CC BY
15
УДК 621.331.3
А. БЯЛОНЬ, Ю. ФУРМАН (ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА, ВАРШАВА, СИЛЕЗСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ, КАТОВИЦЕ)
Институт железнодорожного транспорта, 04-275 Варшава, Польша, ул. Хлопицкого 50, тел.: +48 22 4731453, факс: +48 22 4731036, эл. почта: [email protected]
Силезский политехнический институт, Кафедра транспорта, Сектор автоматики на транспорте, 40-019 Катовице, Польша, ул. Красинского 8, тел.: +48326034136, эл. почта: [email protected]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ВАРИСТОРНЫМИ ОГРАНИЧИТЕЛЯМИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ 3 КВ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
Введение
Постоянное развитие сложных систем управления, которые в большой степени состоят из электронных устройств, ясно обусловлав-ливает необходимость обеспечения надежной защиты контактной сети от перенапряжений и, тем самым, ограничений уровней перенапряжений в устройствах СЦБ. Прежде всего, это связано с необходимостью ограничения перенапряжений на более низком, чем до сих пор, уровне. В связи с чем, по заказу Польских Железнодорожных Линий (АО ПКП ПЛК), в Институте железнодорожного транспорта выполнялись работы по созданию прототипа системы защиты контактной сети с применением вари-сторных ограничителей перенапряжений (ОПН). Для проектирования и внедрения в эксплуатацию данной системы велись трудоемкие испытания, как натурные, так и лабораторные. При этом необходимым являлось рассмотрение явления гашения перенапряжений контактной сетью в функции расстояния от источника удара. Возможно, это целесообразнее было бы выполнить в реальных условиях, но для экономии времени и финансов, были проведены лабораторные испытания на разработанной для данной цели лабораторной модели. Модель должна в максимальной степени отражать реальные условия, т.е. выполнять требования по распро-
С1
странению перенапряжении в эксплуатируемой контактной сети.
1. Характеристика модели участка контактной сети
В фазе проектирования модели принято, что она должна соответствовать четырем основным критериям:
а) состоять из элементов со сосредоточенными параметрами, которые будут соответствовать участкам контактной сети длиной в один километр;
б) параметры составляющих элементов модели обязательно соответствуют единичным параметрам (Ь, 1(. С) 1 км контактной сети,
в) размещение индуктивных и емкостных элементов модели по отношению друг к другу не должно вызывать индуктивной и емкостной связи,
г) примененные элементы должны соответствовать необходимым уровням изоляции для взаимодействия с генератором импульсного напряжения с максимальной амплитудой 7 кВ.
Разработанная лабораторная модель восьмикилометрового участка контактной сети состоит из 8 индуктивных элементов и 8 поперечных емкостей (рис. 1). Следует подчеркнуть, что выбранная длина участка и значения электрических параметров отвечали погонным параметрам типовой контактной сети, применяемой на опытном кольце Института железнодорожного транспорта в г. Жмигруд.
5___ 6 7 _ 8 9
Ьб и Ьу Ьэ
г г
Рис. 1. Электрическая система модели 8 км участка контактной сети
© Бялонь А., Фурман Ю., 2013
с
о
Индуктивный элемент, соответствующий 1 км контактной сети, изготовлен в виде катушки с ферритовым разомкнутым сердечником с большой магнитной проницаемостью. Катушка намотана медной проволокой с изоляцией 2 мм. Индуктивность намотанной катушки составляла около 465 ± 10 |о,Н и сопротивление 0,035 О.. Конденсатор, представляющий погонную емкость, изготовлен из двух металлических плиток, разделенных диэлектриком. Емкость таким образом построенного конденсатора, составляла около 10,5 пБ и могла регулироваться.
2. Методика испытаний
Для испытаний использовался генератор, генерирующий импульсы формой 1,2/50|о,з и 10/700|о,8 с максимальной амплитудой генерируемого ударного импульса 6,9 кВ. Принятый тестовый импульс 1,2/50|о,з характерен для пе-
ренапряжении, создаваемых в электрической цепи от магнитного поля, вызванного как ударом молнии, так и коммутационными перенапряжениями. Этот импульс широко применяется для исследования устойчивости электрических и электронных устройств. Реальное время воздействия удара молнии в контактную сеть или перенапряжений от волновых процессов может быть значительно большим. Поэтому проводились также испытания для импульса 10/700^.
Для определения оптимального расстояния между ОПН в контактной сети, проводились измерения распространения ударного импульса на модели участка контактной сети с нагрузкой вари-стором. Как приведено на рис. 2, генератор импульсного напряжения (в) присоединен ко входу модели, а ОПН в конце модели.
Рис. 2. Схема измерительной системы при нанесении ударных импульсов для модели с нагрузкой варисторного ограничителя перенапряжений
Испытание заключалось в измерениях и регистрации амплитуды ударных импульсов в пунктах \_Ъ модели участка контактной сети. Форма амплитуд импульсов напряжения регистрировались с помощью безиндуктивного распределителя напряжения, а форма тока регистрировалась при помощи катушки Роговского.
В дальнейшем, для подробных испытаний зоны взаимодействия между ОПН, следовали измерения для различных конфигураций, в которых изменяется расстояние между варисто-рами и место введения ударных импульсов. В связи с этим были приняты два случая нанесения ударов относительно положения варисто-ров в разработанной модели:
а) удар посередине между варисторами при переменном расстоянии размещения варисторов, т.е. 2, 4 и 6 км;
б) удар у входа модели, в которой один из варисторов находится в конце модели при расстоянии между варисторами 4 км.
Для первого варианта нанесения удара в измерительной системе, представленной на рис. 3, генератор импульсного напряжения присоединен в пункте 5 2. а на конечных зажимах модели нет нагрузки. Испытание заключалось в измерении и регистрации амплитуд ударных импульсов в пунктах ^ для случая взаимного размещения варисторов в точках 2, 4 и 6 км.
© Бялонь А., Фурман Ю., 2013
Рис. 3. Схема измерительной системы при нанесении ударных импульсов для модели с нагрузкой варисторного ограничителя перенапряжений
Во втором варианте импульс вводился у входа модели (пункт Как представлено на рис. 4, ОПН находятся в пункте Ъ_Ъ и в конце модели (пункт поэтому расстояние между ними составляло 4 км. Аналогично первому
варианту, испытание заключалось в измерении и регистрации амплитуд ударных импульсов в пунктах \_Ъ по с использованием раньше упомянутых устройств.
Рис. 4. Схема измерительной системы при введении ударных импульсов для второго варианта
Примененные для испытаний ОПН имеют следующие параметры:
а) номинальный разрядный ток 8/20 цэ - 10 кА;
б) максимальный разрядный ток 8/20 цэ - 40 кА;
в) напряжение постоянной работы 440 V;
г) защитный уровень напряжения при 10 кА (8/20 ця) - 1460 V.
При выборе варисторов основной функцией являлась возможность обеспечения их полной проводимости при максимальной амплитуде импульсов, создаваемых примененным генератором.
3. Результаты испытаний
Из анализа зарегистрированных амплитуд импульсов ударного напряжения в отдельных измерительных пунктах модели, разработаны характеристики размещения амплитуд ударных импульсов в функции расстояния для ранее охарактеризованных измерительных систем.
Из анализа характеристик, приведенных на рис. 5 следует, что им свойственны две характерные зоны. Зона, в которой нет активного воздействия варистора на амплитуды ударных
© Бялонь А., Фурман Ю., 2013
импульсов и зона ограничения амплитуд ударных импульсов ОПН. При ударах импульсом 10/700|о,8 зона активного воздействия варистора на амплитуду ударного импульса удлиняется
по сравнению с импульсом 1,2/50|о,з. Можно прийти к выводу, что зона активирования варистора увеличивается при росте времени роста ударного импульса.
Ос|| едЬэс [кт]
Рис. 5. Распределение амплитуд ударных импульсов (1,2/50 и 10/700 цв) в функции расстояния от генератора для модели контактной сети с нагрузкой варистора
Предварительное определение расстояния между ОПН в контактной сети требует определения зоны распространения перенапряжений, распространяющихся в оба направления от места удара, когда к сети присоединены ОПН. Результаты измерений распространения ударных импульсов, приведенные на рис. 6 указывают, что при размещении ОПН на расстоянии 2 или 4 км друг от друга, гашение амплитуды ударного импульса от места удара к месту присоединения варисторов линейной формы. Зато при расстоянии, составляющем 6 км, оно нелинейной формы. Данное вытекает из факта, что
варисторы находятся на границе зоны воздействия на амплитуды ударного импульса.
В варианте удара у входа модели, где есть один варистор в конце модели линии, при расстоянии между варисторами 4 км, характеристика ограничения перенапряжений между варисторами, приведенная на рис. 7, иллюстрирует, что варистор, присоединенный в конце модели, является нагрузкой для ударных импульсов. Уровень ограничения ударных импульсов на участке между варисторами сохраняется на уровне напряжения ограничения примененных ОПН.
—rozstawimi е 4 km
"rozstawienie б km
1 0/7 00
1 .2/50
2 km
•о 3000
0 J-^-^-^-^-^-^-^-
01 2345678
Odlegio№K[km]
Рис. 6. Характеристики гашения ударных импульсов (10/700 jas) в модели контактной сети при размещении варисторов 2, 4 и 6 км для первого варианта нанесения удара
© Бялонь А., Фурман Ю., 2013 ISSN2307-4221 Електрифжащя транспорту; № 6. - 2013. 17
7000
ОсИед^оэс [кт]
Рис. 7. Характеристики гашения ударных импульсов (10/700цв) в модели контактной сети при размещении варисторов 4км для второго варианта нанесения удара
Выводы
На основе анализа характеристик гашения амплитуд ударных импульсов варисторными ограничителями перенапряжений можно прийти к выводу, что оптимальное расстояние варисторов может составлять около 4 км. В случае однородной сети (без стрелок, пересечений, ответвлений) построенной в зоне с низкой изоке-ауричностью возможно пробовать увеличить расстояние.
Приведенные выводы получены на основе лабораторных испытаний на специально разработанной для этой цели модели. Их целесообразно уточнить в натурных испытаниях с применением варисторов для защиты от перенапряжений контактной сети при использовании генератора импульсного напряжения с импульсной амплитудой не менее 15 кВ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников
1. Вис1ом>а / poligonowe Ьаёата prototypowego ьуь1ети оскгопу рггеё рггерщаат1 г ogranicznikami м>агу$1огом>ут. Ргаса 1К 3889/10 \Varszawa, 2011.
2. В1а1оп А., Ьавкотувк! М., Ра] к а Р., 2а\уас1ка Ь., Копсерс]а оскгопу 5/ес/ 1гаксу]пеу ЗкУ Г)С рггеё рггерщаат1 роскоёгета atmosferycznego / komutacyjnego. ТТ8 пг 9/2012.
Внутренний рецензент Сыченко В. Г.
3. Opracowanie now ego systemu ochrony sieci trakcyjnej przed przepiçciami, badania eksploatacyjne nowego systemu, okreslenie lokalizacji podiqczenia ochrony od urzqdzen sterowania trakcja i urzqdzen sterowania ruche.Etapl. Praca CNTK 4291/10 Warszawa, 2007.
4. Adamski D., Bialon A., Furman J., Kazimierczak A., Laskowski M., Zawadka L., Problematyka tiumiennosci рггерщс w sieci trakcyjnej 3kVDC. Logistyka 3/2012
5. Bialon A., Furman J., Surgest tests conducted in the contact system I lab environment Elektrifikacija transporta Ukraina 3/2012.
6. Mikulski, J. Mlynczak J., Pawelak. M. Ochrona antykradziezowa sieci trakcyjnej. Computer systems aided science and engineering work in transport, mechanics and electrical engineering. TRANSCOMP 2010. 14th International conference, Zakopane, Poland, 6 XII - 9 XII 2010. Conference proceedings. [Dokument elektroniczny], Poznan : Instytut Logistyki i Magazynowania, 2010, s. 2257-2265, (Logistyka; nr 6, dod. : Logistyka - nauka).
7. Ким Е.Д., Сыченко В.Г. Защита от перенапряжений тяговых сетей постоянного тока: методология выбора ОПН. Вестник Днепропетровского национального технического университета железнодорожного транспорта им. ак. В. Лазаряна, Вып. 37-2011, - с. 82-93
Поступила в печать 01.09.2013.
Внешний рецензент Васяк И.
Применение новых микропроцессорных устройств железнодорожной автоматики требует усовершенствования методологии и средств их защиты. Статья посвящена рассмотрению одного из аспектов данной проблемы, а, именно, усовершенствованию защиты от внешних и коммутационных перенапряжений при применении нового типа защитных устройств - варисторных ограничителей перенапряжения. В статье охарактеризована лабораторная модель участка контактной сети и описаны ее основные элементы, приведена методика испытаний, рассмотрены различные варианты предварительного размещения варисторных
© Бялонь А., Фурман Ю., 2013
ограничителей перенапряжений в контактной сети, затем представлены и проанализированы результаты испытаний. Из анализа характеристик гашения амплитуд ударных импульсов варисторными ограничителями перенапряжений показано, что оптимальное расстояние между ними может составлять порядка 4 км.
Ключевые слова: контактная сеть, перенапряжения, варистор, ограничитель перенапряжений, импульс.
УДК 621.331.3
А. БЯЛОНЬ, Ю. ФУРМАН (1НСТИТУТ ЗАЛ1ЭНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ, ВАРШАВА, С1ЛЕЗБКИЙ ПОЛ1ТЕХН1ЧНИЙ1НСТИТУТ, КАТОВ1ЦЕ)
1нститут зал1зничного транспорту, 04-275 Варшава, Польща, вул. Хлопщького 50, тел.: +48 22 4731453, факс: +48 22 4731036, ел. пошта: [email protected]
Силезький пол1техшчний ¡нститут, Кафедра транспорту, Сектор автоматики на транспорт!,
40-019 Катовице, Польща, вул. Красинського 8, тел.: +48326034136, ел. пошта: [email protected]
ВИЗНАЧЕННЯ В1ДСТАН1 М1Ж ВАРИСТОРНИМИ ОБМЕЖУВАЧАМИ ПЕРЕНАПРУГИ ДЛЯ КОНТАКТНО? МЕРЕЖ1 3 KB ПОСТ1ЙНОГО СТРУМУ В ЛАБОРАТОРИЯХ УМОВАХ
Застосування нових м^ропроцесорних пристроТв зал1зничноТ автоматики вимагае удосконалення методологи та 3aco6iB 'ix захисту. Стаття присвячена розгляду одного з аспекпв даноТ проблеми, а саме, удосконалення захисту Bifl зовшшшх i комутацмних перенапруг при застосуваны нового типу захисних пристроТв -варисторних обмежувачю перенапруги. У статп охарактеризована лабораторна модель дтянки контактно!' мереж1 та описано Ti ochobhI елементи, наведено методику випробувань, розглянут1 pi3Hi вар1анти поперед-нього розмщення варисторних обмежувачю перенапруг в контактшй мережу представлен! i проанал1зован1 результата випробувань. 3 анал1зу характеристик гасшня ампл1туд ударних ¡мпульав варисторних обмежу-вачами перенапруг показано, що оптимальна вщстань м1ж ними може становити близько 4 км.
Ключов1 слова: контактна мережа, перенапруги, варистор, обмежувач перенапруги, ¡мпульс.
Внутршшш рецензент Сиченко В. Г. Зовшшнш рецензент Васяк I.
UDC 621.331.3
A. BIALON, U. FURMAN (INSTITUTE OF RAILWAYS, WARSAW, SILESIAN TECHNICAL UNIVERSITY, KATOWICE)
Institute of railways, 04-275 Warsaw, Poland, 50 Chlopitskogo Street, tel.: +48 22 4731453, fax: +48224731036, e-mail: [email protected]
Silesian technical university, Department of Transport, Transport Automation Sector, 40-019 Katowice, Poland, 8 Krasinskogo Street, tel.: +48326034136, e-mail: [email protected]
LABORATORY METHOD OF DETERMINING OPTIMAL DISTANCE BETWEEN VARISTOR SURGE PROTECTORS ON 3 KV DC CATENARY
Application of new microprocessor devices railway automation requires improvement methodology and tools for their protection. The article discusses one aspect of the problem as well as the improvement of protection from external and switching surges in the application of a new type of protective devices which are varistor voltage limiters. The article described a laboratory model of the contact network and described its main elements, describes a method of testing the various options considered prior organize varistor overvoltage in the contact system, and then present and analyze the test results. From the analysis of the characteristics of the shock pulse amplitude blanking varistor surge arresters shown that the optimal distance between them can be about 4 km.
Keywords: contact network, overvoltage, varistor, overvoltage limiter, pulse.
Internal reviewer Sychenko V. G. External reviewer Vasyakl.
© Бялонь А., Фурман Ю., 2013 ISSN2307-4221 Електрифтащя транспорту, № 6. - 2013.
