ТОКИ УТЕЧКИ ТРОЛЛЕЙБУСА
Ток утечки Высокое сопротивление изоляции электрических цепей троллейбуса обеспечивает не только безаварийную работу электрооборудования, но и безопасность пассажиров и обслуживающего персонала. В связи с тем что питание цепей троллейбуса осуществляется от контактной сети напряжением 600 В, всякое ухудшение или нарушение изоляции токоведущих частей может вызвать появление на корпусе троллейбуса некоторого потенциала по отношению к земле. Человек, стоящий на земле и касающийся металлических частей кузова, пропустит ток утечки через себя. Величина токов утечки зависит от потенциала на корпусе троллейбуса и может быть опасной для жизни человека.
Наиболее часто токи утечки возникают в сырую погоду, так как дождь, туман, мокрый снег значительно понижают сопротивление изоляции, особенно при попадании на токоведущие части грязи, медной и угольной пыли. Допустимая величина тока утечки для троллейбусов, находящихся в эксплуатации, 3 м. А, для новых или после капитального ремонта — 1 м. А при номинальном напряжении сети. Общее сопротивление изоляции должно быть не менее 0, 2 МОм в сырую погоду.
Расчетные схемы Традиционно сложилось, что электроснабжение троллейбуса с момента появления осуществлялось аналогично трамваю, т. е. с заземлением отрицательного провода. Выбору этой системы способствовало также и то обстоятельство, что в электротехнической промышленности заземленным системам питания отдавалось явное предпочтение, поскольку они обладают следующие преимущества: относительно большая вероятность быстрого выявления короткого замыкания и отделения поврежденного участка при пробое изоляции; более простое содержание контактной сети; надежность защиты от перехода высшего напряжения на сторону низшего в силовом трансформаторе с помощью заземления.
Расчетные схемы К недостаткам заземленной системы относятся: возможность тяжелых аварий, поскольку короткие замыкания, как правило, сопровождаются трудно отключаемыми малыми токами к. з. ; слабая защита от токов утечки, состоящая только из изоляции полюсов троллейбусов относительно корпуса, при этом двойная изоляция контактной сети относительно земли не участвует в процессе ограничения тока утечки; благоприятные условия для протекания блуждающих токов, особенно при параллельном питании участков контактной сети от различных тяговых подстанций.
Расчетные схемы Троллейбус представляет потенциальную опасность для лиц, контактирующих с ним, так как в качестве питающего используется напряжение 600 В, а корпус троллейбуса изолирован от земли резиновыми шинами. Для обеспечения электробезопасной работы данного транспортного средства необходим постоянный контроль за состоянием изоляции силового электрооборудования троллейбуса. Для анализа текущего состояния изоляционных материалов и изоляционных конструкций можно просто измерять параметры, их характеризующие (сопротивление, емкость, фазовый угол, ток утечки). Для исследования состояния изоляции при различных внешних условиях целесообразно переходить к схемам замещения изоляции. Этот метод позволяет анализировать процессы, происходящие в диэлектрике, не только аналитически, но и моделированием на реальных электрических схемах
Расчетные схемы В общем случае изоляцию можно представить в виде параллельно соединенных активного сопротивления и емкости, что соответствует физической картине происходящих в ней процессов. При исследовании сложных изоляционных систем, к которым относится троллейбус с силовыми электрическими цепями, такая эквивалентная схема может быть наиболее целесообразной для отдельных ветвей системы. Предварительно рассмотрена схема замещения изоляции электрооборудования троллейбуса при контакте пассажира с корпусом
Uп – напряжение на шинах тяговой подстанции; U – напряжение на токоприемниках; ΔU 1, ΔU 2 – падение напряжения соответственно в положительном и отрицательном проводах; Т – эквивалентный двухполюсник силовой схемы троллейбуса; К – корпус троллейбуса; φi, – потенциал относительно корпуса ветви изоляции; Ri – активное сопротивление ветви изоляции; Rч – сопротивление тела человека; I 5 – ток утечки.
На этой схеме все электрические цепи троллейбуса представлены эквивалентным двухполюсником Т, который подключен к контактной сети. Любой элемент электрической схемы троллейбуса имеет определенное сопротивление изоляции относительно корпуса К. Цепи сопротивлений изоляции относительно корпуса всех эквипотенциальных участков схемы троллейбуса можно представить в виде n параллельных ветвей. После упрощения методом преобразования параллельного соединения ветвей схема замещения принимает вид, где группа параллельно соединенных ветвей, потенциал которых выше потенциала отрицательного провода, заменена эквивалентным сопротивлением R 1 к, ветвь же с сопротивлением изоляции, находящаяся под потенциалом отрицательного провода, выделяется отдельно и обозначается R 2 к.
Расчетные схемы Схема замещения изоляции силового электрооборудования троллейбуса, с учетом емкостной составляющей изоляции, при питании от КС с заземленным отрицательным контактным проводом будет иметь вид u(t) – выпрямленное напряжение в КС; uкл(t) – напряжение на зажимах ключа; С 1 к, С 2 к – емкость изоляции соответственно положительных и отрицательных цепей силового электрооборудования троллейбуса относительно корпуса; i 5(t) – ток утечки через человека.
Расчетные схемы Согласно схеме для нее справедливы следующие соотношения, до прикосновения человека к корпусу троллейбуса: После прикосновения человека:
Расчетные схемы Упрощенная схема замещения изоляции высоковольтного электрооборудования относительно корпуса троллейбуса при питании от СЭС с заземленным отрицательным проводом выглядит следующим образом Uоп – падение напряжения в отрицательном контактном проводе; R 1 к, R 2 к – активное сопротивление изоляции соответственно положительных и отрицательных цепей силового электрооборудования троллейбуса.
Расчетные схемы Схема изображена при следующих допущениях: не учитываются сопротивления контактных проводов и кабелей, сопротивление шин троллейбуса, сопротивление дорожного покрытия. Величина тока утечки при заземленной СЭС зависит в основном от сопротивления изоляции положительных цепей троллейбуса. При удалении от питающего фидера секции контактной сети (КС) на ток утечки оказывает влияние падение напряжения в отрицательном контактном проводе. Это падение напряжения может оказаться опасным при неудовлетворительном состоянии изоляции отрицательных цепей троллейбуса. С учетом приведенных факторов выражение для определения тока утечки принимает следующий вид
Расчетные схемы В свою очередь Uоп определяется по формуле: где Uш – напряжение на шинах тяговой подстанции; φ0 ш – потенциал отрицательной шины относительно земли. В настоящее время в схемах замещения изоляции силового электрооборудования троллейбусов, при контроле изоляции троллейбуса в процессе его эксплуатации используют следующие контролируемые параметры: R – активная составляющая сопротивления изоляции; Iут – ток утечки через изоляцию на корпус троллейбуса.
Расчетные схемы Несмотря на очевидную взаимосвязь этих параметров, их не следует считать дублирующими: сопротивление изоляции в большей степени характеризует работоспособность изоляции электрических машин, аппаратов и проводов, а ток утечки является интегральной характеристикой электробезопасности транспортного средства Упрощенная схема замещения изоляции (не учитывается емкость силовых цепей относительно корпуса троллейбуса) приемлема, если считать, что питание силовых цепей троллейбуса осуществляется постоянным напряжением, не имеющим пульсаций. Тогда ток утечки, протекающий через активную составляющую, при постоянном напряжении в силовой цепи троллейбуса является неизменным во времени.
Расчетные схемы Емкостная составляющая изоляции проявляет себя лишь в моменты изменения напряжения в сети, что может быть обусловлено коммутационными процессами и атмосферными перенапряжениями. Как показывают исследования, проведенные академией коммунального хозяйства им. Памфилова, емкостная составляющая находится в пределах 0. 032… 0. 1 мк. Ф. Сопротивление тела человека в схеме замещения представляется только активным сопротивлением (Rч = 1 к. Ом), т. к. представляет собой предельный случай, когда сопротивление тела человека равно сопротивлению внутренних органов.
Эквивалентная схема контроля тока утечки троллейбуса с заземленной шиной отрицательной полярности un – напряжение на шинах подстанций; Rc`, Rc`` - сопротивление кабельной и контактной сетей соответственно отрицательной и положительной полярности; Rн – сопротивление высоковольтных цепей троллейбусов, находящихся в зоне питающего фидера; Rш, Rк — эквивалентное сопротивление шин и дорожного покрытия в зоне их контакта соответственно; Rа — сопротивление цепи измерительного прибора
На рис. а) с некоторыми упрощениями показана эквивалентная схема контроля (измерения) тока утечки Iут в системе электроснабжения с заземленной отрицательной шиной. При работе электрического оборудования троллейбуса можно выделить на участках высоковольтных цепей множество эквипотенциальных точек, имеющих потенциал по отношению к земле , а сопротивление изоляции их от кузова Ri Представим, как в m параллельных ветвей проводимости изоляции между точками с разным потенциалом и корпусом в виде двух ветвей проводимости изоляции — положительной 1/Rиз+ и отрицательной 1/Rиз- , а также обозначим падение напряжения на Rc` и Rc`` соответственно через Δu` и Δu``. В условиях симметричной сети, когда имеется практическое равенство Rc`= Rc``, Δu`=Δu``=Δu, а uc=uп - 2 Δu. Тогда эквивалентная схема измерения Iут будет иметь вид, представленный на рис. б), где Δu и uп - Δu — потенциалы соответствующих точек схемы по отношению к земле.
Измеренный ток утечки Iут определится с некоторым упрощением из следующего уравнения: Как видим из уравнения , измеренное значение Iут будет зависеть не только от сопротивлений Rиз+ и Rиз- объективно характеризующих техническое состояние изоляции, но и от параметров Δu, Rш, Rк, которые являются в общем случае случайными величинами, а также от сопротивления Rа цепи измерительного прибора. Рассмотрим влияние этих величин на Iут раздельно, что является весьма важным при обосновании режимов контроля и требований к контрольным устройствам.
Пусть Rш+Rк ≈ ∞, а Rа ≈ 0 — режим измерения тока утечки при оторванных от земли шинах прибором с близким к нулю внутренним сопротивлением. Тогда измеренный ток утечки Iути будет равен фактическому Iутф и определится из соотношения Анализируя соотношение, можно отметить, что характер влияния Δu на Iут неоднозначен: при Rиз+ > Rиз- влияние Δu на ток утечки Iут увеличивается с ростом Δu; при Rиз+ < Rиз- с ростом Δu значение Iут уменьшается; при Rиз+ = Rиз- - Δu не влияет на Iут. Отсюда следует вывод, что при измерении Iут в точке сети, где в момент измерения даже известно значение Δu, нельзя предсказать значение Iут при изменении Δu.
С позиции обеспечения электробезопасности естественным является требование производить измерение Iут при таком сочетании потенциалов на высоковольтном электрооборудовании, которое может реально встретиться в условиях эксплуатации и вызвать наибольший ток утечки Iут. Такое сочетание будет иметь место при всех включенных высоковольтных цепях и нарушении контакта между токоприемником и проводом отрицательной полярности (например, при падении токоприемника отрицатель ной полярности). В этом случае где Rизэ — эквивалентное сопротивление изоляции. Из выражения следует, что в таком режиме измерения требование к Δu однозначно должно быть выполнено условие Δu = 0. Учитывая, что избежать контакта шин с землей в момент контроля практически невозможно, рассмотрим влияние Rш, Rк и Rа на погрешность измерения Iут.
Принимая приведенный выше режим измерения (подключение всех участков высоковольтной цепи к проводу положительной полярности при uc=uп и Δu = 0), фактическое значение тока утечки Iутф и измеренное Iути определится по формулам:
Контроль сопротивления изоляции обязателен при всех видах осмотра и ремонта. Для этого измеряют либо ток утечки с кузова троллейбуса на землю, либо сопротивление изоляции токопроводящих цепей с помощью мегомметра. Ток утечки можно измерить быстрее, чем сопротивление изоляции, поэтому при ежесуточном контрольном осмотре эта операция обязательна. Рис. 1. Принципиальная схема замера тока утечки с помощью миллиамперметра т. А, токоограничивающего резистора R с кнопкой К и щупа Ш
Для измерения тока утечки используются магнитоэлектрические миллиамперметры с пределами измерения от 0 до 5 м. А или от 0 до 10 м. А, причем шкала должна позволять отсчитывать ток утечки от 0, 5 м. А. При замере тока утечки оба токоприемника необходимо установить на плюсовой провод контактной сети, включить все высоковольтные и низковольтные цепи троллейбуса, чтобы провода и электроаппараты находились под полным напряжением относительно земли. Затем щупом прибора (рис. 1) касаются металлической части корпуса троллейбуса, свободной от грязи и краски. Отклонение стрелки миллиамперметра за ограничительную красную черту свидетельствует о наличии неисправности в электрических цепях троллейбуса.
В этом случае кнопку К нажимать нельзя. Если стрелка отклонилась до ограничительной черты, то нужно нажать кнопку К и по шкале прибора определить истинное значение тока утечки. Ток утечки измеряется по приходе троллейбуса в парк (до осмотра) и перед выходом на линию. Резистор R предохраняет индикатор от чрезмерных токов при плохом состоянии изоляции. Вольтметр позволяет корректировать показания миллиамперметра в случае отклонения напряжения контактной сети от номинального.
Диагностические устройства Следует выделить несколько характерных групп диагностических устройств, использующих в рамках группы аналогичные принципы контроля. Устройство защиты от токов утечки цепи тягового двигателя транспортного средства
Структурная схема содержит генератор 1 переменного напряжения, выполненный в виде автогенератора, который состоит из элемента с отрицательной проводимостью 2 и подключенного к нему первичной обмоткой 3 трансформатора 4, один вывод вторичной обмотки 5 которого подключен к клемме 6, соединенной с корпусом 7 транспортного средства, а другой вывод – к общей точке соединения разделительных конденсаторов 8 и 9, другие выводы которых соответственно подключены к выводам 10 и 11 цепи тягового двигателя 12, и блока 13 управления тяговым двигателем, шунтированного конденсатором 14. Выход генератора 1 соединен с исполнительным элементом защиты, состоящим из последовательно соединенных индикатора 15 амплитуды колебаний генератора и коммутирующего аппарата 16. Выводы 10 и 11 через дроссели 17 и контакты 18 коммутирующего аппарата 16 подключены к контактной сети 19.
Устройство работает следующим образом: при уменьшении сопротивления изоляции и наличии утечки уменьшается добротность колебательного контура, обмотка 5 трансформатора, разделительные конденсаторы 8, 9, вывод 10, 11, корпус 7 транспортного средства, обмотка 5. Это устройство послужило прототипом при разработке других устройств. Следующим прибором, на который необходимо обратить устройство сигнализации и защиты от токов утечки троллейбуса, внимание, является разработанное Низским А. В. Принцип работы схемы основан на определении напряженности электрического поля «корпус троллейбуса–земля» , вызванного действием переменной составляющей тока утечки, с одновременным измерением тока утечки, протекающего по пути корпус – отрицательный провод контактной сети. Структурная схема устройства приведена на рис. 3.
Она состоит из следующих элементов: датчика напряженности электрического поля Д, усилителя У, полосового фильтра ПФ, трех пороговых элементов ПЭ 1, ПЭ 2, ПЭ 3, выпрямителя тока В, измерителя тока ИТ, диодного элемента ДЭ, исполнительного элемента ИЭ, блока сигнализации БС и блока отключения электроустановки БОЭУ. Символом К обозначен корпус троллейбуса.
При возникновении на корпусе троллейбуса потенциала, вызванного действием тока утечки, на датчике электрического поля появляется сигнал, который, пройдя через усилитель и полосовой фильтр, выпрямляется и подается на вход первого порогового элемента. В случае превышения его уставки, пороговый элемент срабатывает, включая исполнительный элемент, который соединяет корпус троллейбуса с отрицательной шиной контактной сети через измеритель тока и диодный элемент. В случае его переключения начинает работать блок сигнализации, который анализирует состояние первого и второго порогового элемента одновременно. В случае значительного повышения потенциала на корпусе троллейбуса, переключается третий пороговый элемент, который вызывает отключение электроустановки троллейбуса.
Общие недостатки приведенных схем на чувствительность индикатора влияет соотношение сопротивлений изоляции положительных и отрицательных цепей к; показания индикатора зависят от сопротивления изоляции шин и дорожного покрытия; нечувствительность к одновременному пропорциональному снижению сопротивления изоляции положительных и отрицательных силовых цепей электрооборудования троллейбуса.
Индикатор токов утечки троллейбуса ИТУТ– 1 г. Санкт-Петербург является комбинированным прибором контроля изоляции троллейбусов с реостатноконтакторной системой управления (РКСУ), реализующим принцип одновременного измерения величины тока утечки и сопротивления изоляции положительного полюса электрооборудования.
Измерение тока утечки Iут осуществляется дифференциальным магнитометрическим методом, измерение сопротивления положительного полюса электрооборудования – потенциометрическим методом. Параметры I выходного сигнала являются функцией разности входного и выходного токов троллейбуса. Оценку тока утечки Iут ведут по второй гармонике в выходном сигнале, так как она является наиболее информативной. В блоке обработки (БО) напряжение второй гармоники выделяется, детектируется и преобразуется в ток, значение которого регистрируется в устройстве индикации (УИ). Контроль за сопротивлением изоляции положительного полюса электрооборудования осуществляется с помощью двух последовательных LC контуров, настроенных на частоту 600 Гц, симметрирующих на этой частоте напряжение второй гармоники пульсации между полюсами электрооборудования и корпусом троллейбуса. При снижении сопротивления положительного полюса электрооборудования до величины сопротивления LC контуров на частоте 600 Гц в БО срабатывает компаратор, обеспечивающий включение сигнализации в УИ.
Недостатки ИТУТ– 1 невозможность определения тока утечки при одновременном пропорциональном снижении изоляции положительного и отрицательного полюсов электрооборудования; для работы в реальных условиях требуется высокая разрешающая способность как первичных датчиков, так и всего канала обработки сигнала в целом. По оценкам для работы такого устройства в эксплуатационных условиях требуется погрешность измерения всего канала прохождения сигнала на уровне 1∙ 10 -7.
Бортовой сигнализатор тока утечки «Сигна» В г. Челябинске было разработано устройство «Сигна» , построенного по принципу компенсации падения напряжения в отрицательном контактном проводе, автоматически поддерживая потенциал корпуса троллейбуса близким к нулю. В схеме отрицательное компенсирующее напряжение формируется путем выпрямления выходных импульсов генератора.
Питание генератора осуществляется от высоковольтной сети через добавочный резистор и регулятор напряжения. Ток утечки определяется при помощи измерителя-ограничителя тока, включенного в плюсовой вывод выпрямителя. Блок управления и сигнализации, подключенный к управляющему входу регулятора напряжения, обеспечивает необходимую функциональную зависимость между напряжением контактной сети Uс и компенсирующим напряжением – Uк, формирует световой и прерывистый звуковой сигналы «Авария» при токе утечки свыше 3 м. А, а также осуществляет автоматический контроль работоспособности сигнализатора.
Недостатки сигнализатора тока утечки «Сигна» : невозможность определения тока утечки при одновременном пропорциональном снижении изоляции положительного и отрицательного полюсов электрооборудования; сигнализатор не чувствителен к снижению сопротивления изоляции «–Uкс– корпус» .
Для защиты и предохранения от токов утечки можно применять следующие способы: усиление изоляции электрической проводки и токоведущих частей электрического оборудования; сокращение протяженности высоковольтной электрической проводки, разветвленной по кузову; введение в схему сигнализирующих устройств; введение в схему специальных устройств для отвода токов утечки через токоприемник и отрицательный контактный провод в землю.
Для решения проблемы снижения токов утечки троллейбуса применяют: совершенствование конструкции троллейбуса (использование более стойких изоляционных материалов, улучшение герметизации узлов троллейбуса, сокращение протяженности высоковольтной электрической проводки, разветвлённой по кузову); создание эффективных средств контроля технического состояния элементов машины, влияющих на электробезопасность.
Совершенствование конструкции троллейбуса: С целью исключения случаев удара током входящих и выходящих из троллейбуса пассажиров подножки троллейбусов заменяют на стеклопластиковые. Пластиковые элементы входных групп закрепляют на заизолированных болтах. На первой и третьей ступеньках металлическую накладку заменили на пластиковую.
Усиливают электробезопасность "входных групп" устаревшего подвижного состава дополнительной изоляцией поручней от дверей. Железные (напольные и дверные) держатели заменяют пластмассовыми, а сами поручни проверяют на отсутствие повреждения поливинилхлоридного покрытия. Дополнительно, на предмет целостности последнего, проверяют и поручни салона. Наносят разработанный институтом Национальной академии наук диэлектрический лак. Его наносят с обеих сторон, на высоте 2 м от дорожной. Двери лаком покрывают с внутренней и наружной сторон. (Дополнительное требование к диэлектрическому лакокрасочному покрытию для профессионалов очевидно - устойчивость к воздействию щёток цеха мойки).
Скачать презентацию ТОКИ УТЕЧКИ ТРОЛЛЕЙБУСА Ток утечки Высокое сопротивление
Токи Утечки троллейбуса.ppt