СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕЖОГОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГОЙ КОНТАКТНЫХ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1968 года по МПК B60M1/04 

Для обеспечения надежной работы контактная сеть электрических железных дорог секционируется, то есть разделяется на отдельные участки (секции), электрически независимые друг от друга. На однопутных и многопутных линиях контактная сеть имеет продольное секционирование. У тяговых подстанций и постов секционирования электрических дорог постоянного тока главные пути секционируются воздушными промежутками, а электрическая связь между ними нормально осуществляется через быстродействующие выключатели шинами тяговых подстанций и постов секционирования.

Если один из двух нормально шунтирующих воздушных промежуток выключателей отключится, между секциями появится разность напряжений, которая может достигать номинальной величины напряжения в контактной сети. Проход пантографа по такому воздушному промежутку практически всегда приводит к появлению открытой электрической дуги, опасной пережогами контактных проводов.

До настоящего времени с такими пережогами боролись только гашением появившейся электрической дуги.

Отличие предлагаемого способа состоит в том, что с целью предотвращения появления электрической дуги, в момент прохода токоприемником воздушного промежутка с разно-потенциальными секциями контролируют величину поданного через токоприемник напряжения на отключенной секции и при уровне этого напряжения, соответствующем допустимому, осуществляют мгновенное подключение указанной секции, например, с помощью быстродействующего выключателя к питающим шинам.

Сущность работы этой защиты сводится к следующему.

В настоящее время на фидерных выключателях постоянного тока тяговых подстанций и постов секционирования установлено однократное автоматическое повторное включение (АПВ), осуществляемое на 6-7 сек. Таким образом, в течение минимум 6-7 сек воздушный промежуток находится в таком состоянии, когда проход по нему пантографа может явиться причиной появления открытой электрической дуги.

Однако в необходимых случаях это время можно значительно уменьшить, если существующие схемы АПВ дополнить схемой зависимого от напряжения в контактной сети мгновенного АПВ с вольтметровой блокировкой. Если пантограф входит на воздушный промежуток, одна ветвь (секция) которого была отключена одним из выключателей, не вызывая отключения оставшегося включенным другого выключателя, можно осуществить АПВ первого выключателя, пока пантограф замыкает собой обе ветви воздушного промежутка, и таким образом его шунтировать, что, естественно, предупредит появление открытой электрической дуги.

Датчик мгновенного АПВ - отстроенное реле напряжения - разрешает шунтировку воздушного промежутка у тяговых подстанций только в случаях въезда пантографа на полностью или частично отключенную секцию контактной сети у постов секционирования, кроме того, в случаях заезда на некоторые виды короткого замыкания.

Появление открытой электрической дуги, предшествующей пережогам, вызывается следующими основными причинами:

1) заездом на воздушный промежуток, одна ветвь которого заземлена в мертвой зоне;

2) заездом на воздушный промежуток, одна ветвь которого имеет пониженное напряжение вследствие одностороннего питания;

3) заездом на воздушный промежуток, одна ветвь которого имеет пониженное напряжение вследствие одностороннего питания;

4) заездом на воздушный промежуток, с одной ветви которого полностью снято напряжение;

5) остановкой пантографа на воздушном промежутке, где возможны уравнительные токи при нормальной схеме секционирования контактной сети.

Анализ пережогов контактных проводов воздушных промежутков на железных дорогах за последние пять лет показывает, что они в подавляющем большинстве случаев вызываются 2-й и 3-й причинами.

В настоящее время первое и единственное автоматическое повторное включение быстродействующих выключателей тяговых подстанций осуществляется на 6-7 сек. На постах секционирования это время, представляя сумму времен собственного и подстанционного АПВ, примерно вдвое больше, а это значит, что каждый воздушный промежуток в сред нем за год примерно в течение 50-55 мин находится под угрозой пережога или появления открытой электрической дуги, если предположить, что все АПВ были успешными. В самом деле, это время будет значительно больше, так как АПВ на перегрузку чаще всего бывают неуспешны.

Следовательно, для предупреждения пережогов необходимо прежде всего свести к минимуму время повторного включения и своевременно шунтировать шинами тяговую подстанцию или пост секционирования воздушного промежутка. Этого времени должно быть достаточно для осуществления АПВ, пока пантограф проходит по воздушному промежутку, замыкая его ветви. Если протяженность замыкания составляет 16-17 м, то при скорости поезда 180 км/час, время работы схемы АПВ не должно превышать 0,33 сек, уменьшение времени работы схемы позволяет уменьшить протяженность замыкания.

Своевременную шунтировку воздушных промежутков у тяговых подстанций можно осуществить только тогда, когда в независимое АПВ с шаговым искателем будет введен элемент зависимости, в простейшем случае это отстроенный датчик напряжения в контактной сети. На постах секционирования его надо правильно отстроить по напряжению и исключить из АПВ выдержку времени. Отстройка (вольтметровая блокировка) должна быть таковой, чтобы АПВ без выдержки времени и шунтировки осуществлялись только в случаях заезда электроподвижного состава на частично или полностью отключенную секцию для воздушных промежутков у тяговых подстанций при проезде последних у постов секционирования, кроме того, шунтировка возможна и при некоторых случаях въезда на короткозамкнутую секцию.

На чертеже приведены кривые для выбора уставки вольтметровой блокировки мгновенного АПВ поста секционирования пускового органа схемы.

Для примера выбран тридцатикилометровый перегон между тяговыми подстанциями с постом секционирования посредине. Напряжение на шинах подстанций принято 3000 в, сечение контактной подвески 320 мм, уставки выключателей тяговых подстанций равны 2750 а, поста секционирования - 1750 а.

Максимальным (1500 в) при двухстороннем питании контактной сети будет напряжение у поста секционирования при коротком замыкании в конце фидерной зоны I (точка КЗ₁). При коротком замыкании в точках КЗ₂ и KЗ₃ оно будет соответственно ниже. Выключатель поста секционирования должен отключать любое из этих замыканий.

Условия работы защиты поста изменятся при заезде пантографа с фидерной зоны I, находящейся под напряжением, на отключенную фидерную зону II. Несложные расчеты показывают, что выключатель А₃ поста секционирования при питании места короткого замыкания с двух сторон (через выключатели А₃ и А₄ подстанции 1) будет надежно отключаться, если замыкание произойдет между постом секционирования и точкой КЗ₃. В этом случае шунтировку осуществить нельзя. При коротком замыкании между точками КЗ₃ и КЗ₁ выключатель поста отключаться не будет, напряжение у поста при этом будет выше максимально возможного при раздельном двухстороннем питании контактной сети, и выключатель A₁ необходимо включить для шунтирования воздушного промежутка. В момент схода пантографа с фидерной зоны I выключатель А₁ отключится, а пантограф пройдет воздушный промежуток без появления открытой дуги. При питании места короткого замыкания через выключатели A₃, A₄ подстанции 1 и А₂ подстанции 2 зона надежной шунтировки уменьшится и будет равна расстоянию между точками КЗ₂ и KЗ₁. Уменьшение происходит за счет увеличения зоны надежного срабатывания выключателя А₃ поста. Если установка выключателя А₃ тяговой подстанции 1 выбрана на пределе, и выключатель не будет отключаться после выключателя А₃ поста секционирования, то при сходе пантографа с фидерной зоны I появится открытая дуга. Учитывая то, что уставки выключателей подстанций при наличии постов секционирования почти всегда бывают ниже фактических токов короткого замыкания, а выключатели типа АБ-2/3, АБ-2/4, кроме того, реагируют на бросок тока, можно предположить, что случаи появления открытой дуги даже в таком неблагоприятном случае будут редким явлением.

Таким образом, для нормальной работы АПВ выключателя А₁ поста уставка вольтметровой блокировки его будет равняться напряжению у поста при двухстороннем питании контактной сети и коротком замыкании в точке КЗ₁ плюс 200-250 в для надежности отстройки, чтобы АПВ не происходило при одностороннем через пантограф питании места короткого замыкания. В рассмотренном случае оно равно: 1500+200+(250)=1700 (1750) в.

Величина уставки может изменяться в широких пределах и зависит от места расположения поста секционирования и сечения контактной сети.

Очевидно, что заезд пантографа на полностью отключенную или перегруженную секцию дает самый большой процент успешной работы АПВ, а именно такие случаи наиболее вероятны и опасны в смысле пережогов. Процент же устойчивых коротких замыканий на контактной сети чрезвычайно мал.

Уставка вольтметровой блокировки мгновенного АПВ выключателей тяговых подстанций может быть выбрана для всех подстанций одинаковой и равной 3000 в.

Реле напряжения в схемах мгновенного АПВ включается по схеме с высоким коэффициентов возврата, для постов секционирования он равен 0,9, для тяговых подстанций 0,75.

Если секция отключилась двухсторонне, шаговый искатель в схеме управления и автоматического включения выключателей фидеров поста секционирования и тяговой подстанции начинает работать, чтобы осуществить АПВ выключателя подстанций на 6-7 сек. Если напряжение в контактной сети осталось (одностороннее отключение толчком рабочего тока) и его величина превышает напряжение отпадания реле напряжения, равное 2250 в, то выключатель включится мгновенно, если же напряжение появляется вследствие перекрытия пантографом воздушного промежутка у поста секционирования или у тяговой подстанции, выключатель включается на той ламели, на которой находится шаговый искатель в момент появления напряжения. Для исключения неуспешных АПВ после одностороннего отключения выключателя подстанции последний необходимо включать с увеличенной на время включения уставкой, что проще всего достигается зависимой от напряжения в контактной сети шунтировкой дополнительного сопротивления в цепи держащей катушки. При необходимости загрубление нетрудно осуществить и на выключателях поста секционирования.

Способ защиты от пережогов электрической дугой контактных проводов воздушных промежутков электрических железных дорог постоянного тока, шунтированных быстродействующими выключателями, отличающийся тем, что, с целью предотвращения появления электрической дуги, в момент прохода токоприемником воздушного промежутка с разно-потенциальными секциями контролируют величину поданного через токоприемник напряжения на отключенной секции и при уровне этого напряжения, соответствующим допустимому, осуществляют мгновенное подключение указанной секции, например, с помощью быстродействующего выключателя к питающим шинам.