книги из ГПНТБ / Маринов, И. А. Устройство и эксплуатация преобразовательных подстанций городского электротранспорта учеб. пособие

ванной нейтралью имеет небольшую величину. Этот ток не пред­ ставляет непосредственной опасности для электроустановки и не требует быстрого отключения.

Однако длительное протекание тока однофазного замыкания на земл'ю и повышение напряжения на неповрежденных фазах (в У 3 раз) могут привести к повреждению изоляции и возникновению междуфазных коротких замыканий. Поэтому работа с однофазным замыканием на землю допускается по ПТЭ станций и сетей не бо­

землю с помощью кабельных трансформаторов тока нулевой по­ следовательности и токовых электромагнитных реле ЭТ-520 или указательных реле ЭС-21 или РУ-21.

Трансформаторы тока нулевой последовательности изготовля­ ются двух типов: ТЗ с неразъемным сердечником и ТЗР, ТФ с разъемным сердечником.

Такой трансформатор тока состоит из стального сердечника круглой или прямоугольной формы (рис. 96), на котором намота­ на вторичная обмотка. Кабель защищаемой линии пропускают сквозь окно сердечника трансформатора тока и является его пер­ вичной обмоткой. Э. д. с. во вторичной обмотке наводится суммой магнитных потоков, создаваемых токами каждой фазы.

При нормальной трехфазной нагрузке, а также при двухфаз­ ных или трехфазных коротких замыканиях, сумма токов всех трех фаз, а следовательно, и суммарный магнитный поток и э. д. с. во вторичной обмотке трансформатора тока равны нулю. При замы­ кании одной фазы на землю по этой фазе дополнительно будет протекать ток замыкания на землю, который создает в сердечнике магнитный поток, наводящий э. д. с. и во вторичной обмотке тран­ сформатора. Под действием этой э. д. с. по обмотке реле будет протекать ток.

При монтаже защиты однофазного замыкания на землю необ­ ходимо воронку кабеля изолировать от земли, а заземляющий про­ вод брони кабеля должен быть пропущен сквозь окно трансфор­ матора тока. Это делается для того, чтобы не было ложных дей­ ствий защиты при протекании блуждающих токов по броне и свинцовой оболочке кабеля при повреждении другого кабеля.

Защита от замыкания на землю в сетях с изолированной нейт­ ралью выполняется с действием на сигнал.

Для устранения ложных срабатываний защиты от кратковре­ менного нарушения симметрии в трехфазной сети (например, в случае неодновременного размыкания или замыкания контактов выключателя при параллельной работе кабелей) сигнальное реле может включаться через реле времени с выдержкой времени до

0,5 сек.

Для проверки работы защиты без отключения кабеля на сер­ дечник наматывается дополнительная обмотка из нескольких вит­ ков, концы которой выведены на клеммы, вынесенные за пределы ячейки кабеля. Пропуская ток через эту вспомогательную обмот­ ку, имитируют замыкание на землю и определяют ток срабатыва­ ния токового реле.

Ток уставки / у максимальной токовой защиты на питающих ка­ белях 6—10 кв выбирают из следующих условий

Коэффициент толчковоети представляет собой отношение мак­ симального тока нормального режима работы подстанции к сред­ нему часовому току, который определяется по счетчику. Этот ко­ эффициент характеризует непрерывное изменение тяговой нагруз­ ки, которое определяется непрерывно меняющимися: количеством подвижного состава, питаемого от данной подстанции, и током, по­ требляемым каждой машиной с учетом пускового режима.

При кольцевой схеме питания за /н.р принимается суммарный номинальный ток рабочих агрегатов двух подстанций (на случай выхода из строя одного из питающих кабелей).

В настоящее время в схемах релейной защиты используются комплекты защиты промышленного изготовления КЗ-1, КЗ-2, КЗ-З, КЗ-4А и КЗ-5А. Комплект защиты представляет собой комплект реле, необходимых для осуществления той или иной схемы защи­ ты, смонтированных на одной панели под одним общим кожухом.

Комплект КЗ-1 предназначен для выполнения максимальной токовой защиты мгновенного действия и состоит из двух реле мак­ симального тока, промежуточного реле и указательного реле.

132

Комплект КЗ-2 предназначен для выполнения максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени и состоит из двух реле максимального тока, реле времени и указательного реле.

Комплект КЗ-3 предназначен для выполнения максимальной токовой защиты мгновенного действия и максимальной токовой защиты с выдержкой времени и состоит из пяти реле максималь­ ного тока, промежуточного реле, реле времени и трех указатель­ ных реле.

Комплект КЗ-4А предназначен для выполнения максимальной токовой направленной защиты с выдержкой времени и состоит из двух реле максимального тока, двух реле направления мощности, реле времени и трех указательных реле.

Комплект КЗ-5А предназначен для выполнения трехступенча­ той токовой направленной защиты нулевой последовательности и состоит из трех реле максимального тока, реле направления мощ­ ности, двух реле времени, промежуточного реле и четырех указа­ тельных реле.

Комплекты защиты могут быть выполнены на любое напряже­ ние оперативного постоянного тока: 24, 48, ПО или 220 в.

Все аппараты комплектов защиты должны в нормальном режи­ ме выдержать длительно 110% номинальной величины тока или напряжения.

Сопротивление изоляции всех независимых цепей переменного и постоянного тока относительно корпуса и между ними в обесто­ ченном состоянии комплектов при температуре окружающего воз­ духа 20±5°С и относительной влажности до 80% должны быть не менее 10 Мом.

§ 18. З А Щ И Т А П РЕО БРАЗО ВАТЕЛ ЬН Ы Х АГРЕГАТОВ

Преобразовательные агрегаты со стороны переменного тока 6—10 кв защищены от токов перегрузки и короткого замыкания релейной защитой. Со стороны выпрямленного тока устанавлива­ ют автоматические быстродействующие выключатели. Силовой трансформатор снабжен газовой защитой, действующей при внут­ ренних повреждениях (см. главу V).

Кроме того, преобразовательные агрегаты оснащены защитой или сигнализацией при различных нарушениях режима работы, например, при прекращении потока охлаждающего воздуха, при пробое или обрыве вентилей.

На стороне переменного тока может быть установлена макси­ мальная токовая защита мгновенного действия или ограниченно зависимая с отсечкой. Для защиты мгновенного действия применя­ ют токовые реле РТ-40 с промежуточными реле, для ограниченно зависимой защиты с отсечкой — индукционные реле РТ-80 (ИТ-80). Предпочтение следует отдать ограниченно зависимой защите с от­ сечкой, позволяющей использовать зависимую часть для защиты от перегрузки и подключения резервного агрегата, а отсечку — для

133

Г Л А В А I V

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА

§ 19. Н А ЗН А Ч ЕН И Е П РЕО БРАЗО ВАТЕЛ ЕЙ ТОКА И ИХ К Л А С С И Ф И К А Ц И Я

Преобразователи служат для преобразования электрической энергии переменного тока, получаемой тяговой подстанцией от энергосистемы, в электрическую энергию постоянного (точнее, вы­ прямленного) тока.

В качестве преобразователей переменного тока могут быть при­

переменный ток в постоянный с помощью механического переклю­ чающего контактного устройства, действующего синхронно частоте тока питающей сети. Эти выпрямители требуют высокой точности переключения контактного устройства для обеспечения безыскро­ вой коммутации. Они не получили широкого применения.

тия электрической тяги служили основными типами преобразова­ телей. В настоящее время двигатель-генераторы и одноякорные пре­ образователи для целей электрической тяги почти полностью вытес­ нены электрическими вентилями.

Вкачестве преобразователей в устройствах электрической тяги наиболее широкое применение получили ртутные вентили с дуго­ вым разрядом, которые с 1925 г. устанавливались в СССР на пре­ образовательных .подстанциях электрического транспорта.

С1961 г. начались испытания и внедрения полупроводниковых вентилей. В декабре 1963 г. две преобразовательные подстанции городского наземного электротранспорта Москвы первыми в Со­ ветском Союзе были полностью укомплектованы кремниевыми вен­ тилями и включены в эксплуатацию, а в августе 1969 г. все преоб­ разовательные подстанции Москвы были укомплектованы кремние­ выми вентилями.

Внастоящее время кремниевые вентили внедрены на тяговых подстанциях других городов Советского Союза, где имеется город­ ской электрический транспорт.

135

§ 20. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ТОКА

Для того чтобы в цепи, 'подключенной к источнику переменного тока, протекал ток лишь в одном направлении, необходимо создать в этой цепи условия односторонней проводимости.

Прибор, обладающий односторонней проводимостью, называет­

ся вентилем.

В цепи, содержащей вентиль, ток протекает в течение одного полупериода переменного напряжения, который называется положи­ тельным или рабочим полупериодом. В следующий полупериод,

а)

Рис. 98. Схема (а)

называемый обратным или отрицательным, сопротивление вентиля резко возрастает, вследствие чего происходит как бы запирание пути протекания тока.

Простейшей является схема однополупериодного выпрямления (рис. 98, а). В проводящую, положительную часть периода прило­ женное напряжение щ в основном воспринимается нагрузочным сопротивлением Rd, а на вентиль приходится небольшая часть, рав­ ная падению напряжения в вентиле Ащ* (рис. 98, б). В непроводя­ щую часть периода, когда ток в цепи не протекает, приложенное напряжение щ целиком воспринимается вентилем щ = ив (в идеаль­ ных вентилях). Напряжение ив называется обратным напряжени­ ем. Через вентили в непроводящую часть периода может протекать небольшой по величине обратный ток г'в, не соизмеримый с током ia, протекающим через вентиль в проводящую часть периода. В этом случае величина обратного напряжения на вентиле ,в непроводящую часть периода ив меньше приложенного напряжения щ на величи­ ну iBRd (падение напряжения в нагрузке от протекающего обрат­ ного тока).

136

При однополупериодном выпрямлении ток, протекающий по на­ грузке id (выпрямленный ток), равен по величине току, протекаю­ щему через вентиль, т. е. id = ia■Выпрямленный ток получается пре­ рывистым, пульсирующим.

Для питания схемы выпрямления обычно применяется тран­ сформатор, с помощью которого изменением коэффициента тран-

/ Щ

сформации I ■— , где Ui — напряжение первичной обмотки, е2— на­

пряжение вторичной обмотки) можно получить необходимую вели­ чину выпрямленного напряжения (рис. 99).

Рис. 99. Схема (а) и график (б) однополупериодного выпрямления с примене­ нием трансформатора

При однополупериодном выпрямлении среднее значение вы­

где Е2— действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Среднее значение тока, протекающего через вентиль, / а и вы­ прямленного тока 1а, протекающего через сопротивление нагрузки, равно

Id

Ud

R d ’

а максимальное значение этих токов

макс 1=3 Id макс = я 1 а ,

т. е. максимальное значение тока больше среднего в 3,14 раза.

137

Максимальное значение обратного напряжения на вентиле в непроводящую часть периода больше выпрямленного напряжения в

3,14 раза, т. е. UBЫакс= У 2 E2=nUd.

Для того чтобы выпрямленный ток не был прерывистым и про­ текал по внешней цепи ев течение обоих полупериодов, применяют-

АВ

Рис. 100. Двухполупериодное выпрямление однофазного переменного тока по схе­ ме с выведенной средней точкой трансформатора:

а — схема, б — график

Рис. 101. Двухполупериодное выпрямление однофазного переменного тока но мо­ стовой схеме:

а —схема, б —график

ся схемы двухполуиериодного выпрямления: с выведенной средней точкой трансформатора (рис. 100) и мостовая (рис. 101).

138

Схема с выведенной средней точкой состоит из однофазного трансформатора с двумя соединенными последовательно вторичны­ ми обмотками с выведенной точкой соединения (средней точкой). Выводы вторичных обмоток а и b имеют одинаковый по величине, но сдвинутый на 180°, потенциал по отношению к средней точке. В один полупериод вывод обмотки а положителен по отношению к средней точки и, следовательно, к катоду вентиля 1, связанному со средней точкой через нагрузку. В этот полупериод ток протекает через вентиль 1. В следующую половину периода положительным становится вывод обмотки Ь, и ток протекает через вентиль 2. По сопротивлению нагрузки ток протекает в одном направлении в те­ чении обоих полупериодов.

Среднее значение выпрямленного напряжения при этой схеме

Среднее значение тока через вентиль

Максимальное значение выпрямленного тока

Id макс = Id-

Максимальное значение тока, протекающего через вентиль:

1амакс :==л1а-

Анод неработающего вентиля в непроводящий полупериод нахо­ дится под полным фазным напряжением по отношению к своему катоду. В то же время катод неработающего вентиля связан с като­ дом работающего вентиля, потенциал которого во время работы, т. е. при протекании через него тока, имеет потенциал, почти рав­ ный потенциалу его анода (за вычетом падения напряжения в вен­ тиле), т. е. потенциал фазы, сдвинутый на 180° по отношению -к фазе анода непроводящего вентиля. Поэтому величина -максимального обратного напряжения, приходящегося на вентиль в непроводящий полупериод, равна двойной амплитуде фазового напряжения

Иь макс == 2 У 2 £ 2 = л и d.

Параметры трансформатора, применяемого в схеме двухполупериодного выпрямления с выведенной средней точкой, определяются следующими величинами:

действующим значением вторичного тока

139

ние напряжения первичной обмотки к напряжению одной фазы вто­ ричной обмотки;

расчетной мощностью вторичной обмотки трансформатора

Рг = 2ЕгЬ = 1,74/Д,

где Pd — мощность на стороне выпрямленного тока; расчетной мощностью первичной обмотки трансформатора

Pi = UJi = 1,23/Д,

расчетной (типовой) мощностью трансформатора

Р* = P if .Pl . = 1,48Pd.

Для мостовой схемы применяется трансформатор с одной вто­ ричной обмоткой, к которой подключается выпрямительный мост из четырех вентилей (см. рис. 101). По этой схеме в течение одного полу-периода ток пропускает одна пара вентилей, для которых этот полу-период является положительным (направление тока показано сплошными стрелками). Эта пара вентилей включается в противо­ положные плечи моста. В течение следующего полупериода ток пропускает другая пара вентилей, для которых этот лолупериод по­ ложителен (пунктирные стрелки). По нагрузочному сопротивлению ток в обоих случаях протекает в одном и том же направлении.

Величина обратного напряжения на вентиле в непроводящую часть периода при мостовой схеме в два раза меньше, чем в схе­ ме со средней точкой, так как вентиль, не пропускающий в данный полупериод тока, оказывается присоединенным к вторичной обмот­ ке трансформатора через другой работающий вентиль.

Обратное напряжение при мостовой схеме

Кроме того, в мостовой схеме может быть применен трансфор­ матор меньшей мощности

Р1 = Р2 = Р ч = 1,23Pd.

Соотношения между выпрямленным напряжением и током и на­ пряжением и током трансформатора при мостовой схеме такие же, как и при схеме со средней точкой.

Достоинством схемы со средней точкой является уменьшение необходимого количества вентилей вдвое по сравнению с мостовой схемой.

Для выпрямления трехфазного переменного тока в основном применяются следующие схемы: трехфазного выпрямления с нуле­ вым выводом, мостовая и шестифазного выпрямления с нулевым выводом.

140