УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ОТ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ДО МЕСТА ОБРЫВА САМОНЕСУЩИХ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1000 В ПРИ РАСПОЛОЖЕНИИ НА ОПОРАХ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к электрификации железных дорог, и может быть использована при определении расстояния до места обрыва самонесущих изолированных проводов (СИП) трехфазных воздушных линий напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью (ВЛ) при их расположении на опорах контактной сети переменного токае полевой стороны тока системы 25 кВ электрифицированных железных дорог.
Известны технические решения по определению расстояния до места обрыва воздушных проводов линии электропередачи напряжением выше 1000 В [1], принцип работы которых построен на анализе входного сопротивления «шина подстанции - земля», которое находится по результатам экспериментов на питающий участок подстанции.
Однако из-за того, что сопротивление растеканию упавшего на землю самонесущего изолированного провода изменяется значительно, а в ряде случаев стремится к бесконечности, определение расстояния по входному сопротивлению не представляется возможным.
В основу работы устройства определения расстояния до места обрыва СИП ВЛ, расположенных на опорах контактной сети переменного тока, положен принцип зависимости токов смещения в отключенных и изолированных линий, от длины их сближения в зонах электромагнитного влияния (напряжения контактной сети переменного тока), с влияющей линией [1].
Известно устройство определения расстояния до места обрыва проводов ВЛ [2, прототип]. Однако в устройстве-прототипе положен принцип протекания тока проводимости по лежащему на земле проводу. Применительно к обрыву и последующему падению СИП ток проводимости от внешнего источника протекать не может. По этой причине использование устройства-прототипа для определения расстояния от тяговой подстанции до места обрыва СИП ВЛ использовано быть не может.
На фиг.1 представлена принципиальная схема электроснабжения нетяговых потребителей по СИП ВЛ при ее расположении на опорах контактной сети переменного тока.
На фиг.1 обозначено:
1, 2, 3 - соответственно обмотка: первичная, тяговая и районная трехфазного трехобмоточного трансформатора тяговой подстанции;
3 - электроподвижной состав;
5 - контактная сеть переменного тока напряжением 25 кВ;
6 - питающие ВЛ, по которым осуществляется электроснабжение нетяговых потребителей (напряжением 10 кВ или 35 кВ);
7 - питающая нетяговые потребители СИП ВЛ (напряжением 10 кВ или 35 кВ), расположенная на опорах контактной сети переменного тока;
8 - коммутационная аппаратура (выключатели напряжением выше 1000 В);
9, 10 - соответственно трехфазные и однофазные трансформаторы типа ТС или ТМ;
11 - место обрыва СИП ВЛ.
Электроснабжение нетяговых потребителей осуществляется от районной обмотки (3) тягового трансформатора, имеющего три обмотки: первичная (1), тяговая (2) и районная (3). При этом от тяговой обмотки (2) по контактной сети (5) осуществляется питание электроподвижного состава (4). От районной обмотки (3) по ВЛ (6) осуществляется питание районных потребителей. По СИП ВЛ (7) при включенных выключателях (8) питаются трехфазные двухобмоточные (9) и однофазные (10) силовые трансформаторы, ко вторичным обмоткам которых подключается нагрузка.
При возникновении обрыва СИП ВЛ срабатывает соответствующая дистанционная защита [1], которая выдает сигнал на отключение СИП ВЛ и одновременно фиксирует поврежденную фазу СИП ВЛ.
KC
1
2
Пусть U=25 кВ - напряжение контактной сети, С и С -соответственно емкость 1 км контактной сети относительно СИП ВЛ и емкость 1 км СИП ВЛ относительно земли; l - расстояние от тяговой подстанции до места обрыва СИП ВЛ; L - длина СИП ВЛ.
Согласно [1] потенциал относительно земли отключенного от источника питания (районной обмотки тягового трансформатора) самонесущего изолированного провода определяется из соотношения:
При заземлении оборванного провода на сопротивление (например, на контурный заземлитель тяговой подстанции) ток в проводе, соединяющим СИП ВЛ и заземлитель, может быть рассчитан из соотношения:
-1
где ω≈314 с - частота переменного тока.
o
Откуда при известном значении тока I, определенным экспериментальным способом, искомое расстояние от тяговой подстанции до места обрыва СИП ВЛ рассчитывается по формуле:
O
H
H
Для более точного определения расстояния до места обрыва целесообразно сравнить токи проводимости (токи проводимости равны токам смещения) в оборванном (I) и необорванном (I) проводах. Ток Iрассчитывается согласно приведенному выше выражению при l=L.
H
O
Тогда, обозначив через К=I/I, запишем:
откуда
при К≥1, или
На фиг.2 представлена принципиальная схема устройства, реализующего сформулированный выше принцип определения расстояния от тяговой подстанции до места обрыва СИП ВЛ при их расположении на опорах контактной сети.
Устройство состоит из источника электрической энергии (1) - тяговая обмотка трансформатора тяговой подстанции, от которой по контактной сети (2) получает питание электроподвижной состав, (3). самонесущих изолированных проводов воздушной линии (СИП ВЛ) один из проводов фаз которой не поврежден (4), а провод второй фазы(5) имеет обрыв, заземлены на заземлитель (6). К заземляющим проводам (7) подключены входные зажимы датчиков тока (8), выходные зажимы которых соединяются со входом блока сравнения действующих значений токов в СИП ВЛ (9),с выхода которого сигнал поступает на блок определения и фиксации расстояния от тяговой, подстанции до места обрыва самонесущего изолированного провода линии напряжением выше 1000 В.
Устройство работает следующим образом. При обрыве одного из проводов СИП ВЛ, расположенной на опорах контактной сети, происходит отключение СИП ВЛ и заземление ее проводов на заземлитель (6) тяговой подстанции посредством заземляющих проводов (7). За счет электрического влияния напряжения контактной сети в заземленных в одной точке по проводам поврежденной и неповрежденной фаз протекают токи проводимости. При этом магнитное влияние токов электроподвижного состава (3) на заземленные провода не вызывают протекание токов, т.к. отсутствует контур для их протекания.
Сигнал о протекании токов по проводам поврежденной и неповрежденной фаз ВЛ10кВ (5 и 4) поступает с датчиков тока (8) на вход блока сравнения (9) и далее с выходных зажимов блока (9) поступает на блок определения и фиксации (10) расстояния от тяговой подстанции до места обрыва (повреждения провода фазы) провода.
Предлагаемое устройство позволяет определить расстояние от тяговой подстанции до места обрыва СИП ВЛ при их расположении на опорах контактной сети переменного тока.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
1. Косарев А.Б., Косарев Б.И. Основы электромагнитной безопасности системы электроснабжения железнодорожного транспорта. М.: Интекст. - 2008. - 480 с.
2. Пупынин В.Н., Нгуен В.Х. Патент №2096795 на изобретение «Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в сетях 6-35 кВ электрических систем с изолированной или компенсированной нейтралью» (прототип).