УСТРОЙСТВО, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИЮ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА БЕЗ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОПОР НА РЕЛЬСЫ

Устройство относится к защите электрических сетей от токов короткого замыкания, в частности к защите фидеров контактной сети электрических железных дорог переменного тока.
В настоящее время для селективной защиты фидеров контактной сети электрических железных дорог принята дистанционная защита, содержащая токовую отсечку и дистанционный элемент, выполненный при помощи направленного реле сопротивления, имеющего характеристику срабатывания в виде «замочной скважины» (Фигурнов Е.П. Релейная защита. - М.: Желдор-издат, 2002, с.381).
Данное устройство надежно отключает металлические короткие замыкания и замыкания через дугу в тяговой сети и обеспечивает надежную отстройку от токов нагрузки. Однако это устройство защиты не реагирует на аварийные режимы, при которых токи по величине не превышают нормальные рабочие токи линии, например при замыканиях через значительные переходные сопротивления.
Известно устройство защиты фидеров контактной сети переменного тока от токов короткого замыкания через большое переходное сопротивление (патент RU 40544 U1, МГЖ 7 Н02Н 3/00, В60М 1/00, опубл. 10.09.2004), содержащее датчик тока и датчик напряжения фидера контактной сети, дистанционный элемент с четырехугольной угловой характеристикой срабатывания, продленной вдоль оси активных сопротивлений, первый вход которого подключен к датчику напряжения, а второй вход подключен к выходу датчика тока. В устройство дополнительно введены блок торможения по высшим  гармоникам тока фидера и элемент И, характеристика дистанционного элемента допускает независимую регулировку координат точек начала и конца области срабатывания, причем вход блока торможения по высшим гармоникам соединен с выходом датчика тока фидера, а выход соединен со входом логического элемента И, другой вход которого соединен с выходом дистанционного элемента, на выходе элемента И формируется управляющий сигнал.
Однако известное устройство не обладает достаточной надежностью.
Замыкания на опоры контактной сети, не имеющие гальванической связи с рельсами, сопровождаются частичным выгоранием арматуры опор, что обусловлено возникновением дуги. Таким образом, отсутствие устойчивой гальванической связи между арматурой опоры и открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением контактной сети при нарушении изоляции, приводит к повреждению арматуры и бетона опор, что может сказаться на их механических свойствах.
Кроме того, принцип построения угловой характеристики срабатывания указанного устройства предъявляет особые требования к входному сопротивлению присоединения, а, следовательно, и к переходному сопротивлению в месте повреждения, так как в конечном итоге оно определяет значение тока, протекающего через измерительные органы защиты.
В связи с этим возникает необходимость создания таких условий протекания аварийного тока, при которых в режиме замыкания на опору, не имеющую металлической связи с рельсом, вектор входного сопротивления, измеряемый дистанционной защитой, будет попадать в область срабатывания, полученную из условий отстройки от нагрузочных режимов с учетом уравнительных токов и возможной остаточной нагрузки на линии. Стабильности сопротивления в месте замыкания можно добиться путем создания специальных контуров заземления, к которым должны подключаться опоры контактной сети либо их группы.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения надежности функционирования устройства.
Технический результат заключается в повышении чувствительности к токам замыкания на опоры, не имеющие гальванической связи с рельсами, а также в исключении повреждения опор контактной сети защищаемого участка.
Указанный результат достигается тем, что устройство, обеспечивающее эксплуатацию контактной сети переменного тока без заземления опор на рельсы, содержит датчик тока и датчик напряжения фидера контактной сети, дистанционный элемент с четырехугольной угловой характеристикой срабатывания, блок торможения по высшим гармоникам тока фидера и элемент И. Устанавливается устройство на фидерах тяговых подстанций и поста секционирования. В отличии от ближайшего аналога, характеристика дистанционного элемента имеет независимую регулировку координат точек начала и конца области срабатывания по мнимой и действительной осям комплексной плоскости, а опоры контактной сети защищаемого участка соединены с искусственным заземлителем.
На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - модифицированная УХС дистанционного элемента устройства, обеспечивающего эксплуатацию контактной сети переменного тока без заземления опор на рельсы.
Устройство содержит датчик тока 1 (фиг.1), датчик напряжения 2 фидера контактной сети, дистанционный элемент 3, блок торможения 4 по высшим гармоникам тока фидера, элемент И 5 и искусственный заземлитель 6.
Дистанционный элемент 3 выполнен в виде реле полного сопротивления фидера контактной сети, его первый вход подключен к выходу датчика напряжения 2, а второй вход подключен к выходу датчика тока 1.
Вход блока торможения 4 соединен с выходом датчика тока 1 фидера, а выход соединен со входом логического элемента И, другой вход которого соединен с дистанционным элементом 3. На выходе элемента И формируется управляющий сигнал.
Искусственный заземлитель 6 выполнено в виде заглубленных в грунт стальных стержней, соединенных с тросом группового соединения опор контактной сети.
Дистанционный элемент 3 имеет четырехугольную угловую характеристику срабатывания, продленную вдоль оси активных сопротивлений и допускающую независимую регулировку координат точек начала и конца области срабатывания. Модифицированная УХС дистанционного элемента, обеспечивающего эксплуатацию контактной сети переменного тока без заземления опор на рельсы приведена на фиг.2.
Координаты точек имеют следующие диапазоны регулирования:
А
А
А
A
- точка А имеет координаты Х, R, необходимый диапазон изменения координат: Х от - 4 до - 60; R=4 Ом;
B
В
В
B
- точка В имеет координаты Х, R, необходимый диапазон изменения координат: Х от 4 до 60; R=0 Ом.
C
C
C
- точка С с координатами Х, R, необходимый диапазон изменения координат: Хс от 4 до 60 Ом; R от 4 до 320 Ом;
D
D
D
D
- точка D с координатами X, R, необходимый диапазон изменения координат: X от - 4 до - 60 Ом; R от 4 до 320 Ом;
Дискретность уставок по сопротивлению должна быть не более 0,1 Ом.
Устройство работает следующим образом.
С датчика тока 1 (фиг.1) и датчика напряжения 2 информация о токе и напряжении на фидере контактной сети поступает на входы блоков 3 и 4. В нормальном нагрузочном режиме содержание высших гармоник в токе фидера значительно, поэтому на выходе 4 будет запрет, и даже в случае попадания вектора сопротивления нагрузки в область срабатывания дистанционного элемента 3 (фиг.2) и формировании на его выходе разрешающего сигнала, на выходе элемента 5 не сформируется отключающий сигнал. В случае металлического короткого замыкания на линии содержание высших гармонических в токе фидера значительно снизится и на выходе 4 будет разрешающий сигнал. Однако из-за преобладания в цепи данного вида замыкания индуктивной составляющей вектор сопротивления фидера будет находиться выше области срабатывания 3, на выходе которого сформируется запрещающий сигнал и защита не будет реагировать на данный режим. При замыкании на опору контактной сети, соединенную с искусственным заземлителем 6, содержание гармоник в токе фидера будет несколько выше содержания их в режиме металлического короткого замыкания, но ниже чем в нормальном рабочем режиме, что приведет к формированию разрешающего сигнала на входе элемента 5 от блока 4. Второй разрешающий сигнал будет сформирован дистанционным элементом 3 при попадании вектора сопротивления в область срабатывания.