CC BY
136
УДК 621.311.1
Ф. П. ШКРАБЕЦ, А. В. ОСТАПЧУК, А. Н. ГРЕБЕНЮК (Национальный горный университет Украины)
ЗАЩИТНОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ ПРИ ОБРЫВЕ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Розглянутий вид пошкоджень, при яких ймовiрне неспрацьовування штатних 3aco6iB захисту ввд аварш-них pежимiв у тягoвiй мереж1. Запропоновано використання пристрою захисту ввд обриву контактного дроту. Наведено схеми pеaлiзaцiï даного пристрою в piзних умовах тягових мереж.
Рассмотрен вид повреждений, при которых вероятно несрабатывание штатных средств защиты от аварийных режимов в тяговой сети. Предложено использование устройства защиты от обрыва контактного провода. Приведены схемы реализации данного устройства в различных условиях тяговых сетей.
The type of damages is considered when the malfunction of regular tools of protection from emergency regimes in a hauling network is probable. The use of device of protecting from the break of a contact wire is offered. The charts of realization of this device under various conditions of hauling networks are presented.
Введение. Обрыв провода воздушной линии электропередачи, контактного провода магистральной тяговой сети или контактного провода тяговой сети городского электрического транспорта является одной из причин возникновения аварийных режимов, представляющих большую опасность для людей в результате действия напряжения прикосновения и шага.
Отложение гололедицы на проводах вызывает значительные их механические перегрузки от действия массы обледенелого провода и силы ветра, представляет большую угрозу для нормальной работы и является одной из причин обрыва проводов.
Цель статьи - улучшение условий электробезопасности питающих, распределительных, контактных и тяговых сетей за счет применения защитного отключения при обрыве провода воздушной сети.
Основная часть. Система электроснабжения электрифицированных железных дорог состоит из двух частей: тяговой и внешней.
В тяговую сеть входят тяговая подстанция и тяговая сеть, основным элементом тяговой сети является контактная сеть и рельсовый путь. Внешняя часть схемы электроснабжения обеспечивает связь тяговой подстанции и источника питания.
В системах электроснабжения железнодорожного транспорта наиболее ответственным элементом является контактная сеть. Она не может иметь резерва, поэтому надежность работы пытаются повысить путем секционирования, что позволяет при повреждениях отключать не всю контактную сеть, а поврежденный участок.
В условиях эксплуатации хотя и редко, но все же бывают случаи перекрытия нейтральных вставок. При этом образуется мощная электрическая дуга, происходит пережог проводов контактной сети, а в ряде случаев и более тяжелые повреждения. Токи в сети, обусловленные перекрытием, сравнительно невелики (400.. .600 А), что ниже токов нагрузки. Релейная защита на тяговых подстанциях и постах секционирования отстроена от токов нагрузки и к указанному аварийному режиму также нечувствительна. В случае обрыва провода (по любой причине) и падения его на сухую землю или шпальную решетку переходное сопротивление может достигать 20 Ом и более. Большие сопротивления дуги осложняют работу защиты, особенно тех ее ступеней, которые реагируют на фазовый угол тока короткого замыкания [1].
Анализ работоспособности средств защиты показал, что возможны аварийные режимы, при которых вероятно несрабатывание штатных средств защиты от аварийных режимов в тяговой сети. Если учесть переходное сопротивление в точке замыкания и сложность определения, где произошло замыкание (произошел обрыв контактного провода или произошло перекрытие изолятора на подвижном составе), то вероятность несрабатывания устройств защиты резко возрастает [2]. Для исключения указанных недостатков предлагается иметь защиту от обрыва контактного провода. При этом такая защита при соответствующей ее реализации способна предотвратить режим замыкания на землю при обрыве контактного провода за счет отключения аварийной секции контактной сети до момента касания провода земли.
Время отключения аварийной секции определяется выражением:
X = X +X + Ах,
отк с.з о.з •
(1)
где tсз - собственное время срабатывание защиты (0.1 с); Хоз - время срабатывания выключателя (0.1...0.2 с); Ах- выдержка времени защиты.
Интервал времени от момента разрыва контактного провода до касания его с землей
X = (2 • к • g-1)0-5,
(2)
где к - высота подвеса контактного провода (5750.6800 мм) до уровня головки рельса; g -ускорение свободного падения.
Расчеты показали, что существует реальная возможность с помощью данного устройства предотвратить режим замыкания на землю, так как интервал времени от обрыва провода до касания его земли равен 1.2.1.3 с, а время отключения составит менее 0.3 с.
Защита от обрыва контактного провода должна срабатывать при исчезновении тока в контактном проводе. Однако в секционированной контактной сети возможно отсутствие тока при переходе электровоза на другую секцию и временном отрыве пантографа. Поэтому указанный признак не может использоваться для пуска устройства защитного отключения.
В связи с изложенным, для контроля целостности контактного провода тяговой сети рекомендуется использовать оперативный синусоидальный ток непромышленной частоты. На рис. 1 представлена схема, поясняющая принцип работы системы защиты.
Система слежения
датчика тока на вход системы слежения поступает сигнал, как только сигнал прерывается, то система слежения отключает выключатель Q. При этом питание от тяговой подстанции (ТП) прекращается. Оперативный ток нужно выбирать такой частоты, чтобы он не создавал помех телеблокировке.
Схему, представленную на рис. 1, можно практически без изменений применять для защиты от обрыва контактного провода городской трамвайной сети. Для контроля обрыва и выполнения защитного отключения троллейбусной тяговой сети рекомендуется схема, которая представлена на рис. 2.
Система
слежения
Рис. 1. Принципиальная схема устройства от обрыва контактного провода
Работает схема устройства от обрыва контактного провода следующим образом. К контактной сети подключается дополнительный источник оперативного тока (ИОТ). Для того, чтобы ток протекал непрерывно и не зависел от нагрузки, в конце фидерной зоны устанавливают конденсатор С. В нормальном режиме от
Рис. 2. Принципиальная схема устройства от обрыва контактного провода троллейбусной сети
Для трехфазных линий электропередачи системы внешнего электроснабжения тяговой системы для защиты при обрыве фазного провода можно использовать метод, основанный на контроле исчезновения тока в одной фазе. Выводы.
1. Существует реальная возможность с помощью устройства защитного отключения предотвратить режим замыкания на землю в результате обрыва фазного или контактного провода воздушной ЛЭП.
2. Устройство защитного отключения при обрыве провода питающей или тяговой сети позволяет при определенных условиях отключить источник до появления замыкания на землю, что резко уменьшает вероятность развития аварии и улучшает условия безопасности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шкрабец Ф. П. Защитное отключение при обрыве провода / Ф. П. Шкрабец, А. А. Дворников, В. И. Горденко // Транспорт. Зб. наук. праць Дншропетровського держ. техн. ун-ту за-л1зн. тр-ту, 2001, Вип. 7. - С. 125-127.
2. Фигурнов Е. П. Релейная защита: Учебн. для студ. электротехн. и электромех. спец. трансп. и др. вузов - К.: Транспорт Украины, 2004. -565 с.
Поступила в редколлегию 11.02.2008.
