Защита тяговой сети переменного тока

Любое КЗ в тяговой сети переменного тока сопровождается большими токами, что создаёт условия для пережога контактного провода.

Сопротивление, токи и напряжения в цепи короткого замыкания меняются в широких пределах. Это вызвано изменением количества параллельно работающих трансформаторов на тяговых подстанциях, изменением схемы питания и секционирования сети в рабочем режиме, предшествующем КЗ, изменением места приложения нагрузок.

Большие расстояния между подстанциями обуславливают значения токов удалённых КЗ, соизмеримых с токами нагрузочных режимов, а иногда и меньшими, что не позволяет применить на подстанциях обычные максимальные токовые защиты.

В случае любого повреждения на контактной сети должен быть отключён лишь повреждённый участок между ближайшими к месту повреждения подстанцией и постом секционирования, т.е. должно выполняться требование селективности защит. Например, при коротком замыкании в точке К желательно отключить лишь выключатели В1 и В5. Рисунок доработать

Для защиты фидеров контактной сети на участках переменного тока применяют дистанционные защиты, которые реагируют на сопротивление петли КЗ (отношение напряжения фидера к току фидера при КЗ) и на угол сдвига фаз между током и напряжением.

Преимуществом дистанционных защит является независимость их чувствительности от значения сопротивления цепи КЗ между источником питания и местом установки защиты. Это означает, что чувствительность защиты остаётся постоянной при изменении мощности питающей системы и числа параллельно работающих трансформаторов на подстанциях.

Недостатки дистанционной защиты (недостатки релейно-контактных элементов) – низкая надёжность, сложность настойки, большая потребляемая мощность, невысокое быстродействие.

Принцип действия электронной защиты фидеров контактной сети с телеблокировкой заключается в том, что при срабатывании защиты и отключении выключателя на одном конце фидерной зоны посылается по линии связи сигнал на отключение смежного выключателя на другом конце фидерной зоны. В линию связи посылается передатчиком телеблокировки частотный сигнал, а на другом конце этот сигнал принимается приёмником устройства телеблокировки, усиливается и вызывает в конечном итоге отключение масляного выключателя.

Защита контактной сети выполняется двухступенчатой:

1 – я ступень – это дистанционная ненаправленная защита, которая при близких КЗ переходит в режим работы токовой отсечки;

2 – я ступень – это дистанционная направленная защита с раздельными регулировками токов уставки по модулю полного сопротивления и по углу между током и напряжением фидера, имеющая выдержку времени.

 На постах секционирования:

1 – я ступень – это дистанционная направленная защита, которая при близких КЗ переходит в режим работы токовой отсечки;

2 – я ступень – это дистанционная ненаправленная защита, имеющая выдержку времени.

1 – я ступень защиты имеет зону действия, равную примерно 80% расстояния между подстанцией и постом секционирования, 2 – я ступень – до шин соседней подстанции. КЗ вблизи подстанции в нормальных условиях отключает без выдержки времени 1 – я ступень защиты, которая затем по телеблокировке воздействует на выключатель поста секционирования, отключая его.

Электронные устройства защиты контактной сети от токов КЗ обладают большим быстродействием, в них отсутствуют промежуточные реле, применено тиристорное отключение масляных выключателей/

При расчёте уставок электронных защит сопротивление срабатывания 1-й ступени защиты, установленной на выключателе подстанции, проверяют на селективность по отношению к токам нагрузки по условию:

Zсз1 ≤

где кВ – коэффициент возврата электронного реле сопротивления, равный 0,9;

кн – коэффициент надёжности, равный 1,2 – 1,3;

Uр min – минимальное напряжение на шинах подстанции в рабочем режиме, равное 25 кВ.

Также должна быть обеспечена селективность защиты по отношению к токам, протекающим по защищаемому фидеру со стороны соседней подстанции при близком коротком замыкании на смежном фидере. Для этого схема ненаправленного реле полного сопротивления предусматривает автоматический перевод его в режим реле максимального тока при понижении напряжения подстанции до заданного напряжения.

Ток срабатывания такой отсечки должен быть больше максимального тока, протекающего через защищаемый фидер со стороны соседней подстанции при КЗ на смежном фидере:

I_сз ≥  к_н  ·  I_{к mах}