Simulation of transients in a traction network during passage of a sectional insulator

Authors

  • Evgenii Victorovich Dobrynin Volga State Transport University
  • Maksim Alekseevich Garanin Volga State Transport University
  • Evgenii Mikhailovich Plokhov Volga State Transport University
  • Andrei Vladimirovich Skol’skii Volga State Transport University

Keywords:

contact network, sectional insulator, pantograph, transients, mathematical model, auto guidance, electric rolling stock

Abstract

Overhead contact network failures due to damaged sectional insulators are unacceptable, yet remain a pressing issue. Insulator damage is divided into mechanical and electrical. Mechanical failures occur when the rolling stock pantograph strikes the sectional insulator, while electrical failures result from switching events occurring in the overhead contact system when the rolling stock passes under the sectional insulator. In this article, the authors examine transient processes occurring in a DC traction network when the rolling stock pantograph passes under the sectional insulator. An equivalent circuit diagram for the power supply circuit of a section of the traction network and equations describing the phase of an electric locomotive's passage through the sectional insulator have been complied. A mathematical model is constructed that takes into account the rolling stock current load, its speed, and traction characteristics. The mathematical model consists of two parts. The first considers the electric locomotive as a current source, while the second model describes the electromechanical circuit of the electric rolling stock and its motion. The arc energy generated on the section insulator is calculated, and its dependence on the rolling stock speed and the current consumption is determined. A method is proposed to reduce the negative impact of transient processes on overhead contact network components, thereby increasing the system's reliability and safety. The research results will be useful in developing automated control systems for electric rolling stock movements between overhead contact system sections.

Author Biographies

Evgenii Victorovich Dobrynin, Volga State Transport University

Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor, Head of the Department of Power Supply of Railway Transport

Maksim Alekseevich Garanin, Volga State Transport University

Doctor of Economic Science, Associate Professor, Rector

Evgenii Mikhailovich Plokhov, Volga State Transport University

Doctor of Engineering Science, Full Professor, Professor of the Department of Traction Rolling Stock

Andrei Vladimirovich Skol’skii, Volga State Transport University

Ph.D. Student of the Department of Power Supply of Railway Transport

References

Сидоров О.А., Тарабин И.В., Дербилов Е.М. Совершенствование узлов скоростных контактных подвесок // Транспорт Урала. 2007. № 2 (13). С. 6–10.

Тарабин И.В. Повышение качества токосъема в местах расположения секционных изоляторов и фиксаторных узлов скоростных контактных подвесок : автореф. дис. … канд. техн. наук. Омск, 2008. 16 с.

Сидоров О.А., Смердин А.Н., Голубков А.С. Экспериментальные исследования токосъемных устройств // Железнодорожный транспорт. 2015. № 11. С. 69–70.

Блинкова С.А., Скольский А.В. Оценка остаточного ресурса изоляторов контактной сети // Вестник Ростов. гос. ун-та путей сообщ. 2024. № 1 (93). С. 169–175.

Облегченные секционные изоляторы // Железные дороги мира. 2006. № 10. С. 39–45.

Тарабин И.В., Титова Т.С., Терехин И.А. Совершенствование конструкции секционного изолятора // Электроника и электрооборудование транспорта. 2022. № 4-5. С. 2–6.

Серкин И.Ю. Разработка устройства прохода токоприемника по секционному изолятору // Наукосфера. 2024. № 6-1. С. 318–323.

Выявление причин излома контактного провода на элементах устройств секционирования с применением фрактографического исследования и спектрального анализа / И.В. Тарабин, Д.В. Муравьев, И.А. Кремлев и др. // Бюл. результатов науч. исслед. 2024. № 2. С. 42–50.

Кузнецов С.М., Демиденко И.С., Сухарева Е.А. Исследование переходных процессов в тяговой сети при проезде электроподвижного состава через секционный изолятор и совершенствование методики настройки уставок цифровой защиты // Изв. высш. учеб. заведений. Электромеханика. 2013. № 6. С. 70–72.

Tarczynski W., Daszkiewicz T. Switching Arc Simulation // Przegląd Elektrotechniczny. 2012. Vol. 88. Iss. 7. P. 60–64.

Ruempler C., Zacharias A., Stammberger H. Low-voltage circuit breaker arc simulation including contact arm motion // The 27th International Conference on Electrical Contacts. Dresden, 2014. Р. 1-5.

Доманов В.И., Карпухин К.Е., Сергеев А.В. Разработка математической модели электрической дуги дуговой сталепла-вильной печи постоянного тока // Вестн. Ульяновск. гос. техн. ун-та. 2014. № 1 (65). С. 60–62.

Литовченко В.В., Назаров Д.В., Шаров В.А. Имитационная модель электровоза постоянного тока с коллекторными тяговыми двигателями // Электротехника. 2019. № 9. С. 60–66.

Будаев А.А., Третьяков Е.А. Моделирование электрической части грузового электровоза на основе технологии «Цифровой двойник» // Изв. Петербург. ун-та путей сообщ. 2025. Т. 22. № 1. С. 92–101.

Фролов Н.О., Кузнецов А.И. Моделирование режимов работы тяговых электрических двигателей постоянного тока // Транспорт Урала. 2019. № 4 (63). С. 64–68.

Кузнецов А.И., Фролов Н.О. Математическое описание переходных процессов в силовых цепях электровозов постоянного тока с различными типами тягового электропривода // Транспорт Урала. 2019. № 2 (61). С. 76–79.

Жигулин Н.А., Пудовиков О.Е. Математическая модель объекта управления и модуля задатчика напряжения СТПР-1000 для системы автоматического управления скоростью поезда с электровозом 2ЭС6 // Известия Транссиба. 2023. № 1 (53). С. 10–19.

Авдиенко Е.Г., Третьяков Е.А. Повышение эффективности использования системы автоведения грузовых электровозов по данным текущих измерений бортовых систем и мгновенных тяговых расчетов // Известия Транссиба. 2022. № 2 (50). C. 55–65.

Третьяков Е.А., Денисов И.Н., Авдиенко Е.Г. Управление электротяговыми нагрузками на основе взаимодействия с системой электроснабжения железных дорог // Транспорт Урала. 2024. № 1 (80). С. 116–123.

Published

2026-01-25

How to Cite

Добрынин, Е. В., Гаранин, М. А., Плохов, Е. М., & Скольский, А. В. (2026). Simulation of transients in a traction network during passage of a sectional insulator. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (3(87), 10-19. Retrieved from http://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/2267