Разработка средств защиты от влияния наведенных электрических полей на объекты городского и подземного строительства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Гладков, Михаил Николаевич

• Гладков, Михаил Николаевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гладков, Михаил Николаевич

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса исследования и постановка задач 1.1. Общее положение.

1.2 .Обзорный анализ исследований в области блуждающих токов.

1.3. Задачи научного исследования.

Глава 2. Исследование влияния источников тока на формирование блуждающих токов.

2.1. Общее положение.

2.2. Источники постоянного и переменного тока.

2.2.1. Источники постоянного тока.

2.2.2. Источники переменного тока.Зо

2.3. Исследование влияния источников тока на формирование блуждающих токов.

2.3.1. Анализ влияния различных видов выпрямительных устройств на образование блуждающих токов.

2.3.2. Анализ влияние источников переменного тока на образование блуждающих токов.

2.4. Выводы.

Глава 3. Исследование и обоснование математической модели поля блуждающих токов.

3.1. Общее положение.

3.2. Математическое описание поля блуждающих токов в системе: источник блуждающего тока - среда - объект.

3.2.1. Математическое описание распределения потенциалов в системе «рельс - балласт - фунт» при источнике постоянного тока.

3.2.2. Математическое описание распределения потенциалов в системе «рельс - балласт - фунт» при источнике переменного тока.

3.3. Применение математической модели поля блуждающих токов с целью обоснования защитных мероприятий.

3.4. Выводы.

Глава 4. Разработка способов и мероприятий, обеспечивающих ограничение блуждающих токов при эксплуатации контактных сетей электрифицированного транспорта.

4.1. Результаты экспериментальных исследований блуждающих токов в тяговых сетях Мосметростроя.

4.1.1. Характеристика тяговой сети Мосметростроя.

4.1.2.Разработка методики экспериментальных исследований

4.1.3. Анализ результатов экспериментальных исследований

4.2. Разработка рекомендаций, направленных на офаничение блуждающих токов, при эксплуатации элекфифицированного рельсового транспорта.

4.2.1 Проведение предупреждающих мероприятий.

4.2.2 Оптимизация расположения тяговой подстанции.

4.2.3. Обоснование возможности применения переменного тока в тяговых сетях Мосметростроя.

4.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка средств защиты от влияния наведенных электрических полей на объекты городского и подземного строительства»

В настоящее время, согласно перспективным планам города Москвы, предусматривается развитие электрифицированного транспорта как наиболее эффективного и безопасного с точки зрения воздействия на окружающую среду. В связи с этим ожидаемо растут электрические нагрузки, увеличиваются плотности рельсовых путей, являющихся непосредственным источником блуждающих токов.

Известно, что блуждающие токи вызывают сильную коррозию металлических конструкций и сооружений; являются источниками промышленных электрических и электромагнитных помех; могут приводить к преждевременному срабатыванию электродетонаторов при проведении взрывных работ.

Для снижения вероятности возникновения аварийных ситуаций, источником которых являются блуждающие токи, важное значение приобретает разработка специальных средств защиты от них.

Существующие на сегодняшний день принципы работы устройств по защите от блуждающих токов практически не претерпели серьезных изменений. В последних разработках просматривается тенденция защиты от паразитного воздействия блуждающих токов, не прибегая к глубоким масштабным изменениям в электротехнических комплексах и системах (ЭТК и

С).

Теоретические аспекты проблемы находят свое развитие в разработке новых математических и физических моделей электрических полей в интересующей нас области. С точки зрения действия самой защиты, ее эффективности при различных внешних условиях - распространен класс задач электрохимической защиты.

Поскольку существующие средства защиты не могут адекватно реагировать на все возможные случаи возникновения опасных ситуаций, то разработка 5 и обоснование способов и средств защиты, ограничивающих зоны распространения опасных потенциалов на объектах электротехнических комплексов и систем является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление закономерностей формирования блуждающих токов с учетом электротехнических и электротехнологических параметров тяговой сети для разработай средств защиты, ограничивающих распространение блуждающих токов, что позволит повысить уровень электробезопасности в контактных сетях электрифицированного рельсового транспорта.

Идея работы заключается в поиске моделей электротехнических и электротехнологических объектов тяговых сетей, режимов их работы и обнаружении мероприятий, способных предупредить возникновение блуждающих токов на стадии формирования токов утечки.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна.

1 .Классификация способов и средств защиты от блуждающих токов, учитывающая системный анализ эффективности их применения.

2.Математическая модель наведенных электрических полей в системе: источник тока утечки - балласт - грунт, формирующая критерии безопасности при эксплуатации электротехнических комплексов и систем в условиях городского и подземного строительства.

3.Зависимости распределения разности потенциалов в среде от характеристик источников тока различных видов, учитывающая формирование блуждающих токов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: строгостью математических выкладок; использованием положений теории электрических цепей, теории электрического и электромагнитного полей; использованием апробированных методов измерения 6 электрических параметров; удовлетворительной корреляцией результатов теоретических и экспериментальных моделей (0,89 - 0,9).

Значение работы: Научное значение работы заключается в систематизации классификационных признаков средств и способов защиты от блуждающих токов с целью рационального их использования; в определении закономерностей формирования электрического поля в среде в зависимости от характеристик элементов электротехнических комплексов и систем в условиях городского и подземного строительства, что является уточнением принятых норм.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по применению рациональных средств защиты от блуждающих токов при эксплуатации электрифицированного рельсового транспорта, что обеспечит необходимый уровень безопасности при проектировании электротехнических комплексов и систем, а также значительно снизит электрокоррозийную опасность.

Реализация выводов и рекомендаций. Рекомендации по применению рациональных средств защиты от блуждающих токов использованы ОАО «Трансинжстрой» при разработке мероприятий, направленных на безопасную эксплуатацию контактных сетей шахтной электровозной откатки на объектах Мосметростроя.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 1998 г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 1999 г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2000 г.), на Межвузовской научно-технической конференции «Управляющие и вычислительные системы. Новые технологии» (Вологда, ВГТУ, 2000 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 140 страницах текста, содержит 9 таблиц, 26 рисунков, список литературы из 55 наименований и приложение.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Гладков, Михаил Николаевич

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Предложена классификация способов и средств защиты от блуждающих токов при эксплуатации электрифицированного рельсового транспорта, которая позволяет выполнить анализ существующих средств защиты с целью выбора рациональной, а также определить новые направления в вопросах их разработки.

2. Проведен анализ источников постоянного и переменного тока с целью определения характера их влияния на образование токов утечки с рельс (блуждающих токов).

3. Предложена схема замещения связи контура тяговой сети электровозной откатки и контура пути блуждающих токов для исследования влияния характеристик источников тока на токи утечки с рельс.

4. Скорость поляризации зарядов и формирование блуждающих токов зависят от числа пульсаций ш выпрямленного напряжения за период, а также от соотношения электротехнических параметров тяговой сети на объектах Мосметростроя.

129

5. С увеличением частоты тягового переменного тока Г значение его максимума снижается и проявляется на более дальних расстояниях от электровоза по длине шахты (для объектов Мосметростроя).

На удалении от электровоза (50-60м), при увеличении частоты тока Г в 10 раз, величина блуждающих токов снижается практически в два раза.

6. Проведено математическое моделирование поля распределения электрических потенциалов в контактных сетях электрифицированного транспорта, с помощью которого удалось установить зависимости распределения потенциалов в окружающей рельс среде от электротехнологических параметров (электропроводность среды, геометрические параметры объектов и

ДР-)

7. Увеличение частоты тока f в рельсе пропорционально сужению границ области выноса опасного потенциала по координате г.

8. Получены экспериментальные зависимости, определяющие безопасную зону распределения потенциалов при ведении взрывных работ на объектах Мосметростроя.

9. Рекомендации по применению рациональных средств защиты от блуждающих токов приняты к использованию ОАО «Трансинжстрой» при разработке мероприятий, направленных на безопасную эксплуатацию тягового электрифицированного транспорта на объектах Мосметростроя.

130

Заключение

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, состоящее в разработке способов и обосновании средств защиты, ограничивающих зоны распространения опасных потенциалов на объектах электротехнических комплексов и систем, что позволит обеспечить необходимый уровень электробезопасности в сетях электрифицированного рельсового транспорта.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гладков, Михаил Николаевич, 2000 год

1. Аватков A.C. Электрификация железных дорог на однофазном токе промышленной частоты. М.; Транспортжелдориздат, 1958. 295 с.

2. Бекман В., Швенк В. Катодная защита от коррозии: Справ, изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1984. - 496 с.

3. Бессонов J1.A. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1961. - 792 с.

4. Брылеев А.М., Кравцов Ю.А., Шишляков A.B. Теория, устройство и работа рельсовых цепей. М.: Транспорт, 1978. 32 с.

5. Бутрыский А.П. Опыт защиты подземных сооружений от коррозии. -Уфа: Башк. кн. изд-во, 1988. -104 с.

6. Влияние поля Земли на измерения постоянного тока в подземных трубопроводах/ Джала P.M., Дикмарова Л.П., Корниенко В.Ю.// Измерит.техн. -М, 1995.-N7.-с.42-44.

7. Гладков М.Н. Классификация способов и средств, защитных устройств от блуждающих токов// Деп.руков. МГТУ, 27 декабря. М., 1999, N 313.

8. Гладков М.Н., Глухарев Ю.Д., Петров B.JI. Математическое моделирование распределения потенциалов в грунте на участках электровозного транспорта// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГТУ, 1999.-N 8.

9. Глухарев Ю.Д., Гладков М.Н. К вопросу о блуждающих токах при эксплуатации электрофицированного рельсового транспорта// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГТУ, 1999. - N 1. - с. 165-167.

10. Глухарев Ю.Д., Гладков М.Н., Сигитов Ю.Е. Обеспечение бесперебойной эксплуатации контактных сетей электровозной откатки Мосметрост-роя// Деп.рук. в МГГУ, 27 декабря. М., 1999. - N 312.131

11. Глухарев Ю.Д., Гладков М.Н. Рациональная защита объектов городского и подземного строительства от блуждающих токов// Деп.рук. в МГТУ, 27 декабря. М., 1999. - N 314.

12. Гнусин Н.П., Поддубный Н.П., Мае А.И. Основы теории расчета и моделирования электрических полей в электролитах. Новосибирск, Сибир. отд. "Наука", 1972. 276 с.

13. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлении. М.: изд. АН СССР, 1948.

14. Дикмарова Л.П., Корниенко В.Ю. Сопротивление изоляционного покрытия подземного трубопровода// ИС. Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендуемые для внедрения в нефтяной промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1991. -N 12. - с.51-56.

15. Загайнов H.A., Финкелыдтейн Б.С., Кривов Л.А. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. Учебник для техникумов/ Под ред. Зайганова H.A., -М.: Транспорт, 1988. 327 с.

16. Использование методов моделирования при проектировании электрохимической.защиты подземных сооружений в нефтегазовой промышленности/ Автор обзора В.Н.Ткаченко, М.: ВНИИОЭНГ, 1974. - 101 с.

17. Исследование блуждающих токов в условиях коркине разрезов и разработка мероприятий по защите электродетонаторов от преждевременных взрывов блуждающими токами.: Отчет о НИР/ Московский горный институт; Рук. М.И.Озерной, М. 1968. - 256 с.132

18. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. - 832 с.

19. Котельников A.B., Наумов A.B., Слободнюк Л.П. Рельсовые цепи в условиях влияния заземляющих устройств. М.: Транспорт, 1980 - 207 с.

20. Котельников A.B. Блуждающие токи электрофицированного транспорта. М.: Транспорт, 1986. - 279 с.

21. Котельников A.B., Косарев А.Б. Электромагнитное влияние тяговых сетей переменного тока на металлические комуникации// Электричество. -М.: Энергоатомиздат, 1992. N 9. - с.26 - 32.

22. Краевые задачи математической физики и их приложения: Сб. статей/ Отв. ред. В.Т.Иванов, Уфа: БФАН, СССР, 1976. - 130 с.

23. Лацабидзе Т.В. Система электроснабжения постоянного тока повышенного напряжения с компенсацией токов в земле. Автореф. дис. канд. тех. наук, Рост, институт инженеров ж.-д. трансопрта, Ростов, 1991. 17 с.

24. Либерман Л.Д. Определение опасной зоны блуждающих токов на горных предприятиях и защита электодетонаторов от преждевременных взырывов. Автореф. дис. канд. М.: МГИ, 1969. - 23 с.

25. Лукович В.В. Математические модели электрического поля в задачах электрохимической защиты трубопроводов. Автореф. докт. дисс. Киев, 1990. -36 с.

26. Математический метод расчета параметров катодной защиты подземных сооружений в неоднородных средах. Случай горизонтально-слоистого пространства/ Иванов В.Т., Яковлева Т.М.// Защита металлов -1996, -32, N 1. с. 78-82.

27. Математическое моделирование физических полей.: Тезисы докл. научн. техн. семинара. - Саратов: Изд-во Саратовского института, 1988. - 43 с.133

28. Математическое моделирование электромагнитных полей: Сб. статей/ Отв. ред. М.С.Жданов. М.: ИЗМИРАН, 1983. - с.26 - 68.

29. Мелешин В.И. Выпрямительные устройства и нерегулируемые тран-зисторыне инверторы: Учебн. пособие. М.: Изд-во МАИ, 1994. - 56 с.

30. Методы теории потенциала в задачах электрозащиты от коррозии/ Жапанова Ф.Н., Кохановский И.Н. и др. Ташкент: Фан, 1988. - 180 с.

31. Методы электрохимической защиты подземных коммуникаций: Отчет и рекомендации комплекс, бригады ИТР Казахстана и тех. экон. исслед. -Алама-Ата.: Цоп КазахНИИНТИ, 1983. 8 с.

32. Михайловский Ю.Н. Коррозия металлов под действием переменных токов в жидких электролитах. Дис. окт. М., 1963.

33. Николський К.К. Защита от коррозии подземных металлических сооружений связи: Справочник. М.: Радио и связь, 1991, - 264 с.

34. Определение размера зоны опасного действия блуждающих токов на электровозные цепи в условиях рудника комбината Печенганикель: Отчет о НИР/ Московский горный институт; Руководитель М.Н.Озерной, АПУ 17 -181.-М., 1969. - 114 с.

35. Остапенко В.Н., Жапанова Ф.Н., Лукович В.В., Колесник Т.В., Боровик А.И., Кохановский И.Н. Методы расчета электрических полей при электрохимической защите металлических сооружений от коррозии. Киев: Наук.думка. 1980. - 252 с.

36. Палашов В.В. Расчет полноты катодной защиты. Л.: Недра, 1988. -136 с.

37. Пастухов A.A. Исследование режимов работы и разработки средств повышения эффеткивности электрооборудования рудничного электровозного транспорта. Дис. канд. М.: МГИ, 1982. - 184 с.134

38. Петров Ю.С. Исследование блуждающих токов на горных предприятиях и безопасных параметров электродетонаторов. Автореф. дисс. канд. -М: МГИ, 1971.-14 с.

39. Правила безопасности при строительстве метрополитенов и подземных сооружений/ Ред. коллегия Ильин A.M., Анитпов В.Н. и др. М.: Тоннельная ассоциация, 1992.

40. Скорчеллети В.Б. Теоретическая электрохимия. Л.: Химия, 1974. -567 с.

41. Соверменные методы защиты подземных сооружений от коррозии// Материалы краткосрочного семинара/ Под ред. Тесова Н.И. Ленинград, 1982.-71 с.

42. Стижевский И.В., Дмитриев В.И. Теория и расчет влияния электрифицированной железной дороги на подземные металлические сооружения. -М.: Стройиздат, 1967. 247 с.

43. Тарнижевский М.В, Томлянович Д.К. Проектирование устройств электроснабжения трамвая и троллейбуса. -М.: Транспорт, 1986. 376 с.

44. Тетельбаум И.М. Электрическое моделирование. М.: Фитматгиз, 1959. -319 с.

45. Хасанов К.С. Разработка аппарата защитного отключения с импульсным контролем тока утечки контактной сети для подземной электровозной откатки: Дис. канд. М.: МГИ, 1985.

46. Цапенко Е.Ф. Электрические цепи постоянного и однофазного переменного тока: Тексты лекций. М.: МГИ, 1991. - 127 с.

47. Шамсутдинова Т.М. Численное исследование электрических полей в некоторых сложных системах. Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. Уфа, 1996. - 18 с.

48. Электротехнический справочник/ Под ред. Герасимова В.Г. М.: МЭИ, 1995.135

49. Cathodic protection of mitigate external corrosion of underground steel pipe beneath disbouded coating/ Gan F., Sun z. W., Sable G., Chin D. - T// Corrosion (USA). - 1994. - 50, N 10. - P. 804 - 816. - Англ.

50. Cathodic protection what is it and why we use it ? /Brommfield I.// Corres. Manag. - 1995. - Febrary/ March. - P. 7 - 9. - Англ.

51. Deteriorating coating protected bi new cable// Pipeline and Gas J. -1993.-Vol.220, ЖЗ.-Р.21-24.

52. Heuze B. La corrosion par les courants vagabonds moyens de protection. Par B.Heuse/Paris, 1964.

53. Pipe Line and Gas Industry. 1995, Ш. - Vol. 78, N 3. - P. 21 - 26.

54. Schaden an Pipelines./ Stalder F. // Schweiz. Ind/ and Archit. 1997. -115, N5. - P. 19-22. - Англ.

55. Строительно-монтажным управлением СМУ 161 ОАО "Трансинжстрой" принято к использованию рекомендации по оптимальному расположению тяговых подстанций с целью снижения величины блуждающих токов, а также по установлению опасных зон их распространения.

56. Результаты по обоснованию применения переменного тока в тяговых сетях электровозной откатки будут использованы при проектировании контактных сетей Мосметростроя".1. Главный механик

57. СМУ 161 ОАО "Трансинжстрой1. Сигитов Ю.Е