Разработка и расчет энергосберегающей вентильной конструкции кольцевого типа, обеспечивающей снижение потерь мощности при 12-пульсном преобразовании энергии переменного тока в энергию постоянного тока

3.1 Требования к расчету числа силовых полупроводниковых приборов, соединенных в вентильном плече параллельно

В работе [6], приведена (установленная на основании многолетних исследований и длительного опыта эксплуатации) величина тока глухого короткого замыкания IKm на выводах выпрямителя, собранного по схеме последовательного типа с вентильной конструкцией ТПЕД-3150-3,3К-У1 не превышающая 15 кА при теоретических данных от 10 до 25 кА. Отмечено, что при использовании со стороны переменного тока выпрямителя вакуумного выключателя полное время срабатывания защиты при глухом коротком замыкании на выводах выпрямителя составляет около 40 мс, что позволяет увеличить ток короткого замыкания на 35-40%. Это дает возможность снизить на одну треть число а параллельно включенных в вентильном плече ветвей, с 6 до 4. Учитывая процесс непрерывного совершенствования СПП, можно утверждать, что число a СПП в плече стремится к 2, то есть один из приборов способен взять на себя всю рабочую и аварийную нагрузку, а второй является резервным, причем в рабочем режиме нагрузку оба СПП делят пополам.

При всех аналогичных расчетах необходимо учитывать, что возможная амплитуда тока через СПП не должна превышать IFSM, то есть должно соблюдаться соотношение

.(3.1)

3.2 Требования к расчету числа силовых полупроводниковых приборов, соединенных в вентильном плече последовательно

Перед проведением расчета числа СПП (s), соединенных в вентильном плече последовательно, необходимо определить рабочие обратные напряжения, прикладываемые к вентильному плечу при различных схемах выпрямления. В соответствии с результатами анализа электромагнитных процессов в известных мостовых схемах последовательного типа и новых кольцевых схемах с сокращенным числом вентильных плеч (раздел 2) составлена сводная таблица 3.1 с расчетными формулами.

В таблице 3.1 UЛ - действующее значение линейного напряжения любой из симметричных трехфазных систем питающих напряжений. Для одного 12- пульсного выпрямителя последовательного типа Ud0 = 2,7 UЛ, а при параллельном соединении двух 12-пульсных секций через УР, Ud0 = 2,678 UЛ.

Число s СПП класса К, соединенных последовательно, можно определить по известной из [14] формуле



(3.2)

где U - амплитуда возможного перенапряжения на плече выпрямителя, кВ;

1+Дu -коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения на СПП вследствие неравномерного распределения обратного напряжения (при лавинных вентилях Дu = 0, в случае применения нелавинных вентилей обычно принимают Дu = 0,1);

kИВ - коэффициент, равный отношению неповторяющегося напряжения URMS (или напряжения лавинообразования) к повторяющемуся URRM, определяющему класс СПП;

ДuL - величина, учитывающая влияние окружающей температуры на напряжение лавинообразования (при нелавинных вентилях ДuL = 0);

SР - число резервных СПП; SД - число, дополняющее результат вычислений до целого значения в сторону увеличения.

Таблица 3.1 - Обратные напряжения, прикладываемые к СПП в мостовой и кольцевой схемах в номинальном рабочем режиме

Тип схемы, расположение вентилей
	ФОРМУЛЫ	Значения при заданной пульсности
			значение
Мостовая последовательная, для всех вентилей			12	0,5236 Ud0
			24	0,2618 Ud0
Кольцевая, для вентилей анодной и катодной групп			12	0,5236 Ud0
			24	0,2618 Ud0
Кольцевая, для вентилей кольцевых групп			12	1,0115 Ud0
			24	0,4834 Ud0



Амплитуда возможного перенапряжения U зависит от характеристик устройств ограничения перенапряжений. Перенапряжения на шинах тяговой подстанции UШ сопровождаются перенапряжениями между анодами и катодами СПП. Они появляются вследствие включений сглаживающих устройств, отключения токов короткого замыкания, прихода волн перенапряжений со стороны контактной сети. Амплитуда этих перенапряжений ограничивается вентильными разрядниками до 8,5 - 9 кВ. Ограничение перенапряжения до величин меньших 2 Udo из-за неустойчивости разряда технически сложно.

Так как перенапряжения превышают ЭДС выпрямителя, потенциалы катодов при воздействии перенапряжений выше потенциалов анодов, и выпрямитель в таком режиме по определению [29] как бы заперт. При этом, в отличие от рабочего режима, линейное напряжение вентильных обмоток распределяется равномерно между запертыми СПП.

Амплитуды появляющихся перенапряжений UШ могут достигать нескольких десятков киловольт. При установке в анодные цепи разрядников, уменьшающих амплитуду и длительность перенапряжений, остаточные перенапряжения U?Ш не будут превышать пробивного напряжения разрядника UР или величины остающегося на нем напряжения: .

В нормальном рабочем режиме к каждому вентильному плечу приложено обратное напряжение, определяемое по формулам, приведенным в таблице 3.1. При перенапряжениях на шинах постоянного тока, когда СПП устройства заперты, максимальные значения линейных напряжений питающих трехфазных систем напряжений суммируются векторно и равномерно распределяются по запертым вентильным плечам.

Максимум общего обратного напряжения UО, создаваемого питающими системами напряжений, можно определить в этом случае по формуле



(3.3)

Из рассмотрения топологии схем и векторных диаграмм им соответствующих можно вывести общее уравнение для определения перенапряжения на вентильном плече при различном числе пульсаций выпрямленного напряжения. Учитывая, что число вентильных плеч, последовательно обтекаемых током нагрузки в мостовом выпрямителе равно NПS = mq/3, получим

, (3.4)

где коэффициент 1,1 учитывает возможные колебания напряжения сети.

Таблица 3.2 - Отношения характеристических напряжений нелавинных и лавинных диодов

Параметры СПП	Значение параметров СПП
	Нелавинные диоды	Лавинные диоды
Повторяющееся напряжение URRM	100 К	100 К
Неповторяющееся напряжение URSM	116 К	125 К
Напряжение лавинообразования UL	-	125 К (120К - мин)
Рабочее, рекомендуемое напряжение URWM	67 К	100 К

При расчетах числа последовательно соединенных в плече СПП величину перенапряжения U на плече выпрямителя удобнее выбирать, учитывая характеристики разрядников, а не ряд результирующих значений U = 6, 7, 8, 9, 10 кВ, приведенных в [14].

Ориентировочную величину коэффициента kИВ можно определить, используя табл.3.2, составленную на основании [14].

С учетом приведенного выше материала в mq-пульсных мостовых схемах последовательного типа:

при нелавинных СПП

; (3.5)

при лавинных СПП

.(3.6)

Число лавинных диодов иногда рассчитывают таким образом, чтобы суммарное напряжение лавинообразования их было не меньше максимально возможной амплитуды внутреннего перенапряжения UK, способного привести к отказу СПП

.(3.7)

В этом случае лавинные диоды будут исполнять роль разрядников, ограничивая амплитуду перенапряжения до суммарного напряжения лавинообразования. При этом выделяющаяся в них энергия не должна превышать допустимой энергии лавинообразования.

Особенностью кольцевых схем является уменьшение числа вентильных плеч, включенных в цепи протекания тока нагрузки последовательно, что позволяет реализовать снижение потерь мощности в вентильной конструкции. Однако при расчетах числа последовательно соединенных СПП для работы выпрямительного агрегата в условиях больших перенапряжений выявилось то, что такая реализация возможна только при определенных классах СПП. При современной элементной базе силовых полупроводниковых приборов, когда стали доступными для широкого практического применения полупроводниковые диоды с классом выше 30, имеющие высокие технические характеристики по всем основным параметрам, необходимо обратить серьезное внимание на возможности кольцевых схем. Это тем более значимо, что работа трансформаторного оборудования в кольцевых схемах, как показали исследования, эквивалентна работе трансформаторного оборудования соответствующих по пульсности мостовых схем, а это значит, что степень использования мощности трансформаторов остается на таком же высоком уровне, как у классических мостовых трехфазных схем выпрямления.

Рисунок 3.1 - Схема перенапряжений в кольцевом выпрямителе

На рисунке 3.1 приведена схема перенапряжений в кольцевом 12-пульсном выпрямителе. В соответствии с этой схемой, а также схемами кольцевых выпрямителей с более высоким числом пульсаций выпрямленных напряжений, выведены общие соотношения для определения числа СПП, последовательно включенных в вентильном плече.

Так как в кольцевых схемах многопульсного выпрямления число вентильных плеч последовательно включенных в цепи протекания тока нагрузки



,

(3.8)

Тогда в mq-пульсных кольцевых схемах:

при нелавинных СПП

;(3.9)

при лавинных СПП

. (3.10)

При составлении соотношений (3.5, 3.6, 3.9, 3.10) для определения числа s в мостовых и кольцевых выпрямителях, авторы разработки придерживались мнения, что в отличие от формул, подобных формуле (3.2), расчетные соотношения должны учитывать реальную схемотехнику и характеристики выпрямителей, в том числе характеристики полупроводниковых приборов и защитных устройств. В частности для большинства выпрямителей тяговых подстанций, исходя из статистических данных, несложно определить ориентировочную величину выпрямленного напряжения холостого хода Ud0.

.(3.11)



Поправка в полученной формуле (3.11) учитывает зависимость уровня напряжения холостого хода от мощности трансформатора и снижение напряжений вследствие принятых при теоретических исследованиях допущениях. Основная часть формулы задает функциональную зависимость напряжения холостого хода от пульсности выпрямителя и от принятых при расчетах параметров индуктивного сопротивления (через uK) токообразующих цепей.

Используя формулы (3.5, 3.6, 3.9, 3.10, 3.11) рассчитаем число s для 12-пульсного выпрямителя тяговой подстанции железнодорожного транспорта с трансформатором ТРМП-6300/35ЖУ1 при мостовых и кольцевых схемах выпрямления последовательного типа и общее число СПП, обтекаемых последовательно током нагрузки ns = Ns s. Будем считать, что атмосферные перенапряжения со стороны тяговой сети, достигающие 50 кВ в амплитуде [14], ограничиваются разрядником РВПК-3,3, подключенным к плюсовой шине, до 8,5-9 кВ. Результаты расчетов приведены в таблице 3.3.

Из результатов расчета видно, что при классе СПП выше 24 каждое плечо выпрямителей по обоим вариантам построения вентильной конструкции может содержать 3 СПП. Жирными цифрами в таблице отмечены классы СПП, при которых осуществимо снижение потерь мощности в вентильной конструкции при переходе к кольцевой схеме.

Наиболее экономичны схемы выпрямления при двух последовательно включенных СПП в плече. Преимущество кольцевой схемы в этом случае достигается при 41-м и выше классах нелавинных диодов, и при классах выше 44 для лавинных диодов.

В таблице 3.4 приведены параметры нелавинных и лавинных диодов, выпускаемых отечественной промышленностью, причем полужирным курсивом выделены наименования СПП, при установке которых можно создавать плечи с двумя последовательно включенными диодами.

Таблица 3.3 - Данные расчета чисел S и ns при различных классах СПП для последовательных схем выпрямления

Исходные и расчетные данные трансформатора, СПП и разрядника	Значение S и общее число СПП ns, обтекаемых током последовательно
Типовая мощность, МВА	UЛ, B·103	Udном, B·103	Ud0, B·103	mq	UP, B·103	Тип СПП	Kласс СПП (К)	мостовой	кольцевой
								S	ns	S	ns
6,3	1,35	3,3	3,64	12	9	Неуправляемый нелавинный	14	4	16	4	12
							18	3	12	4	12
							24	3	12	3	9
							28	3	12	3	9
							30	3	12	3	9
							32	2	8	3	9
							34	2	8	3	9
							41	2	8	2	6
						Неуправляемый лавинный	14	4	16	4	12
							18	3	12	4	12
							24	3	12	3	9
							28	3	12	3	9
							30	3	12	3	9
							32	3	12	3	9
							34	2	8	3	9
							44	2	8	2	6

Таблица 3.4 - Параметры силовых диодов, рекомендуемых для многопульсных выпрямителей

Тип СПП	Параметры СПП
	K	IFAV, А	IFSM, кА	rT, мОм	UT0, В
нелавинные	Д143-800	10-40	800	16,5	0,32	0,95
	Д173-1600	38-50	1600	30	0,15	1,1
	Д173-2000	30-40	2000	40	0,13	1,05
	Д173-2500	24-32	2500	50	0,11	1,0
	Д173-3200	16-26	3200	55	0,09	0,95
	Д223-500	24-44	550	7	0,9	1,05
	Д243-1000	18-32	1010	18	0,28	0,95
	Д253-2000	4-24	2350	35	0,1	1,0
лавинные	ДЛ133-500	4-16	760	12	0,41	0,85
	ДЛ133-1000	38-50	1250	18	0,54	1,3
	ДЛ153-1000	38-50	1250	18	0,54	1,3
	ДЛ153-1250	22-32	1250	26	0,35	1,1
	ДЛ153-1600	27-32	1670	26	0,3	1,0
	ДЛ153-2000	16-20	2000	30	0,185	0,9
	ДЛ173-3200	24-32	3250	45	0,124	1,1

3.3 Тяговая подстанция Сокур с выпрямительными агрегатами

Тяговая подстанция - электрическая подстанция, предназначенная в основном для питания транспортных средств на электрической тяге через контактную сеть. От тяговой подстанции получают питание и другие железнодорожные нетяговые потребители, а также некоторые районные нежелезнодорожные потребители.

Тяговая подстанция Сокур запущена в эксплуатацию в 1958 году. По подключению к линии первичного напряжения 110 кВ является транзитной, поскольку получает питание по одной линии В-2, в рассечку которой она включена. Схема тяговой подстанции Сокур приведена в приложении В.

Открытое распределительное устройство 110кВ

На открытом распределительном устройстве 110 кВ смонтировано 2 секции шин, секционирование которых осуществляется секционным выключателем типа МКП-110м и двумя секционными разъединителями РЛНЗ-1-110. На каждом вводе 110кВ установлен выключатель МКП-110м для коммутации цепи под нагрузкой. Для ремонтных работ на ОРУ-110кВ, проводимых персоналом тяговой подстанции, используются также разъединители РЛН-110. Для учета электрической энергии со стороны 110 кВ и для цепей защит на каждой секции шин 110 кВ смонтированы трансформаторы напряжения, типа НАМИ-110, и трансформаторы тока, типа ТГФ-110. Также для учета электрической энергии, проходящей транзитом, на рабочей и ремонтной перемычках ОРУ-110 кВ смонтированы трансформаторы тока ТГФ-110. Для снятия перенапряжений в сети 110кВ на каждой секции шин установлены разрядники, типа РВС-110. Силовые трансформаторы тяговой подстанции Т1,2, типа ТДТНГ-15000, запитаны соответственно с 1 и 2 секций шин 110 кВ. Силовые трансформаторы - трехобмоточные, первичное напряжение - 110кВ, а вторичные - 35 кВ и 6 кВ. Тяговая подстанция Сокур - с изолированной нейтралью, поэтому "0"-й вывод каждого трансформатора заземлен через разрядники.

Открытое распределительное устройство 35кВ

С силовых трансформаторов Т1,2 питание на систему шин 35 кВ поступает через шинные разъединители, типа РЛНД-35, и через выключатели, типа С-35. Непосредственно с секции шин 35 кВ запитан только один фидер приобских электрических сетей Ф-35-108. Для коммутации данного фидера установлен выключатель, типа С-35, и два разъединителя - шинный и линейный, типа РЛНД-35. Для учета электрической энергии на данном фидере установлены трансформаторы тока, типа STSM-38 100/1. Для цепей защит к системе шин 35 кВ подключен трансформатор напряжения, типа НАМИ-35. А для снятия перенапряжений к каждому вводу 35 кВ и к самой системе шин 35 кВ подключены ограничители перенапряжений, типа ОПН-35.

Закрытое распределительное устройство 6,3кВ

Пониженное напряжение 6,3 кВ поступает с силовых трансформаторов Т1,2 через вводные выключатели, типа ВБЭ-10/1600, и через разъединители, типа РЛВ-10/2000, на 1 и 2 секцию шин 6,3 кВ. Для снятия перенапряжений на каждой секции шин установлены ограничители перенапряжений, типа ОПН-6. Для цепей защит на каждой секции шин установлены трансформаторы напряжения, типа НТМИ-6. Для питания РУ-СЦБ-6,3 кВ, а также для питания собственных нужд тяговой подстанции к каждой секции шин 6,3 кВ подключены трансформаторы собственных нужд ТСН1,2, типа ТМ-320 6/0,23. Пониженное напряжение 0,23 кВ с ТСН1,2 поступает на панель 0,23 кВ в щиту управления тяговой подстанции. С системы шин 0,23 кВ через предохранители СЦБ питание поступает на трансформатор СЦБ (Сигнализация Централизация Блокировка), типа ТМ-100 0,23/6. Далее, повышенное напряжение 6,3 кВ с трансформатора СЦБ поступает в РУ-СЦБ-6,3 кВ.

От РУ-6,3 кВ запитан один фидер приобских электрических сетей - Ф6-6. Питание данного фидера осуществляется также через выключатель, типа ВВТЭ-10/1000, шинный и линейный разъединители. Также имеются два фидера железнодорожных потребителей - Ф1-6 и Ф5-6, запитанные через такие же коммутационные аппараты.

Секционирование 1 и 2 секций шин осуществляется выключателем ВС-6, типа ВВТЭ-10/1000, и двумя секционными разъединителями, типа РЛВ-10/1000.

Тяговые трансформаторы ТП1,2 запитаны от 1 и 2 секций шин соответственно, через выключатели, типа ВВТЭ-10/1000, и шинные разъединители, типа РЛВ-10/1000. Вторичная обмотка тяговых трансформаторов расщепленная, схема соединения которой - звезда и треугольник.

Поскольку линии продольного электроснабжения запитаны напряжением 10 кВ, то ко второй секции шин подключен повышающий трансформатор ТПЭ-10, типа ТМ-1800 6/10, повышающий напряжения с 6 кВ до 10 кВ. От трансформатора ТПЭ-10 запитано РУ-10,5кВ.

Закрытое распределительное устройство 10,5кВ

От системы шин 10,5 кВ запитаны 3 фидера продольного электроснабжения через выключатели, типа ВБЭМ-10/800, и через разъединители, типа РВ-10/400: Ф1ПЭ - питает перегон Сокур - Иня-Восточная; Ф2ПЭ - питает перегон Сокур - Кошево; Ф3ПЭ - питает перегон Сокур - Жеребцово.

Закрытое распределительное устройство СЦБ-6,3кВ

С данного РУ, через выключатели, типа ВБЭ-10/1600, и через разъединители, типа РВ-10/400, запитано 3 фидера СЦБ: Ф1СЦБ - питает перегон Сокур - Иня-Восточная; Ф2СЦБ - питает перегон Сокур - Кошево; Ф3СЦБ - питает перегон Сокур - Жеребцово.

Закрытое распределительное устройство 3,3кВ

Пониженное напряжение с тяговых трансформаторов ТП 1, 2 поступает на выпрямительные агрегаты ПВ1,2 соответственно. Выпрямительные агрегаты, типа ТПЕД-3150, собраны по двенадцатипульсовой мостовой схеме выпрямления. Выпрямительные агрегаты установлены в закрытом распределительном устройстве 3,3 кВ, в здании подстанции. Эти выпрямительные агрегаты и обеспечивают электроэнергией постоянного тока электроподвижной состав.

Поскольку главной задачей моего дипломного проекта является модернизация именно выпрямительных агрегатов, рассмотрим их подробнее.

Выпрямитель ТПЕД-3150-3,3к-У1 (трехфазный преобразовательный с естественным охлаждением диодный) имеет номинальный ток 3150 А и номинальное напряжение - 3,3кВ и предназначен для размещения на открытой части подстанции. Выпрямитель собирается из таблеточных диодов ДЛ133-500-14 (диод лавинный на 500 А 14-го класса) с охладителями, обеспечивающими прижимное усилие за счет прижимного устройства 10 кН. Выпрямитель состоит из шести шкафов, в каждом из которых размещены 48 диодов с охладителями, а также конденсаторы и резисторы. На крыше каждого шкафа размещаются шесть проходных изоляторов, через которые осуществляется подключение к шинам (плюсовой и минусовой) и вторичным обмоткам преобразовательных трансформаторов. Шкафы обслуживаются с двух сторон. Передние и задние двери снабжены механическими замками, замками электромагнитной блокировки и конечными выключателями, обеспечивающими отключение выпрямителя от высокого напряжения при открывании дверей.

С выпрямительных агрегатов напряжение подается на шины 3,3 кВ.

Основными шинами РУ-3,3 кВ являются: "+" главная шина 3,3 кВ, "+" запасная шина 3,3 кВ и "-" шина 3,3 кВ. К "+" главной шине подключены 7 быстродействующих выключателей, типа ВАБ-43, осуществляющих питание 7 фидеров 3,3кВ. Ф3-3,3 - является станционным фидером, поскольку он питает станцию Сокур. Ф1,2-3,3 - питают 1 и 2 пути перегона Сокур - Иня-Восточная. Ф4,5-3,3 - питают 1 и 2 пути перегона Сокур - Кошево. Ф6,7-3,3 - питают 1 и 2 пути перегона Сокур - Жеребцово. Также каждый из 7 быстродействующих выключателей может быть запитан через обводной разъединитель с "+" запасной шины 3,3 кВ, для чего обе плюсовые шины объединены быстродействующим выключателем БВЗШ-3,3, типа ВАБ-43. Для проведения ремонтных работ, то есть для создания видимого разрыва цепи, на выходе из здания подстанции на каждом фидере 3,3 кВ установлены мачтовые разъединители, типа РС-3000.

Для снятия перенапряжений в сети 3,3 кВ на каждом фидере 3,3 кВ установлен ограничитель перенапряжений, типа ОПН-3,3, а к "+" главной шине 3,3 кВ подключен разрядник, типа РВПК-3,3.

Для того чтобы тяговая сеть была замкнутой, тяговый ток с рельса возвращается на "-" шину тяговой подстанции через дроссель-трансорматор и отсасывающий фидер.



3.4 Потери мощности в вентильных конструкциях мостовых и кольцевых выпрямителей

Падение напряжения на вентилях пропорционально числу вентилей, последовательно пропускающих ток нагрузки, причем величина падения напряжения на каждом вентиле приблизительно равна пороговому напряжению и практически не зависит от величины тока [30-33]. В этом случае можно записать:

.(3.12)

Потери мощности от падения прямого напряжения

.(3.13)

Для mq-пульсных мостовых схем

(3.14)

Для mq-пульсных кольцевых схем

. (3.15)

Потери мощности, определяемые потерями активной энергии при протекании через вентили прямого тока, то есть тепловые потери, пропорциональные квадрату тока, для mq-пульсных мостовых схем равны



,(3.16)

а для mq-пульсных кольцевых схем

. (3.17)

Тогда полные потери активной мощности в вентильных конструкциях mq-пульсного мостового выпрямителя будут определяться по формуле

, (3.18)

а потери мощности в вентильных цепях mq-пульсного кольцевого выпрямителя

.(3.19)

С увеличением пульсности мостовых выпрямителей последовательного типа или кольцевых выпрямителей потери мощности в вентилях увеличиваются, но чем выше пульсность выпрямителя, тем при меньших токах реализуется выходная мощность. Поэтому окончательное сравнение выпрямителей по потерям в вентилях объективней всего проводить при одинаковых значениях выходной мощности. От типа схемы и ее пульсности зависит, при каких токах Id реализуется мощность Pd. Поэтому необходимо определить зависимость реализуемой мощности от тока при различных значениях пульсности. С увеличением пульсности уменьшается ток нагрузки, при котором можно реализовать ту же мощность Pd, которая реализовывалась при меньшем числе пульсаций.

По требованиям надежности и безотказности работы выпрямителей тяговых подстанций [34] электрического транспорта

.

В случае, когда SРАСЧ равно 1, а число резервных СПП SР по условию минимальности, но достаточности резерва равно 1, минимальное число СПП в вентильном плече SМИН равно 2. Исходя из этого числа, можно определять потери мощности в выпрямителях, оснащенных вентилями высоких классов и проводить дальнейшие расчеты технико-экономических показателей.

3.5 Расчет потерь мощности в силовых полупроводниковых приборах 12-пульсных выпрямителей

Базовым выпрямителем для сравнительной оценки потерь мощности в вентильных конструкциях 12-пульсных выпрямителей, собранных по кольцевой схеме, в соответствии с задачей данной работы принят мостовой выпрямитель последовательно-параллельного типа с трансформатором ТМРУ-16000/10, выпускавшийся ОАО "Уралэлектротяжмаш" для тяговых подстанций постоянного тока и с вентильной конструкцией ТПЕД-3150-3,3к в которой использованы таблеточные лавинные вентили типа ДЛ133-500 12-14 классов. Причем сравнение можно считать логичным в том случае, если потери будут оценены сначала в базовом выпрямителе, затем в модифицированном базовом выпрямителе при замене СПП на новые типы вентилей и, затем в кольцевом выпрямителе.

В связи с одинаковой пульсностью сравниваемых выпрямителей, и тем, что они эквивалентны по типовой и номинальной мощности трансформаторного оборудования, коэффициенты загрузки и реализуемая мощность обеспечиваются практически при одинаковых токах. Таким образом, в процессе сравнения оцениваются только потери в вентильной установке. Но и в этом случае, при одинаковых наклонах внешних характеристик, внешние характеристики кольцевых выпрямителей будут расположены выше характеристик мостовых выпрямителей, а значит, будут отличаться токи, при которых реализуется одинаковые мощности, причем поправка на внешнюю характеристику будет в пользу кольцевых выпрямителей. До введения поправок для более точной оценки технико-экономических преимуществ вентильных конструкций кольцевых выпрямителей над вентильными конструкциями мостовых выпрямителей, ограничимся, в первом приближении, наиболее объективным элементом этого преимущества - снижением расчетных потерь мощности в СПП при одинаковых исходных данных выпрямителей.

Блок-схема вентильной конструкции 12-пульсного выпрямителя приведена на рисунке 3.2, а вентильной конструкции кольцевого выпрямителя - на рисунке 3.3.

На рисунке 3.2 приведено два варианта построения вентильных плеч: для базовой и для модернизированной конструкций.

Рисунок 3.2 - Блок-схема реконструированной вентильная конструкция ТПЕД-3150-3,3к с диодами ДЛ133-500 в плечах - для 12-пульсного мостового выпрямителя



Рисунок 3.3 - Блок-схема вентильной конструкции 12-пульсного кольцевого выпрямителя

В расчетах по определению количества СПП соединенных последовательно и параллельно в вентильных плечах рассматриваемых конструкций использованы исходные расчетные данные для ВА тяговых подстанций с трансформатором ТМРУ-16000/10 [35], которые приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Расчетные данные для ВА с преобразовательным трансформатором ТМРУ-16000/10

Мощность трансформатора, тыс. кВА	Напряжение, В	Ток, А
типовая, S Т,	номинальная, S1,	вентильной обмотки, U2	выпрямленное ХХ, Ud0	номинальное выпрямленное, UdНОМ	номинальный выпрямленный, IdНОМ
		При uk = 0,169
			задано	задано	задан
16000	9750	1322	3540	3300	3150

Результаты расчетов вентильных плеч для 12-пульсных выпрямителей приведены в таблице 3.6, а схемы принципиальные электрические 12- пульсных выпрямителей приведены в приложениях А,Б.

Расчетные формулы (3.18, 3.19) преобразованы к следующему виду: потери мощности в вентильных цепях мостового 12-пульсного выпрямителя



,(3.20)

а потери мощности в вентильных цепях 12-пульсного кольцевого выпрямителя

.(3.21)

Таблица 3.6 - Данные расчета вентильных плеч мостовых и кольцевых 12-пульсных выпрямителей

Тип схемы, вариант вентильной конструкции	Общее число плеч, NП	Число плеч в цепи тока, NПS	Число СПП в плече, S	Число СПП в цепи тока, nS	Класс СПП, К	Тип СПП	Число СПП в плече
	mq	mq/3 - мостовые; (mq/6)+1 - кольцевые	(3.5, 3.6)- мостовые; (3.9, 3.10)- кольцевые	NПS S	URRM/100	Табл.3.4	(3.1)
мостовая	12	4	4	16	12-14	ДЛ133-500	6
мостовая	12	4	2	8	32	Д173-2000	2
кольцевая	12	3	2	6	40	Д173-2000	2

Для наглядности на рисунке 3.4 представлена графическая зависимость расхода денежных средств на потери мощности в диодах вентильных конструкций мостового и кольцевого 12-пульсных выпрямителей.

Рисунок 3.4 - График расхода средств на потери мощности в диодах вентильных конструкций 12-пульсных выпрямителей

Результаты расчетов потерь мощности в вентильных конструкциях 12-пульсных выпрямителей приведены в таблице 3.7.

Графическая зависимость потерь мощности в диодах вентильной конструкции от степени нагрузки выпрямителей приведена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - График потерь мощности в диодах вентильных конструкций 12-пульсных выпрямителей

Таблица 3.7 - Расчет потерь мощности в вентилях 12-пульсных мостовых и кольцевых выпрямителей

mq	Тип схемы	ns	s	2a	K	Тип СПП	Число СПП	UТО, В	rТ, мОм	Потери мощности в вентильной конструкции при различной степени загрузки КЗ, кВт;
										0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
12	мостовая	16	4	6	14	ДЛ133-500	288	0,85	0,41	9,0	18,87	29,61	41,22	53,69
	мостовая	8	2	4	32	Д173-2000	96	1,05	0,13	5,4	11,0	13,87	19,79	25,0
	кольцевая	6	2	4	40	Д173-2000	96	1,05	0,13	4,0	8,25	12,6	17,11	21,78

Таблица 3.8 - Годовая экономия денежных средств при повышении класса диодов и при переходе к кольцевой вентильной конструкции, тыс. руб.

mq	Тип схемы	Тип СПП	Годовая экономия средств, тыс. руб. при коэффициентах загрузки КЗ
			0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
12	мостовая	ДЛ133-500	-	-	-	-	-
	мостовая	Д173-2000	37,527	81,815	164,08	223,395	229,076
	кольцевая	Д173-2000	52,125	110,707	177,32	251,332	332,642

Выводы по главе

Рассмотрены основные теоретические положения по расчету числа диодов в вентильном плече последовательно обтекаемых током нагрузки и расчетные соотношения, полученные с учетом модернизации вентильных конструкций.

Приведены характеристики современных СПП более высоких классов, применение которых позволяет снизить потери мощности в действующих вентильных конструкциях ВА.

Расчетами доказано преимущество кольцевых схем построения вентильных конструкций ВА.

Получены таблицы и графики, позволяющие оценить степень снижения потерь активной мощности при модификации 12-пульсных мостовых схем выпрямления в 12-пульсные кольцевые.

Полученные результаты подтверждают предположение об эффективности применения кольцевых схем при достаточной степени загрузки ВА.

Рисунок 1.1 - Схема принципиальная 6-пульсного выпрямителя по схеме "звезда - две обратные звезды с уравнительным реактором"

Таблица 3.6 - Данные расчета вентильных плеч мостовых и кольцевых 12-пульсных выпрямителей

Тип схемы, вариант вентильной конструкции	Общее число плеч, NП	Число плеч в цепи тока, NПS	Число СПП в плече, S	Число СПП в цепи тока, nS	Класс СПП, К	Тип СПП	Число СПП в плече
	mq	mq/3 - мостовые; (mq/6)+1 - кольцевые	(3.5, 3.6)- мостовые; (3.9, 3.10)- кольцевые	NПS S	URRM/100	Табл.3.4	(3.1)
мостовая	12	4	4	16	12-14	ДЛ133-500	6
мостовая	12	4	2	8	32	Д173-2000	2
кольцевая	12	3	2	6	40	Д173-2000	2

Таблица 3.7 - Расчет потерь мощности в вентилях 12-пульсных мостовых и кольцевых выпрямителей

mq	Тип схемы	ns	s	2a	K	Тип СПП	Число СПП	UТО, В	rТ, мОм	Потери мощности в вентильной конструкции при различной степени загрузки КЗ, кВт;
										0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
12	мостовая	16	4	6	14	ДЛ133-500	288	0,85	0,41	9,0	18,87	29,61	41,22	53,69
	мостовая	8	2	4	32	Д173-2000	96	1,05	0,13	5,4	11,0	13,87	19,79	25,0
	кольцевая	6	2	4	40	Д173-2000	96	1,05	0,13	4,0	8,25	12,6	17,11	21,78



Таблица 3.8 - Годовая экономия денежных средств при повышении класса диодов и при переходе к кольцевой вентильной конструкции, тыс. руб.

mq	Тип схемы	Тип СПП	Годовая экономия средств, тыс. руб. при коэффициентах загрузки КЗ
			0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
12	мостовая	ДЛ133-500	-	-	-	-	-
	мостовая	Д173-2000	37,527	81,815	164,08	223,395	229,076
	кольцевая	Д173-2000	52,125	110,707	177,32	251,332	332,642

4. Технико-экономическое обоснование актуальности внедрения кольцевых схем выпрямления в процесс модернизации вентильных конструкций на базе блоков БСЕ1

Опыт эксплуатации 12-пульсных схем выпрямления последовательного типа на тяговых подстанциях Западно-Сибирской железной дороги показал их высокую эффективность и надежность. Дальнейшее улучшение технико-экономических показателей и надежности 12-пульсных выпрямителей стало возможным путем применения в качестве вентильных плеч диодных блоков БСЕ1-4В2Д5-22(24) нового поколения. Применение диодов высоких классов с большим значением допустимого прямого тока позволило сократить число диодов в вентильных плечах с 24-х (для выпрямителя ТПЕД-3150-3,3к-У1) до 4-х. Такая модернизация дает значительный выигрыш в капитальных затратах, обеспечивает снижение потерь энергии и эксплуатационных расходов, экономию производственных площадей тяговых подстанций, повышает надежность преобразователей.

4.1 Дополнительные возможности повышения экономической эффективности выпрямителей при модернизации

Развитие схемотехники выпрямителей и современная полупроводниковая база позволяют в еще большей степени снизить мощность потерь в диодах и повысить надежность вентильной конструкции. В качестве выпрямительной схемы предлагается использовать не две мостовые трехфазные схемы, соединенные последовательно, а кольцевую схему построения вентильных плеч, исследуемую в НГТУ (рисунок 4.1а).

Общее число вентильных плеч в кольцевом выпрямителе остается таким же, что и в мостовом, а число диодов в цепи протекания тока уменьшается на четверть. Так, например, при переоснащении выпрямителя ТПЕД-3150-3,3к-У1 блоками БСЕ1 число последовательно обтекаемых током нагрузки уменьшается в мостовом выпрямителе с 16-ти до 8-ми, а в кольцевом с 16-ти до 6-ти, чем не следует пренебрегать при дальнейшей модернизации устаревших схем выпрямления. Следует учитывать также уменьшение числа применяемых в блоках БСЕ1 дорогостоящих охладительных труб. Не проводя изменения конструкции охладителей число труб можно уменьшить на 18,75%. Это обусловлено снижением токовой нагрузки на диоды, входящие в кольцо (рисунок 4.1). Повышение обратного напряжения на диоды кольцевой группы обусловливает применение диодов более высоких классов, причем наличие диодов 40-50 классов в номенклатуре предприятий-изготовителей подтверждено информационными источниками даже для тех типов диодов, которыми в настоящее время комплектуются блоки БСЕ.

Рисунок 4.1 - Вентильные конструкции 12-пульсных выпрямителей: а - кольцевой трехфазный вентильный мост; б - два трехфазных вентильных моста

Общее число вентильных плеч в кольцевом выпрямителе остается таким же, что и в мостовом, а число диодов в цепи протекания тока уменьшается на четверть.

Так, например, при переоснащении выпрямителя ТПЕД-3150-3,3к-У1 блоками БСЕ1 число последовательно обтекаемых током нагрузки уменьшается в мостовом выпрямителе с 16-ти до 8-ми, а в кольцевом с 16-ти до 6-ти, чем не следует пренебрегать при дальнейшей модернизации устаревших схем выпрямления.

Следует учитывать также уменьшение числа применяемых в блоках БСЕ1 дорогостоящих охладительных труб.

Не проводя изменения конструкции охладителей число труб можно уменьшить на 18,75%. Это обусловлено снижением токовой нагрузки на диоды, входящие в кольцо (рисунок 4.1).

Повышение обратного напряжения на диоды кольцевой группы обусловливает применение диодов более высоких классов, причем наличие диодов 40-50 классов в номенклатуре предприятий-изготовителей подтверждено информационными источниками даже для тех типов диодов, которыми в настоящее время комплектуются блоки БСЕ.

Для принятия решения о производстве более экономичных диодных блоков БСЕ для вентильных плеч кольцевой части вентильных конструкций 12-пульсного выпрямителя необходим производственный эксперимент.

подстанция выпрямитель энергосберегающий тяговой

4.2 Обоснование необходимости производственного эксперимента с кольцевой схемой на базе 12-пульсных выпрямителей и предлагаемые варианты проведения экспериментов

Модернизация вентильных конструкций объектов-аналогов по кольцевой схеме выпрямления без замены имеющихся диодов

Рассмотрим модернизацию выпрямителя ТПЕД-3150 - 3,3 к - У1, в шести шкафах которого установлено 288 диодов ДЛ133 - 500 20-го класса. Обратное напряжение на вентильном плече кольцевой группы одинаково при любом объекте модернизации и составляет

Тогда один диод, из четырех последовательно соединенных в ветвях плеча, должен выдерживать обратное напряжение 895 В.

В этом случае обеспечивается более чем двукратный (2,23) запас по напряжению, а коэффициент использования значительно ниже величин, часто принимаемых для выпрямителей тяговых подстанций:

Таким образом при модернизации выпрямителя ТПЕД-3150 - 3,3 к - У1 с диодами ДЛ133-500-20 обеспечивается полное резервирование по напряжению.

Расчеты показали, что при модернизации по кольцевой схеме практически не снижаются надежностные свойства выпрямителя ТПЕД-3150-3,3к-У1, а модернизация выпрямителя ВТПЕД-3150-3,3к-У1, приводит к повышению надежности.

Модернизация вентильных конструкций 12-пульсных выпрямителей, оснащенных блоками БСЕ1, по кольцевой схеме выпрямления

Необходимо отметить самые важные стороны такой модернизации.

Во-первых, при положительных результатах эксперимента опыт модернизации может быть распространен на все выпрямители данного класса. Окупаемость затрат при этом достаточно высока. Превышение стоимости одного диода составит не более 2-3 тыс. рублей, т.е. стоимость закупаемого оборудования (24 диода) составит 48-72 тыс. рублей (высвободившиеся диоды переводятся в ЗИП, т.е. представляют запасный фонд для плеч анодных и катодных групп).

С учетом затрат на монтаж и другие материалы, наиболее вероятен диапазон срока окупаемости от 1 до 2 лет (в зависимости от степени загруженности тяговой подстанции).

Во-вторых, опыт модернизации может быть использован для промышленного изготовления комплекта блоков БСЕ1 для кольцевого выпрямителя.

Экономическая сторона данного вопроса не вызывает сомнений, так как снизятся материальные и трудовые затраты на изготовления комплекта блоков для выпрямителя и как результат, снизится себестоимость продукции.

4.3 Оценка экономической эффективности от модернизации выпрямителей

Статистический материал и результаты расчета (приведены, соответственно, в таблице 4.1 и таблице 4.2).

Таблица 4.1 - Расход электроэнергии на тягу поездов согласно данным за октябрь месяц 2012 года на подстанциях Западно-Сибирской Дирекции Инфраструктуры и значения коэффициентов загрузки, соответствующих расходу

Подстанция	Работа выпрямителей	Переработка за месяц, кВт ч	Среднесуточная переработка, МВт ч	Коэффициент загрузки
Иня-Восточная	ПВ1	922639	29,8	0,12
	ПВ2	803596	25,9	0,11
Сокур	ПВ1	1651764	53,3	0,22
	ПВ2	2121348	68,4	0,29
Кошево	ПВ1	1201144	38,7	0,16
	ПВ2	829451	26,8	0,11
Суммарные (средние) значения	7529915	242,9 для 6-ти выпрямителей	0,17

Чистый дисконтированный доход (ЧДД) при расчете в базовых ценах и постоянной норме дисконта определяется по выражению

,

где - результаты, достигнутые на t-ом шаге расчета;

Зt - затраты, осуществляемые на том же шаге;

Т - горизонт расчета (расчетный период);

t - номер шага расчета;

Е - норма дисконта, принятая в размере 0,1;

Эt - эффект, достигаемый на t-ом шаге расчета;

аt - коэффициент дисконтирования.

Уменьшение потерь электроэнергии при переходе к кольцевой схеме выпрямления, исходя из приведенных статистических данных, определены при коэффициенте загрузки 0,25, т.е. при переработке электроэнергии 525 млн. кВт ч. В этом случае модернизация выпрямителей ТПЕД (ВТПЕД) с диодами ДЛ133-500 14-го или 20-го классов обеспечивает снижение потерь мощности в одном выпрямителе (2,85*24*365) на = 25 МВт ч в год.

Из таблицы 4.3 видно, что ЧДД имеет положительное значение. Внедрение 100 выпрямителей позволяет получить экономический эффект 20,6 млн. руб. при коэффициенте загрузки 0,25.

Внедрение кольцевых выпрямителей наиболее рационально на подстанциях со значительной переработкой электрической энергии, где коэффициент загрузки не меньше 0,3 и полученный экономический эффект будет в 3-4 раза больше.

Таблица 4.3 - Расчет суммарного экономического эффекта (ЧДД) для кольцевого выпрямителя

Календарный год	Количество лет отдаления от расчетного года	Коэффициент дисконтирования, аt	Экономический эффект в начальный год, Э0	Значение Э0*а
2013	0	1	33,5	-
2014	1	0,9091	-	30,45
2015	2	0,8264	-	27,7
2016	3	0,7513	-	25,17
2017	4	0,6830	-	22,88
2018	5	0,6209	-	20,8
2019	6	0,5645	-	18,91
2020	7	0,5132	-	17,19
2021	8	0,4665	-	15,63
2022	9	0,4241	-	14,2
2023	10	0,3855	-	12,91
Всего				205,84



Выводы по главе

Таким образом, разработка, производственная проверка и внедрение кольцевых выпрямителей на тяговых подстанциях железнодорожного транспорта, с учетом вышеизложенного, и того, что при любых условиях работы кольцевого выпрямителя и при любой его загрузке, потери в вентилях сокращаются на 25% по сравнению с мостовым выпрямителем, а надежность возрастает, являются востребованными и не требуют больших капиталовложений.



5. Охрана труда

5.1 Электробезопасность

Понятие электробезопасности подразумевает под собой систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Опасность электрического тока в отличие от прочих опасностей усугубляется тем, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить напряжение дистанционно, как, например, движущиеся части, раскаленные объекты, открытые люки, не огражденные края площадки, находящейся на высоте.

Анализ смертельных несчастных случаев на производстве показывает, что на долю поражений электрическим током приходится до 40%, а в энергетике - до 60% от общего количества травм. Большая часть смертельных электропоражений (до 80%) наблюдается в электроустановках напряжением до 1000 В.

Анализ опасности электрических сетей практически сводится к определению значения тока, протекающего через тело человека в различных условиях, в которых может оказаться человек при эксплуатации электрических сетей и электроустановок. Анализ также ставит перед собой задачу оценки влияния различных факторов и параметров сети на опасность поражения.

Поражение человека электрическим током может наступить при двухфазном и однофазном прикосновении к токоведущим частям, при прикосновении к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, и при включении на шаговое напряжение.

Электроустановками называются установки, предназначенные для производства, преобразования, распределения энергии, а также потребления электроэнергии. В различных электроустановках различна опасность поражения электрическим током, так как параметры электроэнергии, условия эксплуатации электрооборудования и характер среды помещений, в которых оно установлено, очень разнообразны. Комплекс защитных мер должен соответствовать виду электроустановки и условиям применения электрооборудования и обеспечивать достаточную безопасность.

Опасность поражения током, а также возможная его тяжесть прежде всего зависят от номинального напряжения. По напряжению различают электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В. Существенно влияние на безопасность условий среды, от которых зависит состояние изоляции, а также электрическое сопротивление тела человека.

В зависимости от вида электроустановки, номинального напряжения, режима нейтрали, условий среды помещения и доступности электрооборудования необходимо применять определенный комплекс необходимых защитных мер, обеспечивающих достаточную безопасность, которая редко может быть обеспечена единственной мерой.

В электроустановках применяют следующие технические защитные меры:

- малые напряжения;

- электрическое разделение сетей;

- контроль и профилактика повреждений изоляции;

- компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю;

- обеспечение недоступности токоведущих частей;

- защитное заземление;

- зануление;

- двойная изоляция;

- защитное отключение.

Применение этих защитных мер регламентируется правилами установки электрооборудования (ПУЭ) и другими правилами.

Применение малых напряжений - эффективная защитная мера, но ее широкому распространению мешает трудность осуществления протяженной сети малого напряжения. Поэтому источник малого напряжения должен быть максимально приближен к потребителю. Вследствие того, что потребители рассредоточены на значительных территориях, надо устанавливать источники питания (трансформаторы) на небольшую группу потребителей или даже на каждый потребитель, что экономически невыгодно. Поэтому область применения малых напряжений 12, 36 и 42 В ограничивается ручным электрифицированным инструментом, ручными переносными лампами и лампами местного освещения в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных.

Область применения защитного разделения сетей - электроустановки напряжением до 1000 В, эксплуатация которых связана с повышенной степенью опасности, в частности передвижные электроустановки, ручной электрифицированный инструмент и т.п. Поскольку основная цель этой защитной меры - уменьшить ток замыкания на землю за счет высоких сопротивлений фаз относительно земли, не допускается заземление нейтрали или одного из выводов вторичной обмотки разделительного трансформатора или преобразователя.

Немалую опасность представляет возможность продолжения работы электроустановки при глухом замыкании на землю, так как человек, прикоснувшийся к исправной фазе, попадает под линейное напряжение. В этом случае защитное разделение сети не достигает цели. Чтобы избежать опасности возникновения замыкания на землю, необходимо постоянно следить за состоянием изоляции и своевременно устранять ее повреждения.

Контроль изоляции - измерение ее активного или омического сопротивления с целью обнаружения дефектов и предупреждения замыканий на землю и коротких замыканий. Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. В сетях напряжением выше 1000 В снижение сопротивления изоляции почти всегда приводит к глухому замыканию на землю.

При заземленной нейтрали ток замыкания на землю и ток через человека не зависят от сопротивления изоляции. Но при плохом состоянии изоляции часто происходят ее повреждения, что приводит к глухим замыканиям на землю (корпус) и к коротким замыканиям. При замыкании на корпус возникает опасность поражения людей электрическим током, так как нетоковедущие части, с которыми человек нормально имеет контакт, оказываются под напряжением.

Чтобы предотвратить замыкания на землю и другие повреждения изоляции, при которых возникает опасность поражения людей электрическим током, а также выходит из строя оборудование, необходимо проводить испытания повышенным напряжением и контроль изоляции.

При испытаниях повышенным напряжением дефекты изоляции обнаруживаются вследствие пробоя и последующего прожигания изоляции (током). Выявленные дефекты устраняются, и производятся повторно испытания исправленного оборудования.

Прикосновение к токоведущим частям всегда может быть опасным даже в сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, с хорошей изоляцией и малой емкостью, не говоря уже о сетях с заземленной нейтралью и о сетях напряжением выше 1000 В. В последнем случае опасно даже приближение к токоведущим частям.

В электроустановках напряжением до 1000 В применение изолированных проводов уже обеспечивает достаточную защиту от поражения при прикосновении к ним. Изолированные провода, находящиеся под напряжением выше 1000 В, не менее опасны, чем голые, так как повреждения изоляция обычно остаются незамеченными, если провод подвешен на изоляторах.

Чтобы исключить возможность прикосновения или опасного приближения к изолированным токоведущим частям, должна быть обеспечена недоступность с помощью ограждения, блокировок или расположения токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте.

Ограждения применяют как сплошные, так и сетчатые. Сплошные ограждения в виде кожухов и крышек применяют в электроустановках напряжением до 1000 В. Сетчатые ограждений применяются в установках напряжением до 1000 В и выше. Сетчатые ограждения имеют двери, запирающиеся на замок.

Блокировки применяются в электроустановках, в которых часто производятся работы на ограждаемых токоведущих частях. Блокировки также применяются в электрических аппаратах, работающих в условиях, в которых предъявляются повышенные требования безопасности. Блокировки по принципу действия разделяют на электрические и механические.

Блокировки применяются также для предупреждения ошибочных действий персонала при переключениях в распределительных устройствах и на тяговых подстанциях.

Расположение токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте позволяет обеспечить безопасность без ограждений, при этом следует учитывать возможность случайного прикосновения к токоведущим частям длинными предметами, которые человек может держать в руках.

5.2 Влияние электрического тока на человека

В процессе эксплуатации, а также в процессе ремонта электрического оборудования тяговой подстанции работник может прикоснуться к токоведущим частям, находящимся под рабочим напряжением, вследствие неисправности электрического оборудования, либо при несоблюдении работником мер безопасности.

Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электролитическое, механическое, биологическое и световое воздействия.

Термическое воздействие тока характеризуется нагревом кожи и тканей до высокой температуры, вплоть до ожогов.

Электролитическое воздействие заключается в разложении органической жидкости, в том числе крови, и нарушении ее физико-химического состава.

Механическое воздействие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Механическое воздействие связано с сильным сокращением мышц вплоть до их разрыва.

Биологическое воздействие проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей и сопровождается судорожными сокращениями мышц.

Световое воздействие приводит к поражению слизистых оболочек глаз.

Следует выделить два вида поражений электрическим током: электрический удар и местные электрические травмы, которые резко отличаются друг от друга. Местными электрическими травмами являются поражения тканей и органов электрическим током: ожоги, электрические знаки, электрометаллизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия.

Электрический ожог возможен при прохождении через тело человека значительных токов (более 1 А). В тканях, через которые проходит ток, как и в любом сопротивлении, выделяется некоторое количество теплоты, пропорциональное приложенному напряжению и току. Этой теплоты при больших токах достаточно для нагрева поражаемых тканей до температуры 60--743°С, при которой свертывается белок и возникает ожог. Такие ожоги проникают глубоко в ткани тела и поэтому очень болезненны и требуют длительного лечения, а иногда приводят к частичной или полной инвалидности.

В электроустановках напряжением 35 кВ и выше ожоги могут возникать и без непосредственного контакта с токоведущими частями, а лишь при случайном приближении на опасное расстояние. Когда это расстояние меньше или равно разрядному, возникает сначала искровой разряд, который переходит в электрическую дугу. Температура дуги достигает 4000 °С, кроме того, ткани тела человека нагреваются проходящим через них током. Это приводит к ожогу. Под действием тока происходит резкое сокращение мышц, которое приводит к разрыву дуги. Поскольку ток проходил через тело человека кратковременно, нарушений дыхания и кровообращения может не наступить, однако полученные ожоги весьма серьезны, а иногда и смертельны.

В электроустановках до 1000 В возможны также ожоги электрической дугой. В этом случае дуга возникает между токоведущими частями, а человек попадает в зону действия дуги.

Возможны ожоги и без прохождения тока -- при прикосновении к сильно нагретым частям электрооборудования, от разлетающихся раскаленных частиц металла и т. п.

Электрические знаки (метки тока) возникают при хорошем контакте с токоведущими частями. Они представляют собой припухлость с затвердевшей в виде мозоли кожей серого или желтовато-белого цвета круглой или овальной формы. Края электрического знака резко очерчены белой или серой каймой. Последствия электрического знака при больших его размерах могут быть очень серьезными. Глубокое поражение большого участка живой ткани может привести к нарушению функций пораженного органа, хотя электрические знаки безболезненны. Природа электрических знаков не выяснена. Есть предположение, что они вызываются химическим и механическим действием тока.

Электрометаллизация кожи - проникновение под поверхность кожи частиц металла вследствие разбрызгивания и испарения его под действием юка, например, при горении дуги. Металл, может проникать в кожу также вследствие электролиза в местах соприкосновения человека с токоведущими частями. Поврежденный участок кожи приобретает жесткую шероховатую поверхность, цвет которой определяется цветом соединений металла, внедрившегося в кожу. Со временем металл рассасывается или поврежденная кожа сходит, пораженный участок восстанавливает нормальный вид и болезненные явления исчезают.