УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТЯГОВОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА НЕСОЕДИНЕННЫЕ С РЕЛЬСОВЫМ ПУТЕМ ОПОРЫ И ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электрификации железных дорог, и может быть использована для защиты тяговой сети постоянного тока при нарушении изоляции контактной подвески на участках с искусственными сооружениями (мостами, галереями и пр.) и/или опорами контактной сети, отсоединенными от рельсового пути.
Известны технические решения по выявлению нарушений изоляции контактной подвески тяговой сети постоянного тока, построенные на том, что металлические поддерживающие конструкции искусственных сооружений (мостов, галерей и т.п.) или опор контактной сети (к.с.) объединяются тросом группового заземления и соединяются заземляющим спуском с рельсовым путем (Л-1; Л-2).
Однако использующие этот принцип токовые и дистанционные защиты имеют существенные недостатки. В частности, устройства защиты не работают при отсоединении заземляющих спусков от рельсового пути (например, при проведении путевых работ). Причиной является то, что сопротивление растеканию фундаментов опорных конструкций мостов, галерей, а также фундаментов опор велико (десятки Ом для металлических,
сотни и тысячи Ом для железобетонных опор), в результате при отключении заземляющего спуска от рельсов принужденная составляющая тока короткого замыкания (к.з.) зачастую не превышает уставки срабатывания устройств защиты. Непосредственное соединение вышеупомянутых металлических конструкций с рельсовым путем сопровождается электрохимической коррозией арматур фундаментов опор контактной сети и железобетонных конструкций искусственных сооружений за счет протекания по ним части тягового тока.
В устройстве, описанном в (Л-2), с целью уменьшения электрохимической коррозии арматуры опор контактной сети и/или железобетонных конструкций искусственных сооружений их соединяют с рельсовым путем посредством заземляющих спусков, в рассечку которых включаются пробивные элементы, защищающие фундаменты опор, искусственные сооружения от протекания по ним части тягового тока из рельсового пути. В качестве пробивных элементов используются искровые промежутки ИПМ-62 с пробивным напряжением 1400÷1600 В, диодные и/или тиристорные ключи (Л-2).
Надежность работы рельсовых цепей существенно повышается, а количество сбоев в работе железнодорожного транспорта ОАО «РЖД», естественно, снижается, когда опоры контактной сети и металлические конструкции искусственных сооружений отсоединены от рельсового пути.
Известно устройство для защиты тяговой сети от коротких замыканий на опоры, поддерживающие металлические конструкции которых не соединены с рельсовым путем (Л-3).
В устройстве (Л-3) металлические конструкции опор объединяются дополнительным проводом, секционированным посредством ключевых элементов, включенных в рассечки провода. В режиме короткого замыкания происходит последовательное срабатывание этих элементов. Каждое из таких срабатываний приводит к включению в цепь короткого замыкания
дополнительной группы опор. В результате этого в контактной сети возникают повторные резкие изменения тока, на которые реагирует защита.
Наряду с опорами контактной сети к дополнительному проводу могут присоединяться и металлические конструкции искусственных сооружений.
Описанное в (Л-3) устройство наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройству. Оно и взято за прототип (фиг.1).
Известное устройство-прототип состоит из тяговой подстанции 1, минусовая шина 2 которой (через последовательно соединенные реактор и отсасывающую линию) соединена с рельсовым путем 3, а плюсовая шина 4 через коммутационный аппарат 5 подключена к проводам контактной сети 6, подвешенным на изоляторах 7 к опорам контактной сети 8, причем металлические конструкции опор подключены к не имеющему металлической связи с рельсовым путем 3 дополнительному проводу 9, секционированному посредством ключевых элементов 10, а также из включенного в цепь фидера контактной сети датчика тока короткого замыкания 11, выход которого через блок вычисления производной тока 12 соединен с входом порогового элемента 13, выход которого соединен со входами основного 14 и дополнительного 15 элементов времени, выходы которых соединены с входами блока 16 управления работой коммутационного аппарата, вырабатывающего управляющий сигнал на отключение аппарата, когда на выходе элемента 15 присутствует сигнал логической единицы, а на выходе элемента 14 такого сигнала нет.
Схема ключевого элемента, выполненного в виде тиристорного ключа, приведена на фиг.2.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Если резких изменений тока в тяговой сети нет, сигнал на выходе блока 12 не превышает уставки срабатывания порогового элемента 13, элементы времени 14 и 15 находятся в режиме ожидания, сигналы на их выходах отсутствуют.
При пуске электроподвижного состава (ЭПС) ток фидера контактной сети изменяется достаточно резко, причем известно, что интервал времени между соседними приращениями тока равен примерно 0,15-0,18 с. Первый элемент времени 14 настроен таким образом, что задаваемая им выдержка времени соизмерима, но все же несколько меньше 0,15 с. Выдержка времени, задаваемая элементом 15, вдвое меньше. При пуске ЭПС срабатывает пороговый элемент 13, запуская элементы времени 14 и 15, однако при указанных длительностях вырабатываемых ими сигналов сигнал на отключение коммутационного аппарата не подается.
При нарушении изоляции 7 контактной подвески по подключившейся к контактной сети группе опор, соединенных между собой соответствующим участком дополнительного провода 9, протекает ток переходного режима. Через интервал времени, определяемый соотношением между сопротивлением R и емкостью С ключевого элемента (фиг.2), срабатывает ключевой элемент участка, соседнего с тем, где нарушилась изоляция, и к контактной сети подключается следующая группа опор, что вызывает повторное резкое увеличение тока в контактной сети. Элементы 14 и 15 срабатывают от первого броска тока, затем элемент 15 сбрасывается в исходное состояние и вновь срабатывает при повторном изменении тока. В результате к моменту t≈0,15c после того, как элемент 14 сбросится в исходное состояние, а на выходе элемента 15 все еще будет сохраняться сигнал высокого уровня, создаются условия для подачи управляющего сигнала на коммутационный аппарат 16, отключающий поврежденный участок.
Недостатком устройства-прототипа является его низкая надежность.
Так, при усилении системы тягового электроснабжения для обеспечения пропуска тяжеловесных поездов пуск ЭПС, отрывы токоприемника от контактной сети сопровождаются переходными процессами, при которых электрические характеристики токов в контактной сети (скорости нарастания, принужденные составляющие и пр.) соизмеримы с
аналогичными характеристиками аварийных режимов, возникающих при замыканиях проводов тяговой сети на опоры, не соединенные с рельсовым путем. Это приводит к ложным срабатываниям защиты.
Наличие конденсаторов в составе делителей напряжения, управляющих тиристорами ключевых элементов, используемых для секционирования дополнительного провода, снижает надежность защиты.
Если сопротивления опор контактной сети, опорных конструкций искусственных сооружений, подключенных к дополнительному проводу, превышают 50.0 Ом, существенных приращений тока в контактной сети при срабатывании ключевых элементов вообще не происходит. В таких случаях аварийный режим рассматриваемым устройством вообще не отключится.
Таким образом область применения устройства-прототипа ограничена.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности защиты тяговой сети постоянного тока на участках, где железобетонные конструкции искусственных сооружений, металлические поддерживающие конструкции опор контактной сети отсоединены от рельсового пути.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
В известном устройстве для защиты тяговой сети от коротких замыканий, состоящем из тяговой подстанции, минусовая шина которой (через последовательно соединенные реактор и отсасывающую линию) соединена с рельсовым путем, а плюсовая шина через коммутационный аппарат подключена к проводам контактной сети, подвешенным на изоляторах к опорам контактной сети, металлические конструкции которых, как и конструкции расположенных в непосредственной близости от тяговой сети искусственных сооружений, подключены к секционированному посредством ключевых элементов и не имеющему металлической связи с рельсовым путем дополнительному проводу, этот дополнительный провод на территории тяговой подстанции подключается к искусственному заземлителю через обмотку реле напряжения с нормально-разомкнутыми
контактами, включаемыми в замкнутый контур последовательно с источником постоянного напряжения и отключающей катушкой коммутационного аппарата.
Блок-схема предлагаемого устройства для защиты тяговой сети постоянного тока от коротких замыканий на несоединенные с рельсовым путем опоры и искусственные сооружения представлена на фиг.3.
На фиг.4 приведена схема входящего в состав заявляемого устройства ключевого элемента, используемого при секционировании дополнительного провода.
Устройство состоит из тяговой подстанции 1, минусовая шина 2 которой (через последовательно соединенные реактор и отсасывающую линию) соединена с рельсовым путем 3, а плюсовая шина 4 через коммутационный аппарат 5 подключена к проводам контактной сети 6, подвешенным на изоляторах 7 к опорам 8 контактной сети, а также из не имеющего металлической связи с рельсовым путем дополнительного провода 9, секционированного посредством ключевых элементов 10, к которому подключены поддерживающие конструкции опор 8 и железобетонные опоры и металлические конструкции искусственных сооружений 11, причем провод 9 через обмотку реле напряжения 12, нормально-разомкнутые контакты 13 которого включены в замкнутый контур последовательно с источником постоянного напряжения 14 и отключающей катушкой 15 коммутационного аппарата 5, подключен на тяговой подстанции 1 к искусственному заземлителю 16.
Устройство работает следующим образом.
При нормальном режиме работы системы тягового электроснабжения на секциях дополнительного провода 9 за счет электромагнитного влияния контактной сети 6 наводятся напряжения, не вызывающие срабатывания ключевых элементов 10, через фундаменты опор 8 и железобетонные конструкции искусственных сооружений 11 протекают незначительные токи, величины которых не превышают допустимые по условиям
электрохимической коррозии. Работа рельсовых цепей не нарушается, поскольку дополнительный провод не подсоединен к рельсовому пути.
При нарушении изоляции 7 контактной сети 6 на поддерживающие конструкции опор 8, искусственные сооружения 11, объединенные одной секцией дополнительного провода 9, подается напряжение контактной сети 6, что приводит к срабатыванию соответствующего ключевого элемента 10, подключенного к этой секции, и высокое напряжение подается на следующую секцию дополнительного провода и т.д. В результате такого на обмотке реле напряжения 12 появляется высокое напряжение, реле срабатывает, его нормально-разомкнутые контакты 13 замыкаются, подавая сигнал оперативного тока от источника 14 на отключающую катушку 15 коммутационного аппарата 5. Коммутационный аппарат срабатывает, аварийный режим отключается.
Устройство обеспечивает надежное отключение аварийного режима, возникающего в тяговой сети постоянного тока при коротких замыканиях на опоры и искусственные сооружения, отсоединенные от рельсового пути.
Применение устройства позволяет повысить уровень электробезопасности, снизить электрохимическую коррозию арматуры фундаментов опор и искусственных сооружений, повысить надежность работы рельсовых цепей.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания.
1. Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах. М.: Транспорт. - 1997. - 68 с.
2. Косарев Б.И., Зельвянский Я.А., Сибаров Ю.Г. Электробезопасность на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт. - 1981. - 215 с.
3. Зельвянский А.Я., Зельвянский Я.А., Косарев Б.И. Устройство для защиты тяговой сети от коротких замыканий на опоры. Авторское свидетельство №1318448. Бюл. №23 от 23.06.87. - 3 с. (прототип)