УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к устройствам повышения надежности электроснабжения электрических железных дорог, а именно к устройствам контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока железных дорог.
Известно устройство контроля короткого замыкания (КЗ) в контактной сети двухпутного участка контактной сети переменного тока электрических железных дорог, содержащее шины 27,5 кВ тяговой подстанции с подключенными через выключатели контактной сети первого и второго пути и линией продольного электроснабжения ДПР-27,5 кВ, причем контактная сеть находится в зоне электромагнитного влияния линии продольного электроснабжения ДПР-27,5 кВ и взаимного влияния между контактной сетью первого и второго путей [1, с.243, рис.16.21 - прототип].
В этом устройстве контроль наличия или отсутствия КЗ в процессе поиска его в аварийно отключенной контактной сети определяется путем периодического опробования ее включением выключателя. Недостаток указанного устройства контроля КЗ состоит в том, что в связи с возможным включением выключателя на устойчивое КЗ повышается вероятность пережога контактной сети и увеличивается износ выключателя.
В заявке №2007111014(01197100 на изобретение «Устройство контроля короткого замыкания в контактной сети» сделана попытка исправить указанный недостаток, однако предмет этой заявки - однопутный участок контактной сети, а здесь рассматривается двухпутный участок, где добавляется магнитное влияние от контактной сети второго пути. А это добавляет трудности в решении поставленной задачи.
Подробная принципиальная схема электрифицированного участка переменного тока с линией ДПР и с разрезом его по двухпутному участку дана в [2, с.137, рис.5,2].
В изобретениях [3] определяется наличие КЗ только в течение не более 1...2 сек после аварийного отключения выключателя контактной сети. Однако при устойчивых КЗ в процессе поиска повреждений нужна информация о состоянии контактной сети длительное время (измеряемое часами).
Целью полезной модели является повышение надежности устройства в процессе поиска короткого замыкания за счет использования наведенного напряжения и исключения ложной работы при магнитном влиянии на отключенную контактную сеть.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля короткого замыкания в контактной сети двухпутного участка контактной сети переменного тока электрических железных дорог, содержащее шины 27,5 кВ тяговой подстанции с подключенными через выключатели контактной сети первого и второго пути и линией продольного электроснабжения ДПР-27,5 кВ, причем контактная сеть находится в зоне электромагнитного влияния линии продольного электроснабжения ДПР-27,5 кВ и взаимного влияния между контактной сетью первого и второго путей, введены дополнительные устройства. К ним относятся трансформатор напряжения с первичной и вторичной обмотками, реле напряжения с замыкающим контактом, низкочастотный фильтр и сигнальное устройство, причем первичная обмотка трансформатора напряжения подключена одним выводом к выключателю со стороны контактной сети одного пути, а другим выводом к рельсу, а вторичная
обмотка подключена к входу низкочастотного фильтра, выход которого подключен к катушке реле напряжения через контакт реле-повторителя отключенного состояния выключателя, один вывод замыкающего контакта реле напряжения подключен к «+» источника питания, а другой вывод - к сигнальному устройству.
Такое выполнение устройства позволяет исключить ложную работу устройства и, следовательно, повысить надежность его работы.
Устройство контроля короткого замыкания в контактной сети представлено на фиг 1.
К шинам 1 тяговой подстанции подключены контактная сеть первого 2 и второго 3 пути железной дороги через выключатели 4 и 5 соответственно, и линия продольного электроснабжения 6 через выключатель 7.
На контактную сеть первого пути воздействует наведенное напряжение за счет электрического влияния контактной сети второго пути и линии ДПР-27,5 кВ из-за распределенной емкости: «контактная сеть 2 пути - контактная сеть 1 пути», «ДПР-27,5 кВ - контактная сеть 1 пути», «контактная сеть 1 пути - рельсы» (эквивалентные значения распределенной емкости 8, 9, 10 показаны на фиг 1).
Наведенное напряжение на контактную сеть первого пути за счет магнитного влияния может быть при наличии тока нагрузки по первому пути. Магнитное влияние от ДПР-27,5 кВ незначительно из-за малой нагрузки ее.
Трансформатор напряжения 11 подключен к контактной сети первого пути 2 и рельсу 12. Аналогично подключается такое же устройство и ко второму пути железной дороги - здесь не рассматривается.
Реле напряжения 13 подключено к трансформатору напряжения 11 через замыкающий контакт 14 реле-повторителя отключенного состояния выключателя и низкочастотный фильтр 15.
Замыкающий контакт 16 реле напряжения подключает сигнальное устройство 17, которое в простейшем варианте может представлять сигнальную лампочку.
На чертеже показан один из возможных вариантов короткого замыкания (КЗ) 18 в контактной сети.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии все выключатели 4, 5, 7 включены для питания контактной сети 2 и 3 и линии ДПР 6.
При КЗ в точке 18 отключается выключатель 4, замыкается контакт 12. После этого в соответствие с [4] на электроподвижном составе (ЭПС) в течение 2 минут опускают токоприемники.
После опускания токоприемников рассмотрим два состояния контактной сети.
1. КЗ устойчивое.
Если ток по второму пути отсутствует, то нет магнитного влияния, а при КЗ на первом пути напряжение от электрического влияния равно нулю. Поэтому реле 13 и сигнальное устройство 17 не сработает.
При наличии тока тяговой нагрузки на втором пути (несинусоидального характера с четким выделением 3-й, 5-й и других высших гармоник) наведенное напряжение от магнитного влияния также будет иметь ярко выраженный несинусоидальный характер. Фильтр 15 отфильтровывает высшие гармоники напряжения и при нулевом значении напряжения от электрического влияния реле 13 не сработает, а также не сработает сигнальное устройство 17.
Итак, при устойчивом КЗ сигнальное устройство 17 не сработает, и это указывает на запрет повторного включения выключателя и на необходимость последующего поиска места КЗ, например, путем поочередного отключения продольных разъединителей, расположенных вдоль контактной сети. При этом
после отключения очередного разъединителя не нужно включать выключатель для опробования контактной сети. Срабатывание сигнального устройства после отключения очередного разъединителя укажет на место повреждения - КЗ.
Здесь важно отметить следующее. Если бы отсутствовал фильтр 15, то от магнитного влияния сигнальное устройство 17 сработало бы ложно. Поэтому главное в полезной модели - фильтрация высших гармонических в напряжении контактной сети, что и позволяет блокировать ложное срабатывание устройства.
2. КЗ проходящее. (то есть после отключения выключателя 4 КЗ самоликвидируется, например, при перекрытии дугой гирлянды изоляторов) в течение двух минут опускаются токоприемники ЭПС и тогда в контактной сети появится наведенное напряжение от электрического влияния, имеющее практически синусоидальный характер. Поэтому сработает реле 13 и сработает сигнальное устройство 17. Оно указывает на отсутствие КЗ и на необходимость повторного включения выключателя 4.
Испытания устройства выполнены на двухпутных участках контактной сети Горьковской ж.д. Бобыльская - Сергач (система 2×25 кВ) и Сейма - Дзержинск (система 25 кВ). Измерения выполнены с помощью трансформатора напряжения ТН - 27,5 кВ.
При отсутствии КЗ наведенное напряжение практически синусоидальной формы равно 2,3...2,7 кВ на участке системы 2×25 кВ и 2,6...7,1 кВ на участке системы 25 кВ.
При КЗ наведенное напряжение сильно искаженной формы составляло 160...360 В (КЗ было на расстоянии 15...40 км, при нагрузке соседнего пути до 160 А.).
При отсутствии КЗ в контактной сети и опущенных токоприемниках ЭПС сигнальное устройство 17 надежно работало.
При КЗ в контактной сети (имитировалось завесой заземляющей штанги) напряжение в контактной сети было 360 В, а после фильтра 15 у реле 13 практически - ноль. Сигнальное устройство не работало.
Естественно, что при увеличении реальной нагрузки по соседнему пути, например, до 1000...1200 А наведенное напряжение от магнитного влияния может увеличиться до 2500 В и более. Поэтому, чтобы ложно не сработало устройство от наведенного напряжения магнитного влияния, необходима установка низкочастотного фильтра 15.
Источники информации:
1. Справочник по электроснабжению железных дорог.T.1 / Под ред. К.Г.Марквардта. - М.: Транспорт, 1980. - 256 с.
2. Электрические железные дороги. Учебник для вузов / В.А.Кисляков, А.В.Плакс, В.Н.Пупынин и др. под ред. А.В.Плакса и В.Н.Пупынина. М.: Транспорт, 1993. - 280 с.
3. А.С. 2316777 и А.С. 2316779.
4. Инструкция о порядке действий локомотивных бригад и работников дистанций электроснабжения при повреждениях токоприемников, контактной сети и комиссионном их рассмотрении. №ЦТ-ЦЭ-860. М.: МПС РФ, - 2001. - 32 с.