, (2.10)

и возведения левой и правой частей выражения (2.10) в степень , уравнение процесса охлаждения зажима примет вид:

. (2.11)

Если подставить значение , получим конечную формулу для расчета превышения температуры зажима при его охлаждении от начального превышения в виде:

. (2.12)

Полученное уравнение описывает изменение температуры плашек зажима с течением времени при отсутствии тягового тока протекающего по соединению.

2.3 Экспериментальные исследования процесса охлаждения питающего зажима КС-053

С целью определения достоверности и погрешности вычислений, производимых по полученной формуле (2.12), был проведен ряд экспериментов.

Опыты проводились на специально сконструированном стенде (рисунок 2.3) [86]. Особенностью конструкции стенда является возможность практически полного получения эксплуатационных условий. Для проведения испытаний размещение датчиков температуры и условия длины электрического соединения проводов (lc) принимались в соответствии с ГОСТ 12393-2013 (рисунок 2.4).

Электрическая схема стенда, представляет собой замкнутый контур, по которому пропускают необходимую величину тока. Чтобы создать ток в контуре, используется нагрузочный трансформатор, который индуцирует ток в замкнутом контуре величиной до 1000 А, что позволяет нагревать испытываемый образец до температуры более 300 ⁰С. Для плавного регулирования тока в схеме применяется трансформатор РНО – 250/10. Контроль напряжения ведется двумя вольтметрами (до 300 В) на первичной и вторичной обмотках трансформатора, контроль тока в контуре осуществляется при помощи мультиметра, рассчитанного до 1000 А или при помощи двух трансформаторов тока типа УТТ – 5М, которые при последовательном присоединении создают кратность 6000/5 (1200). Температура нагрева контролируется при помощи цифрового термометра марки «Техноас» ТК-5, пирометра марки MIKRON M120 [92].

Эксперимент проводился при температуре окружающего воздуха плюс 20С, нагрев осуществлялся током 600 А до температуры зажима 100 С с дальнейшим его охлаждением. Замеры температуры производились в соответствии со схемой, представленной на рисунке 2.4 с промежутком между измерениями 3 минуты. Результаты одного из экспериментов представлены на рисунке 2.5, на котором так же изображены планки погрешности в 5 %, по которым видно, что полученная формула (2.12) является адекватной.

Таблица 2.1 – Экспериментальное исследование процесса охлаждения

Рисунок 2.5 – Экспериментальное исследование процесса охлаждения

Методика, предложенная в работе [97] предполагает вычисление коэффициента дефектности в момент протекания по болтовому зажиму тягового тока. Было проведено математическое моделирование по предложенной методике с использованием полученного уравнения охлаждения для цикла «нагрев – охлаждение».

Проверка качества электрического контакта питающих зажимов контактной сети производится в соответствии с ГОСТ 12393-2013 [30], ГОСТ 10434-82 [87] и ГОСТ 17441-84 [88]. Болтовые соединения собирались тарированным ключом, момент затяжки варьировался от 10 до 40 . Нормируемой величиной затяжки является 30 и 40 в зависимости от типа болта.

Качество полученных соединительных узлов определяется коэффициентами дефектности электрического контакта:

1) по электрическому сопротивлению – ;

2) по перегреву условным номинальным током – .

Коэффициенты дефектности соединений по нагреву и по электрическому сопротивлению были определены для питающего зажима КС-053-8 (соединений проводов М-95 и МФ-100).

Коэффициенты дефектности вычислялись по формулам:

где , , и соответственно сопротивления и падение напряжения на соединении и на участке целого провода той же длины, мкОм, мВ; и соответственно превышение температуры зажима и соединяемого провода вне зажима над температурой окружающего воздуха, ⁰С.

Коэффициент дефектности по сопротивлению определялся при помощи двойного моста как среднее арифметическое из пяти полученных значений. Результаты тепловых испытаний питающих зажимов подвески контактной сети, представлены в таблице 2.2 [89].

Таблица 2.2 - Показатели эффективности работы электрических соединений

Для определения коэффициента дефектности по нагреву ток задавался равным 600 А согласно нормам [30] и поддерживался в процессе испытания неизменным с погрешностью 3–5 %.

Коэффициент дефектности по нагреву для питающих зажимов не должен превышать 0,9. Величина коэффициента дефектности показывает, насколько эффективнее соединительная арматура отводит тепло со своей поверхности, чем провод. В некоторых работах приводится разная трактовка того, каким должен быть по величине рассматриваемый коэффициент и ставится вопрос о способности коэффициента оценивать качество электрического соединения. Так, в работе [6] отмечено, что коэффициент дефектности по нагреву не может быть показателем качества работы зажимов КС из-за нестационарности режимов работы.

3 ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ НА КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ

3.1 Распределение тока в подвеске

Контактная сеть (КС) должна обеспечивать бесперебойный токосъем электроподвижного состава (ЭПС). КС – нерезервированное сложное техническое сооружение электрифицированных железных дорог. Задача обслуживающего персонала – постоянно содержать устройства контактной сети и воздушные линии электропередач в технически исправном состоянии [12,13,18].

Система КС состоит из нескольких десятков элементов, которые соединены последовательно. При отказе одного из элементов выходит из строя вся система, что приводит к длительным перерывам в работе железнодорожного транспорта. Поэтому необходимо стремиться к более высокой надежности работы каждого элемента подвески в условиях эксплуатации.

Основные причины отказов устройств контактной сети приведены в таблице 3.1, 3.2

Таблица 3.1 – Количество нарушений нормальной работы контактной сети

Таблица 3.2 – Основные причины отказов устройств

Необходимо отметить, что контактная сеть наиболее уязвимый объект в системе тягового электроснабжения. Именно ее работа в большинстве случаев является причиной браков, задержек поездов.