содержание   ..  30  31  32  ..

Защита систем тягового электроснабжения от перегрузок и коротких замыканий электрических железных дорог - часть 2

Высоковольтные выключатели постоянного тока на железных дорогах

Отключение постоянного тока представляет более трудную задачу, чем переменного. Для отключения переменного тока нужно было (см. выше), разомкнув контакты выключателя, получить электрическую дугу между ними и обеспечить условия быстрого восстановления электрической прочности межконтактного промежутка вблизи перехода тока через естественный нуль тока, неизбежно наступающий 100 раз в секунду (см. выше, рис. 5.11). Однако при отключении постоянного тока нужно, разомкнув контакты и получив электрическую дугу, вначале тем или иным способом ограничить нарастание тока, а затем уменьшить ток в цепи до значения, при котором дуга начнет самопроизвольно распадаться из-за недостаточной термической ионизации промежутка, и уже затем обеспечить условия восстановления электрической прочности межконтактного промежутка.

Практически первая часть задачи может быть осуществлена, если обеспечить такие условия горения электрической дуги, при которых ее сопротивление начнет резко возрастать от нуля до очень большого,

но конечного значения. Задача осложняется тем, что сделать это нужно очень быстро, иначе ток в цепи при близком к.з. недопустимо возрастет до таких значений, при которых выключатель уже не сможет его отключить. При этом в месте к. з. произойдут большие разрушения. По этой причине в цепях постоянного тока используются исключительно так называемые быстродействующие выключатели, которые позволяют даже самые большие токи близких к подстанции коротких замыканий, установившиеся значения которых могут достигать 35 4 50 кА, отключать за время 25 4 40 мсек.

Конструктивно современный быстродействующий выключатель постоянного тока типа 2 х ВАБ-49 состоит из следующих основных узлов (рис. 5.16, а): дугогасительной камеры 1, электромагнитного

привода 2, электрически изолированного от дугогасительной камеры. В электрическую цепь выключатель подключается выводами 3 и 4. Для реализации необходимого быстродействия и повышения надежности действия выключатель разделен на два аналогичных блока, соединяемых последовательно (см. рис.5.16, а), каждый из которых способен самостоятельно отключить ток короткого замыкания.

Устройство дугогасительной камеры 1 выключателя показано на принципиаьной схеме рис. 5.16, б. В нижней части камеры, заключенной между изолирующими стенками, размещены подвижный 9 и неподвижный 10 контакты выключателя. Неподвижный контакт 10 представляет единое целое с разгонным рогом 11, а подвижный 9 соединен с разгонным рогом 7 с помощью гибкой связи 8. Остальная часть камеры слева и справа заполнена двумя рядами стальных пластин 6, разделенными промежуточным разгонным рогом 5.

Отключение тока к. з. выключателем постоянного тока. Рассмотрим процесс отключения короткого замыкания, произошедшего вблизи от тяговой подстанции некоторого характерного участка электрифици- рованной железной дороги. Для наглядности сравним кривые изменения тока во времени для случая, когда короткое замыкание не отключается и ток к.з. достигает своего максимального установившегося значения (кривая 12 на рис.5.16, в) и когда происходит отключение короткого замыкания быстродействующим выключателем (кривая 13).

Короткое замыкание начинается при t = 0.

Магнитное поле направлено в плоскость чертежа перпендикулярно ему, поэтому при направлении тока через выключатель слева направо (см. рис.5.16, б) дуга под действием электродинамических сил, согласно правилу левой руки, движется в плоскости чертежа

вверх, разбиваясь на отдельные отрезки дуги (см. положение дуги III) между стальными пластинами камеры 6. На каждой такой короткой

дужке образуется падение напряжения, равное сумме анодного и

катодного падений напряжения, равное 30 ^50 В и направленное против напряжения выпрямителей тяговой подстанции (VI, см. схему рис.5.5). По мере подъема дуги вверх и заполнения дугой все новых и новых промежутков между стальными пластинами 6, суммарное падение напряжения на всей дуге выключателя растет и в конце концов начинает превышать значение напряжения источника питания -преобразователей подстанции (VI рис.5.5). Вначале падение напряжения на дуге ограничивает рост тока в цепи до значения Imax, а затем начинает уменьшать ток до нуля. Где-то вблизи момента

времени t3 ток через дугу становится настолько малым, что число электронов, выделяемых в ней в единицу времени за счет тепла (термоэлектронная эмиссия), оказывается меньшим, чем необходимо для поддержания тока через дугу. В результате этого за моментом t3 дуга самопроизвольно распадается, перестает проводить ток и при этом начинает резко возрастать электрическая прочность межкон-тактного промежутка. Тем самым завершается процесс отключения цепи постоянного тока. Как видим, на последнем этапе процесс

аналогичен процессу в цепи переменного тока (см. рис. 5.15).

Такого типа камера, в которой дуга разбивается на ряд отрезков дуги, горящих в промежутках между стальными пластинами, назывется дугогасительной камерой типа «деионная решетка».

Следует иметь в виду, что скорость роста сопротивления дуги или адекватного ему падения напряжения на дуге не должны быть чрезмерно большими. По техническим условиям на выключатели постоянного тока падение напряжения на его дуге при отключении им короткого замыкания не должно превышать трех значений максимального напряжения на выходе преобразователей тяговой подстанции, т.е. 12 кВ, иначе это может привести к повреждению электрооборудования электроподвижного состава.



Безопасность работ при обслуживании выключателей
обеспечивается соответствующей схемой их включения. Типовая схема включения фазы выключателя переменного тока в электрическую цепь показана на рис.5.17, а, а постоянного тока - на рис.5.17, б.

Рис. 5.17. Схемы питающей линии переменного тока (а) и фидера постоянного тока (б)

Выключатель переменно тока 4 с обеих сторон огражден разъединителями с главными 2 и 6 с заземляющими ножами 2З и 6З соответственно. Разъединители, простейшие конструкции которых напоминают увеличенные в размерах рубильники, ножи и пинцеты которых изолированы от металлического основания фарфоровыми или пластмассовыми изоляторами, позволяют отсоединить разорванную выключателями цепь от источников напряжения сверху (сборные шины распределительного устройства 1) и снизу, со стороны питаемой линии 7. Однако для осмотра или ремонта выключателя только отсоединения его от всех элементов цепи, на которых есть напряжение, считается абсолютно недостаточным, поскольку случайное перекрытие отключенных разъединителей проводниками или же их несанкционированное включение приводит к появлению на осматриваемом выключателе напряжения относительно земли, смертельного для работающих на выключателе людей. Обеспечить безопасность работ можно, заземлив место работ (осматриваемый выключатель), т.е. соединив его со всех сторон с землей 3. Такое соединение обеспечивается заземляющими ножами разъединителей 2З и 6З . При включенных заземляющих ножах случайная подача напряжения на выключатель не страшна, так как потенциалы земли и фаз включателя оказываются практически одинаковыми.

Следует иметь ввиду, что при наличии заземляющих ножей должна быть исключена и другая опасность: случайное или ошибочное включение заземляющего ножа при включенном главном ноже разъединителя (например З при включенном 2) или главного ножа при включенном заземляющем ноже (« при включенном 3), так как в этих случаях образуется цепь короткого замыкания через заземляющие ножи, что приводит к отключению выключателя линии, по которой получают питание сборные шины. При этом, естественно, теряют питание и все другие потребители, присоединенные к сборным

шинам. Это является серьезной аварией. Чтобы не допустить этого главные и заземляющие ножи блокируются, т.е. конструктивно связываются таким образом, что одновременное включение главных и заземляющих ножей исключается. О наличии такой блокировки говорит пунктирная линия на схеме, соединяющая главные и заземляющие ножи .

Аналогичным образом строится и схема фидера контактной сети постоянного тока рис. 5.17, б. Здесь выключатель постоянного тока 10, выполненный в виде двух последовательно-соединенных

выключателей, резервирующих друг друга, также огражден с двух сторон разъединителями 9 и 13 с заземляющими ножами 9З и 13З. В качестве датчика тока, протекающего по фидеру, используется калиброванный резистор 11 (измерительный шунт), падение напряжения на котором пропорционально величине протекающего тока.

содержание   ..  30  31  32    ..