Контактные сети и ЛЭП

Рис. 7.2. График изменения тока и напряжения вентильного разрядника (а) и ограничителя (б) при набегании волны перенапряжения; Uр – напряжение на разряднике; UОПН – напряжение на ограничителе; iр – ток разрядника; iОПН – ток ограничителя. Установка ОПН с предохранителем (в) 1 – ОПН; 2 – заземление; 3 – предохранитель; 4 – шлейф.

ции ограничителей типа ОПНК-3,3; ОПНК-27,5 (ВНИИЖТ совместно с ЭЛВО,

НИИЭК, ФЕНИКС). Выпускают ОПН и для ЛЭП 0,38; 6; 10 и 35 кВ.

Технические данные ограничителей перенапряжений Великолукского завода высоковольтной аппаратуры следующие. Класс напряжения и наибольшее рабочее напряжение составляют 3 и 4 кВ для ОПНК-П1-3,3 и ОПН-3,3 КС и 25 и 30 кВ для ОПНК-П1-27,5; ОПН-27,5 КС. Номинальный разрядный ток для всех типов 10 кА.

На опорах с оттяжками устанавливать разрядники и ограничители напряжения запрещается.

7.2.Защита устройств контактных сетей от коррозии. Заземление, обеспечение электробезопасности

Заземления (рис. 7.3) предназначены для соединения металлических конструк-

ций, не находящихся нормально под напряжением (опорно-поддерживающих дета-

лей, оснований разъединителей и разрядников и т.п.) на контактных сетях с тяговы-

ми рельсами или с землей (на ЛЭП). Заземления повышают надежность срабатыва-

ния 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), изо-

лированные (рис. 7.3, д, е) от конструкций (для защиты от электрокоррозии), комби-

нированные (рис. 7.3, г), индивидуальные и групповые, с короткозамыкателями и заземлителями, наружные и внутренние.

Индивидуальные заземления выполняют стальным прутком диаметром не ме-

нее 12 мм при постоянном токе и не менее 10 мм при переменном. К заземляющему проводнику (спуску) плашечными зажимами присоединяют все конструкции, под-

лежащие заземлению. По железобетонной опоре наружный заземляющий спуск прокладывают с полевой стороны. На линиях переменного тока, где электрокорро-

зионное воздействие тока на арматуру менее значительно, заземляющий спуск раз-

мещают внутри опоры при ее изготовлении, а заземляющие проводники от кон-

струкций присоединяют к выводам спуска, расположенным вверху опоры. На ме-

таллических опорах соединительные заземляющие проводники крепят к элементам опор. По поверхности земли заземляющий проводник прокладывают к рельсу на по-

лушпалках с двукратным покрытием кузбасским лаком для изоляции от земли, ино-

гда — в изолирующем шланге (Чехословакия). Проводник к рельсу крепят башма-

ком — крюковым болтом (рис. 7.3, ж), на железобетонных шпалах могут быть ис-

пользованы их крепежные болты. Для опор и искусственных сооружений применя-

ют 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 присоеди-

няют 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 желе-

зобетонных – 600 м. Для опор с групповым заземлением возникают две электроэро-

зионные опасности: прохождение тока в землю через опоры с малым сопротивлени-

ем при срабатывании порогового устройства и переток между опорами, объединен-

ными тросом, из-за разности потенциалов точек земли, разнесенных вдоль рельсо-

вых нитей. Для расчета перетоков целесообразно использовать методику Петербург-

ского 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 – тяго-

вые рельсы, 6 – отбойники контактной сети, 7 – защитное устройство, 8 – крюковой болт, 9 – заземляющий провод, 10 – контактная подвес-

ка, 11 – искровой промежуток

земляющие проводники и арматуру фундаментов в грунт в соответствии с потен-

циалами 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 напряже-

ние (800 В), происходит пробой искрового промежутка и наступает глухое заземле-

ние на рельс. Конструктивно искровые промежутки могут быть однократного и многократного действия. Искровой промежуток типа ИПМ-62М (см. рис. 7.4, г) со-

стоит из корпуса с крышкой, внутри которого находится съемная вставка с двумя контактными шайбами и слюдяными прокладками между ними. Для предотвраще-

ния приваривания съемной вставки к крышке при пробое промежутка предусмотрен экран в виде карболитового кольца. Пробивное напряжение такого искрового про-

межутка составляет 800 — 1200 В. На опорах с роговыми разрядниками устанавли-

вают 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 про-

пуск 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 проме-

жутки, 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 зем-

ли. 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 зажима-

ми 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 присоеди-

нения к рельсам заземляющего спуска рогового разрядника.

Для предотвращения перетекания тока на железобетонных опорах корпус ди-

одного заземлителя и его спуски изолируют от опоры. На корпусе заземлителя нано-

сят 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 рельсо-

вых цепей размещают напротив дросселя-трансформатора и в других местах.

Диодные заземлители Московского энергомеханического завода имеют сопро-

тивление изоляционных втулок не менее 10 МОм. Без разрыва цепи ЗД-2 обеспечи-

вает 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 изо-

ляцию 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 дополни-

тельным проводом (БСМ-4, БСА-51, АС-35) и подключением его на концах защи-

щаемой 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 искро-

вой промежуток и на дополнительный провод подается напряжение контактной се-

ти, вызывая срабатывание короткозамыкателя, который замыкает контактную под-

веску на дроссель-трансформатор (рельс). Ток короткого замыкания мгновенно от-

ключается 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 ци-

линдрических электродов, внутри которых размещены катушки для создания ради-

ального 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 про-

бой с током короткого замыкания до 3,5 кА. После срабатывания быстродействую-

щих выключателей входное устройство приходит в исходное положение, срабаты-

вает счетчик, искровые промежутки опор восстанавливаются.

7.3. Обеспечение надежной работы защит. Минимизации потерь тягового

тока и напряжения в рельсовой сети

Рельсовая сеть. На электрифицированных участках дорог рельсы используют в качестве второго провода для тяговых токов, а также для цепей автоблокировки и электрической централизации. На линиях переменного тока для питания рельсовых

цепей автоблокировки применяют переменный ток частотой 25 Гц, т.е. отличной от частоты тока в контактной сети, а на линиях постоянного тока — частотой 25, 50 Гц.

Сопротивление рельсовой цепи складывается из сопротивлений рельсов и переход-

ных сопротивлений стыков, значительно повышающих сопротивление рельсовой цепи тяговым токам, что приводит к увеличению падения напряжения в рельсах и токов в земле. Для уменьшения сопротивления рельсовой цепи концы звеньев рель-

сов соединяют между собой стыковыми соединителями, а на участках, не оборудо-

ванных автоблокировкой, обе нити рельсов соединяют между собой через каждые

300 м междурельсовыми соединителями. На двух- и трехпутных участках через каждые 600 м дополнительно устанавливают междупутные соединители.

При однониточных рельсовых цепях (рис. 7.6, а) для прохождения тягового то-

ка используют только одну рельсовую нить. В этих случаях соединяют между собой противоположные тяговые нити рельсового пути. Междупутные соединители рас-

полагают на расстоянии 400 м один от другого, а также в горловинах станций; вход-

ных сигналов.

На участках, оборудованных двухниточной автоблокировкой (рис. 7.6, б), для сохранения непрерывности цепи тягового постоянного тока с каждой стороны изо-

лирующего стыка (необходимого для выделения блок-участка автоблокировки)

устанавливают дроссель-трансформаторы, концы обмоток которых присоединяют к обеим рельсовым нитям. Для прохождения тягового тока в обход изолирующего стыка средние точки обмоток дроссель-трансформатора соединяют между собой.

Междупутные соединения устраивают, соединяя между собой средние точки обмо-

ток дроссель-трансформаторов соседних изолирующих стыков. Чтобы предупредить нарушения нормальной работы автоблокировки, междупутные соединители уста-

навливают через два изолирующих стыка.

Отсасывающие линии на участке, не оборудованном автоблокировкой, присо-

единяют к рельсовым нитям всех электрифицированных путей. На станциях с одно-

ниточными рельсовыми цепями отсасывающие провода присоединяют ко всем электротяговым рельсовым нитям. При двухниточных рельсовых цепях отсасываю-

щие провода присоединяют к средним точкам обмоток дроссель-трансформаторов.