результаты поместить в табл. 1.1.

6.Переключатель последовательно установить в положение 1, 2, 3, 4 и 5.

7.Снять показания токов, протекающих по накладке при различных значениях переходного сопротивления «рельс-накладка».

8.В такой же последовательности рассчитать токи, протекающие по стыковому соединителю и накладкам по формулам (1.1).

9.Результаты расчетов свести в табл. 1.2.

Таблица 1.1

Результаты измерений

Таблица 1.2

Расчетные и экспериментальные значения токов, протекающих по стыку

1.

2.

3.

4.

5.

Контрольные вопросы

1.Что называют переходным сопротивлением?

2.Чем определяется переходное сопротивление стыка?

3.Приведите нормативное значение сопротивления 1 метра рельса со стыком.

7

4. Опишите процесс увеличения сопротивления стыка в эксплуатационных условиях.

5. Описать существующие типы стыковых соединителей, их достоинства и недостатки.

6. Чем определяется величина тока, протекающего по элементам стыка?

7. При каких значениях переходного сопротивления «рельс – накладка» неэффективно приваривать стыковые соединители?

8. Определить массу стыкового соединителя и расход меди на 1 км пути при заданных Sсс = 70 мм2 , lсс = 0,2 м, lзв = 25 м.

Лабораторная работа № 2

НАГРЕВ ПРОВОДОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Цель работы: изучение процесса нагрева проводов контактной сети, а также тепловой защиты контактной сети системы тягового электроснабжения постоянного тока

Краткие теоретические сведения

Как известно, при протекании электрического тока по проводнику происходит его нагревание, температура нагрева зависит от величины протекающего тока и от физикомеханических свойств самого проводника. В настоящее время рост объема перевозок и массы поездов, а также использование более мощных локомотивов и проведение объединенных поездов требует увеличения мощности устройств тягового электроснабжения. Наряду с неизбежным увеличением мощности тяговых подстанций и усилением сечения контактной сети возникает необходимость более полного использования её нагрузочной способности.

Пропускная способность контактной сети определяется токовой нагрузкой проводов по условиям нагрева. Существующие защиты контактной сети не учитывают температуру нагрева проводов.

Согласно Правилам устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог ЦЭ-868 /5/, выбор сечения контактной подвески для обеспечения пропуска объединенных поездов (по условиям допустимого нагрева проводов) производится, исходя из охлаждения провода ветром со скоростью 1 м/с, наибольшей температуры окружающей среды +35 С и допустимых величин перегрева проводов током меньше тока уставки фидерных быстродействующих выключателей.

Данное положение приводит к неполному использованию нагрузочной способности контактной сети при различных температурах окружающей среды и скорости ветра, а также кратковременных бросках тока в пусковом режиме. Вследствие

8

влияния метеорологических условий возникает значительный ресурс по тепловому режиму.

Нагрузочную способность контактной сети можно реализовать с помощью устройства, которое позволяет контролировать температуру проводов и отключает питание данного участка при повышении допустимой по условиям нормальной эксплуатации температуры. Для выполнения этих требований в эксплуатационных условиях наиболее оптимальным решением является применение максимальной токовой защиты в сочетании с тепловой защитой контактной сети (ТЗКС). Это позволило бы в ряде случаев повысить уставки БВ.

Температуру проводов контактной сети можно определить, решая уравнение теплового баланса /4/.

В таблице 2.1 приведены допустимые превышения температур для проводов контактной сети.

Уравнение теплового баланса для провода:

где I – ток в проводе, А;

Ro сопротивление при начальной температуре % (по норме % =20°С), Ом/м; а – температурный коэффициент сопротивления, °С» ;

t – текущее время, с;

с – теплоёмкость провода, Втс/°См; к – теплоотдача со всей поверхности провода, Вт/см;

St – температура перегрева провода, превышающая температуру окружающей среды в момент времени t, °C.

Из рисунка 2.1 можно определить время, за которое провод достигает предельно допустимой температуры, по которой выбирается уставка ТЗКС.

9

Рис. 2.1 График зависимости температуры проводов подвески М120+2МФ100+А185 при длительном токе 2500 А

Описание стенда

Стенд содержит схему модели участка КС с подвеской М120+2МФ100+А185, в которой можно моделировать тяговый ток от 0 до 3000 А, что составляет 32 % перегрузки. Для моделирования режима обдува контактной подвески ветром установлен вентилятор с изменяющейся частотой вращения. В контактном проводе МФ100 с помощью переключателя моделируются 30% износа контактного провода.

На модели контактной подвески установлены датчики температуры (восемь штук), четыре из которых подключены к схеме измерения температуры, а другие четыре – к схеме тепловой защиты контактной сети, которая отслеживает температуру 95°, 120°, 140 °С. При достижении любым из проводов контактной подвески температуры 120 ºС включается реле выдержки времени на три минуты, а при достижении температуры 140 ºС

– реле выдержки времени на одну минуту. Сигналы с выходов с реле выдержки времени отключает реле имитирующее БВ (быстродействующий выключатель) тяговой подстанции. При охлаждении контактной подвески до температуры 95°С происходит автоматическое включение реле имитатора быстродействующего выключателя АПВ.

Порядок выполнения работы

1.Включить стенд.

2.Включить БВ кнопкой ВКЛ.

3.Установить ток в контактной сети равной 2500 А с помощью регулятора.

4.Снять зависимость температуры проводов контактной сети от времени протекания тока, отмечая температуру по электронному термометру каждые 30 с.

10