Инновационный транспорт № 3 (13), 2014 г.. Инновационный
 Скачать 2.48 Mb.
|
|
Аржанников Boris A. Леонид Александрович Фролов Leonid A. Андрей Николаевич Штин Andrey N. Shtin 21 № 3 / Август / Железнодорожный транспорт Б. А Аржанников, Л А Фролов, АН Штин | Полупроводниковый быстродействующий выключатель постоянного тока Одним из основных аппаратов распределительных устройств (РУ) 3,3 кВ тяговых подстанций (ТП) постоянного тока магистральных железных дорог являются быстродействующие выключатели (БВ). Число их на одной ТП колеблется от 10 дои более штук. Конструкция БВ постоянно улучшается, но значительного увеличения надежности, как это произошло при замене масляных выключателей переменного тока на вакуумные и эле- газовые, не наблюдается [1, 2]. Это вызвано тем, что существующие БВ являются механическими, имеют ограниченный ресурс по количеству отключений и требуют постоянного обслуживания. Поэтому разработка и внедрение выключателей постоянного тока, свободных от вышеперечисленных недостатков, является сегодня актуальной задачей. На сегодняшний день наиболее подходящим элементом, на основе которого возможно создание нового поколения БВ, является силовой запираемый тиристор. Этот полупроводниковый прибор может быть не только открыт, но и закрыт по цепи управления, когда по нему в прямом направлении протекает достаточно большой ток. Преимущества таких полупроводниковых БВ (ПБВ) по сравнению с существующими очевидны полное время отключения в тысячи раз меньше практически полный отказ от периодических проверок и регулировок сложных механизмов БВ; повышение безопасности за счёт отсутствия дугогасительных камер и связанных сними выбросов электрической дуги бесшумность процесса отключения уменьшение токов короткого замыкания (КЗ) за счёт повышения быстродействия процесса отключения отсутствие контактов и их подго- раний; уменьшение времени электродинамического и электротермического воздействия токов КЗ на оборудование ТП; отсутствие подвижных частей и другие. В данной статье предлагается один из вариантов ПБВ, приводится схема его включения на ТП в РУ 3,3 кВ в качестве фидерного выключателя, рассматриваются режимы работы и описываются его основные характеристики. Рассмотрим упрощенную блочную схему предлагаемого ПБВ рис. Основным коммутационным элементом ПБВ является запираемый тиристор VS, который служит для включения и отключения рабочих и аварийных токов. Шунтирующий его диод VD участвует в процессе коммутации тиристора VS и обеспечивает протекание тока энергии рекуперации через шины ТП с одной фидерной зоны на другую. Назначение блоков 1 и 2 будет описано ниже. Кроме вышеперечисленных приборов, относящихся к ПБВ, на рис. 1 изображены существующие элементы РУ 3,3 кВ шинный разъединитель фидера контактной сети QS, сглаживающий реактор фидера обратного тока LR, разрядное устройство сглаживающего реактора УР. Рассмотрим основные режимы работы ПБВ. Выключатель может находиться в трех положениях отключенном, предвключенном и включенном. Отключенное положение ПБВ показано на рис. 1. При этом разъединитель отключен. Для перевода ПБВ в предвклю- ченное положение в блоке 1 собирается схема, обеспечивающая включение ПБВ. После этого включается разъединитель QS. Выключатель переходит в предвключенное положение (рис. Включение ПБВ производится подачей отпирающего импульса на запираемый тиристор VS1. По цепи шина, QS, блок 1, VS начинает протекать рабочий ток фидера РАБ Ф. Выключатель переходит во включенное положение (рис. Отключение ПБВ осуществляется следующим образом. Подается запирающий импульс на тиристор VS, ион практически мгновенно закрывается. Однако из-за энергии, накопленной в индуктивностях, ток фидера РАБ Ф мгновенно измениться не может. Чтобы погасить эту энергию в выключателе, должны быть созданы два разрядных контура. Первый — для энергии, запасенной в индуктивных элементах, расположенных до ПБВ питающая сеть, головной и тяговый трансформаторы, токоведу- щие части, по которому будет про- Рис. 1. Принципиальная схема ПБВ. Отключенное положение шина шина ФКС1 Фидер обратного тока QS VS VD LR ПБВ 1 2 УР Железнодорожный транспорт Б. А Аржанников, Л А Фролов, АН Штин | Полупроводниковый быстродействующий выключатель постоянного тока Рис. 2. Предвключенное положение ПБВ Рис. 3. Включенное положение ПБВ текать одна часть тока РАБ Ф (РАБ Ф. Второй — для энергии, запасенной в индуктивных элементах, расположенных после ПБВ (сглаживающий реактор, фидеры, контактная сеть, электровоз, по которому будет протекать другая часть тока РАБ Ф (РАБ Ф ). Для создания первого контура в ПБВ установлен блок 1 (рис. 3). Он снижает до нуля энергию, запасенную в индуктивных элементах, расположенных до ПБВ. Для создания второго контура в ПБВ используется блок 2 (рис. 3). Он снижает до нуля энергию, запасенную в индуктивных элементах, расположенных после ПБВ. Здесь необходимо отметить еще одно достоинство ПБВ. Как известно, сглаживающий реактор LR вцепи фидера обратного тока устанавливается по двум причинам сгладить выпрямленный токи уменьшить нарастание тока КЗ. При установке на ТП 12- и пульсовых выпрямительных преобразователей индуктивность реактора LR может быть значительно снижена. Однако применение механических БВ не позволяет в полной мере использовать это преимущество многопульсовых преобразователей. Это связано стем, что полное время отключения таких выключателей составляет 20…50 мс. За это время ток может возрасти до 20…30 кА, что в несколько раз превышает токи уставки БВ. Поэтому чем меньше будет скорость нарастания тока, тем меньший ток придется отключать выключателю. Полное время отключения предлагаемого ПБВ составляет десятки микросекунд, что в тысячу раз меньше, чему механических БВ. Значит, отключаемый ток превысит ток уставки не более чем на 100 А. Поэтому применение ПБВ позволяет значительно уменьшить индуктивность и, следовательно, габариты реактора LR. Это в свою очередь улучшит условия отключения БВ. Транзит избыточной энергии рекуперации в ПБВ осуществляется следующим образом. При появле- Рис. 4. Транзит избыточной энергии рекуперации через ПБВ «+» шина шина ФКС1 Фидер обратного тока QS VS VD LR ПБВ 1 2 УР «+» шина шина ФКС1 Фидер обратного тока QS VS VD LR I РАБ Ф ПБВ 1 2 УР «+» шина шина ФКС1 РЭ ФКС2 Фидер обратного тока QS VS VD LR ПБВ 1 2 УР 23 № 3 / Август / Железнодорожный транспорт Б. А Аржанников, Л А Фролов, АН Штин | Полупроводниковый быстродействующий выключатель постоянного тока нии на фидерной зоне ФКС1 рекупе- рирующего электровоза (РЭ) избыточная энергия переходит на фидерную зону ФКС2 последующей цепи РЭ, контактная сеть, ФКС1, VD, блок 1, QS, «+» шина, ФКС2 (рис. Скорее всего, стоимость таких бесконтактных выключателей будет несколько превышать стоимость существующих контактных БВ. Это вызвано тем, что цена ПБВ будет в основном определяться ценой мощных запираемых тиристоров. По схеме рис. 1 предприятием НПП «Энергомаш» был изготовлен опытный образец быстродействующего автоматического полупроводникового выключателя, который в настоящее время проходит стендовые испытания. Параметры этого выключателя сведены в таблицу табл. Основные технические решения, полученные при создании данного ПБВ, предполагается использовать Таблица Основные параметры опытного образца ПБВ 1. Номинальный ток А. Номинальное напряжение В. Допустимые перегрузки потоку в течение 15 минут один разв часа — в течение 2 минут один разв час А А. Наибольшее рабочее напряжение В. Пределы изменения тока уставки с шагом 100 А … 5000 А. Падение напряжения на включенном выключателе при протекании по нему номинального тока < 2,9 В. Ток утечки при наибольшем рабочем напряжении через отключённый выключатель 100 мА. Полное время отключения 11 мкс. Тип запираемых тиристоров (ABB) 10. Число запираемых тиристоров (2 х 2) 1. Голубев АИ. Быстродействующие автоматические выключатели МЛ Энергия, 1964. — 240 с. Выключатель автоматический быстродействующий ВАБ-206/30. Каталог 152–2012–02. — СПб. : Изд-во НИИЭФа Энерго, 2012. — 17 с. Список литературы при разработке полупроводникового выключателя ТП повышенного напряжения кВ и выключателей для электровозов постоянного тока. Железнодорожный транспорт Б. П Корольков | К вопросу о единообразных шифрах у объектов уникального ряда УДК 001.18.8: Авторы Борис Петрович Корольков, др техн. наук, академик РАТ, профессор кафедры Управление эксплуатационной работой Иркутского государственного университета путей сообщения (ИГУПС), Иркутск e-mail: profkor@gmail.com. Boris Petrovich Korolkov, DSc in Engineering, Academician of the RAT, Professor of the Department "Operations Management ", Irkutsk State Univer- sity of Railways (IGUPS), Irkutsk; e-mail: К вопросу о единообразных шифрах у объектов уникального ряда the uniform codes of unique line objects Аннотация Мир техники сложен и охвачен информационными технологиями ещё недостаточно глубокого научного уровня. Одна из причин такого положения — реальная заторможенность процесса унификации инвентаризационного шифрования уникальных изделий. Цель статьи разморозить ситуацию с принятием концепции универсального кодирования таких объектов на базе многомерной систематики предметных областей. Ключевые слова объект уникального ряда, универсальная многомерная систематика, инвентаризационное кодирование, информационные технологии of technology is complex and covered with information technology that do not have sufficient scientific level. One of the reasons for this is the real retardation of unification of inventory coding of unique products. The article aims to unfreeze the situation with adoption of the concept of universal coding of these objects on the basis of multidimen- sional domains subject areas. Keywords: unique line object, universal multi-dimen- sional taxonomy, inventory coding and information Борис Петрович Корольков P. Korolkov 25 № 3 / Август / Железнодорожный транспорт Б. П Корольков | К вопросу о единообразных шифрах у объектов уникального ряда Объекты уникального ряда — путеводная звезда идентификации Существует обширное множество объектов так называемого уникального ряда — сложной и дорогостоящей техники, произведений архитектуры, искусства и др, жизнь которых продолжается и после момента приобретения, неоднократно меняя государства, собственников, свойства и другие признаки индивидуальности. Несомненно, подобная группа товаров, столь значимых в многогранной истории техники и культуры, достойна своих удачных кодировок на рынке движения артефактов. И такие шифры, удобные и понятные, когда-то должны будут появиться. Безусловно, современная тенденция к единообразию (унификации) учёта сохранится и усилится. Но в том-то и проблема, что не всякие идентификаторы подходят для обсуждаемой совокупности творений мысли и мастерства ввиду их количественной и качественной необозримости. Она сформулирована в виде ограничения на словотворчество английским философом Уильямом Оккамом (1285–1349): Не умножай сущности без необходимости. Ну а если такая необходимость возникает, то во избежание словесного и иного знакового половодья следует обойтись максимально лаконичными средствами. Вопрос об универсальном кодировании объектов уникального ряда стимулируется успехом штрихового шифрования изделий повсеместного спроса — товаров как пищевого, таки бытового непродовольственного назначения. Однако прямое распространение стандартной идентификационной системы UPC разрядный универсальный товарный код, 1973 г, США) и его европейского разрядного аналога EAN International (1977 г) представляется нереальным в силу их ориентированности на разовый характер потребления. В настоящее время в каждой отрасли прикладываются достаточно большие усилия в данном направлении, но достигнутые результаты не могут быть признаны удовлетворительными последующим причинам) структура и содержание разрядов инвентаризационных шифров основывается на соображениях простых договорённостей; 2) проблема единообразия идентификационных шифров в различных областях деятельности человека (промышленности, сельском хозяйстве, науке и т. д, произведений монументального искусства (музыки, живописи, архитектуры и др) даже не поставлена) отсутствует стремление к построению фундаментального и через это стабильного основания подобных инвентаризационных идентификаторов для уникальных из- делий. Систематика — ключ к идентификационным технологиям К своим поискам в отмеченном направлении автор статьи приступил вначале текущего столетия применительно к транспортной отрасли, точнее к построению систематики железнодорожного подвижного состава [1, Систематику принято рассматривать как предельно полную модель концептов и отношений (сущно- стей и связей) предметной области. По сути, она является глобальным обобщением совокупности частных классификаций по разным основаниям. Примером такой трактовки служит биологическая систематика, родоначальником которой принято считать Карла Линнея (1707– 1778). Почти летний опыт построения биосистематики наглядно показал трудности, на которые должен отважиться тот, кто решит пройти аналогичный путь в своей предметной области. Ситуацию с кодированием меняет молодая наука синергетика, показавшая сходство бифуркационных траекторий развития разных объектов материального мира [3–5]. Универсальность механизма спонтанной самоорганизации привела к признанию практической идентичности иерархической организационной структуры сложных систем любой природы. К. Линней предвосхитил этот результат посредством двумерной (плоскостной) матрицы — лестницы рангов разных уровней. Систематика, как метаклассифи- кация, укрупнённо, нос наибольшей полнотой охватывающая некоторую предметную область, реально существует лишь в биологии. Да и кто в наши дни решится разбрасываться веками Ситуацию усугубляет активная контрагитация (если хочешь погубить себя — займись систематикой. Даже простейшей (плоскостной) систематики, кроме биологической и нашей — для железнодорожного подвижного состава рис. 1), практически нет тем не менее она ввек господства информационных технологий в управлении и накоплении знаний [6, 7] объявляется велением времени [9]. Нов полной мере такой императив относится к многомерной (объём- ной) систематике. Многомерная систематика, эта terra incognita, выводящая линнеев- скую идею на уровень новых возможностей, заявлена и продемонстрирована лишь в ИрГУПС, в публикациях автора и его учеников [1, 2, 9–11]. Это перспективное направление уже получило монографическое оформление [12, 13], но говорить о его более широком распространении преждевременно. В математике и теории информации инвентаризационные аспекты идентификации материальных объектов промышленного и иного производства не представлены. Можно уверенно утверждать, что глубокое освоение отраслевого материального разнообразия посредством систематик перспективно Железнодорожный транспорт Б. П Корольков | К вопросу о единообразных шифрах у объектов уникального ряда Рис. 1. Плоскостное таксономическое дерево транспортных средств Транспортные средства дефлекторные автомобилиприцепы свободные статические динамические верблюд подвесные парящиее скользящие плавучие аэростатические серфинги сухопутные шагающие машины совмещенные вагоны локомотивы переносные сани колейные экипажиповозки самолеты конь осел собака олень паровоз тепловоз электровоз дрезина трамвай дизель-поездэлектропоезд воздушные подушки крылатые глиссирующие крыльевая (экраноплан) щелевая сопловая камерная носильщики вьючные снаряды грузовой легковой автобус мотоцикл волокуши носилки катковые V III П ОД ВИ Д V II В И Д V I РО Д V СЕ М ЕЙ С ТВ О ОТРЯД III КЛ АС С II О ТД ЕЛ I О ТР АС Л Ь фаэтон лимузин универсал кабриолет пассажирский санитарный грузовой хетчбек купе пикап джип автомотриса Р А Н Г канатные магнитные флеперы пловцы пожарный Транспорт Пути Терминалы IX РА ЗН О ВИ Д Н О С ТЬ с едан вагон-термос вагон-ледник рефрижератор аэродинамические водоизмещающие колесные шагающие летающие плавающие переменного тока постоянного тока хоппер цистерна изотермический крытый полувагон платформа 27 № 3 / Август / Железнодорожный транспорт Б. П Корольков | К вопросу о единообразных шифрах у объектов уникального ряда Номер разряда 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Значение разряда Семейство Род Вид Подвид Разновидность Регион мира Собственник Номер регистрации в базе данных Го д регистрации I II III Рис. 2. Обобщённая структура разрядного кодового номера Рис. 3. Трёхмерная систематика транспорта и неизбежно. Но даже в транспортной отрасли работами ИрГУПС объ- ёмная систематика оформлена лишь для железнодорожного подвижного состава (риса остальные ветви (пути, терминалы и др) ждут своего часа. Для автомобильного, водного, воздушного и иных видов транспорта можно принять описанную выше рамочную схему формирования соответствующих систематик. Каждая из них потребует в обозначенном направлении адекватных сложности предметной области усилий, на которые, несомненно, при- дётся идти, имея ввиду ставшие в настоящее время уже очевидными возможные перспективы использования систематических сведений. |