Диагностика силовых цепей ВЛ80с

Дипломная работа

на тему

Диагностика силовых цепей ВЛ80с

Введение

Электрическая тяга на железных дорогах, в отличие от автономной тяги (с применением тепловозов), получает все более широкое распространение, поскольку обладает целым рядом преимуществ [23].

Коэффициент полезного действия (КПД) электрической тяги выше, чем КПД автономной тяги (КПД тепловоза составляет 28-30 %). Если энергия для питания электрифицированной железной дороги поступает от тепловой электростанции, то КПД электрической тяги составляет 30-35 %. Если энергия поступает от ГЭС или АЭС, то КПД электрической тяги составляет 60-65 %. Применение электрической тяги позволяет повысить провозную и пропускную способность участков железной дороги за счет создания электровозов большой мощности. Как известно, мощность автономного локомотива (главным образом, тепловоза) ограничена мощностью его энергетической установки (дизеля), тогда как мощность электровоза ограничена только конструктивными параметрами его электрического оборудования, поскольку через токоприемник электровоз подключается к источнику практически с неограниченной мощностью [9].

Применение электрической тяги позволяет повысить эффективность использования природных ресурсов за счет сжигания на тепловых электростанциях низкосортного дешевого топлива (уголь, торф, газ), непригодного для работы тепловозов. Электрическая тяга оказывает меньше вредного воздействия на окружающую среду. Она позволяет экономить энергетические ресурсы за счет применения рекуперации электрической энергии (т.е. выработки и возврата электрической энергии в контактную сеть при движении на спусках).

В настоящее время в России применяются две системы электрификации железных дорог:

. Система постоянного тока с напряжением в контактной сети 3000 В (2400-3300 В).

. Система переменного тока промышленной частоты 50 Гц и напряжением в контактной сети 25 000 В (19 000-5-29 000 В).

Достоинства системы электроснабжения на переменном токе [25]:

. Значительная экономия меди на контактный провод (примерно в 2 раза), так как ток в контактной сети на переменном токе в 9 раз меньше, чем в контактной сети на постоянном токе.

. Меньшее (примерно в 2 раза) количество тяговых подстанций и более простое их устройство.

. Меньше потери электроэнергии в контактной сети, так как величина этих потерь сильно зависит от силы тока в контактном проводе.

. Возможность питания от контактной сети через понижающие трансформаторы прилегающих населенных пунктов.

Недостатки системы энергоснабжения на переменном токе:

. Сильное влияние переменного тока в контактной сети на близлежащие линии связи, которые в связи с этим необходимо выполнять кабелем в земле.

. Более сложные и дорогие электровозы и электропоезда.

Электровозы [4] классифицируют по следующим основным признакам: по роду тока, по назначению, по числу осей. Цифры «2» и «3» в осевых формулах означают число колесных пар (осей) в одной тележке. Знак «о» означает, что каждая колесная пара имеет свой ТЭД (т.е. «обмоторена»). Знак «+» означает, что тележки сочлененные, т.е. рамы тележек в электровозе соединены специальным шкворнем, через который передаются силы тяги и торможения. Знак «-» означает, что тележки не сочленены, и сила тяги передается через раму кузова. Скобки (...) означают одну секцию, а цифра перед ними означает количество секций в одном электровозе.

В настоящее время основным предприятием в России, которое выпускает электровозы, является Новочеркасский электровозостроительный завод, сокращенно НЭВЗ.

Условное обозначение электровоза включает в себя: серию, номер и индекс. Всем отечественным электровозам (кроме электровозов ЭП - электровоз пассажирский) ранее была присвоена единая серия «ВЛ». Номер после серии соответствует определенному типу электровоза и несет в себе информацию о нем:

-8-18 - восьмиосные электровозы постоянного тока (кроме ВЛ15, у которого 12 осей на две секции), например ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11.

-39 - шестиосные электровозы постоянного тока, например ВЛ23.

-59 - четырехосные электровозы переменного тока, например ВЛ41.

-5-79 - шестиосные электровозы переменного тока например: ВЛ60.

От 80 - восьмиосные электровозы переменного тока, например ВЛ80 (кроме ВЛ85, у которого 12 осей на две секции).

К основному обозначению может быть добавлен буквенный индекс, который несет в себе дополнительную информацию об электровозе, например: а - асинхронные ТЭД (ВЛ80а); к - силовые выпрямительные установки на кремниевых диодах (ВЛ60к, ВЛ80к); м - проведенная модернизация (ВЛ82м); р - рекуперативное торможение (ВЛ80р); с - система многих единиц (ВЛ80с); т - реостатное торможение (ВЛ80т).

Электровоз ВЛ80с [28] сочетает в себе основные идеи и конструктивные решения, которые были реализованы на электровозах ВЛ80т. Его силовые выпрямительные установки, так же как и на других электровозах, выполнены на кремниевых вентилях, он также может работать в режиме реостатного торможения. Однако этот электровоз имеет дополнительное оборудование для работы по системе многих единиц, т.е. возможность управлять двумя, тремя и четырьмя секциями с одного поста. Конструкция этого электровоза сочетает в себе наилучшие на тот период времени технические решения, которые можно было реализовать на восьмиосном электровозе со ступенчатым регулированием напряжения.

Электровоз состоит из механического, электрического и пневматического (тормозного) оборудования.

Напряжение контактной сети электровоза, снимаемое токоприемником, через контакты главного воздушного выключателя подается на первичную обмотку тягового трансформатора, в результате чего по ней начинает протекать переменный ток, который через корпус электровоза и колесные пары отводится в рельсовую цепь. Тяговый трансформатор имеет три вторичных обмотки: две обмотки для питания тяговых электрических двигателей и одну обмотку собственных нужд для питания вспомогательного оборудования электровоза.

Скорость движения электровоза регулируют путем изменения подводимого к ТЭД напряжения (33 позиции), а также путем изменения магнитного потока в обмотках возбуждения ТЭД (3 позиции). Для возможности изменения напряжения, подводимого к ТЭД, тяговые вторичные обмотки трансформатора выполнены секционированными, т.е. имеют несколько выводов, с которых можно снимать различные значения напряжения (от 58 до 1218 В).

Для переключения секций вторичных обмоток тягового трансформатора с целью изменения напряжения, подводимого к ТЭД, служит групповой переключатель (главный электроконтроллер).

В качестве тяговых двигателей используются двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, поэтому измененное главным контроллером переменное напряжение преобразовывается в постоянное (выпрямляется) в выпрямителях на кремниевых вентилях. Каждая выпрямительная установка питает по два параллельно соединенных тяговых двигателя первой или второй тележки.

Машинист, осуществляя переключения в цепях управления с помощью контроллера машиниста, дистанционно управляет главным контроллером, который переключает секции вторичных обмоток тягового трансформатора таким образом, что напряжение, подводимое к ТЭД, будет увеличиваться (набор позиций) или уменьшаться (сброс позиций). Главный контроллер, замыкая и размыкая свои силовые контакты в различной комбинации, однозначно подключает к выпрямительным установкам определенное количество секций трансформатора, в результате чего каждой позиции можно поставить в соответствие вполне определенное значение напряжения. При таком способе регулирования напряжение на ТЭД изменяется от одного значения до другого скачком, поэтому такой способ регулирования напряжения на ТЭД называют ступенчатым.

Обилие переключаемых сильноточных цепей, т. е. механических контактов, приводит к достаточно частому выходу из строя силового оборудования электровоза. Для предотвращения поломок в пути следования необходимой является диагностика электрооборудования. Поэтому диагностическая лаборатория является неотъемлемой частью локомотивного депо, а вопросы проведения оперативной (и по возможности мобильной, т. е. независимой от стационарных испытательных стендов) диагностики выступают на первый план, особенно в настоящее время, когда строгая экономия средств является первоочередным условием выживания предприятий.

В настоящей работе будут рассмотрены вопросы диагностики силовых цепей электровоза ВЛ80с, а также будет предложен вариант современных диагностических аппаратов, способных, по мнению автора, улучшить качество диагностики, уменьшить затрачиваемое на нее время и позволить проводить диагностику в условиях движения электровоза.

Для выполнения поставленной задачи мы рассмотрим особенности электрической схемы ВЛ80с, выявим наиболее подверженное отказам оборудование, изложим принципы диагностики различных составляющих силовой схемы электровоза. Далее мы проанализируем схему с точки зрения оптимального выбора аппаратов диагностики и контрольных точек.

В разделе охраны труда будет рассмотрен вопрос безопасности диагностических работ под высоким напряжением. В экономической части мы изучим в цифрах затраты на содержание диагностической лаборатории в сравнении с необходимостью замены оборудования при поломках.

1. Статистика отказов за 10 лет

 

.1 Краткая характеристика силовых цепей электровоза ВЛ80с

Параметры электровоза ВЛ80с:

Длина по осям автосцепок - 32480 мм.

Высота от головок рельс до полоза опущенного токоприёмника - 5100 мм.

Мощность часового режима - 6520 кВт.

Сила тяги часового режима - 45,1 тс.

Скорость часового режима - 51,6 км/ч.

Каждый электровоз ВЛ80 с завода выходил составленным из двух секций, но схема электровозов ВЛ80с предусматривает синхронную работу трёх или четырёх секций. Механическая часть секции ВЛ80 - две одинаковые двухосные тележки. Рамы тележек сварные, буксы с роликовыми подшипниками связаны с рамой тележки поводками с сайлент-блоками (резинометаллическими шарнирами). Тяговые и тормозные усилия передаются от тележек к кузову через шкворни. Тяговые электродвигатели (ТЭД) НБ-418К6 имеют опорно-осевое подвешивание. Зубчатая передача от тягового двигателя к колёсным парам двухсторонняя, косозубая, с жестким венцом зубчатого колеса. Диаметр колесных пар при новых бандажах по паспорту - 1250 мм, фактически - 1280-1290 мм.

На каждой секции установлено следующее основное оборудование:

пантограф для токосъёма с контактной сети, расположенный над кабиной машиниста, и главный выключатель (ГВ) ВОВ-25М;

тяговый трансформатор с масляным мотор-насосом (МН), две выпрямительные установки ВУК той или иной модификации и главный контроллер ЭКГ-8Ж (на электровозе ВЛ80р ВУК и ЭКГ-8Ж заменены двумя преобразователями ВИП-2200);

фазорасщепитель (ФР) НБ-455А, вырабатывающий третью фазу (первой и второй фазами становятся выводы обмотки собственных нужд) для питания асинхронных двигателей остальных вспомогательных машин;

несколько мотор-вентиляторов (МВ) для охлаждения оборудования и наддува кузова, среди которых обязательно имеются два МВ для охлаждения ТЭД, по одному на тележку;

мотор-компрессор (МК) КТ-6Эл для обеспечения воздухом тормозов на локомотиве и в поезде, силовых электроаппаратов, блокировок высоковольтной камеры, подачи звуковых сигналов свистком (тихий) и тифоном (громкий), работы пневмопривода стеклоочистителей.

Трансформатор имеет тяговую обмотку и обмотку собственных нужд (ОСН) с напряжением холостого хода 399 В (напряжение под номинальной нагрузкой около 380 В), служащую для питания вспомогательных машин и цепей управления. Для стабилизации напряжения на вспомогательных двигателях при значительных колебаниях напряжения в контактной сети (ниже 19 кВ и выше 29 кВ) предусмотрены две отпайки ОСН с напряжением 210 и 630 В, переключаются они вручную на трансформаторе. Напряжение на тяговых двигателях регулируется оперативно в процессе управления электровозом [27].

Цепи управления питаются напряжением 50 В от ТРПШ - трансформатора, регулируемого подмагничиванием шунтов, через диодный выпрямитель. Для сглаживания пульсаций после выпрямителя установлены два дросселя Д1 и Д3, но в настоящее время на некоторых электровозах медные обмотки дросселей сняты работниками депо в корыстных целях и в блоке силовых аппаратов № 1 (где стоит ТРПШ) видны одни только распушённые сердечники.

Скорость движения электровоза регулируется изменением напряжения, подводимого к тяговым двигателям (ТЭД). На всех разновидностях ВЛ80, кроме ВЛ80Р, напряжение на ТЭД регулируется переключением под нагрузкой отпаек тягового трансформатора при помощи электроконтроллера главного ЭКГ-8Ж. Это установленный на тяговом трансформаторе большой групповой переключатель, имеющий 30 контакторных элементов без дугогашения и 4 с дугогашением, обеспечивающих переключение первых тридцати без нагрузки. Контакты элементов вынуждены пропускать большие токи, поэтому изготовлены из угольно-серебряной композиции; всего один ЭКГ-8Ж содержит 12 кг серебра. Привод ЭКГ - двигатель постоянного тока на напряжение 50 В, мощностью 500 Вт. При работе этого электродвигателя на электровозе падает напряжение в цепях управления и тускнеет свет.

Тяговая обмотка трансформатора состоит из двух нерегулируемых частей и двух регулируемых; последние разделены на четыре секции каждая. Вначале нерегулируемые части включены встречно с регулируемыми, а так как напряжение нерегулируемых несколько больше, то напряжение регулируемых частей вычитается из напряжения нерегулируемых и на тяговые двигатели поступает напряжение 42 В. Затем секции регулируемых частей поочерёдно выводятся, напряжение на ТЭД растёт. На 17-й позиции ЭКГ регулируемые части полностью выключены. При переходе на 18-ю позицию регулируемые части включаются согласно с нерегулируемыми и далее происходит включение их секций, на 33-й позиции ЭКГ все секции регулируемых частей включены согласно с нерегулируемыми, напряжение на ТЭД максимально.

Электрический аппарат - это электротехническое устройство, которое служит для включения и отключения электрических цепей, с целью управления электровозом и регулирования параметров работы его электрического оборудования, а также для защиты этого оборудования от аварийных режимов [5].

По принципу действия электрические аппараты можно условно разделить на две основные группы: контактные и бесконтактные.

Контактные аппараты - выполняют свои функции с помощью механического разрыва электрической цепи своими подвижными контактами (контакторы, реле, переключатели, разъединители, тумблеры, кнопки, и др.).

Бесконтактные аппараты - выполняют свои функции без механического разъединения электрических цепей, т.е. не имеют подвижных контактов (резисторы, дроссели, датчики, и др.).

При работе электровоза в его схеме происходит большое количество переключений (реверсирование ТЭД, регулирование напряжения, подводимого к ТЭД, включение в работу вспомогательных машин и др.), связанных с соединением и разъединением электрических цепей. В результате контактные аппараты подвергаются более интенсивному износу, чем бесконтактная аппаратура, поэтому в эксплуатации именно этим аппаратам необходимо уделять повышенное внимание.

Все контактные аппараты условно состоят из двух основных частей: привода и контактной системы. Эти аппараты можно классифицировать по следующим признакам: по типу привода, форме контактов в точке касания, способу гашения дуги и по назначению в схеме электровоза.

. Классификация электрических аппаратов электровоза по типу привода. В зависимости от вынуждающей силы, которая заставляет контакты взаимодействовать друг с другом, электрические аппараты разделяют на: аппараты с ручным приводом, аппараты с электромагнитным приводом, аппараты с пневматическим приводом, аппараты с моторным приводом и аппараты с тепловым приводом.

. Классификация электрических аппаратов электровоза по форме контактов в точке касания. В зависимости от формы поверхности, по которой осуществляется контакт подвижного контакта с неподвижным (по форме контактного пятна), аппараты классифицируют на: аппараты с точечными контактами, аппараты с линейными контактами и аппараты с поверхностными контактами

Контактное пятно в виде точки образуется, если контактирующим поверхностям придать форму сфер или сферы и поверхности. Точечные контакты применяют в цепях управления при токах до 8 А (у медных контактов) и до 120 А (у контактов из серебряных сплавов).

Контактное пятно в виде линии образуется, если контактирующие поверхности имеют цилиндрическую форму и соприкасаются по образующим или по цилиндрической образующей и плоскостью. Площадь соприкосновения зависит от величины деформации контактов и ширины контактов. Линейные контакты используют в силовых цепях при токах до 2000 А.

Поверхностные контакты соприкасаются не всей поверхностью, а отдельными контактными пятнами, количество, площадь и расположение которых случайны и зависят от состояния контактных плоскостей и от взаимного давления контактных поверхностей друг на друга. Например, у дугогасительных контактов ГВ касание контактов происходит по шаровой поверхности, а у разъединителей - по плоскости.

При любой форме контактов их контактная поверхность должна быть не менее 80 % от возможной, что проверяется по отпечатку, который оставляют контакты на копировальной бумаге.

. Качественная работа контактных соединений зависит от степени их нагревания в процессе длительной работы. Чрезмерное нагревание контактов приводит к их окислению, а окисные пленки большинства металлов (кроме серебра) не проводят электрический ток, что приводит к повышению переходного сопротивления в месте контакта. В соответствии с ГОСТ 9219-88 установлены следующие превышения температуры контактных соединений для температуры окружающего воздуха не выше +40 °С и при условии, что они не вызывают нагрева соседних частей выше допустимых для них температур:

коммутирующие контакты из меди, сплавов меди и металлокерамики, а также скользящие контакты с накладками из серебра или металлокерамики - 75 °С;

коммутирующие контакты реле при малых нажатиях (до 5 Н) с накладками из серебра или металлокерамики на основе серебра - 65 °С;

разборные и неразборные контактные соединения внутри аппарата, контактные соединения выводов из аппарата к внешним проводам - 65 °С;

разборные и неразборные контактные соединения внутри аппарата, контактные соединения выводов из аппарата к внешним проводам с покрытием контактной поверхности серебром - 80 °С;

контакты и другие детали, работающие как пружины: медные - 35 °С; медные контакты разъединителей-50 °С; из бериллиевой бронзы - 110 °С; из углеродистой конструкционной стали - 45 °С.

. Классификация электрических аппаратов по способу гашения электрической дуги на контактах. В электрических аппаратах электровоза реализованы следующие способы гашения электрической дуги:

принудительное удлинение дуги путем разъединения контактов, использования защитных рогов на контактах, путем воздействия магнитного поля;

охлаждение межконтактного пространства потоком воздуха;

дробление дуги на ряд отдельных коротких дуг деионной решеткой, встроенной в дугогасительную камеру.

Большинство аппаратов имеют комбинированное дугогашение, т.е. в их конструкции реализовано сразу несколько способов гашения электрической дуги. Например, в контакторе главного контроллера гашение дуги осуществляется за счет ее удлинения магнитным полем катушки, а также используется дробление дуги в дугогасительной камере и охлаждение межконтактного пространства потоком воздуха.

. Классификация электрических аппаратов по назначению в схеме электровоза. В зависимости от электрической цепи, в которую включаются главные контакты аппаратов в схеме, и выполняемых ими функций аппараты электровоза классифицируют на следующие группы:

аппараты высоковольтных цепей - главные контакты включены в цепь первичной обмотки тягового трансформатора, поэтому эти аппараты рассчитаны для работы под напряжением 25 кВ при длительных токах не более 400 А;

аппараты силовых цепей - главные контакты включены в цепи питания ТЭД, они работают под напряжением не более 1200 В, но при токах свыше 1000 А;

аппараты вспомогательных цепей - главные контакты включены в цепи питания вспомогательного оборудования электровоза от обмотки собственных нужд, они работают под напряжением не более 500 В, и при длительных токах не более 1000 А;

аппараты цепей управления - выполняют функции управления и работают под напряжением 50 В при токах менее 50 А;

аппараты защиты - выполняют функции защиты от аварийных режимов в различных цепях электрической схемы.

Основные параметры контактов [26]. 1. Сила нажатия (кгс) - это усилие, которое необходимо приложить, чтобы оторвать подвижный контакт от неподвижного. Нажатие зависит от силы притирающей пружины подвижных контактов. Нажатие бывает: начальное - в момент начала сжатия притирающей пружины и конечное - создается силой притирающей пружины дополнительно сжатой на величину провала. Нажатие контактов не зависит от величины магнитного потока включающей катушки, так как якорь контактора или реле всегда плотно притягивается к сердечнику при напряжении катушки свыше 37,5 В, однако этот магнитный поток должен быть пропорционален силе притирающих пружин всех контактов. Величину нажатия замеряют динамометром. Величина нажатия непосредственным образом влияет на значение максимального тока, который может протекать через контакты аппарата, не разрушая их. Например, номинальный ток через контакты кулачкового контактного элемента типа КЭ-153, включенного в цепи управления, составляет 16 А, для этого его подвижная система создает нажатие, равное 0,3 кгс; номинальный ток через главные контакты электромагнитного контактора типа МК-84, включенные во вспомогательные цепи, составляет 150 А, поэтому его контактная система для обеспечения нормального контакта при протекании такого тока создает нажатие контактов не менее 3,8 кгс.

. Разрыв (раствор) контактов (мм) - это наименьшее расстояние между разомкнутыми контактами аппарата. От величины разрыва между контактами зависит номинальное напряжение на контактах аппарата и способ гашения дуги. Величина разрыва проверяется предельными шаблонами и штангенциркулем. Например номинальное напряжение, под которым работают контакты кулачкового контактного элемента типа КЭ-153, включенного в цепи управления, составляет 50 В, для этого его подвижная система обеспечивает разрыв его контактов на 4,5 мм; номинальное напряжение, под которым работают контакты электромагнитного контактора МК-84, включенного во вспомогательные цепи, составляет 380 В, поэтому подвижная система этого контактора обеспечивает разрыв его контактов на 15 мм.

. Провал контактов (мм) - это условное дополнительное расстояние, которое прошел бы подвижный контакт при полном включении аппарата, если неподвижный контакт убрать. Провал необходим для создания надежного контакта и обеспечивает:

самозачищение контактов, которое происходит, когда подвижный контакт скользит по неподвижному в момент включения и отключения аппарата, при этом снимается оксидная пленка и увеличивается поверхность соприкосновения между контактами;

разрыв контактов на концах, за счет чего рабочие поверхности контактов меньше подгорают от действия электрической дуги;

одновременное замыкание всех подвижных контактов, расположенных на общей планке (штоке) аппарата.

У некоторых аппаратов измерить действительный провал контактов невозможно, поэтому замеряется зазор между подвижным контактом и его упором при полном включении контактов.

Примечания. 1. В качестве основного материала для изготовления контактов используют медь и ее сплавы. Например, для коммутационных контактов контакторов, обеспечивающих размыкание цепей под током, используют твер-дотянутую профильную медь марки М1, а для дугогасительных контактов контакторов используют сплав медь-вольфрам МВ-70 или композит КМК-Б21 (медь 27 %, никель 3,5 % и вольфрам 69,5 %).

Электротехническая медь, как и ее оксиды, имеет пониженное контактное сопротивление и относительно низкую стоимость, что позволяет широко использовать ее для изготовления контактов аппаратов, однако контакты на ее основе в эксплуатации быстро изнашиваются, поэтому для устранения этого недостатка в последнее время получили широкое распространение контакты на металлокерамической основе, выполненные путем прессования смеси порошков различных металлов. Например, для обеспечения хорошего длительного контакта в силовых цепях используется композиция серебро-окись кадмия СОК-15 (серебро 85 %, окись кадмия 15 %). Контакты, изготовленные по такой технологии, приобретают новые выгодные свойства, которые значительно повышают их долговечность в эксплуатации при сохранении остальных положительных качеств. Металлокерамические пластины приваривают к контактным поверхностям.

. Нормы колебаний напряжения на токоприемнике магистральных электровозов переменного тока допускают отклонения напряжения в пределах от +16 % до -25 %. Поэтому все электрические аппараты электровоза должны сохранять работоспособность при понижении напряжения на их катушках в цепях управления до 37,5 В, что составляет 75 % от номинального значения напряжения цепей управления 50 В. У электромагнитных контакторов и реле напряжение срабатывания регулируется изменением зазора между якорем и сердечником, а также за счет изменения силы, отключающей пружины якоря.

Электрические аппараты с пневматическим приводом должны обеспечивать нормальную работоспособность в пределах давлений воздуха от 3,5 до 6,75 кгс/см2 при номинальном давлении воздуха 5 кгс/см2.

. Все электрические аппараты электровоза после включения при напряжении свыше 37,5 В отключаются при уменьшении напряжения на их катушках до 20+25 В. Это объясняется тем, что после включения якоря аппарата зазор между якорем и сердечником уменьшается до нуля и за счет этого магнитный поток включающей катушки увеличивается в два раза. Таким образом, все применяемые на электровозе аппараты малочувствительны на отключение. Поэтому для повышения чувствительности отдельных аппаратов на отключение в цепь их катушек сразу после включения автоматически вводится токоограничивающее сопротивление. Такой способ повышения чувствительности на отключение аппарата используют для дифференциальных реле 21, 22 в блоке БРД и для контактора К на распределительном щите РЩ-34.

. Под якорями электромагнитных контакторов и реле укреплена диамагнитная прокладка в виде пластинки из диамагнитного (не магнитного) материала меди или алюминия. Она служит для исключения залипания якоря аппарата к сердечнику, которое происходит за счет остаточного магнитного потока после снятия питания с катушки аппарата.

. Магнитное дугогашение реализовано в конструкции почти всех контакторов с дугогашением (кроме электромагнитных контакторов мости-кового типа). При включенном состоянии контактора через дугогаситель-ную катушку протекает ток. При этом дугогасительная катушка создает свой магнитный поток, который замыкается по сердечнику внутри дугогасительной катушки, по стальной пластинке сбоку дугогасительной камеры (или шихтованному магнитопроводу в контакторах ЭКГ), по воздуху внутри дугогасительной камеры, по другой стальной пластинке сбоку дугогасительной камеры и затем к сердечнику дугогасительной катушки. Направление магнитного потока катушки определяется по правилу обхвата правой руки.

При отключении с током и с дугой на силовых контактах этот магнитный поток дугогасительной катушки пересекает дугу и выталкивает ее как проводник с током внутрь дугогасительной камеры. Направление выталкивания определится правилом левой руки. При этом дуга перебрасывается на дугогастительные рога (если они есть), которые являются продолжением неподвижного и подвижного силовых контактов. При этом электрическая дуга значительно растягивается и гаснет внутри дугогасительной камеры.

Если изменить направление тока по силовым контактам, то при отключении с током электрическая дуга будет выталкиваться в ту же сторону внутрь дугогасительной камеры, так как одновременно изменяется направление тока в дуге и в дугогасительной катушке. Поэтому магнитное дугогашение можно применять также и в цепях переменного тока [6].

После подъема токоприемника и включения ГВ от контактной сети по первичной обмотке тягового трансформатора (см. принципиальную схему ВЛ80с, рис. 1.1 [22, 28]) начнет протекать переменный ток: через токоприемник 1, через дроссель ДП, через разъединитель токоприемника 2, через контакты ГВ, через фильтр 10, по токоведущему стержню трансформатора тока TT, по первичной обмотке тягового трансформатора З(А-Х), через шину трансформатора тока 23, по металлическому кузову электровоза и далее в рельсовую цепь. На другую секцию ток идёт через межсекционный разъединитель 6.

Если напряжение в контактной сети 25 кВ, то на выводах тяговых вторичных обмоток трансформатора будут следующие значения напряжения: на каждой нерегулируемой обмотке с выводами al-xl и а2-х2 - по 638 В; на каждой регулируемой обмотке с выводами 1-01 и 5-02 - по 580 В, из них в каждой секции регулируемой обмотки - по 145 В.

На «0» позиции ЭКГ все контакторы ПС (переключателя ступеней, кроме контактора 30) и все контакторы ПО (переключателя обмоток, кроме контакторов 32, 33) отключены и нет замкнутой цепи для протекания тока через ТЭД.

На любой позиции ЭКГ результирующее напряжение, которое подводится к выпрямительным установкам, всегда снимается с вывода нерегулируемой обмотки трансформатора и с вывода средней точки ПРА (переходного реактора), т.е. с выводов а 1-01 и а2-0.

Переход с нулевой позиции ЭКГ на первую происходит через промежуточную позицию «Ш», без остановки ЭКГ на этой позиции.

При переходе с «0» позиции на «Ш» вначале размыкается контактор А, затем замыкается контактор 11 ПС и далее снова замыкается контактор А и размыкается контактор 30 ПС. Таким образом на выводах а 1-01, появляется напряжение для питания ТЭД, а на выводах а2-0 напряжения нет, поэтому для исключения длительной работы электровоза на такой позиции главный контроллер не останавливаясь осуществляет переход с позиции «П1» на первую позицию.

При переходе с позиции «Ш» на «1» вначале размыкается контактор Г, затем замыкаются контакторы 15 ПС и 36, 37 ПО, после чего вновь замыкается контактор Г. В результате на выводах а2-0 также появляется напряжение для питания ТЭД.

На «1» позиции включены следующие контакторы ЭКГ: А, Б, В, Г (контакторы с дугогашением включены на серединах всех позиций); 11,15 ПС; 32, 33 и 36, 37 ПО (включены до 17 позиции).

При переходе с «1» позиции на «2», в ЭКГ на первом этапе отключается контактор с дугогашением Б, на втором этапе при обесточенной шине Б включается контактор 22 ПС; на третьем этапе включается контактор с дугогашением Б.

Вторая позиция ЭКГ является неходовой по следующим причинам:

а) на ТЭД подается несимметричное напряжение (на левой полуобмотке трансформатора напряжение на 145/2 = 72,5 В больше, чем на правой полуобмотке). От этого ухудшается коммутация ТЭД;

б) переходной реактор 25 работает делителем напряжения с дополнительным контурным током 1100 А, от чего происходит его нагрев.

При переходе со «2» позиции на «З», в ЭКГ на первом этапе отключается контактор с дугогашением В; на втором этапе при обесточенной шине В включается контактор 26 ПС; на третьем этапе снова включается контактор с дугогашением В.

На третьей позиции ЭКГ на ТЭД подается симметричное напряжение (одинаковое в первой и во второй полупериоды) 130,5 В. Но третья позиция является неходовой, так как оба плеча (А1-Х1) и (А-Х) переходного реактора 25 работают делителями напряжения с дополнительным контурным током (1100 А), что приводит к их нагреву.

При переходе с «3» позиции на «4», в ЭКГ на первом этапе отключается контактор с дугогашением А; на втором этапе при обесточенной шине А отключается без дуги контактор 11 и затем включается контактор 12 ПС; на третьем этапе снова включается контактор с дугогашением А.

Четвертая позиция - неходовая, так как на ТЭД подается несимметричное напряжение (на левой полуобмотке трансформатора напряжение на 72,5 В больше, чем на правой полуобмотке); и плечо (А1-Х1) переходного реактора 25 работает делителем напряжения с дополнительным контурным током (1100 А), что вызывает его нагрев.

При переходе с «4» позиции на «5», в ЭКГ на первом этапе отключается контактор с дугогашением Г; на втором этапе при обесточенной шине Г отключается без дуги контактор 15 и затем включается контактор 16 ПС; на третьем этапе включается контактор с дугогашением Г.

Пятая позиция ЭКГ - ходовая, так как на ТЭД подается одинаковое симметричное напряжение и оба плеча (А1-Х1) и (А-Х) переходного реактора 25 работают делителем тока без внутренних контурных токов, поэтому не перегреваются. По тем же причинам являются ходовыми позициями: 1, 9, 13, 17, 21, 25, 29, 33.

При наборе с «5» до «17» позиции силовая схема работает подобно набору с 1 до 5 позиции. При этом секции двух регулируемых обмоток трансформатора, где напряжения направлены встречно с напряжением нерегулируемых обмоток, постепенно, по 0,5 секции, выводятся из работы.

Необходимо помнить, что на всех позициях ЭКГ при встречном включении обмоток трансформатора (до 17-й позиции) есть дополнительные потери электроэнергии на нагрев встречно включенных секций вторичной обмотки трансформатора, поэтому для экономии электроэнергии на тягу поезда необходимо по возможности быстрее осуществлять набор 17-й позиции и выше и ограничить время движения на неходовых позициях.

1.2 Гистограмма отказов силовых цепей

В схеме ВЛ80с предусмотрены режимы работы при частично неисправных устройствах и аппаратах силовых цепей; есть возможность их резервирования и оперативной замены. Не существует сколько-нибудь надежной корреляции отказов по данному типу электровозов с их эксплуатационными особенностями на той или иной железной дороге; очевиден лишь факт увеличения отказов с износом при эксплуатации. Нерезервируемым звеном электрифицированных линий является КС (контактная сеть), отказы которой приводят к задержкам поездов и экономическому ущербу. Полный ущерб от отказов устройств КС зависит от степени использования пропускной способности участка железной дороги и времени восстановления работоспособного состояния устройства, вызвавшего нарушение графика движения.

Рассмотрим статистику отказов на примере КС [20, 25].

За последние 5-10 лет, несмотря на сокращение размеров движения, наметился рост интенсивности отказов, имеющий четкую корреляционную связь со сроком службы КС. Наступил период катастрофического старения КС на основных магистралях железных дорог. Длина электрифицированных линий, которые находятся в эксплуатации больше 40 лет за последние 10 лет увеличилась по дорогам в среднем в 20 раз, в том числе и на участках переменного тока.

Все существующие подходы к КС - система технического обслуживания и ремонта (СТОиР), численность персонала и т.д. сложились в 70-80 годы двадцатого века, когда КС находилась на втором этапе жизненного цикла. Поэтому вся существующая на сегодня система технического осмотра (ТО) может справляться лишь с тем, для чего предназначена: мелкие регулировки, смазка, правка, замена отказавших элементов. Исключение составляет только смена КП по износу.

Мирового опыта эксплуатации КС с такими темпами старения нет. Невиданные в мире темпы электрификации в нашей стране основных магистралей пришлись на 50-е годы и период нормальной работы КС прошел.

Надежность устройств КС, как и любого технического устройства, формируется на трех этапах: проектирование; изготовление и монтаж; эксплуатация.

На этапе эксплуатации повышение надежности технических устройств КС может быть достигнуто повышением технического уровня ремонтной базы, внедрением диагностики, средств сбора и обработки информации, применением более эффективных методов технического обслуживания, улучшением профессиональной подготовки кадров, занятых эксплуатацией и ремонтом и т. д.

Одним из показателей надежности является интенсивность отказов. Классическая кривая изменения интенсивности отказов в функции наработки (рис. 1.2) имеет три участка, соответствующих периодам приработки, нормальной работы и деградации.

Рисунок 1.2 - Классическая кривая интенсивности отказов

В период приработки отказ может произойти из-за нагрузок, превышающих расчетные (нормативные) значения, или из-за снижения прочности. Темпы электрификации новых линий (за последние 15 лет - 1 488 км) не превышали в среднем 100 км в год. Наиболее интенсивный период электрификации был в 1997-1999 гг. (в среднем 168,6 км). Таким образом, вероятность увеличения отказов КС по причине ввода новых линий чрезвычайно мала. Таких темпов было достаточно для электрификации стратегических направлений с целью ускоренного перевода грузооборота на электрическую тягу (грузооборот на электрической тяге вырос по сравнению с 1991 г. в 1,5 раза) и снижения себестоимости перевозок.

Надежность объекта на втором участке, соответствующем нормальной работе, когда выявлены и устранены все дефекты, определяется внезапными отказами, вызванными превышениями нагрузок над прочностью. Например, устройства контактных сетей электрических железных дорог должны выдерживать климатические воздействия с повторяемостью один раз в десять лет. Таким образом, уже на стадии проектирования заложена возможность возникновения отказов. Другой причиной внезапных отказов являются аварийные нагрузки. По общесетевым данным 10-12 % повреждений КС происходят из-за экстремальных метеоусловий. Одним из сильных влияющих метеорологических факторов является низкая температура и гололед. Необходимы методы расчетов, которые бы позволяли прогнозировать поведение КС в тяжелых метеоусловиях с учетом ее текущего состояния и степени износа и разрегулировки узлов и деталей.

На третьем участке кривой интенсивности начинают сказываться постепенные отказы, вызванные деградационными процессами (износом, старением, разрегулировками). Именно здесь техническое обслуживание, направленное на восстановление свойств и рабочих характеристик объектов позволит снизить и даже стабилизировать интенсивность отказов, в идеальном случае, на уровне интенсивности периода нормальной работы. Среднее время наступления третьего этапа можно ориентировочно оценить в 35-40 лет. Следовательно, КС на значительной части полигона вступила в период старения и износа: на третий, заключительный этап жизненного цикла. После выхода КС на третий этап существования система ТО не справляется с ситуацией. Не дают заметной отдачи вложения в разработку средств диагностирования. Удельная повреждаемость на КС, прослужившей 40 и более лет, в 2,7 раза выше, чем на участках со сроком службы 10 лет.

Достаточных средств в капитальный ремонт и замену основных устройств КС железные дороги выделить не могут. Анализ динамики замены основных устройств КС (рис. 1.3) показывает, что средние значения и среднеквадратичные отклонения (показанные в скобках) за последние 10 лет были следующие: контактный провод - 219 км, (68 км); несущий трос - 117 км, (40 км); высоковольтных изоляторов - 53 тыс. шт. (10 тыс. шт.); опор - 2322 шт., (696 шт.). В тоже время на сегодня из общей развернутой длины КС 27 076 км, в том числе на переменном токе 13 481 км, в эксплуатации находятся больше 40 лет 12 617 км (46,6 %), а из общего количества опор (373 258 шт.) находятся в эксплуатации с превышением нормативных сроков 95 554 шт. Из них обследованием выявлено 1805 шт. опор, которые опасны для эксплуатации. Таким образом, существующие темпы замены основных устройств КС не соизмеримы с темпами ее старения и начиная с 2010 г. могут вызвать лавинообразный рост отказов.

Рисунок 1.3 - Гистограмма числа повреждений КС

В период роста грузооборота (2001, 2007 гг.) наблюдается рост повреждаемости, особенно на электрифицированных участках с большим сроком службы. К слову, сегодня сеть железных дорог полузагружена и работает на 1/3 своих возможностей, а в 2010 г. неизбежны высокие темпы роста экономики и резкое увеличение грузопотока на электрической тяге. Рост количества отказов может сорвать необходимые темпы перевозок. Главные причины отказов в работе устройств контактной сети: низкое качество обслуживания, механические повреждения, обрывы, разрегулировка, пережоги проводов и тросов, перекрытие изоляции, старение и износ.

Анализ количества повреждений по всем узлам КС за предыдущие 10 лет показывает, что наиболее часто отказывают контактные провода и тросы, изоляторы, струны, зажимы и детали (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 - Динамика отказов наиболее повреждаемых устройств

2. Разработка устройств в диагностических аппаратах

 

.1 Контролируемые параметры силовых цепей и методы их диагностики

Основные параметры силовых цепей, подвергаемые диагностике аппаратными средствами, следующие:

1)  характеристика изоляции - прочность на пробой при воздействии высоких напряжений;

2)      сопротивление изоляции;

)        сопротивление замкнутых цепей (контактов) в коммутационных аппаратах (контакторах, разъединителях, автоматических выключателях);

)        параметры срабатывания защитной аппаратуры при коротких замыканиях и перегрузках по току (кратность тока и скорость);

)        работоспособность вентилей, определяемая по сопротивлению перехода в прямом и обратном включении - обрыв, пробой;

)        отсутствие обрыва силовых проводов или обмоток трансформаторов, дросселей, электрических двигателей - по сопротивлению проводника между контролируемыми точками.

Диагностические аппараты строятся по принципу упрощения процедуры проверки параметров, т. е. имеют заданный алгоритм работы (измерения). При подключении такого аппарата к набору контрольных точек все возможные неисправности выявляются путем загорания или отсутствия свечения контрольных индикаторных ламп.

Сочетание в каждой конкретной схеме узлов измерения тех или иных параметров позволяет провести полную диагностику цепи.

Необходимость дальнейшего совершенствования диагностической аппаратуры диктуется широким распространением на электроподвижном составе полупроводниковых преобразователей и других электронных устройств. На поиск неисправного оборудования, например, таких преобразователей, уходит до 90% времени, затрачиваемого на техническое обслуживание.

Чтобы ускорить поиск поврежденных силовых полупроводников без разбора схем, разработаны и внедрены различные диагностические установки [6, 15, 24]. Так, на пункте технического обслуживания Балезино Горьковской дороги, создан прибор, датчиком которого является трансформатор тока. Первичной обмоткой трансформатора служит цепь проверяемого силового вентиля, по которой пропускают небольшой ток (1 А), а во вторичную обмотку включен измерительный прибор. По различным показаниям измерительного прибора можно оценить состояние вентиля. Эти показания соответствуют: 0 - обрыву (выгоранию структуры вентиля); 0,5 - исправному состоянию; 1- короткому замыканию.

Разработаны и другие диагностические установки, позволяющие сократить время обнаружения неисправностей в конкретных узлах, содержащих полупроводниковые приборы. Таким примером может служить диагностический прибор, предназначенный для проверки работоспособности регулятора возбуждения тяговых двигателей перспективного электропоезда ЭР31.

Прибором осуществляют комплексные измерения на различных участках проверяемой схемы. Для этого в тиристорном регуляторе возбуждения предусматривают набор контрольных точек, к которым подключают прибор.

В соответствии с разработанной последовательностью поиска неисправных элементов даны порядок операций подсоединения к контрольным точкам, а также признаки исправного и неисправного состояний. Каждому состоянию соответствует определенная световая индикация - загорание определенных ламп прибора.

Возможные причины отказа отражены в специально разрабонной таблице, прилагаемой к диагностическому прибору. Прибор позволяет диагностировать регулятор возбуждения, не демонтируя его, как в статическом режиме, так и в динамическом (режим коммутации силовых тиристоров).

Такой подход прост, но узок в использовании.

Более высоким уровнем диагностики является комплексная проверка работоспособности полупроводниковых преобразователей и систем управления для электровоза в целом.

При этом технология поиска неисправностей и прогнозирования отказов может основываться только на применении ЭВМ. Для успешного использования так называемого управляющего вычислительного комплекса (УВК) предварительно необходимо обеспечить возможность подключения УВК к контрольным точкам и создать достаточно простые методы и алгоритмы диагностики, а также их программное обеспечение на ЭВМ.

Система с таким уровнем диагностики разработана и внедрена в депо Боготол Красноярской дороги. Она предназначена для проверки блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя (БУВИП) электровоза ВЛ80р.

Широкое применение диагностических комплексов позволит сопоставить результаты предыдущих измерений параметров локомотива, хранимых в памяти ЭВМ, и последующих диагностических измерений как для механических узлов электроподвижного состава, так для электрических и электронных аппаратов и установок. Тем самым создается возможность рассчитать остаточные ресурсы всех частей электровоза при каждом диагностировании и определить динамику их изменений. В будущем это позволит перейти от планово-предупредительного к планово-выборочному ремонту в зависимости от индивидуальной потребности в ремонте или замене изношенных узлов и деталей каждого эксплуатируемого локомотива.

Диагностические установки являются эффективным средством безразборного контроля за текущим состоянием и такого ответственного узла подвижного состава, как колесно-моторный блок, в состав которого входят тяговый двигатель, редуктор и их подшипники.

Основное требование, предъявляемое к диагностическому устройству,- точность измерений, которая может быть достигнута только с применением современной техники. Электронно-вычислительные машины (ЭВМ) позволяют значительно сократить время, затрачиваемое на обработку диагностической информации, выработать конкретные рекомендации на неплановую разборку того или иного колесно-моторного блока.

Современные системы диагностирования оказывают существенную помощь при выполнении контроля технического состояния тяговых двигателей.

Так, техническое состояние коллекторно-щеточного узла тягового двигателя при испытании на стенде оценивают визуально по степени искрения под сбегающим краем щетки в баллах согласно ГОСТ 183-74. Однако этот критерий субъективен и не всегда отражает подлинную картину. Специальный диагностический прибор может регистрировать электромагнитное излучение пары «щетка - коллектор» в широком диапазоне волн. При использовании прибора диагностика электродвигателей выполняется в режиме малых нагрузок (менее 1% его номинальной мощности). Это дает возможность совмещать операции контроля состояния коллекторно-щеточного узла, якорных подшипников и тягового редуктора.

Каждой неисправности соответствует своя частота. При наличии нескольких неисправностей различных узлов колесно-моторного блока выделить одну из них без использования ЭВМ становится трудно.

С помощью ЭВМ оказывается возможным не только выделить тот или иной вид дефекта, но и определить остаточный ресурс (т. е. путь в километрах, который еще может пройти локомотив до ремонта) диагностируемого колесно-моторного блока.

Рассмотрим методы диагностики каждого из приведенных шести параметров.

Автоматические выключатели и аппараты управления подвергаются испытаниям в собранном виде, с установленными на них, при необходимости, дополнительными устройствами, которые могут повлиять на результат испытаний. Перед испытанием производится внешний осмотр, проверка целостности корпусов и изоляции [19].

Измерение сопротивления изоляции производят мегаомметрами на напряжение 1000 В и 2500 В. Измерение сопротивления контактов и контактных соединений внутри аппаратов производится мостами постоянного тока (например Р333), или методом амперметра и милливольтметра. При проведении замеров методом амперметра-вольтметра рабочий ток не должен превышать номинальный ток данного аппарата.

Испытание повышенным напряжением промышленной частоты производят с помощью различных установок, которые состоят из следующих элементов: испытательного трансформатора, регулирующего устройства, контрольно-измерительной и защитной аппаратуры. К таким аппаратам можно отнести установку АИИ - 70, АИД - 70, а также различные высоковольтные испытательные трансформаторы, которые обладают достаточным уровнем защиты и надлежащим уровнем подготовлены для проведения испытаний.

Более подробно остановимся на выборе схем измерений для диагностических аппаратов.

2.2 Принцип действия, описание методики испытаний и схем диагностических устройств силовых цепей

Проверка состояния изоляции включает в себя измерение сопротивления изоляции и испытание ее электрической прочности [19]. Перед проверкой все аппараты, зажимные сборки и другие детали очищают от пыли и грязи. В случае необходимости производят сушку отсыревших деталей и проводки.

Измерение сопротивления изоляции жил контрольных кабелей, проводов, обмоток и контактов реле производится по отношению к «земле» и между несвязанными цепями с помощью мегомметра 1 000-2 500 В.

Перед измерением сопротивления изоляции мегомметр проверяют. При закороченных проводах и вращении рукоятки мегомметра он должен показывать «нуль», а при разомкнутых - (бесконечность).

При проверке сопротивления изоляции относительно земли провод, присоединяемый к «земле», подключают к зажиму мегомметра, обозначенному словом «земля», буквой «З» или знаком «-», Во время проверки сопротивления изоляции между цепями провода к мегомметру присоединяют произвольно.

Работая с мегомметром, необходимо соблюдать правила техники безопасности. Провода, которые присоединяют к зажимам мегомметра, должны иметь сопротивление изоляции не меньше 100 МОм. Мегомметр и провода должны быть совершенно сухими и чистыми. При работах на открытой подстанции, в сырых помещениях и в сырую погоду мегомметр устанавливается на резиновый коврик, сухую доску и т. п. Провода не должны касаться сырой земли или заземленных металлических конструкций и аппаратов.

Для оценки состояния изоляции отдельных элементов схемы можно использовать следующие средние величины сопротивлений исправной изоляции:

провода и реле на изоляционной панели - 100 Ом;

провода и реле на металлической панели - 50 МОм;

кабели длиной до 200-300 м - 25 МОм;

трансформатор тока, встроенный во втулку, без цепей - 10-20 МОм;

вторичные обмотки выносных трансформаторов тока - 50-100 МОм;

элементы привода - 15-25 МОм.

Согласно ПУЭ и ПТЭ сопротивление изоляции относительно «земли» должно быть не ниже:

у шинок постоянного тока и шинок напряжения на щите управления при отсоединенных цепях - 10 МОм;

у полностью собранной схемы вторичных цепей отдельного присоединения - 1 МОм;

у цепей, общих с устройствами связи, - не менее 0,5 МОм.

Величина сопротивления изоляции, какой бы большой она ни была, недостаточно характеризует состояние изоляции. Поэтому, кроме измерения сопротивления изоляции, проверяется ее электрическая прочность, т. е. способность противостоять повышенному напряжению. Поскольку при измерении изоляции сопротивлением 1 МОм напряжение на зажимах мегомметра 1 000 В вследствие падения напряжения в его внутреннем сопротивлении уменьшается примерно в 2 раза ниже его номинальной величины (до 450 В), он не может быть использован для испытания прочности изоляции.

Испытание производится регулируемым переменным или постоянным напряжением до 12 000 В в течение 1 мин. Напряжение, прикладываемое к изоляции, измеряется киловольтметром. Ток, проходящий в испытуемой цепи, измеряется с помощью миллиамперметра, обмотка которого нормально зашунтирована кнопкой Кн. Миллиамперметр вводится в цепь нажатием кнопки только на момент производства замера. Благодаря этому предотвращается его перегрузка большим емкостным током при подключении к испытательной установке контрольных кабелей значительной длины.

Испытание электрической прочности изоляции производится следующим образом.

Все цепи, которые должны быть испытаны, подключаются к испытательной установке. Снимаются все заземления, установленные нормально в испытываемых цепях. Из схемы исключаются или закорачиваются все устройства, не рассчитанные на испытательное напряжение (аккумуляторные батареи, полупроводниковые приборы). После подготовки испытательной схемы напряжение от установки плавно поднимают до 1000 В и некоторое время держат на таком уровне. При этом миллиамперметром измеряют ток в цепи, осматривают всю испытательную аппаратуру. Если при этом не замечено толчков напряжения, разрядов, искр, поднимают напряжение до 2000 В, держат в течение 1 мин, измеряют ток нагрузки ТН, повышают далее по той же методике, а затем плавно снижают напряжение до нуля.

Если во время проверки произойдет пробой изоляции, напряжение резко снизится, а ток в проверяемой цепи увеличится.

До и после испытания электрической прочности изоляции измеряют ее сопротивление мегомметром 1 000-2 500 В. Изоляция считается выдержавшей испытание, если при напряжении 10 000 В не отмечалось пробоев, искр, резких бросков напряжения, а величина сопротивления изоляции после испытания не снизилась.

Если во время испытаний изоляция будет пробита, необходимо найти и выделить поврежденный участок, а затем повторить испытание.

Для испытания прочности изоляции относительно «земли» и между несвязанными цепями применяется также мегомметр на 2 500 В

При испытании изоляции повышенным напряжением необходимо соблюдать правила техники безопасности. Все места, куда может быть подано испытательное напряжение, должны быть ограждены, или около них должны находиться люди для предупреждения об опасности.

Сопротивление замкнутых контактов измеряется миллиомметром с пределами 0,01 - 100 Ом. При этом проверяется сопротивление контактов до и непосредственно после воздействия токовой нагрузки в проверяемой цепи с током не менее номинального.

Срабатывание защитной аппаратуры проверяют подачей тока до 3 кА.

Проверку вентильных свойств полупроводниковых элементов следует выполнять [16]:

а) приближенно без отключения полупроводникового элемента из схемы по отсутствию тока через защитное устройство при приложении к нему напряжения обратной полярности; при этом ток в цепи фиксируется амперметром или милливольтметром с помощью шунта; на вход установки включается вольтметр. Установка исправна, если при этом ток в цепи установки равен нулю;

б) по значению сопротивления полупроводникового элемента (диода, вентиля) в прямом и обратном направлениях. Измерения производят мегомметром М1101 на 500 В; перед измерением гибкий вывод вентиля отключают от схемы (при отключенном положении защитного устройства). Измерения сопротивления выполняют дважды - в прямом и обратном направлениях, для чего "+" мегомметра (вывод "линия") подключается первоначально к катоду, а затем к аноду, "-" мегомметра (вывод "земля") соответственно - первоначально к аноду, а затем к катоду. Вентиль исправен, если сопротивление в прямом направлении равно нулю, и обратном - не менее 100 кОм. Вентили с обратным сопротивлением менее 100 кОм (при очищенной от пыли и влаги изоляционной поверхности вентиля) нельзя оставлять в эксплуатации из-за возможного их быстрого выхода из строя (пробоя);

в) исправность тиристоров проверяется аналогично. Тиристор считается исправным, если при отключенной цепи управления сопротивление в прямом и обратном направлении более 100 кОм (перед измерением гибкий вывод тиристора отключают от схемы). Сопротивление в цепи "управляющий электрод - катод" измеряют при напряжении не более 6 В. Цепь считается исправной, если измеренное сопротивление находится в пределах 20 - 40 Ом.

Разрабатываемый автоматизированный комплекс средств безразборной технической диагностики электровозов ВЛ80с на базе ЭВМ (ПК) в идеале должен обеспечивать в диалоговом режиме:

выдачу указаний и последовательности действий оператору при диагностировании в соответствии с требованиями "Правил текущего ремонта и технического обслуживания электровозов";

подачу тестирующих воздействий в заданные точки электровоза с помощью высоковольтного многоканального коммутатора;

ввод результатов диагностирования в ПЭВМ, в том числе и с других форм учета неисправностей;

обработку результатов диагностирования с оценкой технического состояния высоковольтных и силовых цепей;

документирование результатов диагностирования;

создание и ведение базы данных о техническом состоянии диагностируемых цепей;

ведение диагностического паспорта (досье) каждого локомотива приписного парка.

Далее подробно остановимся на разработке принципиальной схемы и выборе диагностических аппаратов и контрольных точек.

3. Выбор диагностических аппаратов

 

.1 Измерение параметров изоляции

Сопротивление изоляции - это параллельно включенное с токоведущей частью (жилой кабеля) сопротивление. Абсолютной разницы между диэлектрическим и резистивным состояниями нет, потому что в зависимости от условий одно и то же вещество может быть и диэлектриком и резистором. Основное условие, разграничивающее поведение вещества на резистивное и диэлектрическое, основано на понятии максвелловского времени диэлектрической релаксации, и простейшая схема замещения диэлектрика представляет собой конденсатор с параллельным сопротивлением (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Простейшая схема замещения диэлектрика

Реальные электроизоляционные конструкции далеко не всегда состоят из однородных диэлектриков. Они могут содержать композицию из разных диэлектриков или просто иметь границу раздела. Даже в этом случае появляются новые особенности электропроводности, в частности, следует учитывать не только проводимость самих диэлектриков, но и границ раздела. Само по себе наличие границы не меняет проводимость конструкции, однако поверхность неизбежно содержит химически активные элементы. В контакте с воздухом поверхность обогащается веществами, содержащимися в воздухе. Известно, что даже в контакте с чистым воздухом на поверхности адсорбируется вода, например, на поверхности окислов может содержаться до 100 молекулярных слоев воды. Возникает поверхностная проводимость, т.е. проводимость, связанная с появлением и движением носителей заряда по поверхности (рис. 3.2) [11].

Рисунок 3.2 - Схема замещения диэлектрика с поверхностной проводимостью

Для учета сопротивления поверхностной проводимости в мегомметрах MIC-1000, MIC-2500, MIC-5000 и MIC-3 используется метод тройного зажима - высоковольтный разъем имеет вывод «средней точки» - «E». При его использовании происходит корректировка результата с учетом токов поверхностной проводимости. Наглядным примером является измерение сопротивления изоляции между экраном и одной из жил кабеля (рис. 3.3).

Рисунок 3.3 - Измерение сопротивления изоляции методом тройного зажима

Черным цветом показана металлическая фольга вокруг изоляции измеряемой жилы. В случае неравенства токов утечки IR-E и IE-COM имеем случай с поверхностной проводимостью по границе раздела.

Сопротивление изоляции RISO характеризует сквозной ток утечки Iскв (RISO=Uприл/Iскв). Сквозной ток Iскв (ток утечки) протекает по диэлектрику под воздействием постоянного напряжения и обусловлен наличием в диэлектриках свободных носителей заряда различной природы.

В момент включения постоянного электрического поля через диэлектрик электрического конденсатора протекает ток смещения - Iсм, обусловленный быстрыми видами поляризаций.

В неполярных однородных диэлектриках затем устанавливается ток сквозной проводимости - Iскв. В полярных и неоднородных диэлектриках протекает также ток абсорбции - Iабс, вызываемый активными составляющими токов, связанных с установлением замедленных (релаксационных) поляризаций (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 - Изменение тока в зависимости от времени приложения постоянного напряжения

Для исключения протекания больших токов на начальном этапе измерения, мегомметры современного исполнения ограничивают величину протекающего тока, тем самым исключая возможные повреждения изоляции. Выходной ток ограничивается на уровне 1 мА. На рис. 3.5 представлены параметры мегаомметров фирмы Sonel [7] при измерении сопротивления изоляции.

Рисунок 3.5 - Параметры современных мегаомметров

По мере заряда емкости измеряемого объекта (постоянным током), напряжение на зажимах мегомметра увеличивается (линейно). Затем устанавливается рабочая точка - напряжение достигает заданного значения и ток стабилизируется (данный ток является сквозным током диэлектрика Iскв).

Накопленный в процессе измерения заряд является источником потенциальной угрозы, и по окончании измерений приборами Sonel, автоматически разряжается (через внутренний резистор). Измерения проводятся под постоянным напряжением, чтобы минимизировать влияние емкости на результат измерения. Способ выполнения измерений сопротивления изоляции, а также требуемые измерительные напряжения описаны в ГОСТ Р 50571.16-99 и IEC 60364-6-61.

С точки зрения эксплуатации, состояние изоляционного материала характеризуется двумя коэффициентами - коэффициент абсорбции (Dielectric Absorption Ratio - DAR) и коэффициент поляризации (Polarization Index - PI).

Коэффициент абсорбции Кабс характеризует влажность изоляционного материала. Коэффициент абсорбции - это отношение сопротивлений, измеренных мегомметром через 60 секунд с момента приложения напряжения (R60) и через 15 секунд после начала приложения испытательного напряжения от мегомметра (R15):

Кабс = R60/R15                                                                              (3.1)

Если изоляция сухая, то коэффициент абсорбции значительно превышает единицу, в то время как у влажной изоляции коэффициент абсорбции близок к единице:

Если Кабс < 1,25 Изоляция является несоответствующей;

Если Кабс = 1,25 .. 1,6 Изоляция является хорошей;

Если Кабс > 1,6 Изоляция является превосходной;

Для оценки состояния изоляции и остаточного ресурса используют коэффициент поляризации (Кпол), который характеризует ток сильно замедленных поляризаций (связанных с изменением структуры диэлектрика). Коэффициент поляризации - это отношение сопротивлений, измеренных мегомметром через 600 сек с момента приложения напряжения (R600) и 60 секунд после начала приложения испытательного напряжения от мегомметра (R60):

Кпол= R600/R60                                                                             (3.2)

Для коэффициента поляризации обычно используют следующие показатели:

Если Кпол < 1 Изоляция является опасной;

Если Кпол = 1.. 2 Изоляция является сомнительной;

Если Кпол = 2.. 4 Изоляция является хорошей;

Если Кпол > 4 Изоляция является превосходной.

Мегомметры MIC-1000, MIC-2500, MIC-5000 автоматически рассчитывают и отображают на дисплее коэффициенты абсорбции и поляризации на основании сопротивлений, измеренных по окончании интервалов времени T1, T2 и T3 от момента начала измерений. По умолчанию, в приборах отсчитываются временные интервалы: T1=15с, T2=60с и T3=600с. Для того чтобы получить коэффициенты для отрезков времени, отличных от установленных, можно задать нужные значения из диапазона 1...600 секунд, соблюдая правило: T1 < T2 < T3.

Кроме этого, во всех мегомметрах Sonel присутствует функция измерения переменно и постоянного напряжения, и перед измерением можно легко убедиться в отсутствии высокого напряжения на исследуемом объекте.

В измерителях MIC-1000, MIC-2500, MIC-3 предусмотрена функция низкоомного измерения сопротивления (с диапазоном до 400 Ом), которая позволяет быстро идентифицировать пробой изоляции. Измеритель MIC-3 обладает функцией измерения низкоомного сопротивления повышенным током (не менее 200мА с разрешением 0,01 Ом), что позволяет его использовать для проверки металосвязи различных соединений (проводников присоединения к земле и выравнивания потенциалов).

Схемы включения измерителя для различных вариантов измерения представлены на рис. 3.6 (пояснения - в подписях к частям рисунка).

Рисунок 3.6 - Варианты включения мегаомметров

Напряжение измерения выбирается из диапазона от 50 В до 1000 В (прибор MIC-2500 до 2500 В) с шагом 10 В или принимается одно из значений, установленных Изготовителем: 100, 250, 500, 1000, 2500 В.

Для устранения влияния поверхностных токов в трансформаторах, кабелях и т.д. применяется измерение методом тройного зажима: при измерении межвиткового сопротивления трансформатора гнездо E прибора соединяется с корпусом трансформатора.

Напряжение на замеряемом сопротивлении U < 9,6 В, ток замера порядка 100 мA. Если значение RX <10 Ω (Rпорог = 35 Ω ± 25 Ω), прибор издает непрерывный звуковой сигнал (функция тестирования короткого замыкания).

В приборах серии MIC используются высокоточные преобразователи, температурная нестабильность которых определяет температурную нестабильность прибора в целом. Тем не менее, зависимость от температуры остается довольно низкой для приборов такого класса: для MIC-1000/2500, MIC-3, а также MPI-51X в режиме измерения сопротивления изоляции температурная нестабильность не выше 0,1%/°C, для MIC5000 - не более 0,2%/°C.

Измерение сопротивления изоляции возможно, если напряжение в объекте находится в диапазоне с 2 до 20 В в случае напряжения переменного тока, и не превышает 2 В при постоянном, но его точность не гарантируется.

Следует помнить, что при измерении сопротивления изоляции на наконечниках измерительных проводов прибора присутствует опасное напряжение: до 1 кВ на MIC-1000, MIC-3 и до 2,5 кВ на MIC-2500. Не допускается отсоединение измерительных проводов до окончания процесса измерения.

Исходный ток преобразователя ограничивается на уровне 1,2 ± 0,2 мА. Ограничение тока исключает течение необратимых процессов разрушения изоляции и характерно на начальной фазе измерений в результате зарядки емкости измеряемого объекта. Включение ограничения сигнализируется продолжительным звуковым сигналом. Измеренный результат в этом случае правилен, но на измерительных зажимах появляется напряжение измерения более низкое, чем заданное до измерений.

Если спустя 60 секунд с момента нажатия клавиши START напряжение измерений не достигнет заданного значения (большая емкость объекта либо слишком мало сопротивление изоляции и прибор не выходит из режима отсечки тока), измерение прекращается и в основном поле дисплея высвечивается надпись, сигнализирующая о большом токе утечки. Эта же надпись высвечивается, если во время измерений происходит пробой изоляции.

Используя соотношение

                                                                                       (3.3)

и учитывая, что Ic = const = 1 мА минимальное значение), напряжение на зажимах изменяется линейно. Используя указанное соотношение, можно найти значение емкости, которая полностью зарядится при задании тока 1мА в течении 60 сек. Например, при заряде до напряжения U=1000В значение емкости составит: С = 1мА*60с/1000В = 60мкФ. Данная оценка носит ориентировочный характер (поскольку током 1,4 мА до 1000В за 60 секунд зарядится емкость 84 мкФ, а при пониженном напряжении ток может достигать до 2 мА).

Полученный результат говорит о том, что при значении емкости кабели менее 60 мкФ, напряжение на зажимах достигнет 1 кВ в течении 60 сек, и дальнейшее измерение происходит до окончания интервала T3 (до 10 мин). В противном случае, через 60 сек прибор заканчивает цикл измерений, и значения измеряемых параметров показаны при измерительном напряжении, меньшем 1кВ. Емкость кабеля является функцией от его длины (для каждого кабеля существует характеристика - удельная емкость кабеля). Из этого можно спрогнозировать поведение прибора при измерении сопротивления изоляции различных типов кабеля.

Допустимая относительная погрешность приборов серии MIC составляет 3% измеряемой величины и не находится в зависимости от длины измеряемого кабеля. На длину кабеля в зависимости от различных условий накладываются нормы по величине сопротивления изоляции.

Цикл измерений заканчивается по завершению временного интервала времени (0..T3). Окончание измерений сигнализируется тремя короткими звуковыми сигналами и затуханием символа на дисплее (символ исчезает при напряжении меньшем 2В). После автоматического или ручного прекращения измерений происходит замыкание трех измерительных зажимов через сопротивление 100 кΩ, что обеспечивает разряжение емкости измеряемого объекта. При преждевременном отключении измерительных проводов объемный заряд диэлектрика остается в проводе и при подаче номинального напряжения существует высокая вероятность пробоя).

Количество возможных измерений приборами MIC-1000/2500 зависит от сопротивления нагрузки (изоляции). Приборы соответствуют стандарту EN 61557-2 п.6.7, в соответствии с которым прибор работает в рабочем режиме UН 1000 Ω/B в течении 5 сек, и в последующей паузе 25 сек. В соответствии с данным стандартом приборы MIC-1000/2500 могут производить 1500 измерений (MIC-5000 - 600 измерений).

То есть, фактически, стандартом регламентирован ток утечки (1 мА) при гарантии проведения 1500 измерений. Рассмотрим на примерах рабочий режим. Для напряжения 500В допустимой нагрузкой будет сопротивление 500В⋅1000 Ω/В = 500 КΩ. Для напряжения 2500В допустимой нагрузкой будет сопротивление 2500В⋅1000 Ω/В = 2,5 МΩ.

Таким образом, очевидно, что для измерения сопротивления изоляции целесообразно пользоваться переносными приборами, современными и удобными. Измерения можно проводить «на месте», без необходимости дислокации электровоза в специальной диагностической лаборатории. Другое дело - напряжение пробоя: здесь необходима генерация высокого напряжения, и не минимальной мощности, как в рассмотренном случае, а со вполне ощутимыми максимальными токами нагрузки. При этом использовать силовую цепь питания электровоза недопустимо в силу соображений техники безопасности: ограничение тока должно присутствовать, иначе есть опасность вывести из строя весь электровоз целиком.

Проверка напряжения пробоя, с другой стороны, имеет смысл в основном в низковольтной части силовой аппаратуры. Поэтому есть резон в разработке специальных измерительных преобразователей, которые могли бы быть запитаны от понижающей обмотки трансформатора электровоза.

Проверка электрической прочности изоляции приложенным напряжением состоит в следующем [15].

В результате приложения повышенного напряжения в испытуемой изоляции создается увеличенная напряженность электрического поля, что позволяет выявить дефекты в ней, не обнаруженные другими методами. Наиболее характерными дефектами, выявленными при этом испытании, являются:

) недостаточные расстояния между гибкими неизолированными отводами обмоток трансформаторов или других деталей в месте их подсоединения;

) наличие в трансформаторе воздушных пузырей, в кабеле - «слабин» изоляции по линейной координате, в электрических коробках - дефектов корпуса и т. п.;

) некоторые виды местного увлажнения и загрязнения изоляционных деталей.

Для проведения испытаний необходимо подготовить испытательный трансформатор. Мощность испытательного трансформатора, кВА, зависит от зарядной мощности испытываемой детали и определяется ее емкостью и значением испытательного напряжения:

Р = 314CU2·10-9 ,                                                                           (3.4)

где С - емкость изоляции, пФ; - испытательное напряжение, кВ.

Испытание осуществляют при частоте 50 Гц в течение 1 мин.

Испытательное напряжение зависит от класса изоляции:

Класс изоляции, кВ               0,525           3        6        10      15      35

Испытат. напряжение, кВ      5                 18      25      35      45      85

Испытательные напряжения для ряда стандартных изделий (например, трансформаторов) устанавливаются заводской технической документацией. При испытании на монтаже испытательное напряжение составляет 90% нормируемых для данного класса изоляции значений, указанных выше.

При испытании вводы испытуемой цепи соединены между собой и подключены к испытательному трансформатору, вводы остальных цепей (напр., обмоток в трансформаторе) соединены между собой и заземлены.

На рис. 3.7 показана принципиальная схема испытания изоляции на примере испытания трансформаторов. Напряжение увеличивают плавно при помощи регулировочного трансформатора. Контроль за подводимым напряжением осуществляют по показаниям вольтметра, установленного в первичной цепи испытательного трансформатора, с учетом его коэффициента трансформации.

ИТ - испытательный трансформатор; Р - разрядник; R - резистор

Рисунок 3.7 - Схема испытания изоляции трансформатора приложенным напряжением

При испытании трансформаторов [10], имеющих значительную емкость, которая может исказить и завысить коэффициент трансформации испытательного трансформатора, напряжение контролируют на стороне ВН при помощи шаровых разрядников либо высоковольтного киловольтметра. Для этого шары разрядника устанавливают на расстоянии, соответствующем испытательному напряжению. Затем, подсоединяя испытательный трансформатор к испытуемой изоляции, поднимают напряжение до пробоя разрядников и отмечают показания вольтметра, установленного на стороне НН. После этого разрядники удаляют и увеличивают напряжение, руководствуясь полученными показаниями вольтметра.

Контроль за состоянием изоляции при испытании производят по показаниям амперметра и путем наблюдения и прослушивания. Повреждения в испытуемом трансформаторе проявляются в виде потрескивания и разрядов внутри, выделением дыма из расширителя и изменения тока в испытательном трансформаторе. При испытаниях могут выявляться потрескивания, не связанные с повреждением изоляции, например в результате наличия внутри трансформатора воздушных пузырей, отсутствия заземления некоторых металлических конструктивных деталей и др. В таких случаях обнаруженные недостатки устраняют, а испытания изоляции повторяют.

При пробое твердой изоляции внутри трансформатора обычно слышен глухой звук удара, а при пробое масляного промежутка - звонкий.

Трансформатор считается выдержавшим испытание, если в процессе испытания не наблюдалось пробоя или частичных разрядов, определяемых по звуку, выделению газа и дыма или по показаниям приборов. При обнаружении дефектов трансформатор подлежит разборке для обнаружения дефектов и выполнения соответствующего ремонта.

Методика проведения испытаний электрической прочности изоляции напряжением должна соответствовать ГОСТ 1516.1-76, ГОСТ 1516.2-76.

3.2 Измерение сопротивления замкнутых контактов

В широко распространенных методах измерения ультрамалых сопротивлений последовательно с измеряемым сопротивлением Rx неизбежно включено паразитное сопротивление Rn, образованное соединительными проводами, переходным сопротивлением входных клемм или гнезд, контактных переключателей и т. п. Сопротивление Rn обычно находится в пределах 0,4...0,1 Ом; конкретное его значение зависит от ряда причин, в том числе и типа прибора. Например, в цифровых мультиметрах с автоматическим переключением предела измерений оно меньше, чем у приборов с контактными переключателями. Измерить сопротивление Rn предельно просто - достаточно установить нижний предел измерения омметра и замкнуть щупы. Такие измерения являются также проверкой состояния контактов, которую целесообразно периодически проводить, особенно для мультиметров с галетными переключателями. При хорошем состоянии контактов сопротивление не должно превышать вышеуказанного значения 0,4 Ом, при большем - прибор следует разобрать и почистить контакты. Для получения надежных результатов измерения следует провести несколько раз, после каждого проворачивая переключатель по кругу.

Ввиду того, что сопротивление Rn включено последовательно с Rx (рис. 3.8), омметр измеряет их суммарное значение. Конечно, для больших значений сопротивления эта ошибка невелика и ее не учитывают. Иначе обстоит дело при измерении малых значений. Несложно заметить, что для значений Rх, соизмеримых с сопротивлением Rn, измерение в принципе еще возможно, хотя о точности говорить уже не приходится. Другими словами, именно значение Rn является основным фактором, ограничивающим предел измерения сопротивления "снизу", и поэтому в широко распространенных цифровых мультиметрах нижний предел измерения равен 200 Ом, что соответствует цене единицы младшего разряда 0,1 Ом. Для приборов, имеющих АЦП высокой разрядности, цена единицы младшего разряда составляет 0,01 Ом, поэтому в таких цифровых мультиметрах нередко есть возможность учесть в показаниях влияние сопротивления подводящих проводов.

Из изложенного понятно, что для измерения ультрамалого сопротивления необходим измеритель с нулевым значением Rn. Это возможно лишь теоретически, на практике приходится иметь дело с минимальными, но конечными значениями.

Рисунок 3.8 - Схема измерения ультрамалых сопротивлений, поясняющая особенности процесса (см. текст)

Это действительно так для обычных, применяемых в аналоговых и цифровых омметрах, методов измерения сопротивления. Тем не менее, эта задача давно успешно решена в более сложных приборах для измерения малых значений сопротивления методом амперметра и милливольтметра. Суть проблемы - исключить влияние переходного сопротивления. Метод, позволяющий полностью исключить влияние переходных сопротивлений, получил название "метода четырех зондов" [13, 19].

Суть метода можно выразить следующей фразой: "если избавиться от паразитного сопротивления невозможно, то следует исключить его влияние". Изложенное поясняется рисунком 3.8. Через измеряемое сопротивление Rx пропускают ток, регулируемый балластным резистором R6 и контролируемый амперметром РА1 Падение напряжения на Rx измеряют милливольтметром PV1. Вольтметр подключен непосредственно к Rx, поэтому влияние Rn полностью исключается. При этом, правда, появляется паразитное сопротивление Rnv в цепи вольтметра, образуемое контактным сопротивлением в точках подключения вольтметра (на рисунке показаны стрелками) и сопротивлением соединительных проводов вольтметра. Однако влияние Rnv пренебрежимо мало и его можно не учитывать, поскольку условие Rv > Rnv (где Rv - входное сопротивление вольтметра) выполняется практически всегда. Действительно, минимальное значение входного сопротивления мультиметра у самых простых моделей составляет 1 МОм, а значение Rnv заведомо меньше 1 кОм. Значение Rx измеряемого сопротивления вычисляют по известной простейшей формуле

= U/I.                                                                                     (3.5)

Выбор тока в измерительной цепи осуществляют исходя из требований к точности измерения сопротивления Модуль (абсолютное значение) относительной погрешности измерения сопротивления является суммой модулей относительных погрешностей измерения тока и напряжения. Для простоты (или просто для определенности в начале расчета) разделим эту погрешность поровну для тока и напряжения. Например, если требуемая погрешность измерения сопротивления не более 2 %, то для тока и напряжения следует применять приборы не хуже класса 1,5. Цифровые мультиметры в большинстве случаев обеспечивают необходимую точность измерения тока, и с этим проблем обычно не возникает. Несколько сложнее обстоит дело с измерением напряжения. Покажем это на примере измерения сопротивления 1 мОм. При токе 0,1 А падение напряжения составит 0,1 мВ, что для приборов со стандартными АЦП на пределе 200 мВ соответствует единице младшего разряда и измерение невозможно. При токе 1 А измерение возможно, хотя и с заметной погрешностью.

Конечно, измерение методом четырех зондов существенно сложнее, чем обычным омметром - необходимы два измерительных прибора, источник питания и дополнительный переменный резистор; да и само проведение измерения требует больше времени. К тому же еще нужны некоторые расчеты. Но поскольку при этом применяется стандартная измерительная аппаратура, а проводить такие измерения приходится не слишком часто, с этим вполне можно смириться.

3.3 Измерение характеристик срабатывания аппаратов защиты

Автоматические выключатели делятся на быстродействующие и небыстродействующие. Быстродействующие характеризуются собственным временем срабатывания, т. е. временем от появления тока короткого замыкания до начала расхождения контактов. Автоматические выключатели серий ВА47 и ВА88 относятся к быстродействующим выключателям.

К небыстродействующим относятся автоматы, к которым обычно не предъявляются специальные требования по быстродействию или эти требования невысокие. Для удержания контактной системы во включенном положении в них применяются защелки. Эти автоматы имеют собственное время срабатывания от 10 до 100 мс (u1080) и не обладают токоограничивающим действием.

Определяемые характеристики.

Внешний осмотр. Внешним осмотром определяется состояние доступных осмотру деталей автоматических выключателей и аппаратов управления, на предмет видимых нарушений, наличия сколов изоляционных материалов, отсутствия деталей крепления и т. п.

Измерение сопротивления изоляции. Измерение сопротивления изоляции производится между каждым проводом (полюсом) аппарата и землей, а также между каждыми двумя проводами (полюсами). Сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. испытание повышенным напряжением подробно рассмотрено ранее. Испытание производится при вводе в эксплуатацию, капитальных ремонтах, а также при неудовлетворительных результатах измерения изоляции. Значение испытательного напряжения 1 кВ 50 Гц. Продолжительность испытаний 1 минута. В процессе текущих ремонтов допускается вместо испытания переменным напряжением производить измерение изоляции в течение 1 минуты мегаомметром на напряжение 2500 В.

Проверка действия максимальных, минимальных и независимых расцепителей автоматических выключателей и аппаратов управления. Работа расцепителей должна соответствовать заводским данным и требованиям обеспечения защитных характеристик.

Проверка работы контакторов при пониженном и повышенном напряжении управления. Значение напряжения срабатывания и количество операций следующие:

5 включений при напряжении 1,1 Uн;

5 отключений при напряжении 0,8 Uн.

Проверка предохранителей. Плавкая вставка предохранителей должна быть калибрована.

Условия испытаний и измерений.

Проверка соответствия технических характеристик аппаратов защиты и управления обычно производится в условиях испытательных лабораторий на специализированном аттестованном оборудовании. Некоторые виды проверок работоспособности устройств может произвести самостоятельно электротехнический персонал. Испытание автоматических выключателей и аппаратов управления производятся специалистами испытательных лабораторий при температуре окружающей среды не ниже +10oС.

Проверку максимальных расцепителей автоматических выключателей и пускателей следует производить с учетом поправок по температуре окружающей среды, т. к. температура расцепителей оказывает значительное влияние на временные характеристики автоматов. Заводские настройки соответствуют определенной температуре. Поправки по току на температуру окружающей среды приводятся в сопроводительной технической документации.

Влажность окружающего воздуха имеет значение при проведении высоковольтных испытаний, т. к. конденсат на изолирующих частях аппаратов может привести к пробою изоляции и, соответственно, к выходу из строя оборудования (как испытательного, так и испытуемого). Перед проведением высоковольтных испытаний следует очистить испытываемые аппараты от пыли, грязи и влаги.

Атмосферное давление особого влияния на качество проводимых испытаний не оказывает, но фиксируется для занесения данных в протокол.

Средства измерений.

Автоматические выключатели и аппараты управления подвергаются испытаниям в собранном виде, с установленными на них, при необходимости, дополнительными устройствами, которые могут повлиять на результат испытаний. Перед испытанием производится внешний осмотр, проверка целостности корпусов и изоляции.

Измерение сопротивления изоляции производят мегаомметрами на напряжение 1000 В и 2500 В. Измерение сопротивления контактов и контактных соединений внутри аппаратов производится мостами постоянного тока (например Р333), или методом амперметра и милливольтметра. При проведении замеров методом амперметра-вольтметра рабочий ток не должен превышать номинальный ток данного аппарата.

Испытание повышенным напряжением промышленной частоты производят с помощью различных установок, которые состоят из следующих элементов: испытательного трансформатора, регулирующего устройства, контрольно-измерительной и защитной аппаратуры. К таким аппаратам можно отнести установку АИИ - 70, АИД - 70, а также различные высоковольтные испытательные трансформаторы, которые обладают достаточным уровнем защиты и надлежащим уровнем подготовлены для проведения испытаний.

Для контроля качества болтовых соединений используют слесарные инструменты в виде динамометрических ключей и т. п.

Все приборы должны быть проверены, а испытательные установки аттестованы в соответствующих государственных органах (ЦСМ).

Порядок проведения испытаний и измерений.

Внешний осмотр.

Внешний осмотр автоматов и аппаратов управления производится со вскрытием корпуса. Осмотру подвергаются все внутренние соединения и части выключателя, работа механизма включения и отключения, состояние изоляционных деталей, катушек и блок-контактов. измерение сопротивления изоляции Измерение сопротивления изоляции производят при полностью собранных аппаратах, а также при закреплении аппарата на основании. Измерение производится между каждыми двумя фазами и между каждой фазой и землей отдельно. Если аппарат имеет катушки включения и отключения, то сопротивление изоляции измеряется между ними и фазами аппарата и между катушками и землей отдельно. Полностью изолированные аппараты следует сначала установить на металлическое основание.

Испытание изоляции повышенным напряжением.

Проверка действия максимальных, минимальных и независимых расцепителей. Проверка действия расцепителей производится в соответствии со схемой на рис. 3.9.

Рисунок 3.9 - Схема проверки максимального расцепителя тока (реле токовой перегрузки)

Для регистрации времени срабатывания аппарата используют электрические секундомеры, которые подключают на свободные фазы автоматического выключателя или на блок-контакты аппаратов управления.

Проверку максимальных расцепителей автоматических выключателей производят трехкратным током расцепителя (если нет других указаний в паспорте изделия) с поправкой на температуру (см. выше). Временные характеристики различных автоматических выключателей приводятся в паспорте. Проверка производится из «холодного» состояния автоматического выключателя.

Проверка времени срабатывания тепловых реле защиты электродвигателей производится в соответствии со схемой, за исключением того, что секундомер включается на блок-контакт реле. Ток для проверки выбирают исходя из паспортных данных: при наличии времятоковых характеристик для конкретного реле ток перегрузки равен трехкратному току реле (проверка из холодного состояния). После проверки трехкратным током и остывания теплового элемента на реле подается ток, равный 1,2 Iн, при этом реле должно отключится за время равное 20 минутам.

Проверку электромагнитных расцепителей автоматических выключателей проводят в соответствии с приведенной схемой, при этом сначала выставляется ток равный 0,8 Iн и проверяется несрабатывание выключателя при импульсе тока длительностью 0,2 сек, а затем установив ток равный 1,2 Iн проверяется срабатывание выключателя за время, засекаемое секундомером, (не более 0,2 сек).

Обработка данных, полученных при испытаниях

Протокол испытаний должен содержать следующие данные:

дату измерений;

температуру, влажность и давление;

наименование, тип, заводской номер оборудования;

номинальные данные объекта испытаний;

результаты испытаний;

результаты внешнего осмотра;

используемую схему.

Все данные испытаний сравниваются с требованиями стандартов на каждый вид изделий и, на основании сравнения, выдается заключение о пригодности изделия к эксплуатации.

Временные характеристики автоматических выключателей сравниваются с паспортными данными для данных типов автоматов.

Для измерения временных характеристик используют специальные приборы - секундомеры. Так, рассмотрим кратко измеритель задержки срабатывания выключателей (электронный секундомер) "ВИСМУТ-М" [8].

Область применения прибора - проверка параметров при испытаниях выключателей, при монтажных, профилактических и ремонтных работах, (возможно использование прибора при входном контроле выключателей в составе испытательного стенда). Прибор предназначен для измерения временных характеристик выключателей, аппаратов защиты систем электроснабжения.

Прибор "ВИСМУТ-М" состоит из датчика тока, формирователя импульсов, микроконтроллера, жидкокристаллического дисплея и блока питания, содержащего элементы питания и импульсный преобразователь напряжения.

Принцип работы измерителя заключается в измерении интервалов времени протекания переменного тока через проводник, охватываемый датчиком тока. Измерение времени протекания производится автоматически.

Диапазон измерения времени, с                                 0 ~ 10

3.4 Измерение параметров вентилей

Электрический вентиль - это полупроводниковый прибор, допускающий протекание электрического тока только в одном (прямом) направлении. На электровозах силовые кремниевые вентили используют для преобразования тока (переменного в постоянный пульсирующий) в выпрямительных установках [1].

Выпрямительные установки электровозов ВЛ80с комплектуют кремниевыми лавинными вентилями, которые по своему конструктивному исполнению различают на вентили штыревой конструкции типа ВЛ-200 и вентили таблеточной конструкции типа ДЛ153-1250.

В ВУТ предусмотрена местная и дистанционная сигнализация. В зависимости от выполняемых функций ВУТ можно разделить на три основные части:

собственно выпрямитель или силовую часть ВУТ;

систему управления тиристорами;

систему автоматики, защиты, сигнализации и параллельной работы.

Рис.2.1. Устройство выпрямительное типа ВУТ.

Устройство выпрямительное выполнено по принципиальной электрической схеме, основное отличие данного ВУТ от выпрямительных устройств с условной мощностью 2, 4, 9 и 16кВт - большая выходная мощность - 42 кВт (условная - 40 кВт). Поэтому для уменьшения искажении питающей сети, вносимых ВУТ с такой выходной мощностью, его силовая часть выполнена по 12-фазной схеме (у выпрямительных устройств меньшей мощности - схема выпрямления - 6-фазная). Кроме того, введена схема выравнивания токов нагрузки между двумя параллельно включенными 6-и фазными схемами выпрямления с точностью 10-15А предусмотрено защитное отключение ВУТ при неравномерном - 40-60 А - распределение тока между этими схемами. По спектральному составу пульсации ВУТ соответствует требованиям аппаратуры МТ 20, 25. В разделах настоящего технического описания излагаются только те особенности схемы ВУТ, которые свойственны данному ВУТ, а также приводится описание конструкции ВУТ, поскольку она имеет существенные отличия.

Главной деталью кремниевого вентиля является выпрямительный элемент, который представляет собой пластинку из чистого кремния толщиной 0,5 мм и диаметром 25 мм. Сверху в пластинку кремния вплавляют пятивалентный сплав (серебро, свинец), для образования электронной проводимости кремния. Снизу в пластинку кремния вплавляют трехвалентное вещество (алюминий) для образования дырочной проводимости кремния. Тогда внутри пластинки кремния автоматически образуется запорный слой из нейтральных атомов (р-п переход).

Устройство вентиля штыревой конструкции типа «ВЛ». Для защиты пластинки кремния от механических и термических повреждений к ней сверху и снизу припаивают вольфрамовые пластинки толщиной 2 мм. Эти три пластинки (вольфрам-кремний-вольфрам) помещают внутрь медного корпуса в виде стакана. Нижнюю вольфрамовую пластинку припаивают к дну медного корпуса, а к верхней вольфрамовой пластинке припаивают гибкий медный шунт, который выводят наружу и изолируют от корпуса стеклянным изолятором. Воздух из корпуса выкачивают и заполняют азотом.

Для улучшения охлаждения медный корпус вентиля имеет снизу форму шпильки с резьбой и вкручивается в алюминиевый радиатор с ребрами специальным моментным ключом с определенным усилием. Для ключа корпус вентиля снизу имеет форму шестигранника.

Шунт вентиля с припаянным наконечником является минусовым выводом, а корпус вентиля и радиатор являются плюсовым выводом, для чего между корпусом вентиля и радиатором укреплена Г-образная скоба из меди с отверстием для подключения кабеля.

Устройство вентиля таблеточной конструкции типа «ДЛ». В диодах таблеточной конструкции выпрямительный элемент (кремниевая пластинка) помещается в металлокерамический корпус между двумя медными основаниями, обладающими высокой тепло- и электропроводностью. Выпрямительный элемент не припаивают к основанию, как в диодах штыревой конструкции, а прижимают через вольфрамовые пластины. Применение прижимных контактов для соединения выводов диода с выпрямительным элементом позволяет значительно снизить механические напряжения, возникающие при резких изменениях температуры. В результате этих мероприятий, а также благодаря двустороннему отводу тепла от выпрямительного элемента стойкость диода к токовым перегрузкам значительно возрастает. Вентили таблеточной конструкции в отличие от вентилей штыревой конструкции не ввинчивают в охладители, а зажимают контактными поверхностями между двумя половинками.

Вольт-амперная характеристика вентиля. Представляет собой графическую зависимость прямого тока вентиля от прямого напряжения на нем, а также зависимость обратного тока вентиля от величины обратного напряжения на нем. Эти характеристики для прямого и обратного включения вентилей строятся на одном графике.

Класс вентиля (1, 2...10, 11...35) показывает величину допустимого обратного напряжения в сотнях вольт. Группа вентиля (А, Б, В) определяется в зависимости от величины падения напряжения в прямом направлении при номинальном токе 200 А.

Выпрямительная установка выполнена по мостовой схеме и обеспечивает питание двух параллельно соединенных тяговых двигателей в одной тележке. Конструктивно выпрямительная установка выполнена в виде двух прямоугольных шкафов, в каждом из которых находятся диоды двух плеч моста [18]. Каждое плечо выпрямительной установки ВУК-4000Т-02 состоит из 48 вентилей типа ВЛ-200-8 (не ниже восьмого класса), включенных в 12 параллельных ветвей по 4 последовательно соединенных вентиля в каждой цепи.

Для измерения параметров силовых диодов (вентилей) с точки зрения диагностики удобно производить не численные эксперименты и снятие вольт-амперных характеристик, а качественно оценивать их состояние (формируя схемотехнически параметры оценки на основе снятия указанных характеристик). Поэтому в применяемых диагностических аппаратах используются именно такие принципы [3].

Рассмотрим диод-тестер-СД ДТСД (рис. 3.10) производства НПП «Энергия» (Москва) [2].

Прибор предназначен для диагностики состояния силовых диодов выпрямителей электрического транспорта, а также для автоматического сбора данных о состоянии диодов с последующим анализом их на ЭВМ или на экране жидкокристаллического дисплея с последующим анализом их на компьютере. Прибор также позволяет считывать и переносить на компьютер протокол работы выпрямителя с микропроцессорной системой управления. Прибор является уникальным в своем классе и позволяет диагностировать силовые диоды при напряжении до 2000В. Вес прибора-0,4кг.

Рисунок 3.10 - Структурная схема ДТСД

Основные функции:

диагностика состояния силовых диодов по четырем ступеням: норма, пробой, ухудшение параметров, обрыв;

автоматизированный ввод показаний измерения в энергонезависимую память с последующим переносом информации о состоянии диодов на ЭВМ через интерфейс RS232;

определение класса силовых диодов (до 20 класса) в условиях эксплуатации;

определение классификационного напряжения для варисторов для проверки их состояния в эксплуатации;

подбор диодов в плече выпрямителя и измерение их обратных токов и напряжений как для одиночных, так и для пар диодов, оценка распределения напряжения между диодами, в том числе в режиме реального времени на работающем выпрямителе;

ввод времени, номеров тяговых подстанций, выпрямителей, диодов с автоматической индикацией и записью температуры;

чтение и запись протокола работы выпрямителя с микропроцессорной системой управления;

перенос данных об измерении состояния диодов на ЭВМ с последующим их мониторингом и прогнозированием отказов диодов в эксплуатации с помощью специальной компьютерной программы.

Схемы выпрямления с тиристорами такие же, как обычных выпрямителей. Основное внимание далее уделяется двухфазным схемам выпрямителей.

Для простоты полагаем падение напряжения на открытом тиристоре много меньшим рис. 3.7 выпрямленного напряжения, а токи утечки (прямой ток при закрытом тиристоре и обратный ток при отрицательном напряжении) - малыми по сравнению с током нагрузки. Это позволит считать тиристор идеальным (прямое падение напряжения в режиме насыщения, прямой и обратный токи утечки, а также ток отключения в нем равны нулю). Такие упрощения не приведут к большой погрешности, так как ток через вентиль схемы определяется сопротивлением нагрузки, а не фазы. По этой же причине можем считать идеальными дроссель L и трансформатор, т. е. пренебречь индуктивностью рассеяния и активными сопротивлениями их обмоток.

Сначала рассмотрим одну первую фазу регулируемого выпрямителя (рис. 3.7). Нагрузку выпрямителя полагаем состоящей из дросселя L и конденсатора С, образующих фильтр, и активной нагрузки R, а выходное напряжение - постоянным и равным е0. Исходя из графика рис. 3.6 запишем

Здесь принято, что в силу идеальности трансформатора и вентиля напряжение e0 совпадает с ЭДС первой фазы трансформатора e21 в интервале

a<wt<p+a:                   (3.2)

e0=e21                 (3.3.)

Падение напряжения на дросселе L равно разности напряжений e21 и E0, и, следовательно, его ток

Постоянную интегрирования определим из условия баланса постоянных токов. Среднее значение тока iL на интервале α¸p+a должно быть равно току нагрузки. Подставив найденное таким образом значение C, получим

Выпрямленное напряжение получается, если тиристор каждой из фаз открыт до тех пор, пока не вступит в работу следующая фаза. Однако это верно лишь в том случае, когда ток дросселя к моменту открывания вентиля следующей фазы положителен и напряжение, получаемое в момент включения с включающейся фазы, больше напряжения на конденсаторе. Последнее условие выполняется при а> 32,5°, что обеспечивает рост тока дросселя сразу после включения тиристора.

Подставив в wt=p+a запишем это условие в виде

Так как ео определяется выражением, условие непрерывности тока в дросселе можно записать иначе:

Оно и должно выполняться для углов a> 32,5°. Если индуктивность дросселя L- меньше Lкр, где

или сопротивление нагрузки выпрямителя больше Rmax где

то ток в дросселе станет равным нулю раньше, чем откроется тиристор второй фазы. Как только ток станет равным нулю, тиристор обесточится и выключится. Такой режим не очень выгоден, так как связан с большими переменными составляющими токов тиристов и обмоток трансформатора. Поэтому чаще всего индукчивность дросселя L выбирают такой, чтобы при максимально возможном сопротивлении нагрузки удовлетворялось условие непрерывности тока.

В режиме непрерывного тока дросселя ток фазы приближается по форме к прямоугольной (рис. 3.8,а,б). Его действующее значение без учета пульсаций

Действующее значение тока первичной обмотки, в которую трансформируются, не перекрываясь во времени, токи двух фаз, получается в раз больше, чем тока nlr, т. е.

Рис.3.8 Ток дроселя.

По форме ток первичной обмотки в каждый из полупериодов повторяет ток фазы, равный току iL (рис. 3.8, в). Первая гармоника этого тока при малых пульсациях сдвинута на угол а. относительно напряжения на первичной обмотке.

Таким образом, при тиристорный выпрямитель потребляет от сети не только активный, но и реактивный ток. Это является недостатком такого выпрямителя.

Полный перепад пульсаций на выходном конденсаторе С найдем так же, как и при исследовании неуправляемого выпрямителя. В результате получим выражение:

Здесь коэффициент D(a) является функцией угла a.

Подводя итог, отметим следующие особенности схемы тиристорного регулируемого выпрямителя:

)снижение выходного напряжения в теристорном выпрямителе достигается благодаря уменьшению отбора мощности от сети переменного тока; оно не связано с гашением значительной ее части в выпрямителе;

)при регулировке выпрямитель потребляет не только активную, но и реактивную мощностью сети переменного тока;

)при изменении угла регулирования a от 0 до 0,5p выходное напряжение меняется от максимума до 0;

)пульсация выпрямленного напряжения заметно возрастает с ростом угла регулирования;

5)режим непрерывного тока в дросселе нарушается, если не соблюдается отношение

В управляемом выпрямителе создаются значительные пульсации напряжения, для уменьшения которых обычно применяют многозвенный сглаживающий фильтр. Коэффициент пульсаций на входе фильтра зависит от угла регулирования a:

где К = 1 для первой гармоники частоты пульсаций.

Для уменьшения коэффициента пульсаций можно применить коммутирующие диоды.

Пример. Исходные данные:

. Пределы регулирования выпрямленного напряжения U’0 = 70¸100 В.

. Сопротивление нагрузки Rн = 100 Ом =const, При регулировании ток нагрузки изменяется от I0max= U’0max/Rн = 100:

= 1 А до I0min= 70:100 = 0,7 А.

. Коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке Кпвых = 0,2%.

. Напряжение сети 220 В частоты 50 Гц.

Расчет:

. Для сравнительно небольшой мощности Р0тах =U’0I0 = 100 • 1 = 100 Вт выбираем однофазную мостовую схему выпрямления с Г-образным LС-фильтром (рис. 4.2).

. Основные параметры выпрямителя при максимальном выходном напряжении U’0 = 100 В, т. е. при α = 0

Uдр=0,1U’о =0,1x100=10 В при Р0=100 Вт;               (4.2.)

U0=U'о+Uдр=100+10=110В; U2=1,11U0 =1,11x110=122В;            (4.3.)

I2=0,707I0=0,707x1=0,707A; Kтр=U2/U1=122/220=0,555;              (4.4.)=IоKтр=1x0,555=0,555A; Pтип=1,11U0I0=1,11x110x1=122BA;         (4.5.)в=0,5I0=0,5x1=0,5A; ImB=I0=1A;               (4.6.)обр=1,57U0=1,57x100=173В; Kпвх=0,67(67%);           (4.7)

4. Выбор типа вентилей. В мостовой схеме для упрощения управления выбраны два вентиля неуправляемых и два тринистора. Выбираем вентили по максимальному обратному напряжению Uобрm = 173 В и максимальному значению выпрямленного тока I0в = 0,5 А и I 0вн = 0,626 А.

Выбираем диоды типа Д242Б (Uобр.доп = 200 В; Iо = 2 А). Выбираем тринисторы типа КУ201Ж (Uобр.доп = 200 В; Iо = 2 А, Iупр тах = 0,2 А).

. Определение коэффициента сглаживания:

q=Кп.вх/Кп.вых=1,51:0,002=755.             (4.19)

Принимаем двухзвенный фильтр с коэффициентом сглаживания одного звена:

6. Определение элементов каждого звена фильтра:

Амплитуда переменного напряжения на конденсаторе первого звена С1:

Выбираем конденсатор типа К50-12 емкостью С1=С1==50 мкф, Uраб=250В:

Индуктивность дросселя

. Проверка условия отсутствия резонансных явлений в фильтре

8. Расчет элементов цепи управления.

Расчет цепи управления сводится к определению элементов фазосдвигающей цепи RC или LC (или расчету магнитного усилителя), выбору диодов Д3, Д6 и расчету трансформатора Тр2

Конденсатор С3 выбирается емкостью в десятки - сотни микрофарад при частоте сети 50 Гц. Выбираем два конденсатора типа К52-3 по 80 мкФ, включенные параллельно с рабочим напряжением Uраб = 90 В; U~mдоп = 35% Uраб = 0,35 x 90 = 31,5 В.

Для построения регулировочной характеристики задаются углом α0 = 10, 20, 30 и т, находят величину R3 табл. 6 значение U’0α- Результаты расчетов сведены в табл. 3.

Таблица 3 Характеристики угла а0.

α0	10	20	30	40	46
Rз=1/ωСtgφ, Ом	220	113	74	55	47
U’0α=U’0cosα, В	98,5	94	06,6	76,6	70

Тринисторы КУ201Ж выбираем с запасом по току более чем вдвое, поэтому максимальное значение управляющего тока необходимо уменьшать до величины Iупрампл =0,09 А.

. Выбираем резистор Rз = 270 Ом типа СП5-2ТА на 2 Вт.

Мощность, рассеиваемая резистором:

силовой цепь электровоз отказ

Выбираем ограничительные резисторы R1 = R2 = 11 Ом типа МЛТ-0,125:

Амплитуда переменного напряжения на половине вторичной обмотки трансформатора Тр2

Выбор диодов Д1, Д4 производится по току Iупрампл и напряжению U’~m Выбираем диоды типа Д202 (Uобр = 100 В; I0в = 0,4 А), у которых

Ri≈ Uпр/Iупр.ампл = 1: 0,09 = 11 Ом.

Уточняем амплитуду переменного напряжения:

U’~m=Iупр.ампл(R1+R3max+Ri)=0,09(11+270+11)=26,2В.

Затем проводится конструктивный расчет трансформатора Тр2 для данных:

В случае применения фазосдвигающей цепи LR3 задаются величиной L, дросселя и находят пределы изменения величины резистора R3 из выражения

Если необходимы более широкие пределы регулирования напряжения, то помимо переменного резистора используют дроссель насыщения, Если регулирующим элементом служит магнитный усилитель, то проводятся выбор его магнитопровода и расчет его обмоток.

Максимальный КПД выпрямителя

Таблица 5 Таблица расчета Uдр.

Pо,Ватт	Uдр=Iо Rдр
	Fc=50 Гц V	fc=400 Гц
До 10	0,2 -0,15	0,08 -0,065
10-30	0,15 -0,12	0,065-0,05
30-100	0,12 -0,09	0,05-0,035
100-300	0,09 -0,06	0,035-0,025
300-1000	0,06 -0,045	0,025-0,018
1000-3000	0,045-0,03	0,018-0,012
3000-10 000	0,03 -0,02	0,012-0,009

Таблица 6 Параметры схемы выпрямления.

№ п/п	Параметр	Значения параметра в зависимости от схемы выпрямления
		Двухполу-периодная со средней точкой	Однофазная мостовая	Трехфазная	Трехфазная мостовая
1	Действующее значение напряжения вторичной обмотки U2	2x1,11U0	1,11xU0	0,815U0	0,43U0	0,74U0
2	Действующий ток вторичной Обмотки I2	0,707I0	0,707 I0	0,58 I0	0,815 I0	0,47 I0
3	Действующий ток первичной обмотки I1	IoKтр	IoKтр	0,47 IoKтр	0,815 IoKтр	0,47 IoKтр
4	Типовая мощность трансформатора Ртип	1,34IоUо	1,11 IоUо	1,35 IоUо	1,05 IоUо	1,05 IоUо
5	Подмагничивание трансформатора	Нет	Нет	Есть	Нет	Нет
6	Среднее значение тока вентиля Iов	0,5 I0	0,5 I0	0,33 I0	0,33 I0	0,33 I0
7	Действующее значение тока вентиля Iв	0,707 I0	0,707 I0	0,58 I0	0,58 I0	0,58 I0
8	Амплитудное значение тока вентиля Imв	I0	I0	I0	I0	I0
9	Обратное напряжение на вентиле Uобрm	3,14	1,57Uо	2,09 Uо	1,05 Uо	1,05 Uо
10	Число вентилей N	2	4	3	6	6
11	Частота пульсаций fп	2fc	2fс	3fс	6fс	6fс
12	Расчетный коэффициент Кт	7	5,2	6,6	2,5	7,6
13	Расчетный коэффициент КL	5,5x10-3	6,4x10-3	3,3x10-3	10-3	3x10-3
14	Падение напряжения на активном сопротивлении ∆UT трансформатора	IоRтр	IоRтр	IоRтр	2 IоRтр	0,67 IоRтр
15	Падение напряжения на реактивном сопротивлении трансформатора ∆Ux	2IоfсLs	2 IоfсLs	3 IоfсLs	6 IоfсLs	4 IоfсLs

 

3.5 Состав диагностического комплекса

В качестве диагностического комплекса используется испытательный комплекс РЕТОМ-11М (рис. 3.11) [14], предназначенный для испытания первичного и вторичного электрооборудования при вводе его в работу и в процессе эксплуатации на предприятиях железнодорожного транспорта и других.

РЕТОМ-11М является мобильным и универсальным испытательным комплексом, поэтому может использоваться при всех проверочных работах на энергообъектах [21]. При этом он обеспечивает:

выдачу регулируемого однофазного переменного тока 0... 3500 А;

выдачу регулируемого однофазного переменного напряжения 0... 2500 В;

выходную мощность до 4500 ВА;

измерение выдаваемых и внешних токов до 3500 А, выдаваемых напряжений до 2500 В, выдаваемых и внешних напряжений до 600 В с помощью встроенного цифрового мультиметра;

измерение временных характеристик различных коммутационных аппаратов в диапазоне 0,0001... 10000 секунд с помощью встроенного цифрового секундомера;

испытание изоляции электрооборудования и аппаратов электроустановок повышенным напряжением;

метрологическую поверку различного измерительного оборудования на энергопредприятиях;

измерение сопротивлений на электроустановках;

в состав комплекса входит современный карманный вольтамперфазометр "РЕТОМЕТР".

Работы могут выполняться при температуре от -20°C до +50°C.

Лист основных технических данных представлен в табл. 3.1.

Таблица 3.1 Характеристики диагностического комплекса

Источник 1. ВЫХОД «=111». Регулируемое напряжение постоянного тока
Наименование параметра	Значение
Положение переключателя	"4 А"			"1,5 А"
Диапазоны регулирования тока, А	0 - 8			0 - 3
Диапазоны регулирования напряжения, В	0,2 - 35			2,4 - 300
Выходная мощность, Вт, не менее:
- номинальная - в течение 1 мин	140			300
	160			350
- в течение 5 с	250			500
Дискретность установки выходного напряжения, В, не более (скачок напряжения при переходе щетки ЛАТРа с витка на виток)	0,06			0,4
Размах пульсаций напряжения, %, не более:
- при токе 4 А	10			-
- при токе 1 А	-			6
Защита выходной цепи - термопрерыватель: - номинальный ток, А	4,5			1,8
Защита входной цепи источника - вставка плавкая (внутри устройства): - номинальный ток,А	5
Источник 1. ВЫХОД «~112». Регулируемое напряжение переменного тока
Наименование параметра	Значение
Положение переключателя	"4 А"			"1,5 А"
Диапазоны регулирования тока, А	0 - 8			0 - 3
Диапазоны регулирования выходного напряжения, В	0,18 - 25
Выходная мощность, В-А, не менее:
- номинальная	100			300
- в течение 1 мин	120			350
- в течение 5 с	200			500
Дискретность установки выходного напряжения, В, не более	0,04			0,3
Защита выходной цепи - термопрерыватель: - номинальный ток, А	4,5			1,8
Защита входной цепи - вставка плавкая (внутри устройства): - номинальный ток, А	5
Источник 2. ВЫХОД «~113,~1». Регулируемые переменный ток или напряжение
Наименование параметра	Значение
Положение переключателя	"~ 250 В, 8 А"				"~ 20 А, 100 В"		"~ 50 А, 40 В"
Диапазоны регулирования тока, А	0 - 16				0 - 40		0 - 135
Диапазоны регулирования напряжения, В	3 - 250				1,2 - 100		0,5 - 40
Выходная мощность, В-А, не менее:
- номинальная - в течение 2 мин	2000				2000		2000
	2500				2500		2500
- в течение 10 с	4200				3900		3600
Дискретность установки выходного напряжения, В, не более	0,4				0,2		0,1
Защита выходной цепи - термопрерыватель: - номинальный ток, А	8				20		-
Защита входной цепи трансформатора источника - термопрерыватель: - номинальный ток, А	10
Источник 2. ВЫХОД «=114». Регулируемое выпрямленное (несглаженное) Напряжение
Наименование параметра		Значение
Положение переключателя		"= 250 В, 8 А"
Диапазон регулирования напряжения, В		3 - 250
Диапазон регулирования тока, А		0 - 10
Дискретность установки выходного напряжения, В, не более		0,4
Номинальная выходная мощность, Вт, не менее:		2000
Защита выходной цепи - термопрерыватель: - номинальный ток, А		8
Защита входной цепи трансформатора источника - термопрерыватель: - номинальный ток, А		10
Источник 2. ВЫХОД «~115». Регулируемый переменный ток
Наименование параметра		Значение
Положение переключателя		"~ 200 А, 10 В"
Диапазон регулирования тока, А		0 - 400
Диапазон регулирования напряжения, В		0 - 10
Выходная мощность, В-А, не менее:
- номинальная		2000
- в течение 2 мин		2400
- в течение 10 с		3200
Дискретность установки выходного напряжения, В, не более		0,02
Защита входной цепи трансформатора источника - термопрерыватель: - номинальный ток, А		10
Источник 2. ВЫХОД «~116». Регулируемое напряжение переменного тока (ВЫХОД ЛАТР2)
Наименование параметра		Значение
Диапазон регулирования выходного напряжения, В		3 - 250
Номинальный выходной ток, А		6
Выходная мощность, В-А, не менее:
- номинальная		2000
- в течение 2 мин		2500
- в течение 10 с		4500
Дискретность установки выходного напряжения, В, не более		0,4
Защита выходной цепи - термопрерыватель: - номинальный ток, А		10
ВСТРОЕННЫЙ ЦИФРОВОЙ МУЛЬТИМЕТР
Наименование параметра		Значение
Род тока		постоянный / переменный
Пределы измерений напряжения, В		2,5; 25; 250; 500
Пределы измерений тока, А		0,25; 2,5; 10; 50; 300
Минимально допустимое значение измеряемой величины, % предела:
- при измерении тока источника 1 (11)		5
- при измерении напряжения, тока источника 2 (12 )		10
Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерения, %:
- напряжения постоянного тока:
- для предела «2,5 В»		± 1,0 + 0,05( Ху/ - 1)
- для остальных пределов		± 0,5 + 0,05 (ХуХ~ 1)
- напряжения переменного тока:		± 0,5 + 0,05 (ХуХ~ 1)
- силы постоянного и переменного тока:
- для предела «250 мА»		± 1,5 + 0,15 (Х'/X- 1)
- для остальных пределов		± 1,0 + 0,1(Х у/ - 1)
Пределы допускаемой дополнительной погрешности, обусловленной изменением температуры окружающей среды - не более 0,5 предела основной погрешности на каждые 10 °С
Диапазон частот измеряемого напряжения, Гц		20 - 200
Пределы допускаемой дополнительной погрешности, обусловленной отклонением частоты относительно номинальной частоты (50 Гц) - не более 0,1 предела основной погрешности на каждые 10 Гц
Входное сопротивление вольтметра, кОм, не менее		764
ВСТРОЕННЫЙ ЦИФРОВОЙ СЕКУНДОМЕР
Наименование параметра		Значение
Пределы измерений		999,9 мс	99,99 с			999,9 с		9999 с
Разрешающая способность		0,1 мс	0,01 с			0,1 с		1 с
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения времени в рабочих условиях применения		±1 мс	±0,01 с			±0,1 с		±1 с
Возможность измерения временных параметров:
- время срабатывания		+
- время возврата		+
- длительность замкнутого (разомкнутого) состояния		+
- разновременность срабатывания и отпускания контактов		+
- длительность дребезга контактов		+
Дискретные входы:
- тип дискретных входов		"сухой контакт"; контакт с потенциалом до + 400 В
- сопротивление входной цепи, кОм: - для замкнутого состояния, не более - для разомкнутого состояния, не менее		40 80
Фильтр длительности сигнала:
- диапазон изменения постоянной времени, мс		1 - 40
- уставка заводская, мс		5
Измерение времени дребезга контактов:
- диапазон изменения задержки фиксации замыкания контактов, мс		0,1 - 10,0
- уставка задержки заводская, мс		1,0
ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Наименование параметра		Значение
Степень защиты по ГОСТ 14254:
- оболочки		IP20
- выходных клемм		IP00
Требования безопасности по ГОСТ Р 51350 :		класс I
- изоляция		основная
- категория монтажа (категория перенапряжения)		CAT II
- степень загрязнения микросреды		2
Испытательное напряжение электрической прочности изоляции *, В:
- цепей сетевого питания относительно корпуса		1500
- токоведущих частей (кроме входов «К1», «К2» секундомера) относительно цепей сетевого питания /корпуса		1500
- входов «К1», «К2» секундомера относительно цепей сетевого питания /корпуса и относительно друг друга		2200
- между токоведущими частями (относительно друг друга), кроме входов «К1», «К2» секундомера		1500
Сопротивление изоляции между корпусом и гальванически изолированными токоведущими частями устройства, МОм, не менее		20
Требования электромагнитной совместимости (ЭМС) по ГОСТ Р 51522		для оборудования класса А
Номинальная потребляемая мощность, В-А, не более		3000
Максимальная потребляемая мощность, В-А, не более		8000
Масса устройства, кг, не более		34
Габаритные размеры устройства, мм, не более		455 x 375 x 200
РАБОЧИЕ УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ
Наименование параметра		Значение
Диапазон рабочих температур, °С		от -20 до +50
Нормальная температура, °С		20 ± 5
Диапазон температур хранения, °С		от -35 до +55
Относительная влажность воздуха при 25 °С, %, не более		80
Высота над уровнем моря, м, не более		1000
Группа условий эксплуатации по ГОСТ 17516.1		М23
Питание устройства:
- частота однофазной сети, Гц		45 - 65
- напряжение сети, В		220 +22 -33
ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ
Наименование параметра		Значение
Средний срок службы устройств, лет, не менее		6
Средняя наработка на отказ, ч, не менее		10000
Среднее время восстановления работоспособного состояния с учетом времени поиска неисправности, ч, не более		3
* Напряжение переменного тока, частота 50 Гц
Примечание - В формулах относительной погрешности приняты обозначения: Хк - конечное значение предела измерения соответствующей величины; х - измеренное значение соответствующей величины

4. Выбор контрольных точек

Обратимся к принципиальной схеме силовых цепей ВЛ80с (см. рис. 1.1). Очевидно, что в нашу задачу входит обеспечение минимума подключений при максимально возможном количестве диагностируемых параметров. Поэтому принимаем следующие контрольные точки для подключения диагностического комплекса:

1)  обмотки трансформатора а1 - х1, 1 - 01, 02 - 5, х2 - а2;

2)      точки В3, В5, В4, В6;

)        точку В1;

)        точки В55, В303 и В56, В403 (выпрямленное напряжение);

)        точку В60;

)        точки В22, В23, В32, В33;

)        точки В63, В64, В73, В74.

Набор данных точек (стандартных) является доступным и удобным для подключения, кроме того, он позволяет диагностировать все рабочие параметры напряжений и токов схемы, а также необходимые нам параметры:

1)  параметры изоляции:

- трансформатора - по группе точек 1;

силовых кабелей - по остальным точкам (разомкнутым) по отношению к земле;

2)  сопротивление замкнутых контактов:

- группового переключателя ГП - между точками группы 1, В3 и В4;

реле токовой защиты ЭД - между точками В22, В63 и В32, В73;

переключателей режимов обмоток возбуждения - между точками В22, В23, В303, В32, В33, В403;

выключателей 19 и 20 - В3030, В403, В60;

3)  параметры защитных аппаратов:

- В22 - В55, В23 - В55, В32 - В56 и В33 - В56;

4)  параметры вентилей:

- а1 - В303 - В1, а2 - В55 и а2 - В403 - В1, а1 - В56;

В63, В64 и В73, В74;

5)  сопротивление проводников:

- между всеми соответствующими участками схемы.

Методика измерений подробно изложена в предыдущей главе и не требует здесь дополнительного раскрытия.

Стоит отметить, что переносной диагностический комплекс может быть установлен на каждый конкретный электровоз стационарно, если это позволяет финансовая сторона вопроса диагностики. Такое расположение позволит персоналу не привязываться к депо и производить диагностику в реальных условиях, в любой точке расположения электровоза.

При необходимости производить диагностику силовых цепей нескольких электровозов одним прибором удобным будет использовать единый разъем для его подключения. Контактные группы разъема должны обеспечивать коммутацию действующих в схеме токов и напряжений (максимальные значения).

5. Охрана труда в цехах силовой диагностики

 

.1 Общие положения

Основы законодательства РФ об охране труда, как составной части обеспечения безопасных условий жизнедеятельности гражданина, обеспечивают единый порядок регулирования отношений в области охраны труда между работодателями и работниками на предприятиях, в учреждениях и организациях всех форм собственности независимо от сферы хозяйственной деятельности и ведомственной подчиненности. Основы законодательства устанавливают гарантии осуществления права на охрану труда и направлены на создание условий труда, отвечающих требованиям сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности и в связи с ней [17].

Под охраной труда понимается комплекс правовых норм, непосредственно направленных на обеспечение безопасных и безвредных условий труда. Эти нормы есть в российском законодательстве, правилах техники безопасности, коллективных договорах, приказах и инструкциях ведомств.

Они включают в себя:

нормы, регулирующие планирование и организацию труда на предприятиях;

нормы и правила по технике безопасности и производственной санитарии;

нормы, устанавливающие льготы и компенсации за работу во вредных условиях;

нормы, регулирующие деятельность органов надзора и контроля по охране труда;

нормы, устанавливающие ответственность должностных лиц за нарушение законов о труде и правил по охране труда.

К законодательным нормативным актам, прежде всего, относятся: Конституция РФ, Федеральный закон «Об основах охраны труда в Российской Федерации», Трудовой кодекс РФ.

ФЗ «Об основах охраны труда в Российской Федерации» устанавливает правовые основы регулирования отношений в области охраны труда (ОТ) между работодателями и работниками. В данном Законе рассматриваются вопросы, связанные с конкретным решением проблем ОТ физических лиц, вступивших в трудовые отношения с работодателем. Особо подчеркивается, что работодатель обязан не допускать работников к выполнению ими трудовых обязанностей без прохождения обязательных медицинских осмотров, а также в случае медицинских противопоказаний.

В Трудовом Кодексе (ТК) достаточно широко представлены вопросы ОТ, в таких разделах как: «Общие положения», «Рабочее время», «Социальное партнерство в сфере труда», «Трудовой договор», «Рабочее время», «Время отдыха», «Трудовой распорядок. Дисциплина труда», «Оплата и нормирование труда», «Охрана труда», «Особенности регулирования труда отдельных категорий работников», «Защита трудовых прав работников. Разрешение трудовых споров. Ответственность за нарушение трудового законодательства».

В разделе «Трудовой договор» указано, что при заключении трудового договора при поступлении на работу в документе должны быть представлены характеристики условий труда, компенсации и льготы (в случае тяжелых, вредных и/или опасных работ), режим труда и отдыха (если они отличаются от общепринятых в организации), виды и условия социального страхования.

Согласно статьям раздела "Охрана труда" для всех поступающих на работу лиц, а также для работников, переводимых на другую работу, работодатель или уполномоченное им лицо обязаны проводить инструктаж по охране труда, организовывать обучение безопасным методам и приемам выполнения работ и оказания первой помощи пострадавшим. При работе в условиях наличия вредных и/или опасных факторов работодатель обязан обеспечить обучение поступающих на работу безопасным методам и приемам выполнения работ со стажировкой на рабочем месте и сдачей экзаменов, а также проведение периодического обучения по охране труда с проверкой знаний в течение всего периода работы.

Работник имеет право на рабочее место, свободное от воздействия опасных и вредных факторов; на информацию о состоянии условий его труда; на обеспечение средствами индивидуальной защиты за счет средств работодателя; на проведение инспектирования условий труда на рабочем месте соответствующими службами государственного и общественного контроля.

Работник обязан соблюдать правила и нормы; выполнять медицинские рекомендации; извещать руководителя (непосредственно) о возникновении опасной ситуации; немедленно сообщать о несчастном случае на рабочем месте.

Контроль за выполнением инструкций по охране труда для работников возлагается на руководителей предприятия и их структурных подразделений, руководителей цехов (участков), бригадиров.

Выполнение инструкций проверяется при всех видах контроля.

Инструкции для работников цехов на основании приказа (распоряжения) руководителя предприятия разрабатываются руководителями цехов, отделов, лабораторий.

Контроль и помощь в разработке инструкций осуществляет служба ОТ. Инструкции для работников утверждаются руководителем предприятия после проведения предварительных консультаций с профсоюзными органами, службой ОТ и с другими службами по усмотрению отдела ОТ.

Каждая инструкция должна иметь номер и наименование. Типовая инструкция и инструкция для работников должны содержать следующие разделы (с учетом технологического процесса и с учетом условий, в которых выполняется данная работа):

а) общие требования безопасности;

б) требования безопасности перед началом работы;

в) требования безопасности во время работы;

г) требования безопасности в аварийных ситуациях;

д) требования безопасности по окончании работы.

Проверка инструкций должна проводиться не реже 1 раза в 5 лет, а при работах с повышенной опасностью не реже 1 раза в 3 года. Если правила не изменились, то должен быть соответствующий приказ о продлении срока их действия.

5.2 Оценка состояния охраны труда. Безопасность оборудования

Для оценки состояния охраны труда на производственных участках и в цехах рекомендуется применять обобщенный коэффициент уровня охраны труда (Кот):

Кот = (Ксп + Кб + Квпр) / 3,                                                         (5.1)

где Ксп - коэффициент уровня соблюдения правил охраны труда работающими;

Кб - коэффициент безопасности оборудования;

Квпр - коэффициент выполнения плановых работ по охране труда.

Коэффициент уровня соблюдения правил охраны труда работающими определяется соотношением числа работающих с соблюдением правил к общему числу работающих.

Для определения Ксп на предприятии вводится карта уровня соблюдения охраны труда для участка и цеха.

Коэффициент безопасности оборудования (Кб) определяется отношением числа показателей (требований) безопасности, соответствующих нормативно-технической документации по безопасности труда, к общему числу показателей (требований) безопасности, относящихся к данному оборудованию.

Для контроля за уровнем безопасности производственного оборудования на участках и в цехах вводится коэффициент безопасности участка (Кбу) и цеха (Кбц):

Кбу = (Кб1 + Кб2 + ... + Кбn) / n,                                                  (5.2)

где Кбi - коэффициент безопасности единицы эксплуатируемого оборудования на i-м (i = 1, …, n) участке;- число единиц оборудования на участке.

Кбц = (Кбу1 + Кбу2 + ... + Кбуm) / m,                                          (5.3)

где Кбуj - коэффициент безопасности j-го участка (j = 1, …, m);- число участков в цехе.

Коэффициент выполнения плановых работ по охране труда (Квпр) определяется отношением числа фактически выполненных и предусмотренных на данный месяц мероприятий по всем видам планов, предписаний, приказов.

Для комплексной оценки условий труда используется гигиеническая классификация труда (Р 2.2.013-94). Она предусматривает учет каждого фактора, характеризующего вредность и опасность производственной среды, а также факторов, характеризующих тяжесть и напряженность трудового процесса. Этим документом устанавливается четыре класса условий и характера труда: оптимальные, допустимые, вредные и опасные - экстремальные (см. раздел III, главу 1, параграф 2).

При оценке соответствия оборудования требованиям безопасности контролируется наличие средств защиты согласно нормативно-технической документации на проверяемые машины и механизмы, и их соответствие требованиям безопасности. При оценке рабочего места с точки зрения использования средств индивидуальной и коллективной защиты также контролируется не только их наличие, но и их соответствие установленным требованиям безопасности.

5.3 Показатели и методы анализа причин и уровня травматизма

Важнейшими показателями состояния охраны труда являются статистические показатели травматизма: коэффициенты частоты и тяжести несчастных случаев, а также коэффициент смертельных исходов. Анализ динамики изменения приведенных коэффициентов позволяет прогнозировать их значение на ближайший период.

Критерии, позволяющие квалифицировать травму как производственную (несчастный случай на производстве), приведены в Положении об особенностях расследования несчастных случаев на производстве в отдельных отраслях и организациях. В соответствии с этим Положением расследованию и учету подлежат несчастные случаи, повлекшие за собой необходимость перевода работника на другую работу, временную или стойкую утрату трудоспособности либо смерть, происшедшие при выполнении работником своих трудовых обязанностей (работ), выполнения работы по заданию работодателя в течение рабочего времени (включая установленные перерывы) на территории организации или вне ее (в том числе по дороге к месту выполнения задания), а также во время, необходимое для приведения в порядок орудий производства, одежды и т.п. перед началом или по окончании работы, а также при выполнении работ в сверхурочное время, выходные и праздничные дни.

К несчастным случаям на производстве относятся: травмы, в том числе полученные в результате нанесения телесных повреждений другим лицом; острое отравление; тепловой удар; ожог; обморожение; утопление; поражение электрическим током, молнией и ионизирующим излучением; укусы насекомых и пресмыкающихся, телесные повреждения, нанесенные животными; повреждения, полученные в результате взрывов, аварий, разрушения зданий, сооружений и конструкций, стихийных бедствий и других чрезвычайных ситуаций.

Кроме того, расследованию и учету как несчастные случаи на производстве подлежат травмы, полученные: при следовании к месту работы или с работы на предоставленном работодателем транспорте либо на личном транспорте при соответствующем договоре или распоряжении работодателя о его использовании в производственных целях; при следовании к месту командировки и обратно и в некоторых других случаях.

Если несчастный случай на производстве произошел с работником, застрахованным от него, работодатель обязан в течение суток сообщить об этом в исполнительный орган фонда социального страхования (по месту регистрации в качестве страхователя).

Причины несчастных случаев многообразны, но могут быть сгруппированы в технические, организационные и санитарно-гигиенические.

Технические причины: техническое несовершенство и конструктивные недостатки энергетических, транспортных систем и оборудования; несовершенство технологического процесса; несовершенство или отсутствие средств безопасности - блокировок, ограждений и предохранительных устройств.

Организационные причины: нарушение технологического процесса, неправильная организация труда, рабочего места; использование несоответствующего оборудования, приспособлений, инструмента, отсутствие руководства и надзора за работой, недостаточная обученность рабочих безопасным приемам труда, нарушение и несоблюдение инструкций по технике безопасности, необеспеченность индивидуальными средствами защиты.

Санитарно-гигиенические причины: ненормальные метеорологические условия, нерациональное освещение, превышение норм уровней шума, вибрации, вредные выделения и излучения, антисанитарное состояние производственных и бытовых помещений.

Анализ причин и уровня травматизма может быть проведен следующими методами: групповым, топографическим, монографическим, статистическим и экономическим.

При групповом методе несчастные случаи распределяются по группам в зависимости от характера работ, вида оборудования, характера повреждений и т.п. за определенный период времени. При этом выявляется повторяемость случаев, опасность работы на том или ином оборудовании.

Топографический метод заключается в распределении причин несчастных случаев по месту происшествия, при этом выявляются неблагоприятные места по травматизму.

Монографический метод состоит в детальном исследовании комплекса условий, при которых произошел несчастный случай: детально изучается технологический процесс, оборудование, особенности работы и пр. При этом методе выявляются не только причины несчастного случая, но и потенциальные опасности, что позволяет наиболее полно установить меры предупреждения травматизма и профессиональных заболеваний.

Статистический метод дает возможность оценить количественно и качественно уровень травматизма посредством двух показателей: коэффициента частоты и коэффициента тяжести несчастных случаев.

Коэффициент частоты (Кч) - это отношение числа несчастных случаев за отчетный период к 1000 работающих.

Кч = (N/P) ∙ 1000,                                                                                     (5.4)

где N - число учитываемых несчастных случаев, вызвавших потерю трудоспособности;- списочный состав работающих в отчетный период, чел.

Коэффициент тяжести (Кт) - это число, показывающее среднее количество рабочих дней, потерянных каждым пострадавшим в отчетный период.

Кт = T/N,                                                                                        (5.5)

где T - общее количество рабочих дней, потерянных в учтенных случаях за отчетный период.

Используя эти коэффициенты и распределив несчастные случаи по профессии пострадавших, по месту происшествия и другим показателям, можно определить направление работ по борьбе с травматизмом.

Экономический метод заключается в определении экономического ущерба от травматизма, а также в оценке эффективности затрат, направленных на предупреждение несчастных случаев, с целью оптимального распределения средств на мероприятия по ОТ.

В данном случае используются коэффициент минимальных материальных потерь и экономический показатель травматизма [Охрана труда в электроустановках, 1983, с. 17].

Коэффициент минимальных материальных потерь (Кп) - число трудопотерь в днях на 1000 работающих:

Кп = Кч ∙ Кт = (T/P) ∙ 1000                                                            (5.6)

Экономический показатель травматизма - стоимость потерь рабочего времени на 1000 работающих:

где Зп - средняя зарплата пострадавшего.

5.4 Расчет освещенности и выбор осветительных приборов

Электрическое освещение в производственных помещениях является неотъемлемой частью производства. Оно необходимо, прежде всего, для исключения ситуаций плохой видимости диагностируемых аппаратов и поражения электрическим током при попытках их подключения в затемненных условиях.

Чтобы правильно выбрать нужное нам освещение, необходимо произвести светотехнический расчет [12]. В данном случае рассчитываем рабочее освещение цеха, выполненное лампами ДРЛ, кривая силы света - Д и рабочее освещение вспомогательного помещения, выполненного люминесцентными лампами низкого давления

Светотехнический расчет освещения помещений будет вестись методом коэффициента использования светового потока. Данный цех имеет средние коэффициенты отражения стен, пола, потолка.

Общие размеры цеха примем А*В*Н = 60*27*9 м, размеры без вспомогательного помещения (рабочая область, где производят диагностику и ремонт оборудования), А*В*Н = 50*27*9 м. Высота подвеса светильников - 5м, высота рабочей поверхности - 1.5м.

В цехе присутствует нормальная окружающая среда, с малым содержанием пыли, вредные, горючие пары и вещества отсутствуют. Насыщенность помещения светом нормальная, точность зрительной работы средняя. Норма освещенности, Е, при постоянном пребывание людей в помещении, 200 лк. Выбираем светильник типа РСП05 700.

Определим расчетную высоту, м, по формуле:

Нр=Н-hсв-hраб                               (5.8)

где H - высота подвеса светильника, м;

hсв - высот светильника, м;

hраб - высота рабочей поверхности, м.

Нр=5-0.55-1.5=3 м

Определим расстояние между светильниками, м

L=k · Hр                                (5.9)

где k - коэффициент, зависящий от класса светильника по кривой силы света КСС, / 1 / № табл. 1.4 /

L=2.4 · 3=7.2 м

Определим расстояние от стены до светильника, м

l= (0.3÷0.4) · L                                 (5.10)

l= (0.3÷0.4) · 7.2=2.16÷2.88 м

Построим графически размещение светильников в данном цехе, рис.5.1

Рисунок 5.1 - План расположения светильников в цехе

Определим индекс помещения

i =                                  (5.11)

i =  

Определим коэффициент использования светового потока

kи = ηп · ηсв                          (5.12)

где ηп - КПД помещения; рп=0.5,рс=0.5,рр=0.1, ηп=0.7 при i=5

ηсв - КПД светильника, 0.8

kи = 0.7· 0.8=0.56

Определим световой поток лампы, необходимый для обеспечения заданной минимально освещенности, лм

Fл=                                 (5.13)

где Е - норма освещенности, лк;

S - площадь помещения, м2;

Кз - коэффициент запаса, / 1 / № табл.1.5 /

Z - коэффициент минимальной освещенности,/ДРЛ=1.15/;

n - количество светильников;

Ки - коэффициент использования светового потока.

Fл=клм

Данному световому потоку соответствует мощность ламп ДРЛ 700 [1, табл. 1.7].

Далее произведём проверку выбранной мощности светильника методом удельной мощности. Это простой способ определения мощности ламп, необходимых для равномерного освещения какого либо помещения.

Рассчитаем мощность Р, Вт одной лампы

Р=w · S/n                               (5.14)

где w - удельная мощность, Вт/м2

S - освещаемая площадь помещения, м2

n - количество светильников

Р=14 · 1350/28=675 Вт

Полученный результат мощности 675 Вт => 700 Вт, следовательно расчет выполнен верно.

По результатам расчётов видно что в цехе по диагностике силового оборудования устанавливаются 28 светильников с лампами ДРЛ типа РСП05 мощностью 700 Вт, степенью защиты от воды и пыли IP23, классом светораспределения П, КПД 80%, диаметр - 0.53м и высотой 0.63м, способ установки - подвесной. В вспомогательном помещении устанавливаются 14 светильников с люминесцентные лампы типа ЛСП02 мощностью 2*65, степенью защиты от воды IP20, классом светораспределения Н, КПД 70%, длинна - 0.12м и высотой 153 мм, способ установки - подвесной.

 

5.5 Меры электробезопасности при эксплуатации электровоза ВЛ 80

Локомотивные бригады, кроме безусловного выполнения утвержденных правил безопасности, обязаны соблюдать дополнительные меры личной безопасности при эксплуатации электровозов.

При поднятом токоприемнике локомотивной бригаде запрещается:

проходить по продольному коридору машинного отделения в момент набора или сброса позиций промежуточного контроллера;

при необходимости произвести сброс позиций промежуточного контроллера (ПЕК) и нахождении одного из членов локомотивной бригады в машинном отделении требуется предварительно отключить быстродействующий выключатель (ЕВ);

просовывать руки и посторонние предметы за пределы защитных сеток высоковольтной камеры (ВВК);

открывать дверцы шкафа тиристорного возбудителя 100;

прикасаться к крышке подкузовной розетки для ввода электровоза в депо под низким напряжением.

Запрещается прикасаться к конденсаторам 101,102 тиристорного возбудителя даже при опущенном токоприемнике и включенном заземлителе.

Электровоз имеет в цепях высокого напряжения защитные устройства, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала. К этим устройствам относятся блок-контакты и электромагнитные защелки дверей, щитов ВВК и люка выхода на крышу, а также реле 485. Запрещается самовольное отключение указанного оборудования.

При неисправности реле 485, когда невозможно восстановить его защитные функции в пути следования, членам локомотивной бригады запрещается покидать кабину машиниста и заходить в машинное отделение без предварительного опускания токоприемников (необходимо визуально убедиться, что они опущены) и включения заземлителей. При приемке электровоза в обязательном порядке проверяется включение реле 485 в соответствии с установленной схемой.

Перед осмотром и выполнением работ в ВВК локомотивная бригада обязана: опустить токоприемники, отключить разъединители, включить заземлители и убедиться визуально в том, что токоприемники опущены. После включения заземлителей разрядить конденсатор высокого напряжения включением БВ, убедиться по сигнальным лампам заземлителей на табло 827 и 828 в кабине машиниста и зеленым сигнальным лампам в машинном отделении в том, что" заземлители включены, перекрыть разобщительные краны к клапанам токоприемников, снять все шунтирующие перемычки и проводники на рейках зажимов и аппаратах в обеих секциях электровоза.

Категорически запрещается открытие дверей и щитов ВВК не предусмотренными способами. При невозможности открыть двери и щиты ВВК необходимо еще раз убедиться визуально в том, что токоприемники опущены, а заземлители включены в обеих секциях.

Перед подъемом токоприемников необходимо убедиться в закрытии дверей и щитов ВВК и надежной фиксации запоров на них.

В практике эксплуатации электровозов наблюдались случаи подъема токоприемников при открытых дверях или щитах ВВК из-за неисправности защитного блокировочного оборудования.

При определении места короткого замыкания (КЗ) и наблюдении за аппаратурой ВВК в момент подачи высокого напряжения в силовую цепь следует находиться не ближе открытой двери в машинное отделение или у шкафа релейной группы (при наблюдении за аппаратурой с противоположной от кабины машиниста стороны). В целях пожарной безопасности запрещается эксплуатировать электровозы с закрытыми жалюзями на реостатных позициях из-за возможного возгорания пускотормозных резисторов.

Запрещается приступать к работе на электровозе при красном или негорящих огнях световой сигнализации на ремонтном стойле (пути) депо, ПТОЛ.

Заземление шкафов и ящиков с электрооборудованием необходимо поддерживать в исправном состоянии и проверять при каждом техническом обслуживании и ремонте электровоза. Особое внимание следует обращать на заземление кожухов электропечей и щитков измерительных приборов.

Перед техническим обслуживанием или ремонтом оборудования в высоковольтной камере необходимо проверить исправность электрических и механических защитных устройств (блокировок) дверей и ограждений высоковольтной камеры. Запрещается открывать двери (шторы) высоковольтной камеры (находиться в высоковольтной камере), снимать щиты подвагонных ящиков, кожухи и другие защитные ограждения электрооборудования при поднятом токоприемнике электровоза и электропоезда, а также если к розеткам питания от постороннего источника под кузовом электровоза подведено напряжение выше 42 В переменного тока или выше 110 В постоянного тока.

Подачу напряжения во вспомогательные электрические цепи и электрическую цепь тяговых электродвигателей от постороннего источника тока следует производить при выключенном главном выключателе (быстродействующем выключателе), опущенном токоприемнике, заземленных межсекционных проводах электрических цепей тяговых электродвигателей и заблокированной секции электровоза.

Во всех случаях подключения тяговых двигателей под напряжение до 400 В постоянного тока места присоединения питающего кабеля к выводным концам тягового двигателя изолируют.

При поднятом и находящемся под напряжением токоприемнике электровоза (вагонов электропоезда) разрешается:

заменять перегоревшие лампы освещения ходовых частей, кузова (без захода в высоковольтную камеру и снятия ограждений), кабин управления, вагонов электропоезда и буферных фонарей при обесточенных цепях освещения;

протирать стекла кабины управления внутри и снаружи и лобовую часть кузова, не приближаясь к токоведущим частям контактной сети, находящимся под напряжением, на расстояние менее 2 м и не касаясь их через какие-либо предметы;

менять предохранители в цепях управления, предварительно их обесточив;

менять прожекторные лампы при обесточенных цепях освещения, если их смена предусмотрена из кабины управления;

осматривать тормозное оборудование и проверять выходы штоков тормозных цилиндров;

проверять на ощупь нагрев букс;

вскрывать кожух и настраивать регулятор давления;

настраивать электронный и вибрационный регуляторы напряжения, стоя на диэлектрическом ковре и надев диэлектрические перчатки и диэлектрические боты;

продувать маслоотделители и концевые рукава тормозной и напорной магистралей;

проверять подачу песка под колесную пару.

На электровозах, кроме того, разрешается:

обслуживать аппаратуру под напряжением 50 В постоянного тока, которая находится вне высоковольтной камеры;

проверять цепи электронной защиты под наблюдением мастера, стоя на диэлектрическом ковре и надев на руки диэлектрические перчатки;

проверять показания электроизмерительных приборов, расположенных в шкафах с электрооборудованием;

проверять показания манометров, расположенных в шкафах с оборудованием;

контролировать по приборам, а также визуально работу машин и аппаратов, не снимая ограждений и не заходя в высоковольтную камеру;

обтирать нижнюю часть кузова;

осматривать механическое оборудование и производить его крепление, не заходя под кузов;

проверять давление в маслопроводе компрессора;

регулировать предохранительные клапаны воздушной системы;

производить уборку (кроме влажной) кабины, тамбуров и проходов в машинном отделении.

Выполнение других работ на электровозе, в том числе состоящем из двух и более секций, и электропоезде при поднятом хотя бы на одной из секций электровоза (вагоне электропоезда) и находящемся под напряжением токоприемнике запрещается.

Слесарю запрещается:

иметь и применять личные реверсивные рукоятки контроллера машиниста, блокировочные ключи выключателей и других устройств, а также пользоваться заменяющими их приспособлениями;

отключать любое блокирующее устройство, обеспечивающее безопасность ремонтного (обслуживающего) персонала, а также снимать при поднятом токоприемнике съемные крышки подвагонных ящиков с электрооборудованием и другие ограждения на электровозе ;

подниматься на крышу электровоза, вагонов электропоезда под контактным проводом, находящимся под напряжением, а также при снятом напряжении, но еще незаземленном контактном проводе.

При техническом обслуживании и ремонте оборудования, узлов и деталей непосредственно на электровозе (электропоезде) следует пользоваться переносными светильниками на напряжение не выше 42 В переменного тока. При работах на электровозе допускается использование переносных светильников с лампами на напряжение 50 В постоянного тока от аккумуляторной батареи или другого источника питания. Запрещается использование переносных светильников без предохранительных сеток, с поврежденной вилкой и изоляцией проводов.

Перед испытанием сопротивления изоляции электрического оборудования повышенным напряжением слесарь должен убедиться, что все работы на электровозе (секции электропоезда) прекращены, работники с используемым в работе инструментом сошли с электровоза и вышли из смотровой канавы, электровоз спереди и сзади с правой и левой сторон огражден четырьмя предупреждающими знаками "Внимание! Опасное место", а спереди и сзади на расстоянии 2 м от электровоза

До подачи испытательного напряжения от трансформатора необходимо проверить его заземление и затем присоединить провода к испытываемому оборудованию. Регулировку испытательного напряжения следует выполнять в диэлектрических перчатках, стоя на диэлектрическом коврике.

Проверку сопротивления изоляции мегаомметром и регулировку тока уставки электрических аппаратов без снятия с электровоза (электропоезда) должны проводить два слесаря, один из которых должен иметь группу по электробезопасности не ниже IV, а второй - не ниже III.

Провода, отсоединяемые от электрического аппарата, необходимо предварительно обесточить, для чего их следует отключить от аккумуляторной батареи, концы тщательно изолировать и укрепить в положении, исключающем возможность соприкосновения с электрическими аппаратами или заземленными частями электровоза .

Испытания сопротивления изоляции электрооборудования повышенным напряжением, проверку целости электрических цепей и измерение сопротивления изоляции с помощью мегаомметра следует производить при закороченных и заземленных вторичных обмотках тягового трансформатора. После проверки целости электрических цепей или измерения сопротивления изоляции необходимо снять емкостной заряд этих цепей заземляющей штангой путем касания контактным пальцем штанги одного из выводов каждой группы вторичных обмоток тягового трансформатора, которые питают соответствующие преобразователи. Токо после этого можно снять перемычки и заземление вторичных обмоток тягового трансформатора.

Во время испытания повышенным напряжением и измерения сопротивления изоляции электрооборудования электровоза с помощью мегаомметра запрещается производить любые виды технического обслуживания и ремонта электрических аппаратов и машин. Запрещается выполнять измерение сопротивления изоляции крышевого оборудования электровоза при стоянке его под контактным проводом, находящимся под напряжением.

Перед испытаниями изоляции аппаратов, снятых с электровоза , на электрическую прочность необходимо проверить исправность блокирующих устройств двери ячейки испытательной станции. Предупредительная сигнализация должна быть включена на протяжении всего времени испытаний.

Осмотр тяговых двигателей, подвагонного оборудования, вспомогательных машин и аппаратов электровоза (электропоезда) следует производить только при опущенных токоприемниках на всех секциях электровоза (моторных вагонах электропоезда), выключенных крышевых разъединителях и шинном разъединителе, отключенном выключателе управления в кабине и отключенных ножах выключателей тяговых двигателей.

Перед обточкой, шлифовкой коллекторов тяговых электродвигателей и вспомогательных машин и прослушиванием работы подшипников тяговых редукторов, моторно-якорных, буксовых подшипников и зубчатой тяговой передачи колесно-моторных блоков на электровозе, электропоезде (далее - ЭПС) следует убедиться, что все работы в кабине, кузове, под кузовом и на крыше прекращены и работники сошли с ЭПС, вышли из смотровой канавы. При этом щеткодержатель обтачиваемого тягового электродвигателя (вспомогательной машины) должен быть заземлен, электрощетки тягового электродвигателя, находящегося в паре с обтачиваемым, сняты, а колесные пары тележки заторможены ручным тормозом или тормозными башмаками, за исключением той, которая приводится во вращение.

При обточке под ЭПС коллектора якоря тягового электродвигателя (приводимого во вращение от постороннего источника тока) с помощью переносного устройства его резец должен быть электрически изолирован от суппорта. Лампа местного освещения под ЭПС должна быть установлена так, чтобы не мешала слесарю и не слепила его.

При обточке и шлифовке коллекторов тяговых двигателей и вспомогательных машин слесарь должен надеть диэлектрические перчатки, защитные очки (маску) и подложить под ноги диэлектрический резиновый ковер, а при продорожке коллектора - надеть защитные очки (маску).

Шлифовку коллектора слесарь должен выполнять при помощи специальной колодки с изолированной ручкой.

Запрещается обточка и шлифовка коллекторов тяговых двигателей при снятых кожухах зубчатой передачи.

Во всех случаях подключения тяговых двигателей под напряжение до 400 В постоянного тока места присоединения питающего кабеля к выводным концам тягового двигателя изолируют.

Включение и выключение тока в этих случаях следует выполнять контактором с механическим, электропневматическим или электромагнитным приводом или рубильником, снабженным предохранительным щитком.

5.6 Критерии электробезопасности

Защитные системы от поражения током должны строиться исходя из безопасных для человека значений тока при данном пути и длительности его протекания и других факторов. Для нужд практической электротехники выработаны нормативные значения допустимых токов промышленной частоты. Эти токи считаются допустимыми для наиболее вероятных путей их протекания в теле человека: рука - рука, рука - ноги и нога - нога. Они не могут рассматриваться как обеспечивающие полную безопасность и принимаются в качестве допустимых с достаточно малой вероятностью поражения.

Условия, при которых происходит поражение током

Человек попадает под воздействие электрического тока при случайном прикосновении к токоведущим частям электроустановки или приближении на недопустимо близкое расстояние, при возникновении в электроустановке аварийного режима; при несоответствии параметров электроустановки нормам, а также при нарушении правил техники безопасности и эксплуатации электроустановок.

Известны статистические данные о причинах попадания людей под напряжение (табл.1) [4, с.50].

Таблица 5.1

Причина поражения	% от всех электротравм
Прикосновение к открытым токоведущим частям, находящимся под напряжением	56
Прикосновение к проводящим частям оборудования, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции	23
Прикосновение к токоведущим частям, покрытым изоляцией, потерявшей свои свойства; касание токоведущих частей предметами с низким электрическим сопротивлением	18
Соприкосновение с полами, стенами, элементами конструкций, грунтом, оказавшимися под напряжением вследствие аварийного замыкания на землю	2
Поражение через электрическую дугу	1

При рассмотрении условий возникновения электрической цепи через тело человека различают прямой контакт человека с токоведущими частями и косвенный. Прямой контакт возникает, как правило, в результате нарушения правил техники безопасности и эксплуатации электроустановок, а косвенный - при пробое изоляции на корпус оборудования.

Замыкание на корпус - случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки. Замыкание на землю - случайное электрическое соединение токоведущей части с землёй или нетоковедущими проводящими конструкциями или предметами, не изолированными от земли.

Ток через тело человека проходит в том случае, когда человек одновременно касается двух точек, между которыми существует напряжение. Величина поражающего тока зависит от того, каких частей электроустановки касается человек, то есть от условий поражения.

Могут наблюдаться следующие условия поражения:

двухполюсное прикосновение к токоведущим частям

При двухполюсном прикосновении к токоведущим частям человек одновременно касается частями тела (например, руками) токоведущих частей оборудования.

однополюсное прикосновение к токоведущим частям

Цепь тока через тело человека в сети с изолированной нейтралью (то есть с нейтралью, не присоединённой к заземляющему устройству или присоединённой через аппараты, имеющие большое сопротивление) замыкается через землю и проводимости, существующие между фазами сети и землёй. В сети с заземлённой нейтралью (то есть с нейтралью, присоединённой к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление) ток замыкается через человека, землю и заземление нейтрали. Таким образом, при однополюсном прикосновении одна из точек касания - точка грунта (земли).

прикосновение к заземлённым нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением

Под нетоковедущими частями понимают металлические части, формально не находящиеся под напряжением. Они могут оказаться под напряжением лишь случайно, в результате повреждения изоляции электроустановки, например, при повреждении корпуса оборудования, оболочки кабелей и т.п. При прикосновении к заземлённому оборудованию, оказавшемуся под напряжением, человек находится в зоне растекания тока, то есть в зоне, каждая точка которой имеет определённый электрический потенциал, обусловленный протеканием через заземлитель тока замыкания на землю.

напряжение прикосновения

Во всех случаях поражения человека током напряжение приложено ко всей цепи человека, куда входят сопротивления: тела, обуви, пола или грунта, на котором стоит человек, и т.д. Та часть напряжения, которая приходится в этой цепи на тело человека, называется напряжением прикосновения. Это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

воздействие напряжения шага

Если человек находится вблизи заземлителя, с которого в землю стекает ток или вблизи места случайного замыкания на землю, то часть этого тока может ответвляться и проходить через ноги человека. Разность потенциалов между ступнями ног на расстоянии шага в зоне растекания тока называется шаговым напряжением. Напряжение шага определяется как напряжение между двумя точками грунта в зоне растекания тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которые одновременно опираются ступни шагающего человека. Шаговое напряжение тем больше, чем ближе к заземлителю находится человек и чем больше длина его шага. Отсюда очевидны меры по предупреждению поражения шаговым напряжением - исключение возможности пребывания людей в зоне растекания тока и удаление человека из зоны, в которой возник опасный потенциал, маленькими шагами.

6. Экономическая часть. расчет себестоимости обслуживания диагностического цеха

 

.1 Материальные расходы

При расчёте материальных расходов необходимо знать: для какого оборудования происходит расчёт; какому виду ремонта подлежит электрооборудование; какой период планово-предупредительного ремонта электрооборудования (ППР); какое количество материалов необходимо использовать на каждое электрооборудование при ремонте; цену на каждый вид материала.

Спецификация оборудования, которое подлежит ремонту в диагностическом цехе (в котором также производится ремонт силовой аппаратуры), приведены в табл. 6.1

Таблица 6.1 - Спецификация электрооборудования

Наименование оборудования	Дата ввода в эксплуатацию	Продолжительность			Трудоёмкость ремонта
		РЦ, мес	МРП, мес	МОП, мес	К.Р. чел/час	Т.Р. чел/час
Токарный станок	04.1996	-	27	3	-	4
Радиально-сверлильный стан.	04.1996	-	27	3	-	5.4
Наждачный станок	04.1996	-	27	3	-	2.6
Заточный станок	04.1996	-	27	3	-	2.6
Сверлильный станок	04.1996	-	27	3	-	4
Вентилятор	04.1996	-	59.7	3	-	6.4
Диагностич комплекс	04.1996	-	12	2	-	5
Освещение вспомогательное	04.1996	-	6	-	-	3.9
Освещение рабочее	04.1996	-	6	-	-	3.9
Кран-балка	04.1996	-	34	1	-	6

Далее будет вестись расчет трудоёмкости, которая находится как произведение количества ремонтов по графику ППР на норму времени за один ремонт. Как пример рассчитаем трудоёмкость для токарного станка при текущем ремонте

Тр = Тр.р*Nр                                 (6.1)

где Тр.р - трудоёмкость ремонта, чел-ч.;

Nр - количество ремонтов, по графику ППР

Тр = 4*3=12 чел/час

Для остального электрооборудования расчёты абсолютно одинаковы и все данные сводятся в таблицу 6.2.

Таблица 6.2 - Нормы времени на ремонт и общая трудоемкость

Наимен-е электрооборудования	Кол.	Количество Ремонтов по графику ППР			Норма времени На один ремонт чел/час			Трудоёмкость ремонтов чел/час			Всего чел/час
		о	т	то	о	т	то	о	т	то
Токарный станок	6	-	3	9	-	4	0.4	-	12	3.6	93.6
Радиально-сверлильный станок	2	-	1	3	-	5.4	0.54	-	5.4	1.62	14.04
Наждачный станок	2	-	1	3	-	2.6	0.26	-	2.6	0.78	6.76
Заточный станок	2	-	1	3	-	2.6	0.26	-	2.6	0.78	6.76
Сверлильный станок	2	-	1	3	-	4	0.4	-	4	1.2	10.4
Вентилятор	4	-	2	6	-	6.4	0.64	-	12.8	3.84	66.56
Диагностич комплекс	1	-	1	5	-	5	0.5	-	5	2.5	7.5
Освещение вспомогательное	1	-	2	-		3.9	-	-	7.8	-	7.8
Освещение рабочее	1	-	2	-		12.5	-	-	25	-	25
Кран-балка	2	-	-	12	-	-	1.2	-	-	14.4	28.8									77.2	28.72	267.22

Для того чтобы рассчитать материальные затраты нужно знать: стоимость материалов и запасных частей, наименование материала и количество затрачиваемого материала.

Сумма отчислений на материальные затраты при текущем ремонте определяется по формуле:

Смтр=Nтр*Н*Сед                                    (6.2)

где Н - норма материала; шт., кг., м2 и т.д.;

Сед - стоимость одной единицы материала, руб;

Nтр - число текущих ремонтов.

Материальные затраты для текущего ремонта электрооборудования приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Материальные затраты для текущего ремонта

Наименование ЭО	Количество ЭО	Количество ТР	Вид материала	Количество материалов на 1ед. ЭО	Стоимость на одну единицу	Общая сумма, руб
Токарный станок	6	3	Обтирочный материал	0.7	14.45	182.07
			Провод обмоточный	6	55.5	5994
			Сталь листовая	0.034	13450	8231.4
			Бензин	0.6	18.45	200
			Краска	0.5	22.13	200
			Лак	0.2	32.6	117.3
Радиально-сверлильный станок	2	1	Обтирочный материал	0.8	14.45	23.12
			Провод обмоточный	3.5	55.5	388.5
			Сталь	0.056	13450	1506
			Бензин	0.85	18.45	31.36
			Лак	0.3	32.6	19.56
			Краска	0.7	22.13	31
			Наждачка	0.4	125.6	100
Наждачный станок	2	1	Обтирочный материал	0.34	14.45	9.82
			Провод обмоточный	5	55.5	555
			Сталь листовая	0.02	13450	538
			Бензин	0.4	18.45	14.76
			Краска	0.4	22.13	17.7
			Лак	0.2	32.6	13.04
			Лак	0.14	32.6	9.12
			Краска	0.35	22.13	15.5
Сверлильный станок	2	1	Обтирочный материал	0.6	14.45	17.34
			Провод обмоточный	3.7	55.5	410.7
			Сталь листовая	0.045	13450	1210
			Бензин	0.45	18.45	16.6
			Краска	0.4	22.13	17.7
			Лак	0.24	32.6	15.64
Вентилятор	4	2	Обтирочный матерал	0.7	14.45	80.92
			Провод обмоточный	7	55.5	3108
			Сталь листовая	0.07	13450	7532
			Бензин	0.8	18.45	118.08
			Краска	0.4	22.13	70.81
			Лак	0.34	32.6	88.6
			Наждачка	0.5	125.6	502.4
Диагностический комплекс	1	1	Обтирочный матерал	0.3	14.45	4.33
			Кабели	0.023	13450	309.3
			Бензин, спирт технич.	0.6	18.45	11.07
			Краска	0.6	22.13	13.27
Освещение вспомогательное	1	2	Изолента	4	8.19	65.52
			Лампа	14	145.2	4065
			Светильник	14	173.65	4862
			Выключатель	2	26.7	106.8
			Коробка	1	18.4	36.8
			Розетка	4	23.5	188
			Кабель	30	176	10560
Освещение рабочее	1	2	Изолента	6	8.19	98.28
			Кабель	80	134	21400
			Светильник	28	320	17920
			Наждачка	1	125.6	251.2
			Бензин	2	18.45	73.8
			Краска	1	22.13	44.26
Итого						92444

Сумма отчислений на материальные затраты при техническом обслуживании определяется по формуле:

Смто=Nто*Н*Сед                                    (6.3)

где Н - норма материала; шт., кг., м2 и т.д.;

Сед - стоимость одной единицы материала, руб;

Nт - число технических оюслуживаний.

Материальные затраты для технического обслуживания электрооборудования приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 - Материальные затраты для технического обслуживания

Наименование ЭО	Количество ЭО	Количество ТО	Вид материала	Количество материалов на 1ед. ЭО	Стоимость на одну единицу	Общая сумма, руб
Токарный станок	6	9	Обтирочный материал	0.7	14.45	546.21
			Бензин	0.6	18.45	597.7
Радиально-сверлильный станок	2	3	Обтирочный материал	0.8	14.45	69.36
			Бензин	0.85	18.45	94
			Наждачка	0.4	125.6	301.44
Наждачный станок	2	3	Обтирочный материал	0.34	14.45	29.47
			Бензин	0.4	18.45	44.28
Заточный станок	2	3	Обтирочный материал	0.22	14.45	19.07
			Бензин	0.3	18.45	33.21
Сверлильный станок	2	3	Обтирочный материал	0.6	14.45	52.02
			Бензин	0.45	18.45	49.81
			Наждачка	0.34	125.6	256.22
Вентилятор	4	6	Обтирочный материал	0.7	14.45	242.76
			Бензин	0.8	18.45	354.2
			Наждачка	0.5	125.6	1507.2
			Краска	0.4	22.13	212.44
Диагностический комплекс	1	5	Обтирочный материал	0.3	14.45
			Спирт технический	0.6	18.45	55.35
			Кабели	0.35	125.6	220
Кран-балка	2	12	Обтирочный материал	0.5	14.45	173.4
			Бензин	0.7	18.45	309.9
			Наждачка	0.4	125.6	1205.7
			Краска	0.4	22.13	212.4
Итого						6607

Определим общую стоимость материалов для текущего ремонта и технического обслуживания по формуле:

См.общ = См.тр+См.то                           (6.4)

См.общ = 92444+6607=99051руб

6.2 Расходы на оплату труда

Основными формами заработной платы являются сдельная и повременная. Сдельная оплата труда включает в себя несколько видов:

прямая, прогрессивная, премиальная, косвенная, аккордная.

Повременная оплата труда включает в себя несколько видов:

простая, премиальная.

При диагностике и ремонте электрооборудования применяется повременно-премиальная система оплаты труда. Кроме заработка по повременному тарифу, предусматривается выплата рабочим премий за достижение определённых количественных показателей. Повременно-премиальная система оплаты труда повышает у рабочего заинтересованность в увеличении производительности своего труда.

При расчёте оплаты труда необходимо определить баланс рабочего времени, с помощью которого можно будет узнать какую выплату получат рабочие при работе в течение года с учётом нерабочих дней и с учётом неявки на работу.

Определяем заработную плату по тарифу по формуле:

,                                                                                    (6.5)

где Тр - трудоёмкость, чел./час;

Т  - тариф, руб.

Определяем сумму выплачиваемой премии по формуле:

,                                                             (6.6)

Где Зп.т     -         заработная плата по тарифу, руб.;

Пр -       премия, 50 %.

Определяем сумму выплачиваемую за вредность по формуле:

                                 (6.7)

где Вр - надбавка за вредность, 4%;

Зп.пр  - заработная плата с учётом премии, руб.

Заработная плата с учётом всех премий находится по формуле:

                       (6.8)

где Зп.т - заработная плата по тарифу, руб.;

Спр - сумма выплачиваемой премии, руб.;

Свр.  - сумма выплачиваемая за вредность, руб.;

СС.Н.иР.К - сумма выплачиваемая с учетом районного коэффициента и северной надбавки, руб.

 руб.

6.3 Единый социальный налог

Единый социальный налог взимается с общих затрат на заработную плату для отчисления в пенсионный фонд, фонд социального страхования и фонд обязательного медицинского страхования. В единый социальный налог включаются отчисления в пенсионный фонд - 20%, фонд социального страхования - 3.2%, фонд обязательного медицинского страхования - 2.8%

Отчисления в каждый фонд определяются по формуле:

                             (6.9)

где Зп.общ  - общая сумма по оплате труда рабочих, руб.;

фонд%  - вид фонда.

 

 

Единый социальный налог вычисляется суммой всех фондов:

 (6.10)

 

Показатели единого социального налога приведены в таблице 6.5

Таблица 6.5 - Показатели единого социального налога

Фонды	Отчисления, %	Отчисления, руб.
Пенсионный	20	1771.26
Социального страхования	3,2	283.4
Обязательного медицинского страхования	2,8	247.9
Итого	26	2302.56

6.4 Амортизационные отчисления

Расчет амортизационных отчислений производится методом прямого счета на основании среднегодовой стоимости отдельных видов основных фондов и установленных норм амортизации.

Рассчитываем амортизационные отчисления по формуле:

, (6.11)

где Ао  - амортизационные отчисления за год, руб.;

Бс - балансовая стоимость оборудования, руб.;

На - норма амортизации, %.

Результаты расчета амортизационных отчислений и данные для расчёта сведены в таблице 6.6

Таблица 6.6 - Амортизационные отчисления

Наименование оборудования	Балансовая стоимость, руб.	Норма амортизации, %	Сумма амортизации, руб.
Токарный станок	24560	6.3	1547.2
Радиально-сверлильный станок	35750	7.2	2574
Наждачный станок	20114	5.2	1045
Заточный станок	22540	4.9	1104
Сверлильный станок	18560	6.1	1132
Вентилятор	25340	4.3	1089
Диагностический комплекс	45400	10	4540
Освещение вспомогательное	16790	5.6	940
Освещение рабочее	24113	6.1	1470
Кран-балка	21210	4.7	996
Итого			16437

 

6.5 Прочие расходы

При расчёте затрат на электроэнергию учитываются затраты на потребляемую мощность электрооборудования необходимого для ремонта основного электрооборудования и мощность требуемая при освещении рабочего места и помещения.

Тариф за 1 кВт ч для предприятий составляет 0,64 рублей.

При ремонте используется электрооборудование, мощность которого приведена в таблице 6.7.

Таблица 6.7 - Мощность используемого оборудования

Наименование электрооборудования	Количество оборудования	Мощность кВт	Общая мощность
Электрическое освещение рабочее	1	19	19
Электрическое освещение вспомогательное	1	1.8	1.8
Паяльник	2	0.4	0.8
Итого	4	21.2	21.6

Определяется годовое количество электроэнергии по формуле:

                                                                       (6.12)

где

Рср

-

мощность используемого оборудования, кВт.

Определим годовое количество часов по формуле:

                               (6.13)

где Рср  - максимальное значение нагрузки используемого оборудования, кВт.

Расчёт затрат на электроэнергию рассчитывается по формуле:

                                     (6.14)

где Ц - цена за 1 кВт*ч.

Накладные расходы или накладные расходы непроизводственного назначения, связаны с функцией руководства, управления, которые осуществляются в рамках предприятия, фирмы, компании в целом.

Накладные расходы это расходы на обслуживания и управление производством, также в состав накладных расходов включаются расходы на содержание и эксплуатацию оборудования и цеховые расходы на управление.

Накладные расходы рассчитываются как 80% от общей заработной платы по формуле:

 (6.15)

где Зп.общ  - общая сумма по оплате труда рабочих, руб.

Определяем себестоимость при ремонте электрооборудования по формуле:

                           (6.16)

где См - общая стоимость материалов, руб.;

Зп.общ  - общая сумма по оплате труда рабочих, руб.;

ЕСН - отчисления на социальные нужды, руб.;

Ао - амортизационные отчисления за год, руб.;

Зэ.э  - затраты на электроэнергию, руб.;

Нр - прочие затраты, руб.

6.6 Смета затрат на обслуживание

Смета затрат на обслуживание это итоговая сумма которая покажет общую себестоимость обслуживания электрооборудования. Смета рассчитывается как сумма всех затрат. Себестоимость обслуживания представляет выраженные в денежной форме текущие затраты предприятий на производство и реализацию услуг. Себестоимость обслуживания является не только важнейшей экономической категорией, но и качественным показателем, так как она характеризует уровень использования всех ресурсов, находящегося в распоряжении предприятия.

Основным документом, которым необходимо руководствоваться при формировании себестоимости обслуживания на предприятии, является Положение о составе затрат по производству и реализации услуг и о порядке формирования финансовых результатов, учитываемых при налогообложении прибыли, утвержденное постановлением Правительства РФ от 5 августа 1992г. № 552 и последующими дополнениями и изменениями.

Под структурой себестоимости понимаются ее состав по элементам или статьям и их доля в полной себестоимости. Систематическое определение и анализ структуры затрат на предприятии имеют очень важное значение, в первую очередь для управления издержками на предприятии с целью их минимизации. Структура затрат позволяет выявить основные резервы по их снижению и разработать конкретные мероприятия по их реализации на предприятии.

Смета затрат на ремонт электрооборудования и структура приведены в таблице 6.8.

Таблица 6.8 - Смета и структура затрат на обслуживание ЭО

Статьи затрат	Сумма, руб.	Структура, %.
1 Себестоимость, руб	226587
1.1 Материальные расходы	99051	40.4
1.2 Заработная плата	8856	3.61
1.3 Единый социальный налог	2302	1
1.4 Амортизационные отчисления	16437	6.71
1.5 Затраты на электроэнергию	92856	37.9
1.6 Накладные расходы	7085	2.89
2 Рентабельность, % (8)	18126	7.40
Итого	244713	100

Наиболее удельный вес в структуре себестоимости затрат на обслуживание электрооборудования имеют материальные расходы, которые составляют 99051 руб. - 40.4%, далее идут прочие расходы т.е. затраты на электроэнергию - 92856 руб. - 37.9%, затем рентабельность 18126 руб. - 7.40%, далее идут амортизационные отчисления - 16437 руб. - 6.71%, заработная плата 8856 руб. -3.61% , накладные расходы 7085 - 2.89% и наконец отчисления на социальные нужды 2302 - 1%.

Если сравнить полученные затраты со статистикой отказов ЭО и необходимостью полной его замены (цифры, приведенные в п. 1.2, за тот же отчетный (годовой) период получаются на порядок выше), становится очевидной эффективность работы диагностического цеха в электровозном депо.

Заключение

В настоящей работе рассмотрены проблемы диагностики силовых цепей электровоза ВЛ80с.

В первой части работы изложены основные сведения о силовой схеме электровоза, а также приведена статистика отказов элементов силовых цепей за последнее десятилетие.

Далее мы остановились на разработке устройств в диагностических аппаратах, для чего изложили основные процессы измерений при диагностике, их принципы, методику, последовательность, схемы.

В главе, посвященной выбору диагностических аппаратов, мы рассмотрели современный подход к измерениям в силовых цепях, существующие приборы, производящие данные измерения по отдельности, их преимущества для наших целей. Далее мы объединили рассмотренные принципы в единый диагностический комплекс.

В следующей главе мы вкратце остановились на методах диагностики, выбрав необходимые контрольные точки.

Раздел охраны труда посвящен вопросам безопасности оборудования, выявлению источников травматизма и расчету осветительных цепей диагностического цеха.

Экономическая часть затрагивает вопрос себестоимости содержания диагностического цеха при стандартном наборе станков и оборудования. Проведенный расчет убедительно доказывает, что диагностика силовых цепей не является расходной частью в содержании парка электровозов; напротив, позволяет существенно экономить средства, заблаговременно выявляя дефекты и предотвращая выход цепей из строя, а значит, дорогостоящую замену аппаратов и узлов.

Мы полагаем, что заявленная тема раскрыта нами в полном объеме.

Список литературы

 

1. Абрамович М. И., Бабайлов В. М., Либер В. Е. и др. Диоды и тиристоры в преобразовательных установках. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 432 с.

. Беспалов Н. Н. Исследование ВАХ силовых полупроводниковых приборов в состоянии низкой проводимости и требования к испытательной аппаратуре / Н. Н. Беспалов, Ю. М. Голембиовский, Н. В. Трофимов // Электротехнические комплексы и силовая электроника, анализ, синтез и управление. - Саратов, СГТУ, 2002. - С. 4−10.

. ГОСТ 24461-80 (СТ. СЭВ 1656-79). Приборы полупроводниковые силовые. Методы измерений и испытаний. - М. : Издательство стандартов, 1981. - 56 с.

. Грузовые электровозы переменного тока: Справочник / З.М. Дубровский, В.И. Попов, Б.А. Тушканов. - М.: Транспорт, 1998. - 503 с.

. Зорохович А.Е., Крылов С.С. Основы электротехники для локомотивных бригад: Учебник для техн. школ. - М.: Транспорт, 1987. -414 с.

. Зорохович А.Е., Крылов С.С. Основы электроники для локомотивных бригад: Учеб. пособие для техн. школ. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1992. - 213 с.

7. Измерение параметров изоляции: приборы Сонэл. <http://www.kipmatic.ru/Stati/Izmerenie-parametrov-izolyatsii.html>

. Измеритель Висмут-М. <http://www.prbe.ru/vismut.html>

. Инструкция по формированию, ремонту и содержанию колесных пар тягового подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм. ЦТ № 329. 1995.

.Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. - М.: Транспорт, 1991. -480 с.

. Папченков СИ. Электрические аппараты и схемы тягового подвижного состава. - М.: УМК МПС, 2002. - 603 с.

. Князевский Б.А. Охрана труда в электроустановках: Учебник для вузов, 3-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 336 с.

. Компаненко Л. Миллиомметр. // Радио, 2006, № 5. с. 23.

. Комплекс РЕТОМ-11М. <http://www.etalonpribor.com.ua/relaytest.html>

. Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л. Испытания и надежность электрических машин: Учебное пособие для вузов по спец. «Электромеханика». - М.: Высш. шк., 1988. - 232 с.

. Лабунцов В. А., Тугов Н. М. Динамические режимы эксплуатации мощных тиристоров. - М. : Энергия, 1977. - 192 с.

. Микрюков В.Ю. Безопасность жизнедеятельности: Учебник. - М.: Высш. шк., 2005. - 453 с.

. Николаев А.Ю., Сесявин Н.В. Устройство и работа электровоза ВЛ80с: Учебное пособие для учащихся образовательных учреждений железнодорожного транспорта, осуществляющих профессиональную подготовку / Под ред. А.Ю. Николаева. - М.: Маршрут, 2006. - 512 с.

. Попов В. С. Электротехнические измерения и приборы. - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 348 с.

. Ротанов Н.А, Захарченко Д.Д., Плакс А.В., Некрасов В.И., Иньков Ю.М. Проектирование систем управления электроподвижным составом. - М.: Транспорт, 1986. - 486 с.

. СО 34.35.302-2006. Инструкция по организации и производству работ в устройствах релейной защиты и электроавтоматики электростанций и подстанций.

. Техническое описание и инструкция по эксплуатации электровоза ВЛ80С. Дополнение к книге "Электровоз ВЛ80С Руководство по эксплуатации". - М.: Транспорт, 1982. - 86 с.

. Тихменёв Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрических железных дорог. - М.: Транспорт,1980. - 549 с.

. Тихменев Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. - М.: Транспорт, 1991. - 352 с.

. Тищенко А.И. Справочник по электроподвижному составу, тепловозам и дизель поездам, Т.II. - М.:Транспорт,1976. - 677 с.

. Усов В.А Системы управления электрического подвижного состава. Методическое пособие. - Екатеринбург, 1994. - 122 с.

. Электрические схемы и руководство по устранению неисправностей в электрических цепях электровоза ВЛ80с. - Локомотивное депо ТЧ-27, Кандалакша, 1980 г.- 20 с.

. Электровоз ВЛ80с. Руководство по эксплуатации / Н.М. Васько, A.C. Девятков, А.Ф. Кучеров и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1990. - 454 с.