7.2. Защита устройств контактных сетей от коррозии. Заземление, обеспечение электробезопасности
Заземления (рис. 7.3) предназначены для соединения металлических конструкций, не находящихся нормально под напряжением (опорно-поддерживающих деталей, оснований разъединителей и разрядников и т.п.) на контактных сетях с тяговыми рельсами или с землей (на ЛЭП). Заземления повышают надежность срабатывания защит за счет снижения сопротивления и увеличения тока короткого замыкания и тем самым обеспечивают электробезопасность заземленных электроустановок. Их подразделяют на глухие (рис.7.3, а, в), с искровыми промежутками (рис. 7.3, б), изолированные (рис. 7.3, д, е) от конструкций (для защиты от электрокоррозии), комбинированные (рис. 7.3, г), индивидуальные и групповые, с короткозамыкателями и заземлителями, наружные и внутренние.
Индивидуальные заземления выполняют стальным прутком диаметром не менее 12 мм при постоянном токе и не менее 10 мм при переменном. К заземляющему проводнику (спуску) плашечными зажимами присоединяют все конструкции, подлежащие заземлению. По железобетонной опоре наружный заземляющий спуск прокладывают с полевой стороны. На линиях переменного тока, где электрокоррозионное воздействие тока на арматуру менее значительно, заземляющий спуск размещают внутри опоры при ее изготовлении, а заземляющие проводники от конструкций присоединяют к выводам спуска, расположенным вверху опоры. На металлических опорах соединительные заземляющие проводники крепят к элементам опор. По поверхности земли заземляющий проводник прокладывают к рельсу на полушпалках с двукратным покрытием кузбасским лаком для изоляции от земли, иногда — в изолирующем шланге (Чехословакия). Проводник к рельсу крепят башмаком — крюковым болтом (рис. 7.3, ж), на железобетонных шпалах могут быть использованы их крепежные болты. Для опор и искусственных сооружений применяют специальные способы заземления с нейтральными вставками (см. рис. 7.3, е, д). Сопротивления стекания тока с рельсов (рис. 7.4, а, б) и потенциальные диаграммы (рис. 7.4, в) определяют электроэрозию опор.
Трос группового заземления, соединяющий ряд стоящих опор, применяют для опор контактной сети, установленных в выемках за кюветами и на пассажирских платформах, и выполняют из проводов сечением не менее 70 мм2. Трос закрепляют на опорах с помощью хомутов на высоте 5—6 м с натяжением 3,5-4 кН и присоединяют в одном месте двойным заземляющим спуском к средней точке дроссель-трансформатора или непосредственно к рельсу. Длина участка постоянного тока с групповым заземлением металлических опор не должна превышать 1200м, а железобетонных – 600м. Для опор с групповым заземлением возникают две электроэрозионные опасности: прохождение тока в землю через опоры с малым сопротивлением при срабатывании порогового устройства и переток между опорами, объединенными тросом, из-за разности потенциалов точек земли, разнесенных вдоль рельсовых нитей. Для расчета перетоков целесообразно использовать методику Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС), учитывающую схемы питания систем электроснабжения.
При переменном токе из-за наведенного напряжения длину троса ограничивают до 400 м и заземляют его так, чтобы от заземления до крайней опоры было не более 200 м.
Искровые промежутки (рис. 7.4, г, д) предназначены для защиты арматуры фундаментов и опор контактных сетей от протекания по ним блуждающих токов, а также пропуска тока в рельсовую цепь при пробое изоляции контактных сетей или ВЛ продольного электроснабжения, проходящей по опорам. Они служат для защиты подземных сооружений от электрокоррозии токами, стекающими с рельсов через за-
Рис. 7.3. Схемы заземления конструкций на рельс: глухое (а); через искровой промежуток (б); глухое с изолирующими элементами (в); комбинированное(г); опоры с нейтральной вставкой (д); искусственного сооружения с защитным устройством (е); крепление заземления к рельсу (ж); 1 – изоляторы контактной сети, 2 – нейтральная вставка, 3 – дополнительные изоляторы, 4 – изолирующие прокладки, 5 – тяговые рельсы, 6 – отбойники контактной сети, 7 – защитное устройство, 8 – крюковой болт, 9 – заземляющий провод, 10 – контактная подвеска, 11 – искровой промежуток
земляющие проводники и арматуру фундаментов в грунт в соответствии с потенциалами рельс — земля и сопротивлениями, которые зависят в основном от тягового тока и имеют различные зоны вдоль пути (с катодной зоной вблизи подстанции). Величина тока, стекающего с опоры, зависит от сопротивления рельс—земля.
Искровые промежутки (ИП) в нормальных условиях врезают в заземляющий проводник, изолируя опоры от рельсов. Когда на опору попадает высокое напряжение (800 В), происходит пробой искрового промежутка и наступает глухое заземление на рельс. Конструктивно искровые промежутки могут быть однократного и многократного действия. Искровой промежуток типа ИПМ-62М (см. рис. 7.4, г) состоит из корпуса с крышкой, внутри которого находится съемная вставка с двумя контактными шайбами и слюдяными прокладками между ними. Для предотвращения приваривания съемной вставки к крышке при пробое промежутка предусмотрен экран в виде карболитового кольца. Пробивное напряжение такого искрового промежутка составляет 800 — 1200 В. На опорах с роговыми разрядниками устанавливают по два искровых промежутка, если провод заземленного рога не изолирован от
опоры.
Искровой промежуток ИП-3 Воскресенского электромеханического завода имеет изоляцию между выводами при снятой вставке 10 МОм и обеспечивает пропуск ударного тока при одностороннем питании с импульсом 7 — 9 кА и временем протекания 0,04 — 0,06 с; при двустороннем питании — с таким же импульсом и последующим протеканием в течение 0,3 с, а также однократное АПВ с интервалом 6 — 10 с.
Искровой промежуток типа ИПВ-ЦНИИ-62 снабжен варистором (см. рис. 7.4, д) вследствие чего его импульсные характеристики аналогичны характеристикам ОПН.
Диодные заземлители предназначены для тех же целей, что и искровые промежутки, но обеспечивают большее число срабатываний, что особенно важно для групповых заземлений. Они выполняются в двух вариантах: ЗД-1 на трех вентилях ВЛ-200 и ЗД-2 на одном таблеточном вентиле Д133 на 1000 А не ниже 16-го класса.
ЗД-1 состоит из трех параллельно соединенных вентилей ВЛ200 не ниже 8-го
Рис. 7.4. Схемы стекания тока с рельсов в землю через металлические (а) и железобетонные (б) опоры в соответствии с потенциальной диаграммой (в) и средства защиты от коррозии: искровые промежутки ИМП-62М (г); ИПВ-ЦНИИ-62 (д); установка диодного заземлителя (е); диоды (ж); схема подключения диодов к групповому тросу (з); 1— групповые электроды; 2 — поджигающий электрод; 3 — слюдяная прокладка; 4 — варистор СН2-2А; 5 — пружинная шайба; 6 — кольцевые магниты; 7— токопроводы; 8 — крышки; 9 — уплотнительное кольцо; 10 — дугостойкая втулка; 11 — миканитовая прокладка; 12 — рельсы; 13 — диодный заземлитель; 14 — трос; 15 — изолятор; 16 — дроссель-трансформатор
класса (рис. 7.4, е, ж). Его устанавливают на высоте не менее 1,7 м от уровня земли. От троса до диодного заземлителя прокладывают один провод, а заземляющий спуск от него к рельсу выполняют двойным стальным прутком диаметром 12 мм и присоединяют либо к средней точке дросселя-трансформатора, либо двумя зажимами непосредственно к рельсу через два параллельных ИПМ-62 (рис. 7.4, з), но не ближе 200 м от сигнальной точки (дроссельного стыка) и 100 м от места присоединения к рельсам заземляющего спуска рогового разрядника.
Для предотвращения перетекания тока на железобетонных опорах корпус диодного заземлителя и его спуски изолируют от опоры. На корпусе заземлителя наносят знак высокого напряжения в виде красной стрелы, направленной острием вниз.
Подключают диодный заземлитель к тросу группового заземления по Т- или Г-образной схеме, а секционирующие изоляторы для исключения шунтировки рельсовых цепей размещают напротив дросселя-трансформатора и в других местах.
Диодные заземлители Московского энергомеханического завода имеют сопротивление изоляционных втулок не менее 10 МОм. Без разрыва цепи ЗД-2 обеспечивает такой же уровень параметров, как и искровой промежуток ИП-3.
Короткозамыкатели с групповыми заземлениями, применяемые на Западно-Сибирской, Свердловской и других железных дорогах, обеспечивают полную изоляцию опор от рельсов, высокую надежность, возможность большого количества срабатываний, уменьшение расхода проводов, а также защиту от хищений цветных металлов и вандализма. Это достигается (рис. 7.5) соединением через искровые промежутки всех опор (узлов) секции заземления изолированным от опор дополнительным проводом (БСМ-4, БСА-51, АС-35) и подключением его на концах защищаемой зоны через входные устройства к дуговым короткозамыкателям типа БКЗ-3,3. При этом один силовой контакт короткозамыкателя соединяется с контактной подвеской, а другой — со средней точкой дроссель-трансформатора (рельсами). При повреждении изоляции на любой опоре пробивается установленный на ней искровой промежуток и на дополнительный провод подается напряжение контактной сети, вызывая срабатывание короткозамыкателя, который замыкает контактную подвеску на дроссель-трансформатор (рельс). Ток короткого замыкания мгновенно отключается реагирующими на него быстродействующими выключателями тяговых подстанций, постов секционирования или пунктов параллельного соединения, таким образом, место повреждения отключается и локализуется.
Рис. 7.5. Групповое заземление опор контактных сетей с короткозамыкателем: / — контактная подвеска; 2 — дополнительный провод; 3 — искровой промежуток; 4 — опора; 5 — изолятор; 6 — входное устройство; 7 — запальные устройства; 8 — контакты электрозамыкателя
Конструктивно короткозамыкатель состоит из двух стальных пустотелых цилиндрических электродов, внутри которых размещены катушки для создания радиального магнитного поля. В нижний электрод вмонтировано запальное устройство с подвижными сердечниками — контактами катушек. При подаче напряжения на входное устройство катушки контакты размыкаются, возникает электрическая дуга, которая ионизирует пространство между основными электродами и вызывает пробой с током короткого замыкания до 3,5 кА. После срабатывания быстродействующих выключателей входное устройство приходит в исходное положение, срабатывает счетчик, искровые промежутки опор восстанавливаются.