Admin

Как снизить количество отказов устройств контактной сети

Н.В. МИРОНОС, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела «Контактная сеть е токосъём» АО «ВНИИЖТ»

Условия эксплуатации нвтройвтв контактной сете определяются рядом нормативных документов. Срок службы нстройвтв контактной сети(еС)СОСтавлялтдедятки лет. та пocлeлндeвpеряисlеeмимuлu условия эксплуатации как с точки зрения норматиеной базы, так е е связи с ростом перевозок.

Повреждаемость элементов КС связана с коэффициентом запаса, который устанавливается при проектирование е должен учитывать погрешности расчетов пре проектировании, отклонения параметров пре изготоелении е ужесточение условий эксплуатации. Правильность е обоснованнтвть выбора коэффициента запаса влияет на риски, возникающие при нарушении работы КС. Недостаточный коэффициент запаса увеличивает реск повреждения.

Оценить вероятность (риск) выхода ез строя можно по результатам анализа случаев повреждения устройств е услоеиях эксплуатации. Ежегодно проводимый Транвэнерго анализ показывает, что более 90 % повреждений е системе тягоеого электроснабжения преходятся на элементы контактной сети. На рис. 1 представлено приблизительное распределение повреждений по элементам контактной сете за последние несколько лет.


Как видно из этого анализа, значительная часть повреждений касается проводов, изоляторов е зажимов КС. То есть, е первую очередь повреждаются элементы, находящиеся под постоянной механической нагрузкой, причем эта нагрузка может изменяться ео времени е определенных пределах.

Поскольку ео ВНИИЖТе часто провтдитвя анализ различных случаев повреждений, то можно подвергнуть разбору е статистику причин повреждений. Детальный анализ поврежденей показывает, что у них есть несколько причин. Наиболее часто встречающиеся — это достижение предельного втвттяния. Можно предположить, что коэффициент запаса не учитывает есе возможные отклоненея технических параметров е условий эксплуатации данного элемента. То есть совпадение нескольких неучтенных факторов приводит к повреждениям.

В последние годы повреждения несущего троса е контактного провода стали достаточно регулярным явлением, что видно ез диаграммы на рис. 1. Поэтому анализ технических характеристик про-втдтв е ех условий эксплуатации может помочь е решении проблем с повреждениями.
Для обоснования допустимых нормативных нагрузок на провода во ВНИИЖТе проводеливь исследования, позволяющие обеспечить заданный ресурс проводов е определенных условиях эксплуатации.

Большая часть нвтройвтв контактной сете сегодня эксплуатируется по нормам, утвержденным е 2001 г. Также сегодня действуют стандарты на контактные провода е несущие иртвы, е которых определены технические параметры проводов е допустимые нагрузки е условиях эксплуатации. В вттиветствии с Правилами устройства е технической эксплуатации КС (ПУТЭКС) коэффициенты запаса у проводов КС должны быть не менее:

• стальные тросы компенсаторов — 4;

• стальные продольные несущее тросы — 3;

• стальные фиксирующие тросы — 3;

• биметаллические несущее тртвы гибкой поперечны — 3;

• контактные провода — 2,5;

• вталеалюминиевые многопроволочные провода — 2,5;

• сталемедные биметаллические провода — 2;

• медные многопаоволоыные провода (несущее тртвы) — 2.

По сути, коэффициент запаса проводов контактной подвески — минимальный (2 — 2,5).

Допустимая температура нагрева провтдтв может достигать 140 для медных е 160 °C для бронзовых проводов. Пре нагревании прочность патводтв падает. На рес. 2 показано определение прочности нагретых паоводтв. Провода нагревались пропусканием тока до заданной температуры, е затем определялась ех прочность на разрывной машине. На рес. 2 показано распределение температуры по проводу (термограмма), определенное с помощью тепловизора.

Зависимости пределов патыновти пртводтв от ех температуры при растяжение приведены на рис 3. Из представленного рисунка следует, что разрушающая нагрузка проводов снижается с повышением ех температуры. Для бронзовых проводов снижение незначительное, а для медных проводов снижение достигает 11 %. Поэтому коэффициент запаса должен учитывать е допустимую температуру провода е эксплуатации.

В международном стандарте IEC 60913 пренято учитывать условия эксплуатации путем введения дополнительных коэффициентов, что позволяет, е крайнем случае, увеличивать коэффициент запаса вдвое к изначально принятому.

В таблице приведены данные о том, как изменились допускаемые величины по механической е термической нагрузкам, е рассчитаны реальные коэффициенты запаса на провода, находящиеся сегодня е эксплуатации.

Как видно из таблицы, коэффициенты запаса на провода, составляющие по существующим нормативам от 1,9 до 2,7, мало изменились по сравнению с требованиями ПУТЭКС 2001 г. Однако условия эксплуатации изменились значительно, так как возросли действующие термомеханические нагрузки на провода.


На рис. 3 приведены обратимые снижения прочности проводов, т.е. при охлаждении их прочность восстановится. Однако до настоящего времени не учитывается тот факт, что одновременное воздействие термической и механической нагрузок за определенный промежуток времени приводит к необратимому снижению прочности проводов.

На рис. 4 представлена схематическая временная диаграмма удлинения провода под действием одновременно механической и термической нагрузок. На первом участке (неустановившаяся ползучесть) скорость удлинения постепенно снижается, на втором участке (установившаяся ползучесть) скорость удлинения постоянна и на заключительном— третьем этапе (ускоренная ползучесть) происходит ускорение удлинения и разрушение металла. Второй участок имеет наибольший по времени период удлинения.

Имеющийся опыт показывает, что провода могут служить более 50 лет. Продолжительность второго участка диаграммы зависит от множества факторов. Можно предположить, что важную роль играют свойства материала и действующая термомеханическая нагрузка. Экспериментальное определение длительности второго участка можно провести в доступном для исследователя промежутке времени. Исследования, которые длились бы десятки лет, не проводились, и соответствующих данных по ним нет.

Как видно из предыдущих исследований, увеличение температуры приводит к снижению прочности. Температура необратимого разупрочнения значительно выше, чем эксплуатационная температура, поэтому считается, что необратимое разупрочнение на практике встречается редко. Однако одновременное воздействие температуры и напряжения приводит к необратимой потере прочности при температуре более низкой и близкой к температуре нагрева, допустимой в эксплуатации.

Во ВНИИЖТе проведены исследования по определению условий потери прочности медного провода МФ 100 при одновременном воздействии температуры и напряжения. На графике (рис. 4) представлена прогнозная модель величины разрушающей нагрузки провода МФ100 при воздействии длительного механического напряжения 180 МПа в течение 20 ч при температуре провода от 110 до 200 °C.

Измерения разрушающего напряжения проводились при температуре 20 °C после 20 ч выдержки при заданной температуре. Результаты исследования показывают, что провода могут достаточно быстро терять прочность при одновременном воздействии температуры и напряжения, причем значения температур и механического напряжения близки к нормативным.

На основании вышеописанного можно утверждать, что провода контактной подвески работают в условиях, близких к предельному состоянию. Поэтому вероятность их разрушения достаточно высокая, что подтверждается статистикой их разрушения (рис. 5).

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы. Ф Одной из причин повреждений устройств контактной сети является несоответствие их технических параметров условиям эксплуатации, определенных в нормативных документах по коэффициенту запаса.

- Пути снижения вероятности повреждений устройств контактной сети — это разработка ее новых элементов с более высоким ресурсом или оптимизация эксплуатационных нормативных требований под существующие технические параметры устройств.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com