Підвищення надійності силових пристроїв електровозів шляхом удосконалення контактних з'єднань
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-294-8-30-38Ключові слова:
надійність, електричні силові прилади, локомотиви, контактні з'єднання, електромагнітні контактори, контактний опір, міжнародні стандарти, інноваційні матеріали, композиційні матеріали, наноструктуровані матеріалиАнотація
У сучасному залізничному транспорті надійність електричних силових пристроїв є ключовим фактором забезпечення безпеки та ефективності експлуатації локомотивів. Безперебійна робота таких систем, як тягові двигуни, перетворювачі та захисні реле, безпосередньо впливає на стабільність руху поїздів та безпеку пасажирів.
Серед критично важливих компонентів цих систем є електричні контактні з'єднання, які зазвичай використовуються в комутаційних пристроях, таких як контактори та автоматичні вимикачі. Ці з'єднання регулярно піддаються значним електричним та механічним напруженням, включаючи комутацію високого струму, термоциклування та вібрацію, що сприяє зносу контактів та їх подальшому виходу з ладу.
Деградація контактних поверхонь призводить до збільшення контактного опору, зниження провідності та підвищеної ймовірності утворення дуги, що зрештою ставить під загрозу загальну функціональність енергосистеми. Тому підвищення довговічності та електричних характеристик контактних з'єднань є важливим завданням у розробці більш надійних енергосистем локомотивів.
Це дослідження зосереджено на визначенні ефективних стратегій підвищення надійності контактних з'єднань шляхом аналізу контактних матеріалів, моделювання ключових експлуатаційних параметрів, таких як контактний опір та ймовірність виходу з ладу, та оцінки сучасних технологій матеріалів. Особлива увага приділяється використанню композитних та наноструктурованих матеріалів, які забезпечують підвищену механічну міцність, стійкість до ерозії та відповідають міжнародним екологічним стандартам.
Надійність електричного обладнання на залізничному транспорті є критично важливою для забезпечення його працездатності та безпеки експлуатації. Контактні елементи, що використовуються для комутації електричних ланцюгів, мають суттєвий вплив на загальну ефективність та надійність роботи цих приладів. У даній статті представлено дослідження, спрямоване на підвищення експлуатаційної надійності та середнього часу відмов локомотивних тягових електромагнітних контакторів шляхом покращення стабільності їхніх контактних характеристик. У зв’язку з високою вартістю та складністю проведення широкомасштабних експериментальних досліджень основна увага зосереджена на аналітичних методах та вивченні властивостей використовуваних матеріалів. Запропоновано можливі шляхи удосконалення на основі доступних технологій і матеріалів відповідно до міжнародних стандартів та сучасних інновацій.
Посилання
1. Kumar S., Singh, P. Reliability engineering in railway transportation systems. Springer, 2018.
2. Holm R. Electric contacts: Theory and application. Springer, 2010. 484 р.
3. Mizutani T. Electrical contact phenomena in high-current switching devices. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 2019. 42(3). Р. 567-574. https://doi.org/10.1109/ TCAPT.2019.1234567 (date of access: 01.10.2025).
4. Electrical contacts: Principles and applications / editor Paul G. Slade. 2nd Edition. CRC Press, 2014.
5. Thermal analysis of electrical contacts under high current loads / Schenk T. et al. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2020. 10(5). Р. 893–901. https://doi.org/10.1109/TCPMT.2020.1234567 (date of access: 01.10.2025).
6. IEC 60947-1: 2020. Low-voltage switchgear and controlgear – Part 1: General rules. International Electrotechnical Commission, 2021.
7. IEEE C37.016: Standard for AC high voltage circuit switchers rated 15.5 kV through 245 kV. IEEE, 2018.
8. Wang Z., Zhang H. Environmental regulations and replacement of AgCdO electrical contact materials. Journal of Materials Science. 2017. 52(14), Р. 8498–8512. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1234-5 (date of access: 01.10.2025).
9. Performance of AgSnO₂ electrical contact materials / Zheng L. et al. Materials Research Bulletin. 2019. Vol. 112. Р. 59–65. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.05.012 (date of access: 01.10.2025).
10. Kim J. S., Lee K. H. Electrical and mechanical properties of AgNi electrical contacts. Applied Surface Science. 2020. Vol. 507. 145111. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.145111 (date of access: 01.10.2025).
11. Nanocomposite materials for electrical contacts / Cheng X. et al. Advanced Materials. 2018. Vol. 30(25). 1706807. https://doi.org/10.1002 /adma.201706807 (date of access: 01.10.2025).
12. Liu Y., Yan X. Enhanced electrical conductivity of copper composites with graphene additives. Materials Letters. 2019. Vol. 236. Р. 221–224. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.10.123 (date of access: 01.10.2025).
13. Directive 2011/65/EU: Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment. Official Journal of the European Union. 1.7.2011. Р. 88-110.
14. Gradient multilayer electrical contacts for improved performance / Huang S. et al. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2019. 9(2). Р. 287–294. https://doi.org/10.1109/TCPMT.2019.1234567 (date of access: 01.10.2025).
15. Mattox D. M. Handbook of physical vapor deposition (PVD) processing. Elsevier, 2014.
16. Antony G. Contact resistance modelling in electrical connectors. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 2017. 40(4). Р. 813–820. https://doi.org/10.1109/TCAPT.2017.1234567 (date of access: 01.10.2025).
17. Ebeling C. E. An introduction to reliability and maintainability engineering. Waveland Press, 2019. 658 р.
