Search

Purpose. The article deals with the insulation resistance of the track circuit as one of the parameters that affect the operating performance of the railway transport. To reduce the influence of the insulation resistance on the operation modes of the track circuits and the performance indicators of railway transport it is assumed to study the influence of crushed stone treatment on the value of dielectric permeability of the ballast bed. Methodology. The influence of material type for the surface treatment of crushed stone on the value of the dielectric permeability was assessed on the basis of the physical nature determination of the relative dielectric permeability. Determination of the relative dielectric permeability of granular media can only be indirect, as a consequence of incomplete adjoining of crushed stone grains and uncertainty of the pore volume. Thus, the calculations were performed by comparing the measured capacity for a medium with the known with measured medium capacity, for which it is necessary to define. That is, the more the measured capacity is changed, the more changes the dielectric permeability of the medium. Findings. Sleepers and ballast significantly change their electrical conductivity depending on the presence of moisture, ambient temperature changes, the presence of pollutants and other factors. The article analyzes the existing models to describe the dielectric properties of such systems. It has been established that coating the crushed stone ballast with organic substances influences the value of its relative dielectric permeability. The greatest effect of reducing this value is observed for the coatings based on rosin mixture and silicone. Originality. Authors proposed original method of dielectric properties increase of the permanent way by grains’ coating with nonwettable substances, on the surface of which is not formed a water film. Practical value. The article shows the possibility of minimizing the negative influence of reducing the isolation with maximum its elimination. It is proposed the solution of actual problem by eliminating the influence of insulation resistance on the modes of track circuits operation, which will eliminate the part of causes of the failure of signaling devices and reduce the number of cases of «false business»., Цель. В статье рассматривается сопротивление изоляции рельсовой цепи как одного из параметров, влияющих на эксплуатационные показатели работы железнодорожного транспорта. Для снижения влияния сопротивления изоляции на режимы функционирования рельсовых цепей и на эксплуатационные показатели работы железнодорожного транспорта предполагается исследовать влияние обработки щебня на величину диэлектрической проницаемости балластного слоя. Методика. Оценка влияния вида материала для поверхностной обработки щебня на величину диэлектрической проницаемости проводили, исходя из определения физической сущности относительной диэлектрической проницаемости. Определение относительной диэлектрической проницаемости сыпучих сред может быть только косвенным – вследствие неполного прилегания зерен щебня и неопределенности порового объема. Таким образом, расчеты проводили, сопоставляя измеренную емкость для среды с известной – с измеренной емкостью среды, для которой необходимо определить . То есть, во сколько раз меняется измеренная емкость, во столько же раз меняется и диэлектрическая проницаемость среды. Результаты. Исследовано, как шпалы и балласт значительно изменяют свою электрическую проводимость в зависимости от наличия в них влаги, изменения окружающей температуры, наличия загрязнителей и других факторов. Проанализированы существующие модели описания диэлектрических свойств таких систем. Установлено, что покрытие балластного щебня органическими веществами влияет на величину его относительной диэлектрической проницаемости. Наибольший эффект снижения этой величины наблюдался для покрытий на основе канифольной смеси и силикона. Научная новизна. Новым является предложенный авторами способ повышения диэлектрических свойств верхнего строения пути за счет нанесения на поверхность зерен балласта несмачиваемых веществ, на поверхности которых не образуется пленка воды. Практическая значимость. Показана возможность сведения к минимуму негативного влияния снижения изоляции с максимальным его устранением. Предлагается решение актуальной задачи путем исключения влияния сопротивления изоляции на режимы работы рельсовых цепей, что позволит ликвидировать часть причин отказа устройств сигнализации и уменьшить количество случаев «ложной занятости»., Мета. У статті розглядається опір ізоляції рейкового кола як один із параметрів, що впливають на експлуатаційні показники роботи залізничного транспорту. Для зниження впливу опору ізоляції на режими функціонування рейкових кіл та на експлуатаційні показники роботи залізничного транспорту передбачено дослідити вплив поверхневої обробки щебеню на величину діелектричної проникності баластового шару. Методика. Оцінювання впливу виду матеріалу для поверхневої обробки щебеню на величину діелектричної проникності проводили, виходячи з визначення фізичної сутності відносної діелектричної проникності. Визначення відносної діелектричної проникності сипких середовищ може бути тільки непрямим – внаслідок неповного прилягання зернин щебеню та невизначеності порового об’єму. Отже, розрахунки проводили, співставляючи виміряну ємність для середовища з відомою – із виміряною ємністю середовища, для якого необхідно визначити . Тобто, у скільки разів змінюється виміряна ємність, у стільки ж разів змінюється й діелектрична проникність середовища. Результати. Досліджено, як шпали і баласт значно змінюють свою електричну провідність у залежності від наявності в них вологи, зміни навколишньої температури, наявності забруднювачів та інших факторів. Проаналізовано існуючі моделі опису діелектричних властивостей таких систем. Встановлено, що покриття баластного щебеню органічними речовинами впливає на величину його відносної діелектричної проникності. Найбільший ефект зниження цієї величини спостерігався для покриттів на основі каніфольної суміші та силікону. Наукова новизна. Новим є запропонований авторами спосіб підвищення діелектричних властивостей верхньої будови колії за рахунок нанесення на поверхню зерен баласту незмочуваних речовин, на поверхні яких не утворюється плівка вологи. Практична значимість. Показана можливість зведення до мінімуму негативного впливу зниження ізоляції з максимальним його усуненням. Пропонується рішення актуального завдання шляхом виключення впливу опору ізоляції на режими роботи рейкових кіл, що дозволить ліквідувати частину причин відмови пристроїв сигналізації та зменшити кількість випадків «несправжньої зайнятості».

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії (PhD) за спеціальністю 141 "Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, м. Харків, 2020 р. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі щодо впровадження сучасних високовольтних електроізоляційних композитних систем з адаптованою технологією та сучасними системами моніторингу на технологічній стадії для забезпечення комплексу енергетичних характеристик електричних машин. Об’єктом дослідження є процес впливу конструкторських та технологічних факторів, що визначають електричні характеристики високовольтних композитних електроізоляційних систем електричних машин. Предметом дослідження є електричні характеристики високовольтної композитної електроізоляційної системи, що забезпечують підвищення енергетичних характеристик електричних машин. У вступі акцентовано увагу та обґрунтовано актуальність теми, що досліджується, показано зв‟язок роботи з науковими програмами, планами та темами, наведено наукову новизну, а також, сформульовано практичне значення отриманих результатів. В першому розділі проведено аналітичний огляд сучасного стану та вимог до характеристик електричної ізоляції високовольтних електричних машин. Розглянуто сучасні електроізоляційні системи корпусної термореактивної ізоляції на основі попередньо просочених склослюдінітових стрічок або не просочених з вакуум-нагнітальним просоченням в епоксидному компаунді. Показано, що забезпечення надійності і довговічності електричних машин високої напруги пов‟язано з необхідністю зменшення ступеня неоднорідності електричного поля, в котрому знаходиться корпусна ізоляція обмотки статора (стрижня або котушки). Наведено конструктивні рішення, які забезпечують зменшення неоднорідності електричного поля в пазової та лобової частинах обмоток. Сформульовано основні напрямки та визначено основні задачі дисертаційних досліджень. У другому розділі вперше показано вплив електрофізичних характеристик та товщини слюдинітового діелектричного бар'єру на розподіл електричного поля в високовольтної композитної ізоляції на основі попередньо просочених склослюдинітових стрічок, що ґрунтується на моделі накопичення поверхневого заряду на границі розділу діелектричного бар'єру та підкладки на основі склотканини з просочувальним складом. Вперше експериментально доведено ефект впливу товщини діелектричного бар‟єру на короткочасну електричну міцність макетів термореактивної ізоляції на основі склослюдинітових стрічок. Доведено, що макети зі стрічками з підвищеним вмістом слюдинітового бар'єру і склотканиною меншої товщини мають на (8-16)% вищі значення короткочасної електричної міцності. Розроблена методика розрахунку розподілу електричного поля по поверхні ізоляції уздовж лобової частини стрижнів високовольтної електричної машини дозволяє визначити верхню границю питомого поверхневого опору напівпровідного покриття для плавного розподілу електричного потенціалу по поверхні ізоляції, що забезпечує відсутність поверхневих розрядів. Достовірність чисельних розрахунків доведено експериментальними дослідженнями розподілу потенціалу по поверхні напівпровідного нелінійного покриття уздовж лобової частини зразків стрижнів гідрогенератора на лінійну напругу 10,5 кВ. Експериментально підтверджена стабільність нелінійних властивостей покриттів в процесі тривалого електричного і теплового старіння спеціально виготовлених зразків, а також зразків стрижнів гідрогенератора в початковому стані і після комплексного впливу електричного поля напругою 26,25 кВ промислової частоти і температури 120оС протягом 260 годин. В третьому розділі розглянуто найбільш типові види технологічних дефектів при виготовленні композитної електроізоляційної системи та проаналізовано чутливість часового тренду опору ізоляції до визначення технологічних дефектів у високовольтної корпусної ізоляції додаткових полюсів магнітної системи тягового електродвигуна постійного струму. Підтверджено ефективність реєстрації часткових розрядів у композитної корпусної ізоляції обмотки статора турбо- і гідрогенераторів для виявлення технологічних дефектів на стадії виготовлення електроізоляційних конструкцій та налаштування технологічного процесу. На підставі моделювання частотних залежностей сукупних діелектричних характеристик на основі схеми заміщення обмоток статора при з'єднанні «зіркою» асинхронних електричних машин встановлено дві резонансні частоти. Достовірність результатів чисельного розрахунку сукупних діелектричних параметрів корпусної електроізоляційної системи трьох фаз підтверджено експериментальними дослідженнями зразків високовольтних асинхронних тягових двигунів. Вперше обґрунтовано ефективність виявлення технологічних дефектів за тангенсом кута діелектричних втрат на резонансній частоті для оцінки стану композитної термореактивної електроізоляційної системи. Показано доцільність застосування комплексних діагностичних обстежень для виявлення дефектів на технологічній стадії виготовлення і в експлуатації електричних машин на підставі аналізу характеристик корпусної електроізоляційної системи в режимі вимірювань сукупних діелектричних параметрів та індуктивності й добротності на резонансній частоті зразків електричного двигуна. У четвертому розділі вперше обґрунтовано застосування опору ізоляції в якості інтегрального параметру стабільності технологічного процесу виготовлення високовольтних електроізоляційних систем для запобігання появи дефектів в електричних машинах. Показана ефективність статистичного регулювання та розроблено методику контролю технологічного процесу виготовлення електроізоляційної системи, що базується на побудові і аналізі спеціальних графіків індивідуальних значень і кумулятивних сум опору ізоляції. Наведено аналіз стабільності технологічного процесу для трьох варіантів корпусної ізоляції магнітної системи тягового електродвигуна постійного струму. Доведено, що контрольні карти кумулятивних сум є більш чутливими до варіабельності технологічного процесу виготовлення високовольтних електроізоляційних систем при обмежених обсягах значень опору ізоляції. Вперше обґрунтовано використання контрольних карт кумулятивних сум опору ізоляції для аналізу стабільності технологічного процесу виготовлення електроізоляційних систем, що дозволяє визначити ранні розлади в технологічному процесі виготовлення електричних машин. The thesis is submitted to obtain a scientific degree of Doctor of Philosophy, specialty 141 – Electricity, electronics and electrical engineering – National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, 2020. The dissertation is devoted to the solution of the actual scientific and applied problem on introduction of modern high - voltage electroinsulating composite systems with the adapted technology and modern monitoring systems at a technological stage for maintenance of a complex of power characteristics of electric machines. The object of research is the process of influence of design and technological factors that determine the electrical characteristics of high-voltage composite electrical insulation systems of electric machines. The subject of research is the electrical characteristics of high-voltage composite electrical insulation system, which increase the energy performance of electric machines. The introduction emphasizes the attention and substantiates the relevance of the research topic, shows the relationship of work with scientific programs, plans and topics, presents scientific novelty, as well as formulates the practical significance of the results. The first section provides an analytical review of the current state and requirements for the electrical insulation characteristics of high-voltage electric machines. Modern electrical insulating systems of hull thermosetting insulation based on pre-impregnated glass mica tapes or not impregnated with vacuum injection impregnation in epoxy compound are considered. It is shown that ensuring the reliability and durability of high-voltage electric machines is associated with the need to reduce the degree of inhomogeneity of the electric field in which the housing insulation of the stator winding (rod or coil). The constructive decisions which provide reduction of inhomogeneity of an electric field in groove and frontal parts of windings are resulted. The main directions are formulated and the main tasks of dissertation researches are defined. The second section shows for the first time the influence of electrophysical characteristics and thickness of the mica-dielectric barrier on the distribution of the electric field in high-voltage composite insulation based on pre-impregnated glass mica tapes, based on the model of surface charge accumulation at the interface of the dielectric barrier and impregnating composition. For the first time, the effect of the dielectric barrier thickness on the short-term electrical strength of thermosetting models based on glass-mica tapes was experimentally proved. It is proved that the models with tapes with a high content of mica barrier and fiberglass of smaller thickness have (8-16)% higher values of short-term electrical strength. The developed method of calculating the electric field distribution on the insulation surface along the front part of the rods of a high-voltage electric machine allows determining the upper limit of the resistivity of the semiconductor coating for smooth distribution of electric potential on the insulation surface, which ensures no surface discharges. The credibility of numerical calculations is proved by experimental studies of the potential distribution on the surface of the semiconductor nonlinear coating along the frontal part of the samples of the hydrogenerator rods at a linear voltage of 10,5 kV. The stability of nonlinear properties of coatings during long-term electric and thermal aging of specially made samples, as well as samples of hydrogenerator rods in the initial state and after complex exposure to an electric field of 26,25 kV industrial frequency and 120oC for 260 hours was experimentally confirmed. The third section considers the most typical types of technological defects in the manufacture of composite electrical insulation system and analyzes the sensitivity of the time trend of insulation resistance to determine technological defects in high-voltage insulation of additional poles of the magnetic system of DC traction motor. The efficiency of registration of partial discharges in the composite body insulation of the stator winding of turbo- and hydrogenerators for detection of technological defects at the stage of manufacturing electrical insulation structures and adjustment of the technological process is confirmed. On the basis of modelling of frequency dependences of aggregate dielectric characteristics on the basis of the scheme of replacement of stator windings at connection by "star" of asynchronous electric machines two resonant frequencies are established. The reliability of the results of numerical calculation of the total dielectric parameters of the hull electrical insulation system of three phases is confirmed by experimental studies of samples of high-voltage asynchronous traction motors. For the first time, the efficiency of detecting technological defects by the tangent of the dielectric loss angle at the resonant frequency for the assessment of the state of a composite thermosetting electrical insulation system is substantiated. The expediency of application of complex diagnostic tests for detection of defects at the technological stage of manufacturing and operation of electric machines on the basis of the analysis of characteristics of case electrical insulating system in the mode of measurements of aggregate dielectric parameters and inductance and Q-factor on resonant frequency of electric motor samples is shown. The fourth section substantiates for the first time the use of insulation resistance as an integral parameter of the stability of the technological process of manufacturing high-voltage electrical insulation systems to prevent the appearance of defects in electrical machines. The efficiency of statistical regulation is shown and the technique of control of technological process of manufacturing of electroinsulating system based on construction and the analysis of special schedules of individual values and cumulative sums of resistance of isolation is developed. The analysis of stability of technological process for three variants of case isolation of magnetic system of the traction electric motor of a direct current is resulted. It is proved that the control maps of cumulative sums are more sensitive to the variability of the technological process of manufacturing high-voltage electrical insulation systems with limited values of insulation resistance. For the first time the use of control maps of cumulative sums of insulation resistance for the analysis of stability of technological process of manufacturing of electroinsulating systems that allows defining early frustration in technological process of manufacturing of electrical machines is substantiated.