Расчет системы тягового электроснабжения участка Аячи – Уруша Забайкальской железной дороги

Рисунок 17 - Схема установки УПК на ТП

Таблица 30

Нагрузки тяговых подстанций после увеличения мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша

Подстанция	Плечо	Расход	Среднее напряжение на шинах тяговой подстанции, кВ	Температура тягового трансформатора, °С
		активной энергии, кВт•ч	реактивной энергии, кВар•ч
					обмотки (доп. 140)	масла (доп.95)
Аячи	левое	325928	241100	24,15	120	89
	правое	112639	148917	25,24
Е. Павлович	левое	127512	15484	25,75	70	65
	правое	219826	189556	25,75
Б. Омутная	левое	385619	268848	26,57	111	74
	правое	322219	224933	26,22
Уруша	левое	316742	260358	26,40	115	68
	правое	391705	246938	26,04

Таблица 31

Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов после увеличения мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша

Межподстанционная зона	Путь	Напряжение, кВ в течении 3 мин	Координаты, км
Аячи - Е. Павлович	1-й	23,67	7106,43
	2-й	23,82	7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная	1-й	21,91	7132,25
	2-й	21,24	7129,39
Б. Омутная - Уруша	1-й	21,89	7181,59
	2-й	21,69	7181,80

Таблица 32

Расход и потери электроэнергии после увеличении мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша

Подстанция	Суточный расход электроэнергии	Потери электроэнергии в трансформаторах
	полный, кВ•А•ч	активный, кВт•ч	при нагрузке, кВт•ч	на холостом ходу, кВт•ч
Аячи	586902	438568	6049	1584
Е. Павлович	403342	347337	2730
Б. Омутная	815581	728145	10295
Уруша	828067	728446	10889

В таблице 33 и на рисунках 18-20 представлены графики минимальных напряжений на токоприемниках локомотивов, потери электроэнергии в тяговой сети и в трансформаторах до и после подвешивания экранирующего провода.

Таблица 33

Сравнительные параметры системы тягового электроснабжения до и после установки УПК на ТП

Параметры	Межпоездная зона
	Б. Омутная - Уруша
	Путь 1	Путь 2
Минимальное напряжение, кВ	До усиления	20,42	20,54
	После усиления	21,86	21,69
Потери электроэнергии, кВт•ч в тяговой сети	До усиления	53885
	После усиления	46193
Потери электроэнергии, кВт•ч в трансформаторах	До усиления	35296
	После усиления	29963

Рисунок 18 - Минимальные напряжения на токоприёмниках локомотивов

Рисунок 19 - Потери электроэнергии в тяговой сети



Рисунок 20 - Потери электроэнергии в трансформаторах

Сравнив значения в таблице 34, делаем вывод, что установка УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша, предполагающая увеличение мощности существующих установок позволила значительно повысить уровни напряжения в тяговой сети и достичь регламентированного значения 21 кВ. Данного мероприятия достаточно для пропуска поездов повышенного веса с 10 минутным интервалом на участке Аячи - Уруша. Помимо этого, данное мероприятие позволило значительно сократить потери электроэнергии, как в тяговой сети, так и в трансформаторах.

9. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при строительстве промежуточной тяговой подстанции

Одним из видов усиления системы тягового электроснабжения является строительство промежуточной тяговой подстанции. Данное усиление требует больших капитальных вложений и увеличение эксплуатационных затрат и применяется когда более распространенные варианты усиления не приносят ощутимого результата. Учитывая, что на рассматриваемом участке уже подвешен усиливающий провод и установлены устройства компенсации, строительство ТП является актуальной, тем более, что на Забайкальской дороге планируется строительство ТП на станции Сгибеево [25].

9.1 Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при строительстве тяговой подстанции Сгибеево

Результатами расчетов будут являться значения минимального напряжения на токоприемниках локомотивов в течение 3-х минут, потери электроэнергии в тяговой сети, полученные значения отображаем в таблицах 37-39. Схема установки УПК на тяговой подстанции приведена на рисунке 21.

Рисунок 21 - Схема строительства ТП Сгибеево

Таблица 37

Нагрузки тяговых подстанций после строительства ТП Сгибеево

Подстанция	Плечо	Расход	Среднее напряжение на шинах тяговой подстанции, кВ	Температура тягового трансформатора, °С
		активной энергии, кВт•ч	реактивной энергии, кВар•ч
					обмотки (доп. 140)	масла (доп. 95)
Аячи	левое	325928	241100	24,15	120	89
	правое	112639	148917	25,24
Е. Павлович	левое	127512	15484	25,75	70	65
	правое	219826	189556	25,75
Б. Омутная	левое	313923	177270	26,63	99	68
	правое	183924	165919	26,52
Сгибеево	левое	167593	131875	25,72	95	58
	правое	15052	75025	27,02
Уруша	левое	207432	75518	26,10	97	56
	правое	389577	243822	26,06

Таблица 38

Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов после строительства ТП Сгибеево

Межподстанционная зона	Путь	Напряжение, кВ в течение 3 мин	Координаты, км
Аячи- Е. Павлович	1-й	23,67	7106,43
	2-й	23,82	7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная	1-й	21,91	7132,25
	2-й	21,24	7129,39
Б. Омутная - Сгибеево	1-й	22,75	7181,59
	2-й	22,71	7171,80
Сгибеево - Уруша	1-й	25,42	7197,22
	2-й	25,59	7193,40

Таблица 39

Расход и потери электроэнергии после строительства ТП Сгибеево

Подстанция	Суточный расход электроэнергии	Потери электроэнергии в трансформаторах
	полный, кВ•А•ч	активный, кВт•ч	при нагрузке, кВт•ч	на холостом ходу, кВт•ч
Аячи	586902	438568	6049	1584
Е. Павлович	403342	347337	2730
Б. Омутная	715581	697852	9295
Сгибеево	275983	183756	1536
Уруша	732292	617008	9404

В таблице 40 и на рисунках 20-22 представлены графики минимальных напряжений на токоприемниках локомотивов, потери электроэнергии в тяговой сети и в трансформаторах до и после подвешивания экранирующего провода.

Таблица 40

Сравнительные параметры системы тягового электроснабжения до и после строительства ТП Сгибеево

Параметры	Межпоездная зона
	Б. Омутная - Сгибеево -Уруша
	Путь 1	Путь 2
Минимальное напряжение, кВ	До усиления	20,42	20,54
	После усиления	22,71	25,42
Потери электроэнергии, кВт•ч в тяговой сети	До усиления	53885
	После усиления	33413
Потери электроэнергии, кВт•ч в трансформаторах	До усиления	35296
	После усиления	19610

Рисунок 20 - Минимальные напряжения на токоприёмниках локомотивов



Рисунок 21 - Потери электроэнергии в тяговой сети

Рисунок 22 - Потери электроэнергии в трансформаторах

Сравнив значения в таблице 40, делаем вывод, что строительство ТП Сгибеево, позволила кардинально повысить уровни напряжения в тяговой сети и достичь регламентированного значения 21 кВ. Также удалось значительно снизить потери в тяговой сети и в трансформаторах и обеспечить пропуск поездов с 10 минутным межпоездным интервалом.

Строительство ТП Сгибеево является самым эффективным вариантом с точки зрения усиления СТЭ участка Аячи - Уруша, поскольку при таком виде усиления показатели СТЭ значительно увеличились по сравнению с другими вариантами. Но с экономической точки зрения такой вариант является наиболее затратным, поскольку строительство и обслуживание новых трансформаторных подстанций требует наибольших эксплуатационных затрат.

10. Проверка проводов контактной сети на нагрев

Изменение механических свойств проводов при их нагревании объясняется тем, что провода, используемые для воздушных линий и, в частности, в контактной сети, при изготовлении протягиваются в холодном состоянии. При этом на внешней поверхности проводов создается уплотненный и более прочный слой вследствие так называемого явления наклепа. В процессе нагревания провода утрачивают это свойство тем в большей степени, чем выше температура, до которой они нагреты, и чем длительнее эта температура поддерживалась.

Постоянные времени при нагревании проводов контактной сети таковы, что спустя 15-20 минут можно считать температуру проводов установившейся. Поэтому в дипломном проекте расчетный ток для сравнения с длительно допустимым по нагреву берется как средний квадратичный (эффективный) за 20 минут, соответствующий наибольшей нагрузке.

Согласно действующим нормам, произведем проверку контактной сети по нагреву проводов при различных схемах питания.

Значение расчётного эффективного тока фидера находится из выражения

, A (12)

где - среднее значение тока на интервале (в пределах которого ток меняется незначительно), А.

- минимальным интервалом попутного следования, мин

Определим для четного и нечетного путей соответственно для ТП Ульручьи

В таблице 41 представлены расчеты нагрева проводов при различных вариантах усиления при движении поездов повышенного веса.

Таблица 41

Нагрев проводов

ТП	Фидер	Среднее значение тока фидера за 20 мин, А	Применяемая подвеска в точке подключения	Результат
		до усиления	Способы усиления	допустимый
			ЭП	УПК	КУ	ток
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Аячи	Ф5	408	408	408	408	1403	ПБСМ-95+МФ-100+А185	перегрева нет
	Ф4	173	173	172	173	1403		перегрева нет
	Отс.	1573	1564	1561	1565	1688	3АС-185	перегрева нет
Ерофей П.	Ф1	236	234	234	234	1403	ПБСМ-95+МФ-100+А185	перегрева нет
	Ф2	111	111	111	111	1403		перегрева нет
	Ф5	84	84	84	84	1403		перегрева нет
	Ф4	679	679	678	679	1403		перегрева нет
	Отс.	859	856	854	859	2360	4А-185	перегрева нет
Б. Омутная	Ф1	784	784	782	784	1403	ПБСМ-95+МФ-100+А185	перегрева нет
	Ф2	835	835	834	834	1403		перегрева нет
	Ф5	519	519	519	519	1403		перегрева нет
	Ф4	708	704	699	704	1403		перегрева нет
	Отс.	1599	1594	1591	1596	1688	3АС-185	перегрева нет
Уруша	Ф1	806	806	800	804	888	ПБСМ-95+МФ-100	перегрева нет
	Ф2	494	494	489	491	888		перегрева нет
	Ф5	678	673	671	673	888		перегрева нет
	Ф4	804	801	793	799	888		перегрева нет
	Отс.	1767	1742	1736	1736	2360	4А-185	перегрева нет

Согласно данным таблицы 41 можно сделать вывод, что перегрева проводов не наблюдается и мероприятий направленных на усиления контактной сети не требуется. Также можно отметить, что наиболее эффективным мероприятием с точки зрения снижения токов в проводах показало усиление, путем увеличения мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша.

11. Разработка методических указаний по дисциплине: «Автоматизация системы электроснабжения»

Пособие предназначено для студентов очной формы обучения специальности «Системы обеспечения движения поездов» специализация 1 - «Электроснабжение железных дорог», специализация 2 - «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» по выполнению самостоятельных работ.

11.1 Введение

Цель методических рекомендаций: оказание помощи студентам в выполнении самостоятельной внеаудиторной работы по дисциплине.

Цели внеаудиторной самостоятельной работы:

- стимулирование познавательного интереса;

- закрепление и углубление полученных знаний и навыков;

- развитие познавательных способностей и активности студентов, самостоятельности, ответственности и организованности;

- подготовка к предстоящим занятиям;

- формирования самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации;

- формирование культуры умственного труда и самостоятельности в поиске и приобретении новых знаний и умений, и, в том числе, формирование компетенций.

Чтобы выполнить весь объем самостоятельной работы по дисциплине, необходимо заниматься по 1-1,5 часа ежедневно. Начинать самостоятельные внеаудиторные занятия следует с первых же дней семестра, пропущенные дни будут потеряны безвозвратно, компенсировать их позднее усиленными занятиями без снижения качества работы и ее производительности невозможно. Первые дни семестра очень важны для того, чтобы включиться в работу, установить определенный порядок, равномерный ритм на весь семестр.

11.2 Требования к уровню освоения дисциплины «Автоматизация системы электроснабжения»

Самостоятельная работа студентов является обязательной для каждого студента и определяется учебным планом.

Критериями оценки результатов внеаудиторной самостоятельной работы студента являются:

- уровень освоения студентом учебного материала (качество знаний);

- умение использовать теоретические знания в решении практических задач;

- обоснованность и четкость изложения ответов;

- оформление письменных работ соответственно требованиям Нормоконтроля.

Настоящие методические указания содержат описание работ, которые позволят студентам самостоятельно овладеть фундаментальными знаниями, профессиональными навыками деятельности по специальности «Системы обеспечения движения поездов», опытом творческой и исследовательской деятельности.

В результате освоения дисциплины «Автоматизация системы электроснабжения» студент должен достигнуть следующих результатов образования:

Студент должен знать:

- Правила и способы организации технического обслуживания и ремонта устройств автоматики и телемеханики по заданному ресурсу и техническому состоянию;

- Основы теории автоматизации и управления процессами в устройствах электроснабжения;

- Принципы действия и основные характеристики элементов силовой и информационной электроники;

- Статические преобразователи электрической энергии, их электрические схемы;

- Системы управления и защиты преобразовательных устройств.

Студент должен уметь:

- Разрабатывать структуру автоматизированной системы управления устройствами электроснабжения;

- Применять электронные импульсные и логические элементы и микропроцессорные устройства;

- Применять принципы управления надежностью автоматизированных систем;

- Применять навыки использования ЭВМ для моделирования пре-образователей;

- Применять ПЭВМ для расчета характеристик и показателей, выбора основных параметров.

Студент должен владеть:

- Навыками анализам и синтеза схем устройств автоматики, уметь составлять алгоритм их работы;

- Методами выбора элементов автоматических систем управления в дискретном и интегральном исполнении в соответствии с заданными условиями эксплуатации и технико-экономическими требованиями к автоматическим системам;

- Методологией построения автоматизированных систем управления и умением применять её по отношению к электроустановкам, образующим систему тягового электроснабжения;.

- Навыками расчета параметров основных элементов преобразователей

- Навыками использования ЭВМ для моделирования преобразователей

Остальная часть методического пособия представлена в приложении А.

12. Экономическое обоснование мероприятий по повышению энергоэффективности

Дистанция электроснабжения является немаловажной составной частью электроэнергетического комплекса, основной задачей которого является обеспечение качественного бесперебойного питания тяговых и других потребителей железнодорожного транспорта. Дистанция электроснабжения осуществляет технический контроль за электрохозяйством дорожных мастерских, локомотивных и вагонных депо, а также внеклассных и первого класса вокзалов; обеспечивает электроэнергией пристанционные поселки, которые расположены вблизи небольших станций; проверяют техническое состояние электроустановок железнодорожных потребителей электротяги, контролируют соблюдение установленных ими лимитов и режимов пользования электроэнергией, утвержденных норм расхода электроэнергии, мер по ее экономии и снижению коэффициента реактивной мощности. От электроустановок железных дорог получают электроэнергию и многие крупные потребители прилегающих районов.

Помимо этого, дистанция электроснабжения разрабатывает и осуществляет меры по внедрению передовых методов труда, подбору, обучению и воспитанию кадров, по укреплению трудовой дисциплины, ведут контроль за соблюдением трудового законодательства, правил охраны труда и техники безопасности, а также правил и норм технической эксплуатации.

Экономика предприятия электроснабжения основывается на общих принципах экономического регулирования всех видов его хозяйственной деятельности. Дистанция электроснабжения имеет производственную структуру, в состав которой входят производственные участки, непосредственно занятые обслуживанием тягового электроснабжения; районы не тягового электроснабжения, ремонтно-ревизионный участок и другие вспомогательные производственные подразделения предприятия [12].

12.1 Расчет срока окупаемости при монтаже экранирующего провода

В качестве мероприятия по оптимизации параметров СТЭ при пропуске поездов повышенного веса на участке Аячи - Уруша был рассмотрен монтаж экранирующего провода на участке Большая Омутная - Сгибеево по четному и нечетному пути, протяженностью 76,6 км. На осуществление данного мероприятия необходимы дополнительные затраты, поэтому следует рассчитать стоимость монтажа ЭП и срок окупаемости. Стоимость одного километра экранирующего провода - 69000 рублей.

Стоимость ЭП и строительно-монтажных работ определяется по формуле

(16)

где К - стоимость одного км ЭП, тыс. руб.;

L - протяженность, км;

1,5 - коэффициент, учитывающий увеличение капитальных затрат на монтаж ЭП за счет строительно - монтажных работ и коммутационного оборудования.

Определим стоимость монтажа по формуле (16)

Стоимость основных фондов, вводимых дополнительно в эксплуатацию после внедрения проекта, составляет

В таблице 41 в соответствии расчетом нагрузок и пропускной способности, произведенным до и после монтажа ЭП отображены данные по потерям энергии в тяговой сети.

Таблица 41

Потери энергии в тяговой сети

Показатель	Существующая схема	После монтажа ЭП
Потери энергии в тяговой сети, кВтч	53885	50720

Так как в таблице 41 потери отображены за одни сутки, переведем их в годовые потери

- до монтажа ЭП

ДW = 53885365 = 19668925 кВтчгод;

- после монтажа ЭП

ДW = 50720365 = 18512800 кВтчгод.

Определим стоимость расхода электроэнергии по выражению:

И _КУ = ДW С₀ ; тыс. руб.год, (17)

где ДW - годовые потери в тяговой сети, кВт•ч•год;

С₀ - стоимость электроэнергии, руб., (для Амурской энергосистемы - 2,3 руб.)

- до монтажа ЭП

И_ЭП = 19668925 2,3 = 45236 тыс. руб.год;

- после монтажа ЭП

И_ЭП = 185128002,3 = 42579 тыс. руб.год.

Определим экономию энергии после монтажа ЭП

ДИ_ЭП = 45236 - 42579 = 2659 тыс. руб.год.

Абсолютная стоимость спроектированной системы тягового электроснабжения при монтаже ЭП, составляет 7928 тыс.руб.

Находим срок окупаемости

12.2 Расчет срока окупаемости при установке КУ на ПС

В качестве мероприятия по оптимизации параметров СТЭ при пропуске поездов повышенного веса на участке Сковородино - Магдагачи была рассмотрена установка устройства поперечной компенсации на ПС Сгибеево. На осуществление данного мероприятия необходимы дополнительные затраты, поэтому следует рассчитать стоимость установок КУ и срок окупаемости. Мощность установок КУ составляет 6000 МВАр. Стоимость КУ на одном ПС составит 20600 тыс. руб.

Стоимость КУ и строительно-монтажных работ определяется по формуле

(18)

где К - стоимость одного КУ, тыс. руб;

1,5 - коэффициент, учитывающий увеличение капитальных затрат на установку УПК за счет строительно - монтажных работ и коммутационного оборудования.

Определим стоимость установки КУ по формуле (18)

Стоимость основных фондов, вводимых дополнительно в эксплуатацию после внедрения проекта, составляет

В таблице 42 в соответствии расчетом нагрузок и пропускной способности, произведенным до и после установки КУ отображены данные по потерям энергии в тяговой сети.

Таблица 42

Потери энергии в тяговой сети

Показатель	Существующая схема	После установки КУ на ПС
Потери энергии в тяговой сети, кВтч	53885	48218

Так как в таблице 42 потери отображены за одни сутки, переведем их в годовые потери

- до установки КУ

ДW = 53885365 = 19668025 кВтчгод;

- после установки КУ

ДW = 48218365 = 17599570 кВтчгод.

Определим стоимость расхода электроэнергии по выражению:

И _КУ = ДWС₀ ; тыс. руб.год, (19)

где ДW - годовые потери в тяговой сети, кВт•ч•год;

С₀ - стоимость электроэнергии, руб.,

- до установки КУ

И_КУ = 19668025 2,3 = 45236тыс. руб.год;

- после установки КУ

И_КУ = 175995702,3 = 40479 тыс. руб.год.

Определим экономию энергии после установки КУ на ПС

ДИ_КУ = 45236 -40479= 4757 тыс. руб.год.

Абсолютная стоимость спроектированной системы тягового электроснабжения при установки КУ, составляет 30900 тыс.руб.

Находим срок окупаемости

Срок окупаемости данного проекта составляет 6,5 лет.

12.3 Расчет срока окупаемости при увеличении мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша

В качестве мероприятия по оптимизации параметров СТЭ при пропуске поездов повышенного веса на участке Аячи - Уруша было рассмотрено увеличение мощности устройства продольной компенсации ТП Большая Омутная и ТП Уруша. На осуществление данного мероприятия необходимы дополнительные затраты, поэтому следует рассчитать стоимость установки УПК и срок окупаемости. Мощность установки УПК составляет 24 МВАр, которая состоит из пяти секций мощностью 4800 кВар каждая. Стоимость одной секции составляет 4700 тыс. рублей в ценах 2017 года. Учитывая то, что на ТП Большая Омутная и Уруша уже имеется по 4 секции УПК, то нам необходимо добавить по одной секции на каждую ТП. Итоговая стоимость УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша составит 9400 тыс. руб.

Стоимость УПК и строительно-монтажных работ определяется по формуле

(20)

где К - стоимость одного УПК, тыс. руб;

1,5 - коэффициент, учитывающий увеличение капитальных затрат на установку УПК за счет строительно - монтажных работ и коммутационного оборудования.

Определим стоимость установки УПК по формуле (20)

Стоимость основных фондов, вводимых дополнительно в эксплуатацию после внедрения проекта, составляет

В таблице 43 в соответствии расчетом нагрузок и пропускной способности, произведенным до и после установки УПК отображены данные по потерям энергии в тяговой сети.

Таблица 43

Потери энергии в тяговой сети

Показатель	Существующая схема	После установки УПК
Потери энергии в тяговой сети, кВтч	53885	46193

Так как в таблице 43 потери отображены за одни сутки, переведем их в годовые потери

- до установки УПК

ДW = 53885365 = 19668025 кВтчгод;

- после установки УПК

ДW = 46193365 = 16860445 кВтчгод.

Определим стоимость расхода электроэнергии по выражению:

И _УПК = ДW С₀ ; тыс. руб.год, (21)

где ДW - годовые потери в тяговой сети, кВт•ч•год;

С₀ - стоимость электроэнергии, руб., (для Амурской энергосистемы - 2,3 руб.)

- до установки УПК

И_КУ = 19668025 2,3 = 45236 тыс. руб.год;

- после установки УПК

И_УПК = 168604452,3 = 38779 тыс. руб.год.

Определим экономию энергии после установки УПК на ТП Талдан

ДИ_УПК = 45236 - 38779= 6457 тыс. руб.год.

Абсолютная стоимость спроектированной системы тягового электроснабжения при установки УПК, составляет 14100 тыс. руб.

Находим срок окупаемости

Срок окупаемости данного проекта составляет 2 года.

Таким образом, экономически целесообразно усилить систему тягового электроснабжения увеличением мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша, так как срок окупаемости равен 2,2 года, что меньше срока окупаемости других средств усиления.

Следовательно, внедрение проекта, предполагающего пропуск по участку электроснабжения Аячи - Уруша поездов повышенного веса с установкой устройств поперечной компенсации, позволило существенно улучшить технико-экономические показатели участка.

13. Экологичность и безопасность проекта

13.1 Правила электробезопасности при выполнении монтажных работ по увеличению мощности УПК

Монтажные работы по увеличению мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша производятся вблизи электроустановок, находящихся под напряжением, поэтому важно рассмотреть особенности влияния опасных и вредных производственных факторов на человека.

Опасный производственный фактор - это производственный фактор, воздействие которого может привести к травме (ст.209 ТК РФ).

К опасным факторам рабочей среды на железной дороге, а в частности в системе тягового электроснабжения относят:

- электрический ток;

- электрические сети, в том числе контактная сеть электрифицированных железных дорог

- электроустановки, силовые трансформаторы, распределители, машины и механизмы с электроприводом.

Причинами возможного поражения людей электрическим током на рабочих местах могут быть незнание или несоблюдение правил электробезопасности.

Электробезопасность должна обеспечиваться конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями при производстве работ в электроустановках или при обслуживании потребителей электрической энергии.

Для обеспечения электробезопасности и защиты от опасного воздействия ЭМП при случайных прикосновениях к токоведущим частям должны применяться отдельно или в сочетании друг с другом технические способы и средства защиты.

Нетоковедущие металлические части конструкций электрических машин и аппаратов (трансформаторов, выключателей, блоков питания, двигателей, генераторов, светильников и т.п.) могут оказаться под напряжением электрической установки при повреждении изоляции токоведущих частей и замыкании их на корпус. При этом прикосновение человека к корпусу также опасно, как и прикосновение к токоведущим частям электроустановок.

Для защиты человека от поражения электрическим током в этих случаях применяются различные объективные технические средства защиты, наличие которых независимо от воли и желания работника защищает его от возможных аварийных режимов работы. Одним из наиболее эффективных технических объективных средств защиты является защитное заземление.

Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления. Рабочим (функциональным) заземлением называется заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки (например, нейтральные точки генераторов, трансформаторов, заземляющий вывод разрядника, рельсовые фидеры тяговых подстанций и т.п.). По рабочему заземлению постоянно или временно протекает ток рабочего режима электроустановки.

Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановок в нормальных и аварийных режимах и является элементом конструкции электроустановки.

Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на частях конструкции электроустановок или оборудования, доступных прикосновению, как правило, в режиме замыкания электрической установки на корпус при повреждении электрической изоляции. Для этого между корпусом электроустановки и проводящим пространством земли создается электрическое соединение с достаточно малым сопротивлением R. При наличии защитного заземления ток замыкания проходит по двум параллельно включенным сопротивлениям: сопротивлению заземляющего устройства R и сопротивление человека R_h. Схема включения человека в цепь замыкания на землю при прикосновении к корпусу электроустановки представлена на рисунке 25

Рисунок 25 - Схема включения человека в цепь замыкания на землю при прикосновении к корпусу электроустановки

Принцип действия защитного заземления - снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленных режимом замыкания электрической установки на корпус при нарушении электрической изоляции. Это достигается уменьшением потенциала заземленных корпусов оборудования при замыкании на него электрической части установки и выравниванием потенциалов между основанием, на котором располагается человек, и корпусом оборудования до величины разности потенциалов безопасных для человека.

Напряжение прикосновения - напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека

Напряжение шага - напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека.

Области применения защитного заземления:

- при напряжениях 380В и выше переменного тока и 440В и выше постоянного тока - во всех электроустановках;

- при номинальных напряжениях выше 42В, но ниже 380В переменного тока и выше 110В, но ниже 440В постоянного тока - только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.

Заземление является средством коллективной защиты, то есть средством защиты, конструктивно и (или) функционально связанное с производственным процессом, производственным оборудованием, помещением, зданием, сооружением, производственной площадкой.

Рассмотрим средства индивидуальной защиты, то есть средства защиты, используемое одним человеком.

Изолирующие средства делят на основные и дополнительные. Основное изолирующее электрозащитное средство - электрозащитное средство, электроизоляция которого длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановки и которое позволяет работать на токоведущих частях, находящихся под напряжением. Дополнительное изолирующее электрозащитное средство - само по себе не может при данном напряжении обеспечить защиту от поражения электрически током, но дополняет основное средство защиты, а также служит для защиты от напряжения прикосновения и шагового напряжения [8].

В таблице 39 представлены основные и дополнительные электрозащитные средства в электроустановках до 1000В и выше 1000В.

Таблица 39

Основные и дополнительные электрозащитные средства

Электроустановки выше 1000 В	Электроустановки до 1000 В
Основные электрозащитные средства
Штанги изолирующие всех видов	Штанги изолирующие всех видов
Клещи изолирующие	Клещи изолирующие
Указатели напряжения	Клещи электроизмерительные
Устройства и приспособления для обеспечения безопасности работ при измерениях и испытаниях в электроустановках (указатели напряжения для проверки совпадения фаз, клещи электроизмерительные, и т.п.)	Указатели напряжения
Электроустановки выше 1000 В	Электроустановки до 1000 В
Основные электрозащитные средства
Специальные средства защиты, устройства и приспособления, изолирующие для работ под напряжением в электроустановках напряжением 110 кВ и выше	Инструмент слесарно-монтажный с изолирующими рукоятками
	Диэлектрические перчатки
Дополнительные электрозащитные средства
Диэлектрические перчатки и боты	Диэлектрические галоши или сапоги
Диэлектрические коврики	Изолирующие подставки и накладки
Изолирующие подставки и накладки	Диэлектрические коврики
Колпаки диэлектрические	Лестницы приставные, стремянки изолирующие стеклопластиковые
Штанги для переноса и выравнивания потенциала
Лестницы приставные, стремянки изолирующие стеклопластиковые

Персонал, проводящий работы в электроустановках, должен быть обеспечен всеми необходимыми средствами защиты, обучен правилам применения и обязан пользоваться ими для обеспечения безопасности работ. Средства защиты должны находиться в качестве инвентарных в помещениях электроустановок или входить в инвентарное имущество выездных бригад. Средства защиты могут также выдаваться для индивидуального пользования. При работах следует использовать только средства защиты, имеющие маркировку с указанием завода-изготовителя, наименования или типа изделия и года выпуска, а также штамп об испытании.

Изолирующими электрозащитными средствами следует пользоваться только по их прямому назначению в электроустановках напряжением не выше того, на которое они рассчитаны (наибольшее допустимое рабочее напряжение), в соответствии с руководствами по эксплуатации, инструкциями, паспортами и т.п. на конкретные средства защиты. Изолирующие электрозащитные средства рассчитаны на применение в закрытых электроустановках, а в открытых электроустановках - только в сухую погоду. В изморось и при осадках пользоваться ими не допускается. На открытом воздухе в сырую погоду могут применяться только средства защиты специальной конструкции, предназначенные для работы в таких условиях.

Электромагнитные поля и электромагнитные излучения является вредными факторами, которые негативно влияют на человека и окружающую среду. Одними из самых распространенных техногенных источников электромагнитного поля производственной среды являются источники электромагнитных излучений промышленной частоты. Источники электромагнитных излучений промышленной частоты. ЭМП в диапазоне частот от 0 до 3000Гц условно называют электромагнитными полями промышленной частоты. Источники электромагнитных излучений промышленной частоты -- это в первую очередь системы передачи и распределения электроэнергии (электростанции, трансформаторные подстанции, линии электропередачи, электросети административных зданий и др.), а также электрооборудование (электродвигатели, контроллеры, щиты и др.) и электропроводка производственного оборудования [4].

Мощными источниками излучения электромагнитной энергии являются провода высоковольтных линий электропередач промышленной частоты 50Гц. На объектах железнодорожного транспорта источники электромагнитного поля -- это системы электроснабжения электрифицированных железнодорожных линий, силовые трансформаторные подстанции, транспорт на электроприводе, системы и линии электропередач депо, грузовых районов станций, пунктов обработки вагонов и ремонтных производств, электросети административных зданий. К примеру, электротранспорт является весьма мощным источником магнитных полей промышленной частоты. В производственных помещениях с большим количеством различного электрооборудования всегда имеется большое количество электропроводки, находящейся под постоянным напряжением. При этом она не всегда экранирована. Наличие железосодержащих конструкций и коммуникаций в зданиях создает эффект «экранированного помещения», что усиливает электромагнитный фон, не позволяя ему рассеиваться.

Эффект взаимодействия тканей тела человека с электромагнитным полем зависит от поглощенной тканями за определенное время энергии поля, т.е. дозы облучения. В основе взаимодействия лежит эффект преобразования энергии поля внутри организма в тепло. Воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей с недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный пузырь и мочевой пузырь). В условиях постоянного воздействия на рабочем месте ЭМП промышленных частот, превышающих предельно допустимые уровни, у работников могут наблюдаться: нарушения функций иммунной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения в крови. Возможны последствия на генетическом уровне. При местном воздействии ЭМП (прежде всего на руки) проявляются ощущение зуда, бледность, синюшность, отечность, уплотнение, а иногда ороговение кожных покровов.

Защита работников осуществляется путем:

- ограничения места и времени нахождения персонала в зоне воздействия ЭМИ (защита расстоянием и временем);

- использования средств индивидуальной защиты;

- использования технических средств, ограничивающих поступление электромагнитной энергии на рабочие места (экранов, отражателей, ограждений);

- применения источников ЭМИ с минимально необходимой мощностью;

- выбора рациональных режимов работы оборудования;

- применения средств обозначений зон с повышенным уровнем ЭМИ.

Основной принцип защиты здоровья людей от электромагнитного поля ЛЭП заключается в определении и соблюдении границ санитарно-защитных зон. В защитной зоне запрещается размещать жилые здания и сооружения, устраивать детские площадки и остановки всех видов транспорта.

В помещениях защиту здоровья работников от воздействия ЭМП следует осуществлять:

- соблюдением безопасных расстояний от электросетей;

- неразмещением электрооборудования и приборов в углах помещений зданий с железобетонными конструкциями;

- заземлением электрооборудования, приборов;

- использованием оборудования с меньшими уровнями энергопотребления;

- размещением наиболее опасного оборудования на расстоянии не менее 1,5 м от мест продолжительного пребывания человека;

- использованием (по возможности) оборудования с автоматическим управлением, позволяющим не находиться рядом с ним во время работы. Кроме того, работникам следует рекомендовать:

- не находиться рядом с длинным проводом под напряжением;

- не включать одновременно большое количество приборов;

- не оставлять без необходимости включенными в сеть электрооборудование и приборы.

Используемые экраны могут быть выполнены в виде металлических листов, решеток, камер, кожухов

Строительно-монтажные, ремонтные и наладочные работы на территории организации владельца электроустановок должны производиться в соответствии с договором или иным письменным соглашением со строительно-монтажной (ремонтной, наладочной) организацией (далее - СМО), в котором должны быть указаны сведения о содержании, объеме и сроках выполнения работ [7].

Перед началом работ СМО должна представить список работников, которые имеют право выдачи нарядов и быть руководителями работ, с указанием фамилии и инициалов, должности, группы по электробезопасности. Перед началом работ руководитель или уполномоченный представитель организации (обособленного подразделения) совместно с представителем СМО должны составить акт-допуск на производство работ на территории действующего предприятия по форме, установленной действующими строительными нормами и правилами.

Актом-допуском должны быть определены:

- места создания видимых разрывов электрической схемы, образованные для отделения, выделенного для СМО участка от действующей электроустановки, места установки защитных заземлений;

- границы и типы ограждений места работ СМО. Ограждения должны исключать возможность ошибочного проникновения работников СМО за пределы выгороженной зоны;

- места входа (выхода), въезда (выезда) в зону работ; наличие в зоне работ опасных и вредных факторов.

- наличие опасных и вредных факторов.

В акте-допуске или отдельном распоряжении организации (обособленного подразделения) - владельца электроустановок указываются работники, имеющие право допуска к работе работников СМО и право подписи наряда-допуска. При этом один экземпляр распоряжения выдается представителю СМО.

Ответственность за соблюдение мероприятий, обеспечивающих безопасность производства работ, предусмотренных актом-допуском, несут руководители СМО и организации-владельца электроустановок.

По прибытии на место проведения работ персонал СМО должен пройти вводный и первичный инструктаж с учетом местных особенностей, имеющихся на выделенном участке опасных факторов, а работники, имеющие право выдачи нарядов, ответственные руководители и (при необходимости) ответственные исполнители работ должны пройти дополнительно инструктаж по схемам электроустановок.

Инструктаж должен проводить руководитель (или уполномоченный работник) подразделения организации, в электроустановках которой предстоят работы. Проведение инструктажа должно фиксироваться в журналах регистрации инструктажей подразделений организации, в электроустановках которой производятся работы, и СМО.

Строительно-монтажные, ремонтные и наладочные работы на территории организации должны проводиться по наряду-допуску, выдаваемому ответственными работниками СМО.

Зона работ, выделенная для СМО, как правило, должна иметь ограждение, препятствующее ошибочному проникновению персонала СМО в действующую часть электроустановки.

Пути прохода и проезда персонала, машин и механизмов СМО в выделенную для выполнения работ огражденную зону, как правило, не должны пересекать территорию или помещения действующей части электроустановок.

Первичный допуск к работам на территории организации должен проводиться допускающим из числа персонала организации - владельца электроустановок. Допускающий расписывается в наряде-допуске, выданном работником СМО, ответственным за выдачу наряда-допуска. После этого руководитель работ СМО разрешает приступить к работе.

В тех случаях, когда зона работ не выгорожена или путь следования работников СМО в выделенную зону проходит по территории или через помещения действующего РУ, ежедневный допуск к работам персонала СМО должен выполнять допускающий, а работы в ней должны проводиться под надзором наблюдающего из числа персонала организации - владельца электроустановок. Наблюдающий наравне с ответственным руководителем (исполнителем) СМО несет ответственность за соответствие подготовленного рабочего места указаниям, предусмотренным в наряде-допуске, за наличие и сохранность установленных на рабочем месте заземлений, ограждений, плакатов и знаков безопасности, запирающих устройств приводов и за безопасность работников СМО в отношении поражения электрическим током.

Допуск персонала СМО к работам в охранной зоне линии электропередачи, находящейся под напряжением, а также в пролете пересечения с действующей ВЛ, проводят допускающий из числа персонала организации, эксплуатирующей линию электропередачи, и ответственный руководитель работ СМО. К работам в охранной зоне отключенной линии электропередачи и на самой отключенной линии допускающему разрешается допускать только ответственного руководителя работ СМО, который затем должен сам производить допуск остального персонала СМО.

Выполнение работ в охранной зоне линии электропередачи, находящейся под напряжением, проводится с разрешения ответственного руководителя работ СМО и под надзором наблюдающего из персонала организации, эксплуатирующей линию электропередачи. Выполнение работ в охранной зоне отключенной линии электропередачи и на самой отключенной линии проводится с разрешения организации, эксплуатирующей линию электропередачи, после установки заземлений, выполняемой в соответствии с требованиями Правил.

Выполнение работ СМО в охранных зонах ВЛ с использованием подъемных машин и механизмов с выдвижной частью допускается с учетом требований правил и только при условии, если расстояние по воздуху от машины (механизма) или от ее выдвижной или подъемной части, от ее рабочего органа или поднимаемого груза в любом положении до ближайшего провода, находящегося под напряжением, будет не менее указанного в таблице 40

Таблица 40

Допустимые расстояния до токоведущих частей, находящихся под напряжением

Напряжение ВЛ, кВ	Минимальное расстояние, м
Свыше 1 до 20	2,0
Свыше 20 до 35	2,0
Свыше 35 до 110	3,0
Свыше110 до 220	4,0

Заключение

В ходе выполнения дипломного проекта произведен анализ и расчет режимов работы системы тягового электроснабжения участка Аячи - Уруша Забайкальской железной дороги, при пропуске поездов повышенного веса 4500 и 8300 тонн с целью оптимизации межпоездных интервалов. В качестве основных элементов при расчетах в дипломном проектировании, использовался программный комплекс ВНИИЖТ'а «КОРТЭС». Данная программа позволяет проводить исследования режимов работы систем тягового электроснабжения с целью принятия решений по их оптимизации. А также решать задачи по выбору наиболее эффективных способов усиления системы тягового электроснабжения, при которых обеспечиваются нормируемые показатели по уровню напряжения на токоприемниках электровозов, температуре нагрева проводов контактной сети и допустимым перегрузкам силового оборудования тяговых подстанций.

Произведены тяговые расчёты для поездов 4500, 6800, 7100, 8300 тонн с использованием локомотивов ВЛ-80С, 2ЭС5К,3ЭС5К и 2х2ЭС5К. В ходе выполнения тяговых расчётов получены значения удельного расхода активной и полной энергии и время хода поездов. По полученным значениям построены диаграммы зависимости удельного расхода электроэнергии от массы состава.

Определены минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов, наличная суточная пропускная способность участка, расход и потери электроэнергии, нагрузочная способность тяговых трансформаторов при существующей схеме питания. Выполнен расчет параметров СТЭ при межпоездных интервалах 10 минут.

В результате расчетов пропускной способности определили, что на участке Аячи - Уруша имеется одна лимитирующая зона Большая Омутная - Уруша. Для оптимизации параметров СТЭ были предложены различные способы усиления схемы питания участка: подвешивание экранирующего проводов, переход на параллельную схему питания, установка компенсирующих устройств.

Было выяснено, что наиболее экономически - выгодным будет вариант усиления системы тягового электроснабжения путем увеличения мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша, т.к. срок окупаемости для данного усиления является меньшим, по сравнению с остальными предложенными вариантами.

В разделе посвященному безопасности проекта была рассмотрена электробезопасность при монтаже УПК.

Список использованных источников

1. Программный комплекс КОРТЭС, разработанный (ВНИИЖТом) и утвержденный Техническим указанием Департамента электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» №К-108/04 от 24.02.2004 г.

2. Бардушко В.Д. Исследование параметров и режимов систем тягового электроснабжения на основе вычислительной техники. Учебное пособие по дипломному проектированию для студентов специальности «Электроснабжение железных дорог»/ В.Д. Бардушко, - Иркутск: ИрГУПС, 2006. - 108 с.

3. Железко Ю.С., Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко. - М.: ЭНАС, 2009.- 456с.:

4. Зимакова А.Н. Контактная сеть электрифицированных железных дорог: Учеб. пособие. - 2-е стер. изд. - М.: ФГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2011. - 232 с.

5. Марквардт К.Г. Справочник по электроснабжению железных дорог. В 2-х томах / К.Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1981.

6. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. К.Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982 г. - 528с.

7. Приказ Минтруда России от 24.07.2013 г. №328(ред. от 19.02.2016) «Об утверждении Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок»

8. Клочкова Е.А. Охрана труда на железнодорожном транспорте: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. трансп.: - М.: Маршрут, 2004, - 412 с.

9. Красник В.В. Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности в электросетях предприятий.- М.: Энергоатомиздат,1983.-136с.ции. ЦЭ-462/ М.: Транспорт, 2007. - 450 с.

10. Кузнецов К.Б., Мишарин А.С. Электробезопасность в электроустановках железнодорожного транспорта. 2005. - 456 с.

11. Хохлов А.А., Жуков В.И. Технические средства обеспечения безопасности движения на железных дорогах. Учебное пособие. 2009. -- 553с.

12. Басова Т.Ф. Экономика и управление энергетическими предприятиями. Для высших учебных заведений - М.: Академия, 2004. - 432 с.

13. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 2003 г. - 121 с.

14. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. ЦЭ-462/ М.: Транспорт, 2007. - 450 с.

15. Правила устройств электроустановок - М.: Атамиздат, 2004. - 363 с.

16. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. СО 153-34.20.501-2003., Госэнергонадзор Минэнерго России 103074, -М.: Трансиздат, 2003 г.

17. Тер-Оганав Э.В. Электроснабжение железных дорог: учеб. для студентов университета ( УрГУПС ) / Э.В. Тер-Оганов, А.А. Пышкин. - Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014. - 432 с.

18. Приказ №ЦТ - 227 от 8 ноября 2016 года. «Об установлении норм масс и длин пассажирских и грузовых поездов на участках, обслуживаемых Забайкальской дирекцией тяги.

19. Приказ Минпромэнерго РФ от 22.02.2007 N49 "О Порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии" - М.: Минюст РФ. 2007.

20. ЦЭ 761 «Инструкция по безопасности для электромонтеров контактной сети» - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2003.

21. ЦЭ 683 от 18.09.1999 «Инструкция по обеспечению безопасности движения поездов при производстве работ на контактной сети с изолирующих съемных вышек" - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2003.

22. Бессонов В.А., Мартовицкий А.М. Электроснабжение электрических железных дорог: Методические указания по выполнению курсового проекта. - Хабаровск: ДВГАПС, 1993. - 24 с.

23. Исходный график движения поездов в программе ГИД за 24 - 25 декабря 2016 года.

24. Распоряжение «Об организации обращения грузовых поездов повышенной массы на железнодорожных путях общего пользования Забайкальской и Дальневосточной железных дорог».

Размещено на Allbest.ru