Защита тяговой  сети  постоянного тока

Основа – максимальная токовая защита, осуществляемая с помощью быстродействующих выключателей. Полное время прохождения тока КЗ у современных выключателей составляет 0,03 – 0,1 с.

Ток уставки максимальной токовой защиты выбирают исходя из требований надёжной отстройки от максимальных нагрузочных токов I_{р mах}:

I_уст  ≥ к _н · I_{р mах}.

 Ток уставки защиты должен отвечать требованию достаточной чувствительности по отношению к минимально возможному току КЗ I_{р min}:

I_{к min} ≥ к _ч · I_уст.

Чёткая и надёжная максимальная токовая защита контактной сети возможна, если соблюдается условие

I_{р min}/ I_{р mах} ≥ к _н  · к _ч ≥ 1,

где к_н, к_ч – коэффициенты надёжности и чувствительности.

Уставку срабатывания защиты выбирают, пользуясь соотношением:

(I_{к min} – 200) ≥ I_уст ≥ (I_рmах + 100).

Если это условие не выполняется, максимальная токовая защита на тяговых подстанциях не обеспечивает защиты всей зоны питания и имеет «мёртвые» зоны. Для устранения «мёртвых» зон защиты устанавливают посты секционирования, что позволяет снизить максимальный рабочий ток или увеличить минимальный ток КЗ, проходящий через выключатели подстанции и поста. Наличие постов секционирования сокращает протяжённость участков контактной сети, а на многопутных участках посты секционирования обеспечивают параллельное соединение проводов контактной сети, снижая их эквивалентное сопротивление и потери энергии в тяговой сети.

Схема защиты

рис. а) – защита обеспечивается быстродействующим выключателем 1 тяговой подстанции. Наименьший ток КЗ будет в наиболее удалённой точке сети а. Для данной схемы должно выполняться условие Iр mах≥ Iк min. рис. б) – если условие Iр mах≥ Iк min не выполняется, то устанавливают пост секционирования. Минимальный ток КЗ для выключателя 1 будет в точке б, но он значительно увеличится при том же значении рабочего тока Iр mах. Для выключателя 2 наибольший рабочий ток уменьшается, т.к. через него будет проходить только ток, потребляемый поездами, которые находятся на участке аб. рис в) – через выключатель 4 поста секционирования протекает сумма токов

других выключателей 1, 2 и 3 этого поста, поэтому сопротивление тяговой сети меньше, а минимальный ток КЗ I_{к min} больше, чем на однопутных участках.

Для повышения чувствительности защиты к токам КЗ быстродействующие выключатели оборудуют индуктивными шунтами, которые представляют собой медную шину с надетым на неё пакетом из пластин электротехнической стали. Индуктивный шунт подключается параллельно размагничивающему витку главного тока выключателя.

Подбирая параметры шунта можно перераспределять ток, протекающий через выключатель, так что при плавно изменяющемся токе (рабочий режим) большая его часть проходит через шунт, а при переходный режимах – через размагничивающий виток. Таким образом, при применении индуктивных шунтов максимальная токовая защита, реагирует не только на значение тока, но и на скорость его нарастания.

Для повышения чувствительности защиты и уменьшения мёртвых зон на участках с большими размерами движения в дополнение к постам секционирования применяют потенциальные защиты и телеблокировку выключателей соседних подстанций и поста секционирования.

Потенциальные защиты реагируют на уровень напряжения в контактной сети. Основным элементом защиты является реле минимального напряжения, подключаемое к контактной сети и срабатывающее при понижении напряжения в контактной сети ниже его уставки. Реле напряжения устанавливают на подстанциях и постах секционирования. При КЗ отключается ближайший выключатель подстанции или поста и срабатывает реле напряжения.

Сигналы реле напряжения на соседние пункты могут передаваться по каналам телемеханики или проводным линиям связи. Недостатки –необходимость дополнительной линии связи; каскадное действие выключателей, что удлиняет время действия тока КЗ и увеличивает вероятность пережога контактного провода.

При применении телеблокировки выключатель поста секционирования или смежной подстанции отключается от сигнала устройства телеблокировки, которые передаются по проводам линий связи телеуправления.

Обеспечить полностью селективность защиты фидеров контактной сети на дорогах постоянного тока невозможно.