instrukcja

Transkrypt

instrukcja

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Kierunek Elektrotechnika – sem. VI
LABORATORIUM TRAKCJI ELEKTRYCZNEJ
Ćwiczenie nr 3
Prądy błądzące pochodzące od trakcji elektrycznej prądu stałego.
1. Wprowadzenie
W zelektryfikowanym transporcie szynowym wykorzystującym trakcję elektryczną
szyny jezdne stanowią jeden z dwóch przewodów obwodu elektrycznego układu zasilania:
powrotnego (przyłączonego do szyny minusowej podstacji trakcyjnej) lub zasilającego
(przyłączonego do szyny plusowej podstacji). Rozwiązaniem typowym w warunkach polskich
jest wykorzystanie szyn jezdnych w roli przewodu powrotnego.
Obwód powrotny układu
zasilania
poprzeczne
obejmuje
oprócz
szyn
jezdnych
połączenia
międzytokowe
(międzysznowe) i międzytorowe, obwody uszynień (połączeń między szynami i metalowymi
konstrukcjami), kable powrotne (od szyn do podstacji) i szynę minusową podstacji trakcyjnej
oraz
ewentualnie
dławiki
torowe
(w
przypadku
stosowania
obwodów
torowych
zabezpieczenia ruchu). Z zasady w transporcie miejskim szyny jezdne nie są wykorzystywane
jako tor sygnałowy dla urządzeń zabezpieczenia i sterowania ruchem. Dlatego też wymagania
dotyczące minimalnej wartości rezystancji przejścia szyn do ziemi jednego toru lub torów
linii wielotorowej nie muszą spełniać wymagań stawianych sieciom powrotnym linii
kolejowych ze względu na prawidłowość działania tych obwodów. Różne są także warunki
środowiskowe, w których pracują sieci szynowe trakcji kolejowej i miejskiej. Nasycenie
obszarów miejskich urządzeniami podziemnymi (kable, rurociągi, fundamenty itp.) wymusza
dla miejskiej trakcji elektrycznej znacznie ostrzejsze wymagania odnośnie prądów błądzących
niż dla trakcji kolejowej.
Warunkiem koniecznym zapewniającym bezpieczeństwo pasażerów jest skuteczne i
szybkie wyłączenie każdego zwarcia w jak najkrótszym czasie, tak aby napięcia rażeniowe
występowały jak najkrócej. Warunkiem podstawowym prawidłowej eksploatacji szynowych
sieci powrotnych jest:
-
utrzymanie ciągłości elektrycznej szyn i połączeń prądowych,
-
utrzymanie ciągłości elektrycznej obwodów uszynień,
-
utrzymanie właściwości izolacyjnych toru w stosunku do ziemi.
Na rysunkach 1 a÷e zamieszczony jest uproszczony schemat szynowego obwodu powrotnego (a), schemat zastępczy układu szyny-ziemia (b), poglądowe wykresy przebiegów
prądu szyn IR, prądu płynącego w ziemi IB (c,d) oraz potencjału szyn UR w stosunku do
ziemi, a także poprzeczny rozkład potencjałów dla skończonej wartości rezystancji wzdłużnej
i poprzecznej (e).
2
a)
„+”
sieć jezdna
I
„–”
łącznik
uziemienia
szyny „–”
I
+
+
+
szyny
IU
–
Is
–
IU
ziemia
–
–
–
–
+
+
+
podziemne konstrukcje metalowe
b)
L
rS
rS
rS
szyny
rS
r S- Z
r S -Z
x
r RSZ
r RSZ
ziemia
szyny
dx
I(x)
R
U(x)
R
rS
r RSZ
rS-Z
c)
rS
dI(x)
R
I(x)
S
odległa ziemia
dI(x)
R
I(x)
R
dU(x)
R
U(x)
R
x
dx
d)
I
IS
IZ
x
e)
U
+
Usz
x
–
Rys. 1: Uproszczony schemat obwodu szynowego przy zasilaniu pojedynczego odbioru
jednostronnie z podstacji trakcyjnej (a), schemat zastępczy (b), przebiegi prądu szyn IS (c) i w
ziemi IZ (d) oraz napięć w szynach Us i potencjału szyn w stosunku do ziemi Usz (e).
3
Podstawowe zależności w obwodzie z rysunku 3 przy założeniu stałej wartości prądu
roboczego I oraz jednorodnej rezystywności gruntu i stałych rezystancji w obwodzie
modelującym układ szyny-ziemi ('drabinkowym') opisują zależności:
U
R
( x) =
gdzie:
I
R
( x) =
m=
r r
k=
r
r
R
mI
l
ch(k )
2
I
l
ch(k )
2
R −G
R
sh(kx)
(1)
ch(kx)
(2)
(3)
(4)
R −G
Przy projektowaniu nowych systemów zelektryfikowanego szynowego transportu miejskiego
należy dążyć do minimalizacji upływu prądów błądzących poprzez odpowiednie
zaprojektowanie konstrukcji torowiska i konfiguracji sieci powrotnej, z uwzględnieniem
wymogów bezpieczeństwa. Przedsiębiorstwa eksploatujące trakcję tramwajową i metro
powinny mieć na uwadze infrastrukturę techniczną otaczającą linie transportu miejskiego,
Istniejące konstrukcje wrażliwe na prądy błądzące powinny być kontrolowane przed i po
wprowadzeniu do eksploatacji systemu transportowego, aby określić stopień zakłócającego
oddziaływania trakcji elektrycznej i wrażliwość tych konstrukcji na zagrożenia korozyjne od
prądów błądzących,
Zastosowanie
odpowiednich
środków
przeciwdziałających
zagrożeniom
korozją
elektrolityczną daje efekty nie zawsze wymierne, ale odczuwalne, szczególnie w dłuższym
czasie; doświadczenia wykazują, że w miastach z trakcją tramwajową uszkodzenia
infrastruktury podziemnej są znacznie częstsze niż w miastach bez trakcji tramwajowej,
Należy tu podkreślić, że zastosowanie odpowiednich rozwiązań technicznych i prawidłowe
zaprojektowanie układu zasilania z uwzględnieniem otwartości modernizacyjnej systemu
daje określone korzyści finansowe i ekonomiczne w okresie jego eksploatacji, który dla
4
układów komunikacyjnych wynosi co najmniej 20÷30 lat.
Konieczne jest także
przeanalizowanie dla każdego projektu nowej inwestycji lub modernizacji możliwych do
wystąpienia zagrożeń (jak napięcia rażeniowe lub elektrokorozja) oraz efektywności
stosowanych środków ochrony
W trakcji elektrycznej tylko część prądu powrotnego – prąd płynący z pojazdu trakcyjnego do
podstacji - wraca szyną. W związku z ograniczoną rezystancją przejścia między szyną, a
ziemią część prądu wpływa do ziemi (ok.5-10%, maks. 40%) i przez pewien odcinek nią
płynie. Zjawisko to jest korzystne ze względu na zmniejszenie rezystancji w części powrotnej
obwodu zasilania, co w efekcie zmniejsza straty oraz zwiększa prawdopodobieństwo
wyłączenia zwarcia. Niestety prądy błądzące (te, co płyną w ziemi) powodują korozję
elektrolityczną podziemnych urządzeń metalowych, styku szyn z ziemią i nasad uszynionych
słupów. Zjawisko jest silne dla systemów prądu stałego, dla przemiennego również
występuje, ale w małym stopniu (im większa częstotliwość prądu, tym bardziej pomijalne
zjawisko).
Wartość prądów błądzących zależy od wielu czynników:
a) Im mniejsza będzie jednostkowa rezystancja przejścia między szyną, a ziemią (
odniesiona do 1km), tym prądy błądzące będą przyjmować większe wartości. Problem
urasta w dużych miastach, gdzie podziemna infrastruktura jest silnie rozwinięta, a
warunki sprzyjają zmniejszaniu rezystancji przejścia między szyną, a ziemią.
Rozbudowana jest sieć torów tramwajowych. Omawianą rezystancję zmniejsza
zabrudzenie podsypki, tłucznia, opiłki pochodzące od hamowania i od tarcia odbieraka o
sieć trakcyjną, woda. W skrajnych przypadkach rezystancja może spaść poniżej 0,5 Ω/km,
a gdy wynosi ponad 30 Ω/km przyjmuje się tę wartość za dobrą. Typowa wartość
rezystancji upływu jednego po toru ( co najmniej kilka miesięcy po wymianie podsypki)
wynosi około 2 Ω/km.
b) Prądy rosną gdy wzrasta rezystancja jednostkowa szyn. W celu jej zmniejszenia łączy się
szyny jednego toru lub kilku równolegle dla przepływu prądu stałego
c) Im dłuższy odcinek torów między punktami zasilania tym większy jest udział ziemi w
przepływie prądu gdyż rośnie rezystancja wypadkowa szyn a maleje bocznikująca
rezystancja przejścia z szyn do ziemi.
5
d) Im większy prąd pojazdów trakcyjnych tym silniejsze skutki elektrokorozyjne. Maleje
sprawność układu zasilania i dodatkowo rośnie prąd w szynach na pokrycie strat.
e) Przepływ prądów błądzących jest znacznie większy przy zasilaniu jednostronnym odcinka
toru niż przy zasilaniu dwustronnym
f) Zjawisko pogłębia się w stanach awaryjnych. Podczas zwarcia doziemnego – gdy w
obwodzie zasilania brakuje połączenia metalicznego, zwarcie występuje przez ziemię (np.
upadek sieci zasilającej górnej na ziemię) a cały nie wyłączony prąd o wartości
porównywalnej z wartością prądu roboczego płynie przez długi czas przez ziemię. Przy
przerwie w szynach cały prąd roboczy może płynąć przez ziemię. Zwarcie metaliczne
sieci do szyn ma małe znaczenie mimo dużej wartości prądu w szynach gdyż jest
ograniczone w czasie do kilkudziesięciu ms.
Prąd upływa z szyn do ziemi na odcinku toru, którego potencjał jest wyższy, niż potencjał
ziemi, czyli w strefie anodowej szyn. Jeśli potencjał jakiegoś urządzenie podziemnego jest
niższy, niż ziemi, to prąd wpływa do tego urządzenia, tworząc strefę katodową urządzenia. W
rejonie, gdzie potencjał urządzenia jest wyższy, niż ziemi, prąd wypływa z tego urządzenia
tworząc strefę anodową urządzenia. Każda strefa anodowa i katodowa wiąże się z elektrolizą,
gdyż ziemia zawiera roztwory elektrolitów (przepływa prąd jonowy). W tej sytuacji w strefie
anodowej następuje ubytek metalu anody (dokładnie dodatnich jonów). Zjawisko jest mniej
groźne dla szyn, ze względu na ich dużą masę. Występują odcinki o dużej wilgotności gdzie z
powodu korozji stopki występuje konieczność wcześniejszej wymiany szyn. Zjawisko jest
niebezpieczne dla cienkich powłok kabli i rurociągów, gdzie mogą powstawać nadżerki
korozyjne, a nawet dziury.
Najskuteczniejszym środkiem ograniczenia prądów błądzących wywoływanych przez
trakcję elektryczną prądu stałego jest dążenie do utrzymania przepływu trakcyjnego prądu
powrotnego przez przewidziane w tym celu obwody powrotne. Można to osiągnąć albo
przez zastosowanie przewodu przeznaczonego tylko do przewodzenia trakcyjnego prądu
powrotnego (czwarta szyna), albo - gdy szyny jezdne są częścią obwodu powrotnego - przez
zapewnienie dobrej izolacji szyn jezdnych i całego obwodu powrotnego względem ziemi
Dodatkową poprawę można uzyskać przez zmniejszenie rezystancji wzdłużnej obwodu
powrotnego. Dobra izolacja szyn jezdnych względem ziemi jest ważna także w celu
ograniczenia ujemnego wpływu nowobudowanych sieci trakcyjnych na istniejący rozpływ
6
prądów w gruncie. W obszarach, gdzie istnieje ryzyko dużego oddziaływania prądów
błądzących, jednostkowa konduktancja przejścia szyn względem ziemi powinna być na tyle
mała w okresie budowy, aby podczas normalnej eksploatacji można było utrzymywać wartości
podane w tablicy 1.
Tablica 1: Zalecane wartości jednostkowej konduktancji przejścia G' między szynami a ziemią
dla odcinków toru pojedynczego (wg normy PN-EN 50122-2. Zastosowania kolejowe.
Urządzenia stacjonarne. Część 2: Srodki ochrony przed oddziaływaniem prądów błądzących
wywołanych przez trakcję elektryczną.)
Rodzaj trakcji
Kolej
Lokalny transport — torowisko otwarte
Lokalny transport - torowisko zamknięte
Teren otwarty Tunel
S/km
S/km
0,5
0.5
0,5
0,5
0.1
-
UWAGA 1: Wartości w tablicy 1 dotyczą toru o dwóch szynach;
UWAGA 2: Wartości dla kolei i lokalnego transportu szynowego z torowiskami otwartymi
i zamkniętymi można osiągnąć przez zastosowanie:
Małej rezystancji wzdłużnej szynowej sieci powrotnej. Z tego powodu szyny powinny
być spawane albo połączone na stykach za pomocą podłużnych łączników szynowych o
tak niskiej rezystancji, aby całkowita rezystancja wzdłużna szyn nie wzrosła więcej niż
o 5 %.Rezystancję wzdłużną można zmniejszyć przez.:
- zastosowanie szyn o większym przekroju;
- poprzeczne łączniki szynowe i/lub poprzeczne łączniki międzytorowe (jeżeli pozwala na to
system zabezpieczenia ruchu);
- dodatkowe kable przyłączane równolegle do torów (jeżeli pozwala na to system zabezpieczenia
ruchu).
By zapobiegać niekorzystnym zjawiskom stosuje się szereg zabiegów i metod ochrony
mające na celu ograniczenie wartości prądów błądzących jak i obniżenia prądu w
urządzeniach podziemnych. Stosuje się również specjalne sposoby łączenia szyn z kablami
7
powrotnymi prowadzącymi do celki minusowej podstacji. Szyny ze słupem łączy się przez
iskierniki i zwierniki, które przewodzą tylko w czasie awarii a izolują podczas normalnej
pracy, co uniemożliwia przepływ prądu z szyn doziemi przez uziemienie słupów. Izoluje się
rurociągi i kable, umieszcza się w specjalnych kanałach, kładzie się z daleka od torów;
umieszcza się także szyny albo cały blok z szynami i podkładami w otulinie gumowej. Były
to przykłady ochrony biernej. Stosuje się też sposoby ochrony czynnej, które polegają na
likwidacji strefy anodowej urządzenia (staje się ono katodą w procesie elektrochemicznym).
a) drenaż prosty
Celem tej ochrony jest zapewnienie przepływu elektronowego, prądów błądzących od
urządzenia do szyn zamiast prądu jonowego. Łączy się w tym celu obiekt chroniony ze
źródłem prądów błądzących w punkcie o najniższym potencjale (w strefie anodowej
urządzenia).
b) drenaż spolaryzowany
Należy go stosować, gdy w różnych sytuacjach eksploatacyjnych istnieje możliwość zmiany
kierunku napięcia między szyną, a obiektem chronionym. Determinuje on kierunek
przepływu prądu – zawsze od obiektu chronionego do szyny. Połączenie uzyskuje się za
pomocą rezystora i diody. Jego wadą jest to, że chroni tylko dane urządzenie, a zagrożenie
innych wzrasta gdyż maleje wypadkowa rezystancja na drodze przepływu prądu.
8
c) drenaż wzmocniony (sterowany)
~
Chroniona
konstrukcja
Zasada jego pracy polega na przyłączeniu oddzielnego źródła prądu stałego biegunem
ujemnym do chronionego urządzenia, a dodatnim do szyn jak na rysunku.
d) metoda protektorowa
Do urządzenia chronionego przyłącza się tzw. protektory – elementy z metalu (najczęściej
Mg, Zn, Al) o niższym potencjale normalnym (szereg elektrochemiczny metali), niż metal
chroniony. Urządzenie chronione staje się katodą, a protektor anodą ogniwa
elektrochemicznego. Ze względu na małą wartość potencjału elektrochemicznego (0,32 –
1,22V) ten rodzaj ochrony działa skutecznie tylko przy prądach o małej wartości. Protektor
zużywa się przechodząc do roztworu wody gruntowej, zatem musi być co jakiś czas
wymieniany.
9
e.) ochrona prądem z zewnętrznego źródła
~
Chroniona
konstrukcja
Anoda
Gdy odległość od szyn jest duża lub nie można dołączyć obwodu do szyn stosuje się
modyfikację drenażu wzmocnionego przez dołączenie dodatniego bieguna do zakopanej w
ziemi elektrody (uziemiacza -anody). Uziemiacz trzeba okresowo wymieniać, gdyż ulega on
korozji. Układ wymusza przepływ prądu ochrony z zewnętrznej anody poprzez ziemię do
chronionej konstrukcji
2. Relacja: model a rzeczywistość:
Zjawiska występujące w przyrodzie i technice są złożone. Budując model laboratoryjny
dokonano pewnych uproszczeń. Zdyskretyzowano układ rzeczywisty do odcinków 1km.
Przyjęto powtarzalne jednakowe parametry dla każdego odcinka.
Model przedstawia sieć powrotną - dolną ( szyny) i zasilającą górną – sieć o długości 24 km,
na którym znajdują się 2 podstacje (możliwe zasilanie 1- i 2-stronne) oraz pociąg z
lokomotywą (odbiór prądu). Dodatkowo wzdłuż torów od 5-go kilometra biegnie rurociąg.
Jest on symbolem podziemnej infrastruktury metalowej ( i jej przykładem), którą ma chronić
stacja ochrony katodowej przed efektami destrukcyjnymi prądów błądzących. Omawiany
odcinek został podzielony na 24 jednokilometrowe odcinki , z których każdy jest
reprezentowany przez rezystancje sieci, szyn, ziemi, rurociągu, uszynień oraz odpowiednie
rezystancje przejścia między szynami i ziemią oraz rurociągiem i ziemią. Rezystancje te są
połączone między sobą w sieć dwuwymiarową.
10
Przyjęto wyjściowo rzeczywiste wartości przedstawione w tabeli poniżej:
Rg = 0,06 Ω/km
Rs = 0,013 Ω/km
Rsr = 0,013 Ω/km
Rz = 1 Ω/km
Rr = 0,04 Ω/km
Rui = 3 Ω
Rug1 = 8 Ω
Rug2 = 4 Ω
Rsz = 10 Ω/km
Rsz1=0,5 Ω/km
Rg – rezystancja sieci górnej
Rs – rezystancja szyn (1 tor)
Rsr – rezystancja szyn (dodanie 2. toru)
Rz – rezystancja ziemi bliskiej
Rr – rezystancja rurociągu równoległego
Rui – rezystancja uszynienia indywidualnego
Rug1 – rezystancja uszynienia grupowego
Rug2 – rezystancja końca uszynienia grupowego
Rsz – rezystancja przejścia szyny – ziemia bliska
Rsz1- rezystancja przejścia szyny– ziemia bliska (zmniejszenie
dla gorszych warunków)
Rzzd = 2,5 Ω/km
Rzzd – rezystancja przejścia ziemia bliska – ziemia daleka
Rrz = 10 Ω/km
Rrz – rezystancja przejścia rurociąg – ziemia bliska
E1 (2) = 3850 V
E1 (2) – napięcie jałowe podstacji
Rw = 0,15 Ω
Rw – rezystancja wewnętrzna podstacji
Dla modelu została przyjęta skala:
Wartości w modelu : wartości rzeczywiste
napięciowa – 1 : 1000 (np. 3V : 3000V)
prądowa – 1 : 20000 (np. 0,05A : 1000A)
rezystancyjna - 20 :1 (20 Ω : 1 Ω )
3. Opis stanowiska:
Stanowisko (rys. nr 2) składa się z toru dla lokomotywy – stanowiącej pociąg i elementów
pomiarowych i sterujących. Na lewym i prawym dolnym końcu znajdują się modele
podstacji zasilających A i B. Na miernikach możliwe są odczyty napięcia [kV] i prądu [kA]
przeskalowane do wielkości odpowiadających rzeczywistym. Istnieje możliwość załączenia i
odłączenia wyjścia z podstacji na sieć (5,20). Dodatkowe wyjścia umożliwiają bezpośredni
pomiar a potencjometr (6,21) umożliwia regulację napięcia jałowego podstacji A i
odpowiednio B. Na lewo od panelu dotyczącego podstacji B znajduje się dodatkowy
woltomierz pomiarowy ( mierzący w mV) z zaciskami oraz wyłącznik sieciowy z diodą
sygnalizacyjną. W dolnej środkowej części znajduje się pulpit sterujący „Stacją ochrony
katodowej”. Amperomierz pokazuje wartość prądu z rurociągu wyskalowany w [A], regulacja
napięcia drenażu wzmocnionego (18) i woltomierz źródła drenażu wzmocnionego
wyskalowany w [V] . Niżej znajduje się wyłączniki (11,12,14,16) załączające obwody dla
różnych sposobów ochrony. Zaciski wyjściowe umożliwiają pomiar napięcia wyjściowego ze
11
stacji katodowej. Gniazda umożliwiają połączenie stacji ochrony katodowej do szyn (13), do
ziemi bliskiej ( odpowiednik uziemienia o małej rezystancji ) (15), do rurociągu (17) w
dowolnym miejscu odcinka toru. Między podstacją A i Stacją ochrony znajduje się panel
sterujący Pociągu. Model pociągu ma możliwość regulacji prądu lokomotywy (10) a
wskazuje go amperomierz wyskalowany w [kA]. Woltomierz wskazuje aktualne napięcie na
lokomotywie w [kV] („na pantografie”). Mierniki na stanowisku są przeskalowane i wskazują
wartości napięć i prądów odpowiadające wartościom rzeczywistym. Możliwe jest odłączenie
pociągu od sieci wyłącznikiem (7) jak i modelowanie zwarcia metalicznego w pociągu
(między siecią a szynami) drugim wyłącznikiem (9) „Nawrotnik służy do uruchomienia i
przejazdu lokomotywy w lewo lub prawo wzdłuż toru” Wyżej znajdują się wyłączniki
umożliwiające modelowanie : „zwarcie doziemne” na 4 i 12 km oraz „przerwę w szynach”
na 4 i 12 km Linie gniazd „rurociąg”(3) , „ziemia bliska”(2), „ szyny”(1) umożliwiają
pomiar potencjałów dla tych elementów dla każdego kilometra. Na rurociągu dodatkowo są
umieszczone cztery wyłączniki (23) służące do jego sekcjonowania (podzielenia na krótsze
izolowane odcinki).
12
28
1
P O D S TA C J A A
P
O
Ł
O
Ż
E
N
I
E
G
8
9
25
USZYNIENIE
INDYWIDUALNE
USZYNIENIE
GRUPOWE
ZMNIEJSZONA REZYSTANCJA
PRZEJŚCIA SZYNA-ZIEMIA BLISKA
UKŁAD 2-TOROWY
Z A Ł Ą C Z AN IE
POŁOŻENIA
POCIĄGU
KILOMETRAŻ
26
27
Ó
R
N
E
-
Z
A
Ł
Ą
C
Z
E
N
I
P O D S TA C JA B
E
24
0
1
2
3
4
5
6
7
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
SZYNY
2
ZIEMIA BLISKA
3
RUROCIĄG
ZIEMIA DALEKA
POLE POMIAROWE
4
P
kA
Ł
Ą
C
kV
REGULACJA
NAPIĘCIA
JAŁOWEGO
WYŁĄCZNIK
LEWO
REGULACJA
PRĄDU
D
PRAWO
N
I
R
PROSTY
E
S
E
K
C
J
I
R
U
R
O
C
I
Ą
G
23
U
PRZERWA
W SZYNACH NA
12. KILOMETRZE
E
22
kV
V
NAPIĘCIE DRENAŻU
WZMOCNIONEGO
PRĄD Z
RUROCIĄGU
6
E
A
kA
5
WYŁĄCZNIK
Z
ZWARCIE
DOZIEMNE NA
12. KILOMETRZE
PRZERWA
W SZYNACH NA
4. KILOMETRZE
kV
O
N
A
REGULACJA
NAPIĘCIA
DRENAŻU
WZMOCNIONEGO
kA
21
WOLTOMIERZ
POMIAROWY
20
Ż
REGULACJA
NAPIĘCIA
JAŁOWEGO
SPOLARYZOWANY WZMOCNIONY PROTEKTOR
NAWROTNIK
WYŁĄCZNIK
POŁĄCZENIA ZE STACJI DO
NAPIĘCIE WYJŚCIOWE
ZWARCIE W POCIĄGU
POCIĄG
PODSTACJA A
7
Rys. 2. Widok stanowiska
8
9
NAPIĘCIE
WYJŚCIOWE
STACJA
10
11
SZYNY
ZIEMIA
,NAPIĘCIE WYJŚCIOWE
RUROCIĄG
12 13 14 15
16 17
PODSTACJA B
SIEĆ
OCHRONY KATODOWEJ
18
19
„Załączenie położenia pociągu” - to grupa wyłączników (24) która umożliwia załączenie
modelu pociągu do szyn i sieci w wybranym miejscu toru zgodnie z numerem kilometra.
Dopuszczalne jest załączenie tylko jednego wyłącznika. Możliwe jest również włączenie
modelu pociągu w określonym miejscu toru ( za pomocą kontaktronów) przez ustawienie
lokomotywy na danym kilometrze za pomocą „Nawrotnika”
Cztery gniazda powyżej po włożeniu wtyczek zapewniają :
-
„Układ 2-torowy” (28) dołączenie równoległego drugiego toru co obniża dwukrotnie
rezystancję wzdłużną toru
-
„Zmniejszona rezystancja przejścia szyny – ziemia bliska” (27) co powoduje obniżenie
rezystancji dla upływu prądu z szyn jak dla eksploatowanego dłużej toru
-
„Uszynienie grupowe” (26) powoduje zmianę rezystancji wzdłużnej ziemi jak dla
uszynienia grupowego słupów trakcyjnych
-
„Uszynienie indywidualne” (25) powoduje zmianę rezystancji dla upływu prądu z toru do
ziemi jak dla uszynienia indywidualnego słupów trakcyjnych
Dołączenie modelu pociągu w wybranym położeniu ,w modelu toru następuje dzięki
załączeniu wybranego jednego wyłącznika położenia pociągu ( 24) w pozycję górną.
Pozostałe wyłączniki z szeregu ( 24) powinny pozostać w pozycji dolnej.
14
4. Przebieg ćwiczenia:
Badanie napięć szyny – ziemia - rurociąg spowodowanych prądami pochodzenia
trakcyjnego w zależności od odległości pociągu od podstacji
Na początku wszystkie wyłączniki powinny być ustawione w pozycji dolnej. Załączyć model
wyłącznikiem sieć (19)
1) Ustawić potencjometrem „regulacja napięcia jałowego” (21) (wyłącznik podstacji A i B
wyłączony - na dół ) stałą wartość napięcia jałowego podstacji „B” Ub=3,8kV (lub inną z
przedziału 3,4 – 3,9kV). Włączyć podstację B (wyłącznik oznaczony na schemacie płyty
stanowiska rysunku nr. 2 - numerem 20, do góry)
2) Załączyć położenie pociągu (jeden z wyłączników oznaczony na schemacie płyty nr 24) na
24km. Wyłącznikiem (7) włączyć pobór prądu przez pociąg. Ustawić potencjometrem
„regulacja prądu” (10) wartość prądu pociągu Ib=1,0 kA ( lub inną z przedziału 0,8 – 2,4kA)
3) Zgodnie z rysunkiem nr.3. Dołączyć woltomierze zewnętrzne na 21km ( lub19 km lub
22km lub 23km) między rurociąg i szyny do pomiaru napięcia - Urs, między szyny i ziemia
bliska do pomiaru napięcia -Uszb. Napięcie między rurociągiem i ziemią bliską Urzb obliczyć
jako różnicę między napięciami
Urzb =Urs – Uszb
(3.1)
4) Rurociąg ciągły - bez izolacji między sekcjami ( rurociąg ciągły - wyłączniki (23) na
8,12,16,20 km zwarte – pozycja górna)
5) Szyny bez przerw (wył. „przerwa w szynach”(22) na 4 i 12 km” zwarte – pozycja dolna)
6) Włożony wtyk w gniazdo „Zmniejszona rezystancja przejścia szyna – ziemia bliska” (27)
7) Dla kolejnych pozycji pociągu od „24” do „1” zmierzyć wartości napięć (jak w p.3.). Pobór
prądu przez pociąg w określonym miejscu toru następuje po włączenie jednego
odpowiedniego wyłącznika położenia ( z linii 24).„Załączenie położenia pociągu „ (pozycja
górna) pozostałe wyłączniki na torze wyłączone ( pozycja dolna ). Po zmianie położenia
pociągu doregulować prąd pociągu do wartości wybranej wg. punktu 1.
Tabela 1. Napięcie między rurociągiem , szynami i ziemią bliską , prąd upływu z rurociągu
Km
Urs[V]
Uszb[V]
Urzb[V]
Iur[A]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
15
Obliczyć prąd upływu z rurociągu w pobliżu podstacji Iur w przeliczeniu na wielkości
rzeczywiste
Iur [A] = Urzb [mV] /Rrz [Ω]
(3.2)
Gdzie : rezystancja izolacji rurociągu na długości 1km Rrz=10 Ω
W tabelach wpisywać wartości przeliczone na rzeczywiste to jest U[mV] zmierzone x1000
Badania rozpływu prądu do ziemi, napięć między szynami a ziemią
8) Ustawienia stanowiska jak w punktach1-6 ale załączenie pociągu wg. punktu 2 w
położeniu 2km (lub 3 lub 4 lub 5 lub 6) . Woltomierzami zewnętrznym zmierzyć napięcia
między szynami a ziemią bliską na poszczególnych punktach toru od 0 do 24 Usz
przełączając punkty pomiaru. Połączenia woltomierzy wg rysunku nr. 6 i woltomierze kolejno
dołączane od punktu 0 do punktu 24. Pomiar ziemia bliska – rurociąg dopiero od 5 kilometra.
Położenie pociągu nie ulega zmianie. STACJA KATODOWA nie podłączona i wszystkie
drenaże wyłączone – (11,12,14,16) pozycja dół.
Obliczyć prąd upływu z każdego kilometra szyny do ziemi dla punktów 1 do 23km
Ius [A] = Uszb [mV] / Rsz12 [Ω]
(3.3)
Rezystancja upływu szyn jednego toru na długości 1km Rsz12 = 0,48 Ω
Z końcowych odcinkach szyn z punktu 0km cały prąd płynący tym odcinkiem wypływa z
szyn do ziemi a na 24 km cały prąd z ziemi wpływa do szyn (zamodelowanie warunków
brzegowych - dalszych odcinków szyn które teoretycznie wybiegają poza obszar stanowiska)
Wielkość tego prądu upływu na 0km i 24 km należy obliczyć w oparciu o prąd w szynach
Dla 0km napięcie Us(0,1) pozwala obliczyć prąd wypływający z szyn do ziemi wg rys 4.
Dla 24km napięcie Us(23,24) pozwala obliczyć prąd wpływający z ziemi do szyn
Ius(0,1)= Is [A] = Us(0,1)[mV] / Rs [Ω]
Rs = 0,0013 Ω
Ius(23,24)= Is [A] = Us(23,24)[mV] / Rs [Ω]
(3.4)
Rs = 0,0013 Ω
16
Tabela 2. Napięcia i prądy upływu
Km
Uszb[mV] 8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
8a
9
9a
Ius[A] 8
8a
9
9a
Urzb[mV] 8
X X x X x
8a
9
9a
Iur[A] 8
X X x X x
8a
9
9a
Obliczyć prąd wypływający i wpływający do rurociągu dla każdego kilometra
Iur [A] = Urzb [mV] /Rrz [Ω]
(3.5)
Gdzie : rezystancja izolacji rurociągu na długości 1km Rrz=10 Ω
Prąd wypływający z szyn i rurociągu oznaczyć (+) (wyższy potencjał na szynie i rurociągu w
stosunku do ziemi), wpływający oznaczyć (-)
Obliczyć całkowity prąd wypływający z rurociągu będący sumą prądów ze znakiem „-„
Σ Iur(-) =?
Obliczyć całkowity prąd wypływający z szyn będący sumą prądów ze znakiem „-„
Σ Ius(-) =? Prąd ten jest maksymalnym prądem błądzącym
Obliczyć jaki maksymalny procent prądu powrotnego Ib z pociągu do podstacji płynie w
ziemi i w którym miejscu toru.
I% = 100% Σ Ius(-) / Ib
(3.6)
8a) Powtórzyć pomiary i obliczenia jak w p.8 gdy rurociąg z izolacją między sekcjami (
wyłączniki (23) na 8,12,16,20 km otwarte – pozycja dolna )
9, 9a) Połączenia wg rys. 6. Wyjścia ze „STACJI KATODOWEJ” : „szyny” (13) połączyć z
szynami na 21 km, „rurociąg” (17) połączyć z rurociągiem na 21 km. Załączyć „Drenaż
prosty” (wyłącznik (11) pozycja górna, pozostałe drenaże wyłączone – (12,14,16) pozycja
dół). Zmierzyć prąd drenażu amperomierzem na stacji katodowej. Id = ?
Przeprowadzić pomiary jak w punkcie 8 i następnie 8a ( rurociąg sekcjonowany).
17
W sprawozdaniu należy wykonać:
a) Na podstawie pomiarów wg p.7 wykreślić przebiegi napięć i prądu upływu w funkcji
położenia pociągu na torze. Określić przy jakiej odległości pociągu od podstacji B napięcia
zmierzone i prąd upływu z rurociągu będzie największy
b) Na podstawie pomiarów p.8, 9 wykreślić przebiegi prądów upływu w funkcji miejsca na
torze. Dla rurociągu sekcjonowanego przedstawić wykresy dla niezależnych sekcji (nie łączyć
wykresów dla sekcji w jedną linię). Zaznaczyć strefy anodowe szyn i rurociągów – gdzie prąd
z nich wypływa. Obliczyć ile materiału zostanie wyniesione z całych szyn a ile z rurociągu (
wykonanego ze stali) gdyby taki prąd płynął przez cały rok dla wszystkich przypadków.
(wzór m=Kit gdzie :m- masa, I- prąd, t- czas, k- równoważnik elektrochemiczny metalu)
Wskazać miejsce najbardziej narażone na elektrokorozję w każdym z przypadków. Opisać
efekty korzystne i negatywne zastosowania drenażu prostego. Równoważnik
elektrochemiczny żelaza k= 1,04 [g/Ah]
18
5. Pytania sprawdzające:
1.Czym jest zjawisko prądów błądzących?.
2.W jaki sposób powstają prądy błądzące w sposób naturalny.
3.Czy jest pozytywny skutek przepływu prądów błądzących dla trakcji elektryczne, a jeśli tak
to jaki ?
4.Na co działają i jaki jest mechanizm negatywnego oddziaływania prądów błądzących?
5.Jakie parametry sieci powrotnej wpływają na wielkość prądów błądzących? Jakie powinny
mieć wartości?
6.W jakim obszarze układu zasilania trakcji elektrycznej i dlaczego infrastruktura podziemna
jest najbardziej narażona na uszkodzenia?
7.Czy biegunowość sieci trakcyjnej ma wpływ na zagrożenie od prądów bładzących?
8.Czy w Metrze Londyńskim zagrożenie od prądów błądzących jest a.) takie samo, b.)
większe, c.) mniejsze niż w Metrze Warszawskim? Dlaczego?
9.Jakie są podstawowe metody ochrony infrastruktury podziemnej przed korozją?
10.Co będzie miało większy negatywny wpływ na infrastrukturę podziemną : zwarcie sieci
górnej doziemne (upadek przewodu plusowego na ziemię ) o małym prądzie ustalonym czy
zwarcie metaliczne do szyn (połączenie przewodu plusowego z szyną) o prądzie
maksymalnym 20 razy większym.
11.Jakie przepisy odnoszą się do ochrony od prądów błądzących?
12. Od czego zależy ilość wyniesionego metalu przez prądy błądzące?
13. Czy prądy błądzące zagrażają szynom jezdnym?
6. Literatura:
1 Dąbrowski T. -Sieci i podstacje trakcyjne, 1989
2 Podoski J., Kacprzak J., Mysłek J.- Zasady trakcji elektrycznej, WKiŁ , 1980
3 Mierzejewski L., Szeląg A., Gałuszewski M. -System zasilania trakcji elektrycznej prądu
stałego, WPW 1989
4. Dziuba W. – Prądy błądzące, IEl, 1998
19
STANOWISKO
19
20
21
SZYNY
mV
+H
-- L
Uszb
ZIEMIA BLISKA
mV
+H
-- L
RUROCIĄG
Urz
b
Rys. 3. Pomiar napięć szyny-rurociąg i szyny-ziemia
STANOWISKO
n
n+1
SZYNY
mV
+H
-- L
Us
ZIEMIA BLISKA
Rys. 4. Pomiar prądu w szynach
20
STANOWISKO
n
n+1
21
SZYNY
mV
+H
-- L
Us
ZIEMIA BLISKA
mV
+H
-- L
RUROCIĄG
SZYNY
Uszb
RUROCIĄG
STACJA OCHRONY KATODOWEJ
Rys. 5. Pomiar napięć szyny-ziemia i prądu w szynach
STANOWISKO
n
SZYNY
mV
+H
-- L
Uszb
ZIEMIA BLISKA
mV
RUROCIĄG
+H
-- L
Urzb
Rys. 6. Pomiar napięć szyny-ziemia i rurociąg - ziemia
21

instrukcja

Transkrypt

Podobne dokumenty

Szczegóły produktów

Bloki połączeniowe (dystryBucyjne) serii polM.2

Jedną z hipotez powstania usterki jest to, że nie Problemy z

Stelcon – Płyty szynowe typu VBK

Urządzenie do pomiaru profilu szyn

Infrastruktura - Elamed

Karta produktu - Forest Polska

Oferta HALFEN - systemy montażowe