Технические науки/5. Энергетика

УДК 625.042.4

Д.Е. Титов, Г.Г. Угаров, П.А. Кузнецов, А.Г. Сошинов

Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ

Сходства и различия в требованиях к системам мониторинга на проводах воздушных линий и электротяговых сетей

Механизм образования гололедных отложений на проводах воздушных линий (ВЛ) подробно изучен. Интерес к исследованиям в данном направлении обусловлен необходимостью борьбы с гололедно-ветровыми нагрузками на ВЛ. Согласно исследований, проведенных в России и за рубежом, более 50% аварий на ВЛ происходит в результате гололедно-ветровых воздействий. Предотвращение гололедно-ветровых аварий на ВЛ прежде всего зависит от получения своевременной информации о динамике изменения состояния элементов ВЛ. Получение такой информации достигается применением различных по принципу действия информационно-измерительных систем мониторинга ВЛ, которых на данный момент разработано большое количество. Разработанные системы нашли широкое применение в эксплуатации ВЛ.

Действие гололедно-ветровых нагрузок необходимо учитывать и при эксплуатации электротяговых сетей (ЭТС).

Установим различия в действии гололедно-ветровых нагрузок на элементы ВЛ и ЭТС. Различия заключаются в эксплуатационных требованиях и конструкции элементов ВЛ и ЭТС (табл. 1).

Таблица 1. Различия в действии гололедно-ветровых нагрузок на элементы ВЛ и ЭТС
Конструкционные различия		Различия в эксплуатационных требованиях
1.	На проводах ВЛ имеет место закручивание провода под действием гололедных нагрузок. В цепной контактной подвеске закручиванию проводов при гололёде препятствуют струны. Углы закручивания проводов цепной подвески обычно весьма невелики (порядка 10—15°), в соответствии с чем и отложения гололёда на этих проводах имеют в подавляющем большинстве случаев односторонний характер. А мокрый снег, намерзая сверху или с боку провода и не приводя к его закручиванию, отпадает сам или при прохождении поезда.	1.	Гололед наблюдается при температуре воздуха чаще всего от нуля до −10° (иногда до −15°), а при резком потеплении (когда элементы конструкции ВЛ еще сохраняют отрицательную температуру) — и при температуре воздуха 0…+3°. На ЭТС, вследствие прохождения поездов, имеющих выхлоп в виде продуктов сгорания топлива или пара, температура образования гололеда на проводе может быть и гораздо ниже. Особенно сильные образования такого гололёда наблюдаются на контактном проводе на станционных путях в местах стоянки паровозов.
2.	Провода ВЛ перемещаются в пространстве с большей свободой. Что приводит при сочетании гололеда и ветра к схлестыванию проводов и забросу на траверсы. Контактная подвеска жестко закреплена, в следствие чего вероятность нежелательного соприкосновения контактного провода с другими проводами гораздо меньше чем на ВЛ.	2.	Гололед и зернистая изморозь имеют наибольшую плотность и прочность. Поэтому не обваливаются при прохождении поезда и продолжают увеличиваться в диаметре. Они представляют наибольшую опасность на ЭТС.
3.	Провода ВЛ имеют стрелу провеса, поэтому из-за действия гравитации гололед образуется неравномерно по длине пролета. Контактная подвеска прямолинейна в горизонтальной плоскости.	3.	На ЭТС провод желательно должен быть сухим, толщина отложений минимальна.

Из таблицы 1 следует, что в силу специфичности ЭТС, одни и те же атмосферные воздействия более опасны для ЭТС чем для ВЛ. Лимитирующим фактором для допустимых статических и динамических нагрузок на элементы ВЛ является их механическая прочность. Поэтому все системы мониторинга ВЛ регистрируют появление гололеда и сравнивают величину гололедной муфты с максимально допустимой. На ЭТС допустимые нагрузки лимитирует нарушение нормального токосъема и пережог контактного провода. Поэтому эксплуатация ЭТС требует более раннего преждевременного выявления опасных атмосферных условий. Образование гололеда на контактном проводе должно быть выявлено на ранней стадии, до образования гололедной муфты.

Гололедные отложения на проводах подразделяются на следующие виды: гололед, зернистая и кристаллическая изморозь, замерзшие отложения мокрого снега, сложные отложения (смеси).

Классификация обледенения проводов по группам приведена в таблице 2 [1].

Таблица 2. Классификация обледенения проводов по группам
Группа	Характер обледенения	Вид отложения
I	Обледенение при десублимации водяного пара	Кристаллическая изморозь Иней
II	Обледенение при осаждении и замерзании переохлажденной воды	Зернистая изморозь Гололед
III	Обледенение при осаждении и замерзании мокрого снега	Отложение мокрого снега Замерзшее отложение мокрого снега
IV	Сложные отложения льда	Зернистая изморозь на гололеде Гололед на зернистой изморози Чередующиеся слои гололеда и изморози

Гололед и зернистая изморозь имеют наибольшую плотность и прочность. Поэтому не обваливаются при прохождении поезда. Они представляют наибольшую опасность на ЭТС. Кристаллическая изморозь и иней могут растопиться выделяемым теплом Джоуля-Ленца при прохождении поезда по секции. Поверхность провода становится влажной и при снижении выделения тепла замерзает. Образуется гололед. Обледенение при осаждении и замерзании мокрого снега не так опасны для ЭТС, т.к. мокрый снег имеет малую прочность и плотность и легко осыпается при прохождении пантографа.

Из таблицы 2 видно, что гололед, кристаллическая изморозь и зернистая изморозь образуются при десублимации водяного пара и осаждении и замерзании переохлажденной воды. Значит, датчики информационно-измерительной системы мониторинга гололедно-ветровых нагрузок ЭТС должны замерять параметры, от которых зависит скорость десублимации и кристаллизации пара из влажного воздуха на поверхности провода.

Скорость десублимации и конденсации пара зависит от влажности воздуха, скорости потока воздуха, направления потока воздуха, градиента температур между поверхностью провода и воздухом.

Литература:

1. Методические указания по борьбе с гололедом и автоколебаниями на контактной сети, линиях ДПР, автоблокировки и продольного электроснабжения/Книга1/РЖД, Департамент электрификации и электроснабжения. Москва 2004.