Совершенствование методов и аппаратных средств поиска мест повреждения кабелей электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей

На правах рукописи

ЕЛИЗАРОВА Юлия Михайловна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ПОИСКА МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НЕТЯГОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОМСК 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении выс шего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)»).

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор КАНДАЕВ Василий Андреевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ХАРЛАМОВ Виктор Васильевич;

кандидат технических наук, доцент БЕЛЯЕВ Павел Владимирович.

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сооб щения» (ДВГУПС, г. Хабаровск).

Защита диссертации состоится 30 июня 2009 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государствен ный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)») по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государст венного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 26 мая 2009 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печа тью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-13-44;

е-mail: [email protected]

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор О. А. Сидоров.

_ © Омский гос. университет путей сообщения,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В Российской Федерации действует феде ральная целевая программа «Модернизация транспортной системы России (2002 – 2010 годы)», целью которой является повышение эффективности и безопасности транспортной системы, обеспечивающей жизненно важные инте ресы страны. Доля железнодорожного транспорта в структуре грузооборота транспортной системы России составляет 43 %. Согласно «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года» повыше ние уровня безопасности функционирования железных дорог является важней шим государственным приоритетом развития и модернизации отрасли, науч ных исследований и текущей эксплуатационной работы. Безопасность желез нодорожного транспорта зависит от надежности работы системы электроснаб жения, одним из основных элементов которой являются кабельные линии элек троснабжения.

Железнодорожный транспорт имеет развитую сеть кабельных линий электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей. Использование кабелей в полимерном покрытии значительно повышает надежность работы линейных сооружений системы электроснабжения, так как в этом случае дли тельное время сохраняется высокое переходное сопротивление металлических элементов кабеля относительно земли, тем самым обеспечивается защита как от почвенной коррозии, так и от коррозии блуждающими токами. Кроме того, ка бели в полимерном покрытии имеют относительно невысокую стоимость, по этому их применение дает существенный экономический эффект. Однако по лимерное изолирующее покрытие, имея низкую механическую прочность, в процессе транспортирования, укладки и эксплуатации кабеля может быть по вреждено.

Как показывает опыт эксплуатации кабельных систем с поврежденным изолирующим покрытием, токоведущая жила или оболочка кабеля в местах по вреждения полимерного изолирующего покрытия быстро выходит из строя по причине коррозии. Процесс коррозии ускоряется, если трасса кабеля проходит в зоне распространения блуждающих токов электрифицированного рельсового транспорта. В этом случае в месте повреждения изоляции кабеля между метал лической оболочкой (или жилой) и землей может возникать значительная раз ность потенциалов.

Применяемые активные методы не обеспечивают защиты подобных ка бельных систем от коррозии, особенно в условиях работы электрифицирован ного железнодорожного транспорта, поэтому оперативное и точное определе ние места повреждения изоляции и его устранение – одна из важнейших задач, возникающих в процессе эксплуатации кабеля.

Существующие средства не позволяют с достаточной точностью опреде лять места повреждения изоляции и трассу кабелей электроснабжения нетяго вых железнодорожных потребителей в условиях функционирования электри фицированного железнодорожного транспорта, поэтому задача совершенство вания методов и разработки помехозащищенной аппаратуры поиска мест по вреждения кабеля актуальна.

Цель диссертационной работы – совершенствование методов и аппа ратных средств поиска мест повреждения кабелей электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей путем повышения точности определения со ставляющих электромагнитного поля на поверхности земли от тока в кабеле.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1) определить параметры границы раздела «металл – электролит» для алюминиевых, медных, свинцовых элементов кабеля и учесть их в полном пе реходном сопротивлении в местах повреждения полимерного изолирующего покрытия;

2) рассчитать распределение измерительных сигналов в кабеле с повреж денным полимерным изолирующим покрытием;

3) определить изменение составляющих электромагнитного поля на по верхности земли от тока в кабеле с поврежденным изолирующим покрытием;

4) разработать способы определения глубины залегания и места повреж дения кабеля, схемы аппаратуры для поиска мест повреждения кабеля, обос новать ее технические характеристики и оценить экономический эффект от ее применения.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспе риментальные методы исследования, применены методы математической фи зики, планирования эксперимента, статистические методы обработки экспери ментальных данных, методы математического моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

определены параметры границы раздела «металл – электролит» для алю миниевых, медных, свинцовых элементов кабеля и разработаны соответствую щие математические модели, учитывающие зависимость этих параметров от удельного сопротивления среды и частоты протекающего тока;

получены аналитические выражения для определения коэффициента пе редачи по току поврежденного кабеля, позволяющие обосновать параметры из мерительного сигнала;

предложена методика расчета распределения амплитудно-модулирован ного сигнала по кабелю с поврежденным полимерным изолирующим покрытием;

обоснованы параметры электромагнитного поля, содержащие объектив ную информацию о повреждении изолирующего покрытия кабеля.

Достоверность научных положений и выводов обоснована корректным использованием фундаментальных положений современной теоретической электротехники, электрохимии, теории длинных линий и подтверждена экспе риментальными исследованиями, выполненными на Омском отделении Запад но-Сибирской железной дороги. Расхождение результатов теоретических и экс периментальных исследований не превышает 10 %.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

Определено полное переходное сопротивление в местах повреждения по лимерного изолирующего покрытия для алюминиевых, медных, свинцовых элементов кабеля с учетом зависимости параметров границы раздела «металл – электролит» от удельного сопротивления среды и частоты тока, что позволяет рассчитать распределение электрического сигнала в кабеле с повреждениями.

Разработаны способы определения глубины залегания и расстояния до расположенного в земле кабеля, места повреждения кабеля, снижающие трудо емкость этих процессов.

Предложены схемы аппаратного комплекса для поиска мест поврежде ния кабеля (АК ПМПК) и обоснованы его электрические характеристики. При менение данного комплекса в дистанциях электроснабжения повысит точность поиска мест повреждения полимерного изолирующего покрытия кабелей элек троснабжения и даст существенный экономический эффект.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы док ладывались на всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука.

Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2006);

IV международной научно практической конференции «Транспорт Евразии ХХI века» (Алматы, 2006);

IV всероссийской научно-практической конференции «Энергетика в современ ном мире» (Чита, 2009);

II всероссийской научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии – в промышленность» (Омск, 2009);

на технических семинарах кафедр ОмГУПСа.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных ра бот, включая две статьи в изданиях, входящих в перечень ВАКа, один патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пя ти глав, заключения и четырех приложений. Работа содержит 139 страниц ос новного текста, девять таблиц, 54 рисунка, список использованных источников из 101 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, на мечены пути ее решения, сформулирована цель диссертационной работы, опре делены задачи исследования. Излагаются основные результаты работы, отмеча ется их новизна, приводятся сведения о практической реализации, публикациях и апробации диссертации.

В первой главе проведен анализ методов и технических средств опреде ления мест повреждения кабеля, отмечены их особенности, преимущества и не достатки.

Совершенствование методов и технических средств поиска мест повреж дения кабелей электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей связано с изучением электромагнитных полей, создаваемых электрифициро ванным железнодорожным транспортом, и электромагнитного поля, форми руемого током в кабеле. Решению указанных вопросов посвящены работы уче ных М. П. Бадера, В. Ф. Бахмутского, В. Р. Бурсиана, В. Ф. Быкадорова, В. С. Дементьева, Ю. В. Демина, А. И. Заборовского, Б. И. Косарева, А. В. Ко тельникова, К. Г. Марквардта, М. И. Михайлова, В. В. Платонова, И. В. Стри жевского, М. Г. Шалимова, Г. М. Шалыта и др.

На основании выполненного анализа методов и технических средств по иска мест повреждения кабеля можно сделать вывод о том, что существующие средства имеют низкую помехозащищенность от электромагнитных полей, ис точником которых является электрифицированный железнодорожный транс порт, и не позволяют с достаточной точностью определять места повреждения изоляции и трассу кабелей электроснабжения нетяговых железнодорожных по требителей.

Основная опасность коррозионного разрушения металлических покровов кабелей электроснабжения существует в местах повреждения полимерного изо лирующего покрытия. Вероятность коррозии металлических покровов желез нодорожных кабельных линий с поврежденным полимерным изолирующим покрытием во много раз выше, чем кабелей других ведомств, так как они рас положены в непосредственной близости от тяговой сети, которая является ис точником гальванического и индуктивного влияния.

Проведенный анализ показал, что электромагнитные помехи, создавае мые электрифицированным железнодорожным транспортом, имеют в своем со ставе четные и нечетные гармоники, кратные частоте 50 Гц, наибольшие значе ния амплитуд этих гармоник находятся в тональном диапазоне частот.

Во второй главе определяются электрические параметры кабелей элек троснабжения в полимерном изолирующем покрытии.

Первичные и волновые параметры кабелей рассчитываются для беско нечно длинной линии. Считается, что величина тока по длине линии изменяет ся по экспоненциальному закону: Ix = Iн е-х. Параметры цилиндрического и трубчатого изолированных проводников (в качестве которых можно рассмат ривать изолированные жилу или металлическую оболочку кабеля), располо женных в однородной среде, определяются через составляющие электромаг нитного поля, для расчета которых получены выражения для проводника, изо лирующего покрытия и внешней среды.

Учет неоднородностей геоэлектрических параметров земли можно осу ществить известными методами, которые позволяют перейти от неоднородной структуры земли к эквивалентной однородной.

Внутреннее и внешнее сопротивление проводника, а также взаимные па раметры двух изолированных проводников определяются с использованием из вестных формул.

Для расчета переходной проводимости проводника применяется соотно шение Yпер = 1 / Zпер, переходное сопротивление определяется по формуле:

Zпер =, (1) I ут где I ут = (I х / х) – ток утечки с проводника;

I х – продольный ток в провод нике;

– потенциал изолированного проводника, r = E dr + E (з)dr, (из) (2) r r r1 r где r1, r2 – внутренний и внешний радиусы изоляции проводника;

E (из), E (з) – радиальные составляющие электрического поля изоляции и внешней r r среды в цилиндрической системе координат.

В итоге выражение для расчета Zпер принимает вид:

r ln K 0 ( m з r2 ) r1 (3) Zпер = +, 2из 2r2 m з з K1 ( m з r2 ) где = + j ;

m з = k з 2 ;

k з = jµ з 2 зµ ;

– круговая частота;

µ, – магнитная и диэлектрическая проницаемость среды;

– удельная прово димость среды;

– коэффициент распространения тока в проводнике.

Выражение (3) содержит модифицированные функции Бесселя второго рода нулевого и первого порядков. Первое слагаемое в полном переходном со противлении определяется геометрическими размерами кабеля и изолирующе го покрытия, а также свойствами этого покрытия, второе – параметрами земли.

Полное переходное сопротивление в месте повреждения изолирующего полимерного покрытия кабеля представлено как последовательное соединение сопротивления растеканию и комплексного сопротивления границы раздела сред «металл – электролит», которое имеет емкостную и активную составляю щие. Существует сложная зависимость параметров границы раздела «металл – электролит» от многих факторов, учесть которые не всегда можно, кроме того, отсутствует достоверная математическая модель этой зависимости, все это не позволяет расчетным путем получить параметры границы раздела «металл – электролит», поэтому они определяются экспериментально (рис. 1). Для этого изготовлены специальные алюминиевый, медный и свинцовый электроды. До полнительным электродом служит корпус ячейки, в качестве которого исполь зуется сосуд из инертного металла. Площадь дополнительного электрода во много раз больше Изоляция Дополнительный электрод исследуемого, по этому параметрами дополнительного V1 Rш Ф электрода в изме- V2 Исследуемый электрод Раствор электролита рениях пренебрега ~ ли. Значение со противления элек трохимической Рис. 1. Схема экспериментальных исследований ячейки получено путем измерения тока, падения напряжения на ячейке и угла сдвига фаз между током и напряжением. Измерения проводились в средах с различной коррозионной активностью, которая подбиралась изменением кон центрации NaCL.

В результате эксперимента получены эмпирические зависимости емкости Сгр и сопротивления Rгр границы раздела сред «металл – электролит» от удель ного сопротивления среды, изменяющегося в пределах от 0,25 до 300 Ом·м, и частоты тока f, принимающей значения от 20 до 10 000 Гц, для алюминиевого, медного и свинцового электродов. С применением методики регрессионного анализа на основании экспериментальных данных получены соответствующие аналитические зависимости:

R(Al) = exp(0,46 0,3A 0,013B3 + 0,15B2 + 9,4 103 AB2 0,69B гр (4) 0,1AB + 2,4 104 A2B + 1,4A2 0,17A3 ), Ом см2 ;

С(Al) = exp(0,75 1,9A + 5, 2 103 B3 0,065B2 9,9 103 AB гр (5) 0,19B + 0,12AB 1, 2 103 A 2 B + 0,87A 2 0,11A 3 ), мкФ / см 2 ;

R (Cu) = exp(0,94 1,3A 0,019B3 + 0,38B2 7,5 103 AB2 2,8B + гр (6) + 0,12AB + 2,1 103 A 2 B + 2,2A 2 0,28A 3 ), Ом см 2 ;

С(Cu) = exp(1,4 2,8A 0,016B3 + 0, 24B2 + 0,022AB2 0,74B гр (7) 0,33AB + 0,013A 2 B + 2,4A 2 0,32A 3 ), мкФ / см 2 ;

R (Pb) = exp(2, 2 + 1,1A 0,013B2 0,06B + 0,044A 2 ), Ом см 2 ;

(8) гр C(Pb) = exp(9,1 1, 4A + 0,038B2 1,2B + 0,019AB 0,05A 2 ), мкФ / см 2, (9) гр где А = ln();

В = ln(f).

Адекватность моделей проверена с использованием критерия Фишера, полученные модели можно считать адекватными с доверительной вероят ностью 95 %. Все полученные аналитические зависимости носят экспоненцаль но-полиномиальный характер;

для различных металлов характер зависимости существенно не меняется.

При расчете сопротивления растеканию в месте повреждения изолирую щего полимерного покрытия кабеля поврежденный участок заменяется равно великой полусферической поверхностью.

В соответствии с эквивалентной электрической схемой (рис. 2) полное переходное сопротивление Zп в месте повреждения изолирующего полимерного покрытия можно записать в виде:

C гр R гр R гр Zп = + Rр j, (10) 1 + 2C гр R гр 1 + 2 Сгр R гр 2 2 2 где Rгр и Сгр – сопротивление и емкость границы раздела сред «металл – электролит»;

Rр – Сгр Rгр сопротивление растеканию.

Rр По результатам экспери мента и расчета можно сделать вывод о том, что при сравни- Рис. 2. Эквивалентная электрическая схема Zп тельно большой площади повреждения доля, вносимая границей раздела сред в полное переходное сопротивление в месте повреждения, незначительна. При достаточно малых площадях повреждения полное сопротивление границы раз дела «металл – электролит» может быть соизмеримо с сопротивлением расте канию, а при площадях, равных нескольким квадратным миллиметрам, – опре деляющим. С увеличением частоты модуль полного переходного сопротивле ния уменьшается.

Третья глава посвящена расчету распределения электрического сигнала в кабеле с поврежденным изолирующим покрытием. Кабельная линия представлена в виде последовательных соединений полных и неполных четырехполюсников. Полные четырехполюсники – это участки кабельной линии, заключенные между соседними повреждениями. Места повреждения изоляции представлены неполными четырехполюсниками. Расчет основан на полученных выражениях для определения коэффициентов передачи по току, напряжению и активной мощности для неповрежденных и поврежденных участков. Выражения для расчета коэффициентов передачи по току имеют вид:

Z k Ii = ch( l i ) вхi sh( li ) ;

(11) Zв Z пi k Iпi =, (12) Z пi + Z вх (i +1) где li и Zвх(i)– длина и входное сопротивление неповрежденного кабельного участка;

Zв – волновое сопротивление кабеля;

Zпi – полное переходное сопро тивление в месте повреждения изоляции кабеля;

Zвх(i+1) – входное сопротивле ние кабеля за местом повреждения изоляции.

Расчет выполнен для алюминиевой оболочки силового кабеля марки ААШв 3 35, используемого для электроснабжения нетяговых железнодорож ных потребителей. Рассматривается кабельная линия электроснабжения длиной 5 км, на которой располагается два повреждения, первое имеет площадь 10-3 м2, площадь второго повреждения (S2) изменяется от минимальной в 10-6 м2 до максимальной – 10-3 м2 (рис. 3, а). Первое и второе повреждения располагаются на расстоянии 2,4 и 4,8 км от начала линии. Данная расчетная модель отображает одну из худших ситуаций при поиске мест повреждения кабеля электроснабжения.

Полученные зависимос 2,4 км 2,4 км ти модуля и фазы коэф ~Uн Zп1 Zп фициента передачи по току kI от длины линии для различ а ных значений частоты при максимальном значении S 0, приведены на рис. 3, б, в.

Из зависимостей на |kI| 0 рис. 3, б, в видно, что на ниж км 0 1 2 3 L них частотах наиболее значи б тельное изменение модуля и фазы kI происходит в местах град повреждения. С повышением частоты увеличивается изме нение модуля и фазы kI на (kI) участках линии без повреж дений и уменьшается измене км 0 1 2 3 L ние данных величин в местах в повреждения.

Рис. 3. Расчетная схема (а) и распределение модуля (б) и фазы (в) коэффициента передачи На частотах до 200 Гц -3 по току по длине линии при S2 = 10 м наиболее значительное изме нение амплитуды и фазы kI происходит в местах повреждения, на более высоких частотах – на участках без повреждений.

Расчеты в диапазоне до 10 кГц показали, что тенденция к снижению изменения модуля и фазы kI в местах повреждения и к увеличению изменения этих величин на участках без повреждений с повышением частоты сохраняется.

Следует отметить, что при снижении S2 до минимального значения в месте второго повреждения изменение модуля и фазы kI значительно уменьшается, частотные зависимости изменения модуля и фазы kI при этом не меняются.

Предложен алгоритм определения изменения амплитудно-модулирован ного сигнала по кабелю с повреждениями:

I0 M cos [ (0 + )t + 0 + 0 ] + IАМ вх (t) = I0 cos(0 t + 0 ) + (13) IM + 0 cos[ (0 )t + 0 0 ];

I АМ вых (t) = I0 k(0 ) cos [ 0 t + 0 + k (0 )] + I0 M k(0 + ) cos [ (0 + )t + 0 + 0 + k (0 + )] + + (14) IM + 0 k(0 ) cos [ (0 )t + 0 0 + k (0 )];

I ог вых (t) = I АМ вых (t) + IАМ вых (t), (15) где I0 – амплитуда несущего сигнала в отсутствии модуляции;

M – коэффици ент амплитудной модуляции;

и 0 – частота и начальная фаза модулирующе го сигнала;

0 и 0 – частота и начальная фаза несущего сигнала;

k() – коэф фициент передачи по току.

Результаты расчета изменения амплитуды и фазы огибающей сигнала для рассматриваемой расчетной схемы (см. рис. 3, а) при максимальной площади второго повреждения приведены на рис. 4, а, б.

60 мА град 30 19, IогА 20 ог 19, 0 км 0 1 2 3 км 0 1 2 3 L L а б Рис. 4. Изменение амплитуды (а) и фазы (б) огибающей тока по оболочке кабеля с повреждениями изоляции при S2 = 10-3 м В местах повреждения изоляции оболочки кабеля происходит значитель ное изменение амплитуды огибающей сигнала по сравнению с изменениями на участках линии без повреждений. Изменение фазы огибающей сигнала на уча стках линии без повреждений и в местах повреждения незначительно. Расчеты показали, что в месте повреждения с уменьшением его площади уменьшается изменение амплитуды и фазы огибающей сигнала.

В четвертой главе через векторный и скалярный потенциалы элементар ных источников определено электромагнитное поле, создаваемое током в кабе ле с поврежденным полимерным изолирующим покрытием.

Составляющая напряженности магнитного поля Нх, направленная вдоль кабеля, мала по сравнению с составляющими Ну и Нz. Напряженность магнит ного поля кабеля вблизи повреждения полимерного изолирующего покрытия определяется суперпозицией полей отрезков кабелей до точки повреждения и после него. Значение результирующей напряженности магнитного поля рассчи тывается по составляющим поля: Н = H 2 + H z. Для описанной расчетной схе y мы найдено изменение напряженности магнитного поля непосредственно над кабелем на поверхности земли в окрестности повреждения на расстоянии ± 10 м.

Результаты расчета модуля и фазы напряженности для максимальной площади второго повреждения приведены в виде графиков на рис. 5, где цифрами 1, обозначены кривые, соответствующие первому и второму повреждениям.

80 град мА/м (H) |H| 0 м м 10 5 0 10 10 5 0 L L а б Рис. 5. Изменение модуля (а) и фазы (б) напряженности магнитного поля в ок рестности повреждения при S2 = 10-3 м Из графиков на рис. 5 видно, что основное изменение модуля и фазы на пряженности магнитного поля в окрестности повреждения происходит на рас стоянии ± 1 м. Расчеты показали, что изменение модуля и фазы напряженности в окрестности второго повреждения уменьшается с уменьшением его площади.

Потенциал поверхности земли от тока, стекающего через изолирующий покров, определяется интегрированием потенциала элементарного источника по длине кабеля. При этом вместо тока, стекающего с повреждения, рассматри вается плотность тока утечки с кабеля.

Результаты расчета разности потенциалов между двумя точками поверх ности земли от тока повреждения и тока утечки через изоляцию показали, что на частотах выше 1 кГц потенциал поверхности земли, обусловленный током, стекающим через изолирующий полимерный покров кабеля, может оказаться соизмеримым с потенциалом, обусловленным током, стекающим через пони женное сопротивление изоляции в месте повреждения.

Экспериментально определен потенциал поверхности земли от тока, сте кающего через повреждение в присутствии рельсовой сети. Из полученных данных следует, что в присутствии рельсовой сети представляется возможным обнаружить потенциальное поле тока (со значением 1 – 2 мА и более), стекаю щего с поврежденного участка кабеля.

В пятой главе на основании результатов, полученных в предыдущих главах, разработаны предложения по совершенствованию методов и техниче ских средств поиска мест повреждения кабелей электроснабжения. Разработан и запатентован новый способ определения глубины залегания кабеля и рас стояния до расположенного в земле кабеля в горизонтальной плоскости;

пред ложены новые способы определения глубины залегания кабеля и места его повреждения.

На основании результатов расчета и экспериментальных исследований разработаны функциональные схемы аппаратного комплекса для поиска мест повреждения кабеля и обоснованы его основные технические характеристики.

Повышение помехозащищенности АК ПМПК достигается за счет оптимизации технических характеристик и использования специальных методов обработки сигнала.

Выполнено математическое моделирование передающей и приемной час тей разработанного аппаратного комплекса в системе Matlab/Simulink, которое показало, что АК ПМПК, реализованный по предложенным схемам, обеспечи вает уверенный поиск трассы и места повреждения кабелей электроснабжения нетяговых железнодорожных потребителей в условиях действия помех элек трифицированного переменным током железнодорожного транспорта.

Определен ожидаемый чистый дисконтированный доход от применения АК ПМПК.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Определены параметры границы раздела «металл – электролит» для алюминиевых, медных, свинцовых элементов кабеля и разработаны соответст вующие математические модели, учитывающие зависимость этих параметров от удельного сопротивления среды и частоты протекающего тока, это позволило рассчитать полное переходное сопротивление в местах повреждения полимер ного изолирующего покрытия и распределение электрического сигнала в кабе ле с повреждениями.

2. Выполнен расчет распределения синусоидального тока в кабеле с по врежденным изолирующим полимерным покрытием, показавший, что на часто тах до 200 Гц основное его изменение вызвано повреждением изолирующего покрытия, на более высоких частотах – потерями в линии.

3. Предложена методика расчета распределения амплитудно-модулиро ванного сигнала по кабелю с поврежденным полимерным изолирующим по крытием;

расчет показал, что в местах повреждения происходит значительное изменение амплитуды огибающей сигнала, изменение фазы на поврежденных участках незначительно.

4. Определено на основе анализа составляющих электромагнитного поля, что основное изменение модуля и фазы напряженности магнитного поля в ок рестности повреждения происходит на расстоянии ± 1 м.

5. Предложены способы определения глубины залегания и расстояния до расположенного в земле кабеля, места повреждения кабеля, снижающие трудоемкость этих процессов.

6. Разработаны функциональные схемы аппаратуры поиска мест повреж дения кабеля и обоснованы ее технические характеристики.

7. Выполнен расчет экономического эффекта (ожидаемого чистого дисконтированного дохода), составляющего за период эксплуатации 10 лет 890 тыс. р. при сроке окупаемости 1,2 года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Е л и з а р о в а Ю. М. Защита от коррозии кабелей в алюминиевых обо лочках и шланговом изолирующем покрытии / Ю. М. Е л и з а р о в а, Л. А. К а р п о в а // Материалы IV междунар. науч.-практ. конф. «Транспорт Евразии XXI века» / Казахская акад. транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. Алма ты, 2006. Т. 4. С. 113 – 115.

2. Е л и з а р о в а Ю. М. Коррозионная опасность тока промышленной частоты для кабеля в алюминиевой оболочке и шланговом изоляционном по крытии с повреждениями / Ю. М. Е л и з а р о в а // Наука. Технологии. Иннова ции: Материалы всерос. науч. конф. молодых ученых / Новосибирский гос.

техн. ун-т. Новосибирск, 2006. Ч. 3. С. 186, 187.

3. К а н д а е в В. А. Определение взаимных параметров двух изолирован ных проводников / В. А. К а н д а е в, Л. А. К а р п о в а, Ю. М. Е л и з а р о в а // Электроснабжение железных дорог: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос.

ун-т путей сообщения. Омск, 2007. С. 71 – 76.

4. Е л и з а р о в а Ю. М. Математическая модель параметров границы раз дела сред «металл – электролит» / Ю. М. Е л и з а р о в а // Повышение эффектив ности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. статей аспирантов и сту дентов / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. Вып. 8. 174 с. С. 48 – 53.

5. К а н д а е в В. А. Параметры повреждения изолирующего полимерного покрытия оболочки кабеля / В. А. К а н д а е в, Ю. М. Е л и з а р о в а // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока / Новосибирская гос. акад.

водного транспорта. 2008. № 2. С. 263 – 266.

6. К а н д а е в В. А. Определение параметров границы раздела «металл – электролит» / В. А. К а н д а е в, Ю. М. Е л и з а р о в а // Научные проблемы транс порта Сибири и Дальнего Востока / Новосибирская гос. акад. водного транс порта. 2008. № 1. С. 294 – 296.

7. К а н д а е в В. А. Распространение электрического сигнала в оболочке кабеля с поврежденным полимерным изолирующим покрытием / В. А. К а н д а е в, Ю. М. Е л и з а р о в а // Энергетика в современном мире: Материалы IV всерос. науч.-практ. конф. / Читинский гос. ун-т. Чита, 2009. Ч. I.

С. 74 – 80.

8. К а н д а е в В. А. Магнитное поле кабеля с поврежденным полимерным изолирующим покрытием / В. А. К а н д а е в, Ю. М. Е л и з а р о в а // Энергетика в современном мире: Материалы IV всерос. науч.-практ. конф. / Читинский гос.

ун-т. Чита, 2009. Ч. I. С. 94 – 101.

9. Пат. 2352963 Российская Федерация, МПК7 G 01 V 3/11. Способ опре деления расстояния до кабеля, расположенного в земле, и глубины его залега ния / К о т е л ь н и к о в А. В., К а н д а е в В. А., Е л и з а р о в а Ю. М., А в д е е в а К. В.;

заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Омский гос. ун-т путей со общения». № 2007128541;

заявл. 24.07.07;

опубл. 20.04.09, Бюл. № 11. 7 с.: ил.

10. К а н д а е в В. А. Аппаратный комплекс поиска мест повреждения ка беля / В. А. К а н д а е в, Ю. М. Е л и з а р о в а, Л. А. К а р п о в а // Россия молодая:

передовые технологии – в промышленность: Материалы II всерос. молодежной науч.-техн. конф. / Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2009. Кн. 3. С. 41 – 45.

_ Типография ОмГУПСа. 2009. Тираж 120 экз. Заказ.

644046, г. Омск, пр. Маркса,