Защита от токов короткого замыкания в тяговой сети

В процессе эксплуатации системы электроснабжения в результате некоторых повреждений и ошибок обслуживающего персонала в тяговой сети могут образоваться гальванические соединения контактной сети с рельсами – короткие замыкания (к.з.). Короткие замыкания происходят и на электроподвижном составе. В зависимости от места к.з. и от того, произошло ли непосредственное «металлическое» к.з. или через дугу, ток короткого замыкания будет иметь большие или меньшие значения. При проектировании и эксплуатации надо считаться как с наибольшими, так и с наименьшими возможными значениями токов к.з.

По большим токам к.з. должны быть проверены или выбраны устройства и аппаратура. Такие токи легко отличить от токов нагрузки и создать защиту, вызывающую отключение выключателей, питающих поврежденную зону, - так называемую токовую защиту.

Однако в тяговой сети могут возникать токи к.з., близкие к наибольшим токам нормальных нагрузок или даже меньше их. Такие токи нельзя отличить по значению от токов нагрузки и построить по этому принципу защиту от них.

Требования, предъявляемые во всех случаях к защите, сводятся в основном к слудующему: защита должна иметь высокую надежность, быть чувствительной к коротким замыканиям, обеспечивать надежность работы участка в нормальных режимах (отсутствие ложных срабатываний), обладать требуемым быстродействием, обеспечивать селективные отключения поврежденного участка (т.е. отключение только ближайших к месту повреждения выключателей). Более конкретные требования к защите и способы их обеспечения зависят от схем питания и секционирования тяговой сети.

При выполнении п. 8 задания студент должен выбрать уставку защиты только для фидеров подстанции. Уставка защиты на посту в данном проекте может не выбираться. Методика выбора уставки защиты приведена в [2, 3]. Там же студент может выбрать и схему поста секционирования.

Ток короткого замыкания можно найти по очевидной фор­муле [2,3]

,(5.1)

где =25кВ – номинальное напряжение контактной сети; - мощность короткого замыкания, в исходных данных; =10,5% - напряжение короткого замыкания для выбранного трансформатора; - номинальная мощность тяговой подстанции, кВА; - расстояние от тяговой подстанции до места короткого замыкания, км (выбираем произвольное); - соответственно индуктивное и активное сопротивления, одного километра тяговой сети, Ом/км, для выбранной подвески

Эти величины приведены в таблице 7.

Максимальный рабочий ток фидера можно найти двумя способами (по выбору студента).

При первом способе для определения максимального то­ка фидера строится график зависимости тока фидера от времени.

Если по тяговым расчетам видно, что около подстанции производится трогание поезда, то максимальный ток опреде­ляется непосредственно по этому графику. Если же трогания около подстанции нет, то можно определить максимальный ток филера по формуле

, (5.2)

где - максимальное значение тока фидера по графику зависимости ; - ток трогания по тяговым расчетом; - ток, потребляемый поездом от рассматриваемого фидера около подстанции (средний поездной ток );

При втором способе максимальный ток определяется в предположении, что ток фидера составляет сумму тока тро­гания одного поезда и отнесенных к этому фидеру средних токов других поездов.

При раздельной работе путей такой подход приводит к приближенной формуле:

(5.3)

а при узловой схеме к формуле:

(5.4)

Здесь n_ф1 и n_ф2 – максимальное число поездов, которое может находиться в фидерной зоне со­ответственно на первом и втором путях; I₁ и I₂ – средние значения разложенных поезд­ных токов для нечетного и четного на­правлений.

Величины n_ф1 и n_ф2 уже были рассчитаны при определе­нии средних токов фидеров. Но в данном случае они должны быть округлены до ближайшего большего целого числа.

Пример расчета:

Уставки защиты должны быть выбраны так, чтобы удовлетворились неравенства:

; (5.5)

, (5.6)

где -коэффициент запаса, -коэффициент возврата, -коэффициент чувствительности,

Т.к. удовлетворяются все условия, данная защита типа МТЗ может применена для защиты фидера.

При выполнении проекта студент должен уяснить, зачем вводится каждый коэффициент и, что он собой представляет.

Это замечание относится ко всем используемым при выполнении проекта коэффициентам, способам выбора параметров устройств электроснабжения, нормам и назначению отдельных расчетов.

Если максимально-токовая защита недостаточна (не удовлетворяются условия (5.5, 5.6)), надо предложить дополнительную защиту.