Рельсовые цепи переменного тока 25 Гц при электротяге постоянного тока

1. 1)   Для чего применена частота 25 Гц для питания р.ц.

2. 2)   Р.ц. переменного тока 25 Гц, кодируемая током 50 Гц (рис. 10.7).

   1. План ответа:

   1. – Элементы р.ц., их назначение.

3. –      Работа р.ц. в различных режимах (нормальный, шунтовой, контрольный, АЛС).

4. –      Защита р.ц. от тягового тока, пробоя изостыков, защита контакта трансмиттерного реле.

5. –      Разделение частот 25 и 50 Гц на питающем конце.

 

 

 

Глава 11 рельсовые цепи при электрической тяге переменного тока

 

11.1. Защита приборов рельсовых цепей от тягового тока

 

Приборы рельсовых цепей на участках с электрической тягой переменного тока 50 Гц должны быть защищены от воздействия тягового тока и его гармонических составляющих. Номинальное напряжение в контактной сети относительно рельсов и земли — 25 кВ. Тяговые подстанции располагают на расстоянии 40—60 км одна от другой, они обеспечивают двустороннее питание устройств. Мощность электровозов ВЛ60, ВЛ80 и ЧС4 составляет пример­но 5000 кВт, потребляемый ток — примерно 200 А, максимальный потребляемый ток — до 500 А. Расчетный ток контактной сети при нахождении на участке нескольких поездов 500 А. При переходе на вынужденный режим питания, когда одну из тяговых подстан­ций временно отключают и ее нагрузку воспринимают смежные с ней подстанции, ток в контактном проводе может увеличивать­ся до 750 А. При коротком замыкании вблизи от тяговой подстан­ции ток в контактном проводе может достигать 14 000 А, длитель­ность короткого замыкания определяется типом устройств защиты, применяемых на тяговых подстанциях, и составляет 0,15—0,3 с. Сопротивление каждой рельсовой нити тяговому току частотой 50 Гц равно 0,78е^j70 Ом/км.

Кроме первой гармоники (50 Гц), в тяговом токе возможно появление гармонических составляющих, кратных частоте основной гармоники. Уровень высших гармонических составляющих опреде­ляется возможным отклонением кривой переменного тока от синусои­дальной формы и нелинейностью цепи нагрузки. На основании ис­следований установлено, что в тяговом токе возможно появление в основном только нечетных гармонических составляющих, так как кривая тягового тока симметрична относительно оси абсцисс (нечетная функция).

 

Наибольшее процентное содержание нечетных гармоник в тяговом токе приведено ниже.

Номер гармоники	3	5	7	9	11	13
Ток гармоники, % , от тока основной гармоники 50 Гц	18,0	7,0	3,6	2,4	1,65	1,2

 

Многочисленные измерения тяговых токов в рельсах показа­ли, что потребляемый электровозом ток распределяется, как пра­вило, равномерно по обе стороны от движущегося электровоза, часть тока возвращается к тяговой подстанции по земле. Значе­ние этого тока в рельсах не превышает 50% потребляемого элект­ровозом тока. Тяговый ток в рельсах может превышать это значе­ние лишь в рельсовых цепях, к которым подсоединяется отсасы­вающий фидер тяговой подстанции, поэтому расчетный тяговый ток в рельсах принимается равным 250 А.

При полной симметрии тяговых токов в рельсовых нитях и сопротивлений каждой из полуобмоток дроссель-трансформаторов тяговый ток и его гармонические составляющие не оказывают ни­какого воздействия на приборы рельсовой цепи. В этом случае одинаковые тяговые токи, протекая через каждую из полуобмоток дроссель-трансформатора, создают на них равные, но противопо­ложно направленные э.д.с.; напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора, а значит, на приборах равно нулю.

Воздействие тягового тока на приборы питающего и релейного концов рельсовой цепи проявляется при неравномерном (асим­метричном) распределении тягового тока по рельсовым нитям. Основными причинами асимметрии тягового тока являются неоди­наковое сопротивление рельсовых нитей тяговому току (продоль­ная асимметрия), а также рельсовых нитей по отношению к зем­ле, вызванное присоединением к одной рельсовой нити опор кон­тактной сети и других сооружений и конструкций с относитель­но низким сопротивлением по отношению к земле (поперечная асимметрия); магнитное влияние контактной сети соседнего пути (на двухпутных линиях) из-за неодинакового расстояния от кон­тактного провода до каждой рельсовой нити.

На основании расчетов и результатов измерений в эксплуа­тационных условиях максимальный расчетный ток асимметрии при­нимается равным 23 А. Напряжение помехи, создаваемой на рель­сах питающего и приемного концов, пропорционально сопротивле­нию концов рельсовой цепи тяговому току. Сопротивление по кон­цам для тока 50 Гц составляет примерно 0,25 Ом.

Так как ток асимметрии проходит через одну половину обмот­ки дроссель-трансформатора, то сопротивление конца рельсовой цепи для тока помехи I_пом:

Z _к.пом = Z_к/4.

Напряжение помехи U_пом на полуобмотке дроссель-трансфор­матора

В.

На всей основной обмотке, т. е. между рельсовыми нитями, напряжение помехи

U_р.пом.=U_пом × 2 = 2,9 В.

 

Напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора ДТ-1-150 с коэффициентом трансформации n=З

 

U_дт.пом=2,9n_дп=2,9 ×3 = 8,7 В,

 

а на первичной обмотке изолирующего трансформатора с коэффициентом трансформации n=9 напряжение помехи

U_ит.пом »U_дп.пом ×n_ит=8,7·9=78 В.

 

В перегонных рельсовых цепях переменного тока 25 Гц минимальное рабочее напряжение сигнальной частоты на рельсах релейного конца составляет 0,4 В. Для обеспечения нормальной работы путевого реле при таком уровне сигнала и наличии напряжения помехи 2,9 В частотой 50 Гц необходимо, чтобы в интервалах кода при наличии асимметрии обеспечивалось отпускание якоря путевого реле ИМВШ-110 или ИРВ-110.

Отпускание путевого реле будет надежно обеспечено, если напряжение помехи не будет превышать 30% рабочего напряжения. Поэтому фильтр, включаемый на релейном конце, должен обеспечивать подавление напряжения помехи частотой 50 Гц не менее чем в 24 раза, т. е. электрический фильтр должен обладать затуханием не менее 27,6 дБ. Примерно таким же затуханием должен обладать и фильтр, включаемый для защиты путевого реле в кодовых рельсовых цепях переменного тока 75 Гц.

 

Вопросы для самоконтроля по пункту: