Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра "Электротехника, электроника и электромеханика"

Хабаровск ‒ 2017

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

(ДВГУПС)

Электроэнергетический институт Кафедра ЭтЭЭМ . (наименование УСП) (наименование кафедры)

Направление (специальность) 13.04.02 Электроэнергетика и электротехника (код, наименование направления или специальности)

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой_______________ О.А. Малышева

«_____» _________2017 г.

З А Д А Н И Е

на выпускную квалификационную работу студента

Кавлак Романа Сергеевича

(фамилия, имя, отчество)

1.Тема ВКР:«Методика определения состояния болтового электрического соединения в цикле «нагрев-охлаждение»

утверждена приказом по университету от « 10 » марта 2017 г. № 214а

2. Срок сдачи студентом законченной ВКР « 13 » июня 2017 г.

3. Исходные данные к ВКР: анализ производственно-хозяйственной деятельности хозяйства электрификации и электроснабжения за 2004 - 2015 гг; параметры элементов контактной сети; ВКР Власенко С. А.; диссертация Игнатенко И.В.

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)

4.1. Диагностика и мониторинг электрического соединения;

4.2 Моделирование тепловых процессов в болтовом соединении

4.3 Выявление основных критериев оценки состояния электрических контактов.

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей):

6. Консультанты по ВКР (с указанием относящихся к ним разделов ВКР)

7. Дата выдачи задания 13.02.2017 г.

Календарный план

выполнения выпускной квалификационной работы

Студент _____________________________________________

Руководитель ВКР ____________________________________

ABSTRACT

The object of the study is a bolted electrical connection formed by a contact wire, a clamp and a copper flexible wire of the railroad contact system.

Development of theoretical and experimental methods for studying the characteristics of electrical connections, based on mathematical and physical modeling of their work.

РЕФЕРАТ

101 страница, 34 рисунка, 14 таблиц, 99 источников, 0 приложений.

КОНТАКТ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ, ДЕФЕКТ, КОНТРОЛЬ, ЗАЖИМ, КОЭФФИЦИЕНТ

Объектом исследования является болтовое электрическое соединение, образованное контактным проводом, зажимом и медным гибким проводом контактной сети железных дорог.

Разработка теоретической и экспериментальной методики исследования характеристик электрических соединений, базирующихся на математическом и физическом моделировании их работы.

Основной целью работы является математическое и экспериментальное моделирование с целью определение критериев и разработки на их основе методики определения состояния электрического соединения при действии циклической тяговой нагрузке.

ESSAY

101 pages, 34 drawings, 14 spreadsheets, 99 sources, 0 apps.

CONTACT, ELECTRIC CONNECTION, COOLING, DEFECT, CONTROL, CLIP, INDEX

The object of the study is a bolted electrical connection formed by a contact wire, a clamp and a copper flexible wire of the railroad contact system.

Development of theoretical and experimental methods for studying the characteristics of electrical connections, based on mathematical and physical modeling of their work.

The main goal of the work is mathematical and experimental modeling in order to determine the criteria and develop on their basis a technique for determining the state of an electrical connection under the action of a cyclic traction load.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 9

1 ДИАГНОСТИКА И МОНИТОРИНГ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ 13

1.1 Электрические контакты. Электрические эффекты и свойства 14

1.1.1 Контактное сопротивление 15

1.1.2 Зависимость контактного сопротивления от механического сжатия 16

1.1.3 Зависимость контактного сопротивления от протекающего тока 18

1.2 Соединительная арматура и способы соединения проводов контактной сети 19

Болтовые зажимы 20

Прессуемые зажимы 21

Сварка взрывом, холодная и термитная сварка 24

1.3 Факторы, влияющие на электрические контакты 26

1.4 Методы и средства обнаружения некачественных электрических контактов 28

1.4.1 Визуальный осмотр 29

1.4.2 Термоиндикация 30

1.4.3 Тепловидение 30

2 УРАВНЕНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ПИТАЮЩЕГО ЗАЖИМА КОНТАКТНОЙ СЕТИ КС–053 33

2.1 Уравнение нагрева болтового электрического соединения 34

2.2 Уравнение охлаждения болтового электрического соединения 36

2.3 Экспериментальные исследования процесса охлаждения питающего зажима КС-053 40

3 ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ НА КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ 46

3.1 Распределение тока в подвеске 46

3.2 Процессы распределения токов между проводами контактной сети 48

3.2.1 Моделирование процессов на линиях постоянного тока 48

3.2.2 Моделирование процессов на линиях переменного тока 53

3.3 Распределение тока в межподстанционной зоне при двухсторонней схеме питания 58

3.4 Исследование коэффициента дефектности в цикле «нагрев‒охлаждение» 64

3.5 Анализ полученных результатов 68

4 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ В ЦИКЛЕ «НАГРЕВ-ОХЛАЖДЕНИЕ» 73

4.1 Исследование функциональной зависимости коэффициента дефектности 75

4.2 Разработка методики определения качества электрического соединения 78

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ НОВОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАЖИМОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРИБОРА Testo 845 80

5.1 Общие положения определения экономической эффективности 83

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 92

ВВЕДЕНИЕ

Устойчивая работа Российских железных дорог, в настоящее время, является решающим фактором развития нашей страны. Железнодорожный транспорт - универсальный вид транспорта для обеспечения перевозок в межрайонных и во внутрирайонных сообщениях. Железные дороги в меньшей степени воздействуют на окружающую среду и имеют меньшую энергоемкость работы по сравнению с другими видами транспорта. Железнодорожный транспорт наиболее приспособлен как к пассажирским, так и грузовым перевозкам. Он функционирует независимо от времени года, атмосферных условий, днем и ночью.

При реализации тяжеловесного движения (в соответствии с программой «Стратегия развития железнодорожного транспорта в РФ до 2030 года») в большей степени снижается надежность работы системы тягового электроснабжения (СТЭ) из-за токов повышенной величины в контактной подвеске, осуществляющей передачу электрической энергии от тяговых подстанций к электроподвижному составу.

Контактная сеть (КС) – сложное, нерезервированное, техническое сооружение электрифицированных железных дорог. Она должна обеспечивать бесперебойный токосъем электроподвижного состава (ЭПС).

Система КС это сложный механизм, который состоит из нескольких десятков элементов, соединенных, с точки зрения надежности, последовательно. Отказ одного выводит из строя всю систему, это приводит к длительным перерывам в работе железнодорожного транспорта. Таким образом, стоит задача повышения надежности отдельных элементов подвески в условиях ее эксплуатации. Эксплуатирующими контактную сеть службами принимаются своевременные организационные и технические мероприятия по обеспечению стабильной работы, однако повреждаемость не снижается.

Важными компонентами на КС (а именно контактной подвески) являются места соединения проводов – токопроводящие зажимы. Большинство соединений проводов на железных дорогах осуществляется плашечно – болтовыми зажимами. Соединительная арматура, по степени риска отказов, занимает одно из самых высоких мест. Причинами обрывов самих проводов контактной подвески, а так же несущих тросов, питающих или усиливающих фидеров, является превышение допустимой температуры установленных на них зажимов.

На железных дорогах ОАО «РЖД» контроль над нагревом болтовых зажимов в процессе эксплуатации производит вагон-лаборатория для измерения параметров контактной сети (ВИКС). И как показывает статистика отказов контактной сети, ежегодно более 14 % всех отказов приходится на соединительную арматуру, что говорит о недостаточном контроле соединительной арматуры в процессе эксплуатации.

Повышение надежности электрических соединений является важной задачей в повышении эффективности СТЭ, которую можно решить за счет расширения диагностических комплексов, базирующиеся на новых методиках контроля и прогнозирования.

Целью диссертационной работы является разработка методики определения состояния электрического соединения в цикле «нагрев ‒ охлаждение»

Для достижения поставленных целей определены следующие задачи:

1. Получение математической модели процесса охлаждения болтового соединения

2. Математическое моделирование и экспериментальные исследования характеристик электрических соединений.

3. Составить на основе проведенных экспериментов критерии для оценки качества электрических соединений.

Методика исследований. Поставленная цель в работе достигается путем комплексных аналитических и экспериментальных исследований.

Численные расчеты выполнены в программной среде MathCAD, Maple.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Получено уравнение описывающее изменение температуры плашек зажима с течением времени при отсутствии тягового тока протекающего по соединению.

2. Составлен программный код в среде MathCAD позволяющий проводить моделирование любых режимов работы соединения.