Курсовая работа (т): Модернизация электропоездов переменного тока с целью снижения затрат электроэнергии

Сопротивление растеканию тока с ног человека моделируют с помощью квадратной металлической пластины размером 25×25 см, которую располагают на поверхности земли (пола) в местах возможного нахождения человека. Металлическую пластину нагружают массой не менее 50 кг.

При указанных измерениях в электроустановках устанавливают режимы и условия, создающие наибольшие значения напряжений прикосновения и токов, воздействующих на организм человека.

8.2.1 Электромагнитные поля (ЭМП)

ЭМП воздушных линий электропередачи высокого (ВЛВН) и сверхвысокого (ВЛСВН) напряжений в той или иной мере влияют на здоровье обслуживающего их персонала. При систематическом пребывании человека в зоне высокой напряженности электрического поля у него через несколько месяцев появляются нарушения функционального состояния центральной нервной и сердечнососудистой систем, изменения в крови, наблюдается повышенная утомляемость, изменение кровяного давления и пульса, появляются боли в области сердца и т.п.

Согласно ГОСТ 12.1.002-84 «ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на их рабочих местах» для охраны здоровья людей, обслуживающих воздушные линии электропередач напряжением 400 кВ, установлены нормы пребывания человека в электрическом поле.

Таблица 8.10

Нормы пребывания человека в электрическом поле

Указанные нормы распространяются на персонал, который по условиям работы систематически находится в зонах воздействия электрического поля. При этом имеется в виду, что все остальное время суток человек находится в местах, где напряженность электрического поля равна или менее 5 кВ/м, и исключена возможность воздействия на организм человека электрических разрядов с металлических частей. Для измерения напряженности электрического и магнитного полей используют прибор ИЭМП-2. Плотность потока излучения измеряют различного рода радиотестерами и тиристорными измерителями малой мощности 45И, ВИМ и др.

ГОСТ 12.1.006 - 84 «ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» распространяется на электромагнитные поля в диапазоне частот 60 кГц ÷ 300 ГГц и устанавливает предельно допустимые значения напряженности и плотности потока энергии ЭМП на рабочем месте персонала, обслуживающего установки, излучающие энергию ЭМП, и подвергающегося в производственных условиях воздействию этого поля.

Электромагнитное поле в диапазоне частот 60 кГц ÷ 300 МГц оценивают по напряженности его составляющих в диапазоне частот 300МГц ÷ 300 ГГц - плотность потока энергии.

Напряженность электромагнитного поля в диапазоне частот 60 кГц ÷ 30 МГц на рабочих местах и местах возможного нахождения персонала, связанного профессионально с воздействием этих полей, не должна превышать следующих предельно допустимых значений:

По электрической составляющей, В/м:

•        50 - для частот от 60 кГц до 3 МГц;

•        20 - для частот от 3 кГц до 30 МГц;

•        10 - для частот от 30 кГц до 50 МГц;

•        5 - для частот от 50 кГц до 300 МГц.

По магнитной составляющей, А/м:

•        5 - для частот от 60 кГц до 1,5 МГц;

•        0,3 - для частот от 30 кГц до 50 МГц.

Предельно допустимую плотность потока энергии (ППЭ) электромагнитных полей в диапазоне частот 300 МГц ÷ 300 ГГц на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного с воздействием этих полей, устанавливают исходя из допустимого значения энергетической нагрузки на организм и времени пребывания в зоне обслуживания. Однако во всех случаях она не должна превышать 10 Вт/м² (1000 мкВт/см²), а при наличии рентгеновского излучения или высокой температуры воздуха в рабочих помещениях (выше ) - 1Вт/м² (100 мкВт/см²).

Контроль за соблюдением предельно допустимых значений ЭМП осуществляют измерением напряженности электрической и магнитной составляющих ЭМП и плотности потока энергии на рабочих местах и в зонах возможного нахождения персонала, подвергающегося в условиях производства воздействию этого поля, по методикам, утвержденным Минздравом.

Измерения проводят периодически не реже одного раза в год в порядке текущего санитарно-гигиенического контроля.

8.3    Электробезопасность при обслуживании электропоездов

На железнодорожном транспорте электротравмы составляют 15 - 17 % от общего числа несчастных случаев. Весьма существенная часть электротравм связана с эксплуатацией магистрального электроподвижного состава.

Установить общие закономерности и определить важнейшие пути предупреждения электротравматизма на электропоездах позволяет статистика несчастных случаев. По результатам обработки статистических данных за последние 15 лет в таблице представлена топография электротравматизма на электропоездах. С целью отражения специфики поражения электрическим током в табл. 8.11 отдельно представлен травматизм в депо и в пути следования.

Данные электротравматизма на электропоездах позволяют получить следующие выводы:

•        большинство (около 65 %) несчастных случаев происходит у подвижного оборудования;

•        электротравиатизм при ремонте, осмотре и экипировке электропоездов в депо составляет превалирующую часть (около 74 %);

•        только 1/4 несчастных случаев приходится на локомотивные бригады в поездных условиях.

Таблица 8.11

Топография электротравматизма на электропоездах

Такое распределение электротравматизма при обслуживании электропоездов можно объяснить конструктивными особенностями.

Во-первых, высоковольтное оборудование размещено по всей длине электропоезда и отсутствуют блокирующие устройства ящиков подвагонного оборудования.

Во-вторых, в случае отказа оборудования какой-нибудь секции в пути следования локомотивная бригада, как правило, исключает из работы электропоезда эту неисправную секцию, а поиск неисправности производят в депо.

Электропоезд рассчитан на рабочее напряжение 25000 В однофазного переменного тока частотой 50 Гц.

Очевидно, что прикосновение к токоведущим частям, находящимся под таким напряжением, вызывает токи, проходящие через тело человека, безусловно, опасные для жизни.

Для питания вспомогательного оборудования электроподвижного состава применяются напряжения 220 В и 380 В переменного тока. Такие напряжения также могут привести к несчастным случаям с летальным исходом и считаются опасными.

Для цепей управления электроподвижным составом используются напряжения 110 В постоянного тока. Эффект поражения от прикосновения к токоведущим частям определяется условием болевой переносимости.

Электрические железные дороги являются электрическими системами, у которых обратный ток возвращается частично по рельсам и частично по земле. На перегоне между двумя тяговыми подстанциями ток в рельсах будет максимальным в местах соприкосновения колес ЭПС с рельсами и около тяговых подстанций, минимальным - между ЭПС и тяговой подстанцией.

Для тока, уходящего от рельсов в землю, а следовательно и величина потенциалов в зоне растекания, будут зависеть от ряда факторов, среди которых следует отметить:

)        величину продольного сопротивления рельсовой цепи;

)        величину переходного сопротивления между рельсами и землей;

)        расстояние между тяговой подстанцией и ЭПС, потребляющего ток.

Электробезопасность при касании корпуса электроподвижного состава будет обеспечена, если соблюдается неравенство:

где     - допустимое нижнее пороговое значение тока фибрилляции. Для длительности воздействия 0,1 с оно может быть принято равным 500 мА;

 - удельное сопротивление грунта под ногами человека. В работе [2] показано, что ;

 - коэффициент прикосновения к подвижному составу;

 - падение напряжения между корпусом ЭПС и землей;

 - сопротивление тела человека;

 − сопротивление обуви;

Определим ток, проходящий через тело человека:

Следовательно, возможный ток, проходящий через тело человека при касании корпуса ЭПС более, чем в два раза превышает допустимый.

Применение в выпрямительной установке фильтро-компенсирующего устройства емкостного типа предполагает появление опасности поражения остаточными зарядами.

При касании токоведущих частей заряженного конденсатора ток, проходящий через человека, будет определяться выражением:

По данным расчета ФКУ на электропоезде применяются конденсаторы емкостью  с максимальным напряжением  до 2000 В.

Длительность воздействия тока будет равна времени разряда батареи конденсаторов.

Ток в момент касания составит:

Определим ток разряда конденсатора через тело человека спустя время :

Действие токов такой величины и продолжительности, вне сомнения, вызовет летальный исход.

В связи с этим для ящика подвагонного оборудования, в котором находится ФКУ необходимо предусмотреть электрическую блокировку в цепи управления, а также принудительное заземление силовой схемы ФКУ.

Рассмотрим работу схемы блокирующих устройств электробезопасности:

При открытии дверей высоковольтного шкафа катушка реле опускания токоприемника РОП, получавшая питание от провода 56 через резисторы R25, R16 и блокировку дверей высоковольтного шкафа В7 потеряет свое питание и своим контактом 15 - 15ВП подает питание на катушку клапана опускания токоприемника КЛП-0. То же самое произойдет при открывании лестницы на крышу или крышек ящиков. Так как через блокировки соответственно В9 и БК1 - БК6 провод 26 будет соединен с проводом 30 и катушка РОП окажется шунтированной через диод Д2.

При открытии ящика с ФКУ и выпрямителем срабатывает блокировка БК6, а контур разряда конденсаторов достигается установкой электромагнитного контактора. Удерживающая катушка контактора заводится в цепь управления параллельно КЛП-0.

Несмотря на простоту осуществления системы блокирующих устройств электробезопасности с использованием электрических блокировок, они обладают существенными недостатками. Прежде всего, на работу токоприемников оказывает влияние большое число электрических блокировок, что часто приводит к решению деблокировать всю систему безопасности.

Но все же это самый простой и надежный способ предотвратить попадание обслуживающего персонала под напряжение. Также электрическая блокировка обладает высокой надежностью срабатывания и ремонтопригодности. Электрические блокировки взаимозаменяемые и могут устанавливаться в различных частях электроподвижного состава и выполнять различные функции. Неисправную блокировку можно легко обнаружить визуально или с помощью электрического тестирования цепи (методом среднего или последовательного исключения).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализируя характеристики управляемых выпрямителей установлено, что они должны удовлетворять следующим требованиям:

•        обеспечивать наименьший угол сдвига основной гармоники первичного тока относительно напряжения, для снижения потребляемой реактивной мощности, а значит и полного тока;

•        низкое содержание в первичном токе высших гармоник малых порядков во избежание мешающего влияния на рельсовые цепи устройств сигнализации и блокировки;

•        низкое содержание в первичном токе высших гармоник высоких порядков во избежание мешающего влияния на линии связи.

Существующие выпрямительные установки электропоезда способствуют появлению значительных реактивных нагрузок и высших гармоник в потребляемом токе из контактной сети, а значит и в системе энергоснабжения. Все это приводит к снижению коэффициента мощности, как электропоезда, так и всей системы электрической тяги переменного тока.

Для повышения коэффициента мощности в дипломном проекте рассматривается возможность установки на электропоезде фильтро-компенсирующего устройства. Которое представляет собой конденсаторную батарею, параллельно подключенную ко вторичной обмотке трансформатора. Она является источником реактивной энергии, позволяющей снизить загрузку этой энергией системы энергоснабжения.

Следует отметить, что возможно конденсаторы включать не только в электропоезде, но и на шинах тяговой подстанции, к различным точкам тяговой сети как параллельно, так и последовательно. Однако, при этом не учитывается возможность наличия на участке энергосбережения различного числа электропоездов, работающих в различных режимах.

Предлагается использовать параллельную компенсацию на выпрямительной установке, имеющей две зоны регулирования, так как большее количество зон незначительно увеличивает среднеэксплуатационный коэффициент мощности, но приводит к снижению надежности выпрямительной установки, увеличению ее стоимости и повышению трудоемкости обслуживания.

Конденсаторную батарею следует сделать регулируемой, так как реактивная мощность, потребляемая выпрямителем, меняется от зоны к зоне.

Расчетом определена для электропоезда ЭР9К необходимая емкость конденсаторной батареи, которая составила на первой зоне 460 мкФ, а на второй зоне в два раза больше. Такое решение позволяет использовать две одинаковые батареи конденсаторов, что приводит к унификации узлов этого устройства.

Был произведен пересчет скоростных характеристик тягового двигателя и установлено, что при установке ФКУ в области пусковых токов характеристики лежат на 5-6 км/ч выше, чем характеристики базового электропоезда. В целом несколько увеличилась жесткость скоростных характеристик , что, как известно, позволяет реализовать повышенный коэффициент сцепления, говоря о его среднеэксплуатационном значении.

При построении кривых тока, скорости и времени хода по участку были получены следующие данные: при оборудовании электропоезда фильтроко-мпенсирующим устройством расход электроэнергии снизился на 5-6 %, время хода по участку на 1,3 % меньше, чем для базового. При этом скорость движения на расчетном подъеме оказалась на 4-5 км/ч выше, что говорит о возможности повышения количества вагонов, а значит и провозной способности железных дорог.