CC BY
15
РУХОМИЙ СКЛАД
УДК 614.841.345
СОЛЁНЫЙ С В., аспирант (ДонНТУ), ДЕМЧЕНКО Г.В., к.т.н., доц. (ДонНТУ), КОЛЕСНИК Л И., к.т.н., доц. (ДонИЖТ).
Предупреждение возгораний в системах электроснабжения пассажирских вагонов
Постановка проблемы
На сегодняшний день существует четыре основные системы электроснабжения пассажирских вагонов (ПВ): автономная, смешанная, централизованная, централизованная высоковольтная. Их отличия заключаются в типе источника питания и способе передачи электроэнергии в ПВ [1].
Электрооборудование ПВ должно отвечать требованиям ГОСТ по электрическим аппаратам, машинам, безопасности [2]. Данные требования предусматривают применение в системах электроснабжения ПВ стандартных защитных коммутационных аппаратов низковольтной электрической сети: плавкие предохранители, автоматические выключатели, устройства защитного отключения и др. Все крепления электрических контактных соединений должны иметь устройства против самоотвинчивания в виду повышенной вибрации, а также покрытие в виде термоиндикаторной краски, сигнализирующей о повышении температуры.
В работе [3] рассмотрены характеристики соединителей с механическим сжимом. В таких соединителях ток проходит по пути: жила кабеля - болт - резьбовой контакт -корпус соединителя - резьбовой контакт -болт - жила кабеля. Площадь поверхностей в контактной паре «жила-болт» и в резьбовом контакте выбирается примерно равной площади сечения кабеля. Это сделано для того, чтобы сопротивление току на всем его пути в соединителе было не меньше сопротивления жилы кабеля. На самом деле сопротивление таких контактных соединений оказывается значительно больше из-за сильной неравномерности распределения тока по окружности
цилиндрической поверхности проводящего болта-сжима. При включении этого соединителя на ток перегрузки в увеличенном сопротивлении резьбового контакта выделяется значительная мощность. В связи с малой массой приконтактного слоя происходят быстрый разогрев и подгорание сначала вблизи вершин треугольников резьбы. В результате разогрева материала и превышения предела текучести последующее остывание дает остаточную деформацию, приводящую к еще большему увеличению электрического сопротивления на резьбовом контакте. При повторном включении тока перегрузки этот цикл повторяется, при этом контактное сопротивление увеличивается еще больше. В целом получается, что сопротивление контактного соединения оказывается весьма нестабильным.
Также в качестве материала, используемого для оплетки и изоляции проводов и кабелей, часто используется поливинилхлорид, который при нагреве выделяет хлористый водород (HCl - при обычных условиях бесцветный газ с резким запахом; на воздухе при поглощении влаги образует туман, представляющий собой мельчайшие капельки соляной кислоты) [4]. При нагреве поливинилхлорида до 80 оС - материал становится мягким, 100 оС - начинает улетучиваться хлористый водород, 160 оС - выделяется 50 % хлористого водорода, 210 оС - материал начинает плавиться, 300 оС - выделяется до 85 % хлористого водорода. При взаимодействии с материалом контактного соединения соляная кислота разъедает его, т. е. наблюдается процесс старения контактного соединения.
Старение электрических контактных соединений и нарушение правил монтажа и уст-
ройства электроустановок сопровождается появлением переходных сопротивлений и искрения, что может привести к нагреву контактного соединения до температуры самовоспламенения диэлектрических материалов системы электроснабжения ПВ, и, как следствие, к пожару в ПВ.
Анализ исследований и публикаций
Существующие на сегодняшний день защитные коммутационные аппараты, применяемые в системах электроснабжения пассажирских вагонов, не реагируют на такой аварийный режим как появление переходных сопротивлений и искрение в местах электрических контактных соединений [1, 2].
Цель статьи
Разработка новых защитных коммутационных аппаратов, способных идентифицировать уровни пожарной опасности и отключать защищаемую систему электроснабжения ПВ при появлении переходных сопротивлений и искрения в местах электрических контактных соединений.
Результаты исследований
В Донецком национальном техническом университете на кафедре электроснабжения промышленных предприятий и городов проведен ряд экспериментов по измерению температуры нагрева электрического контактного соединения при появлении в нем переходных сопротивлений или искрения. Эксперимент показал (рисунок 1), что даже при нагрузке в 200 Вт время разогрева электрического контактного соединения до температуры самовоспламенения (Тс) отделочных материалов ПВ составляет 3-6 минут. Также при нагрузках от 800 до 1400 Вт происходит полное расплавление силового алюминиевого проводника сечением 1,5 мм2 с температурой плавления 660,1 оС, а т.к. корпуса современных розеток, выключателей и распределительных коробок изготавливаются из фенолоформальдегидной смолы с Тс = 462 оС - их возгорание неминуемо.
Также это значение превышает Тс таких электротехнических материалов как: полиэтилен (390 - 422 оС), полистирол (371 - 496 оС), поливинилхлорид (454 - 495 оС), фторопласт (600 оС), гетинакс (480 оС), текстолит (500 оС) и другие [4].
Исходя из вышеизложенного, было принято решение разработать и создать (рисунок 2) устройства предупреждения возгораний в низковольтных электрических сетях объектов, связанных с жизнедеятельностью человека [5, 6]. Анализ работ [1, 2] показал возможность использования этих устройств в системах электроснабжения ПВ.
Рассмотрим особенности работы устройства по блок-схеме (рисунок 3), которая работает следующим образом.
При появлении в защищаемой системе электроснабжения ПВ переходных сопротивлений или искрения в электрических контактных соединениях сигнал с входящими в него высокочастотными гармоническими составляющими снимается с вторичной обмотки датчика тока 1, замкнутого на опорный резистор Яопор. Выделенный на опорном резисторе Яопор сигнал подается на первичный операционный усилитель 2. После усиленный сигнал поступает на высокочастотный фильтр третьего порядка 3, где происходит выделение высокочастотных гармонических составляющих, обусловленных появлением переходных сопротивлений или искрения в электрических контактных соединениях. Отфильтрованные высокочастотные гармонические составляющие подаются на вторичный операционный усилитель 4. Усиленные высокочастотные гармонические составляющие поступают на детектор 5, где формируются единичные дискретные логические сигналы. С детектора 5 единичные дискретные логические сигналы поступают в блок автоселекции 6. Блок автоселекции 6 позволяет отстраиваться от кон-дуктивных помех и формировать уровни пожарной опасности защищаемой системы электроснабжения ПВ. С блока автоселекции 6 отобранные единичные дискретные логические сигналы поступают на элемент ИЛИ 7, а через него сигнал поступает на систему автоматического отключения 8, что приводит к
отключению защищаемой системы электроснабжения ПВ. Также сигнал на срабатывание системы автоматического отключения 8 может прийти с дифференциального трансфор-
матора тока 9 через элемент ИЛИ 7, что тоже приводит к отключению защищаемой системы электроснабжения ПВ.
О
о
о" Т
а р
& р
е п м е Т
Время 1, минуты
Рисунок 1. - Время нагрева электрического контактного соединения до 400 оС при образовании переходных сопротивлений или искрения
Рисунок 2. - Устройства предупреждения возгораний в системах электроснабжения ПВ
Источник питания ПВ постоянного или переменного тока
Кг
Аг
Устройство предупреждения возгораний в системах электроснабжения ПВ
5 6 7
©
0!
Ан
Защищаемая система электроснабжения ПВ постоянного или переменного
Рисунок 3. - Блок-схема устройства предупреждения возгораний в системах электроснабжения ПВ
8
2
тока
Выводы
Применение предложенного устройства предупреждения возгораний в системах электроснабжения ПВ позволит повысить пожарную безопасность и сократить количество пожаров от электротехнических причин на железной дороге.
Список литературы
1. Конарев Н.С. и др. Железнодорожный транспорт. Энциклопедия. М.: Изд-во Большая Российская энциклопедия, 1994 г. - 559 с. ил.
2. ВНПБ 03. Ведомственные нормы пожарной безопасности. Вагоны пассажирские. Требования пожарной безопасности. М.: Изд-во Министерство путей сообщения Российской Федерации, 2002 г. - 20 с.
3. Берман В.И., Феськов Е.М., Юркевич В.М. Новый способ оценки сопротивлений контактных соединений // Промышленная энергетика. - 1999. - № 6. - С.24-32.
4. Кашолкин Б.И., Мешалкин Е.А. Тушение пожаров в электроустановках. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 112 с., ил. - (Библиотека электромонтера; Вып. 571).
5. Пат. на Корисну модель 30720 Украина, МПК(2006) Н02Н 3/16. Пристрш для за-хисного вщключення електрично'1 мережi / Сольоний С.В., Ковальов О.П., Сольона О .Я.;
власник Донецький нацюнальний техшчний ушверситет. - № и 2007 12197; заявл. 05.11.07; опубл. 11.03.08, Бюл. № 5.
6. Пат. на Корисну модель 48914 Украина, МПК(2009) Н02Н 3/16. Пристрш для за-хисного вщключення електрично'1 мережi / Сольоний С.В., Ковальов О.П., Демченко Г.В., Нагорний М.О.; власник Донецький нацюнальний техшчний ушверситет. - № и 2009 10559; заявл. 19.10.09; опубл. 12.04.10, Бюл. № 7.
Анатации:
В данной статье рассмотрены пути создания новых защитных коммутационных аппаратов, способных идентифицировать уровни пожарной опасности и отключать защищаемую систему электроснабжения пассажирских вагонов при появлении переходных сопротивлений и искрения в местах электрических контактных соединений.
У данш статп розглянуп шляхи створення нових захисних комутацшних апарапв, здатних щентиф^ва-ти pÎBrn пожежно1 небезпеки й вщключати систему еле-ктропостачання пасажирських вагошв, що захищаеться, при появi перехщних опорiв i юкршня в мюцях елект-ричних контактних з'еднань.
In given article ways of creation of the new protective switching devices are considered, capable to identify levels of fire danger and to disconnect protected system of electrosupply of carriages at occurrence of transitive resistance and sparks in places of electric contact connections.
Збiрник наукових праць Дон1ЗТ. 2011 №25
79
