УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБРЫВА ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ СВЫШЕ 1000 В ПРИ ИХ РАСПОЛОЖЕНИИ НА ОПОРАХ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к системе электроснабжения нетяговых потребителей электрифицированных железных дорог, и может быть использована при определении обрыва воздушных линий напряжением свыше 1000 В с изолированной нейтралью, нашедших применение для питания нетяговых потребителей, в том числе устройств связи, в случае обрыва воздушного изолированного провода.
Известны технические решения по определению обрыва воздушного провода в сетях напряжением свыше 1000 В с изолированной нейтралью (Л-1), принцип работы которых построен на возникновении напряжения и тока нулевых последовательностей.
При обрыве изолированных проводов, нашедших применение в высоковольтных линиях напряжением свыше 1000 В для питания нетяговых потребителей, и последующем их падении на землю ток однофазного замыкания на землю не протекает. Напряжение нулевой последовательности у источника питания (в начале линии) при обрыве изолированного провода практически остается без изменения по сравнению с нормальным режимом работы системы электроснабжения нетяговых потребителей. Поэтому существующие устройства определения обрыва воздушных линий, работа которых основана на появлении напряжения нулевой последовательности у источника энергии, не фиксируют возникновения аварийного режима.
В (Л-2) предложено устройство защиты ВЛ от однофазных замыканий на землю, работающей также на принципе появлении напряжения нулевой последовательности в конце линии при ее консольном питании.
Действительно, как показывают аналитические расчеты, данные экспериментальных исследований и результаты компьютерного моделирования, при обрыве воздушного провода в конце линии возникает напряжение нулевой последовательности.
Устройство, описанное в (Л-2) принято за прототип.
Прототип состоит из фильтра напряжения нулевой последовательности, контрольного трансформатора, включенного между нулевой точкой фильтра и землей, резисторов, ограничивающих ток короткого замыкания в цепи высоковольтных симисторов, диодного выпрямителя, резистора, двух однофазных трансформаторов, электромагнитного реле с замедлением на притяжение и его замыкающего контакта.
В нормальном режиме работы трехфазной сети напряжение смещения нейтрали, как показывает практика эксплуатации ВЛ, несущественно. Напряжение на вторичных обмотках контрольного трансформатора мало, и симисторы заперты.
Обрыв одного из проводов трехфазной сети вызывает появление напряжения нулевой последовательности в конце защищаемой линии. При этом напряжение нулевой последовательности обусловлено напряжением двух неповрежденных фаз и практически не зависит от сопротивления растеканию цепи провод - земля. Это напряжение нулевой последовательности существенно превышает напряжение смещения нейтрали при нормальной работе воздушной линии электропередачи. Под воздействием появившегося при обрыве провода напряжения нулевой последовательности через управляющие электроды высоковольтных симисторов протекают токи положительной полуволны. Симисторы открываются. Тем самым осуществляется двухфазное короткое замыкание в воздушной линии электропередачи. Ток двухфазного короткого замыкания ограничивается резисторами. Срабатывает максимальная токовая защита происходит отключение поврежденного участка линии.
После отключения трехфазной сети спустя, например, 0.5 с срабатывает установленное в сети АПВ. Если напряжение нулевой последовательности нe исчезло, линия отключится, поскольку срабатывает блок создания искусственного короткого замыкания.
После устранения неисправности устройство приходит в исходное состояние.
Однако известное устройство не может быть использовано в тех случаях, если воздушная линия, в частности ВЛ 10 кВ, располагается на опорах контактной сети переменного тока, то есть в зонах электромагнитного влияния.
Действительно, за счет электрического влияния напряжения контактной сети и магнитного влияния токов в проводах тяговой сети в воздушных проводах ВЛ возникают напряжения нулевой последовательности, существенно превышающие уровни напряжений нулевой последовательности, возникающих в линии при обрыве провода.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы устройства определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока.
К известному устройству для определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В, состоящему из питающего трансформатора, проводов воздушной линии, установленных в начале и конце двух трансформаторов, вторичная обмотка которых включена в треугольник, а первичная в звезду, нулевая точка которой через активно- емкостный фильтр соединена с искусственным заземлителем, параллельно емкостному фильтру, включенному в начале линии, подключен пороговый элемент напряжения, к выходным зажимам которого подключаются входные зажимы порогового элемента времени, выходные зажимы которого объединяются с выходными зажимами порогового элемента напряжения, которые соединяются с входными зажимами логического элемента, выходные зажимы которого подключены к коммутационному аппарату, отключающему питающий трансформатор.
Заявленная полезная модель иллюстрируется фиг.1.
На фиг.1 обозначены:
1 - питающий трансформатор;
2 - коммутационный аппарат (высоковольтный выключатель, вакуумный выключатель и т.д.);
3 - воздушные провода высоковольтной линии;
4 - первичная высоковольтная обмотка трансформатора типа ТМ либо ТС;
5 - вторичная низковольтная обмотка трансформатора;
6 - активно-емкостной фильтр;
7 - пороговый элемент напряжения с заданной уставкой по напряжению нулевой последовательности;
8 - пороговый элемент времени с заданной уставкой по времени наличия напряжения нулевой последовательности определенной величины;
9 - логический элемент «И»;
10 - искусственный заземлитель.
Предлагаемое устройство определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока работает следующим образом.
При обрыве изолированного воздушного провода (3) ВЛ, расположенного в зоне электромагнитного влияния, за счет рабочего напряжения питающего трансформатора (1) и установки в начале и конце линии двух активно-емкостных фильтров (6), включенных в цепь заземления нулевой точки первичной обмотки (4) трансформатора, вторичная обмотка (5) которого соединяется в треугольник, через искусственный заземлитель (10) и фильтр (6) протекает ток нулевой последовательности.
Установлено, что падение напряжения нулевой последовательности на фильтре (6) существенно выше напряжения нулевой последовательности, обусловленного суммарным электромагнитным влиянием напряжения контактной сети и тока в проводах тяговой сети. Срабатывает пороговый элемент (7), фиксирующий уровень напряжения нулевой последовательности, и подает сигнал на логический блок (9).
Спустя заданное значение времени, превышающее время отключения режима короткого замыкания в тяговой сети, пороговый элемент времени замыкает выходной контакт и также подает сигнал на логический блок (9). Установлено, что уставка по времени порогового элемента не должна быть менее 1 с.
Таким образом, на входе логического элемента «И» (9) появляются два сигнала - от пороговых элементов (7) и (8). Далее подается сигнал на отключение ВЛ коммутационным аппаратом.
В том случае, если напряжение нулевой последовательности превышает уставку порогового элемента за счет магнитного влияния токов в тяговой сети при коротких замыканиях, срабатывает лишь пороговый элемент напряжения (7). Пороговый же элемент времени запускается от сигнала порогового элемента напряжения, но не успевает выдать сигнал на своем выходе из-за кратковременности данного режима (его длительность меньше заданной уставки времени). Сигнал на отключение ВЛ не поступит.
Предлагаемое устройство определения обрыва изолированных проводов воздушных линий напряжением свыше 1000В при их расположении на опорах контактной сети переменного тока позволяет отстроиться от электромагнитного влияния системы тягового электроснабжения и обеспечить надежное отключение воздушных линий, провода которых изолированы.
Устройство надежно работает и при обрыве неизолированных проводов ВЛ при их падении на землю, когда переходное сопротивление провод-земля существенно выше активно-емкостного сопротивления фаз относительно земли, что имеет место в районах со скалистыми и вечномерзлыми грунтами.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания.
1. Серов В.И., Шуцкий В.И., Ягудаев Б.М. Методы и средства борьбы с замыканиями на землю в высоковольтных системах горных предприятий. - М.: Наука, 1985. - 136 с.
2. Косарев А.Б., Косарев Б.И. Основы электромагнитной безопасности систем электроснабжения железнодорожного транспорта. - М.: Интекст, 2008. - 480 с. (прототип)