книги / Тяговые подстанции городского электрического транспорта

Основные органы дистанционной защиты это: 1) пусковой; 2) дистанционный; 3) временной и 4) направления мощности (направленные дистанционные защиты). '

В конструктивном отношении все перечисленные органы мо­ гут быть объединены в одно реле или состоять из набора реле.

Наиболее важным органом дистанционной защиты является реле сопротивления. Эти реле могут реагировать на полное (z) или индуктивное (х) сопротивление.

Реле сопротивления может быть выполнено на электромаг­ нитном, индукционном или электродинамическом принципах.

основана на использовании выеикочастотной связи между под­ станциями. Высокочастотные защиты могут быть направленными и дифференциальными.

В н а п р а в л е н н ы х в ы с о к о ч а с т о т н ы х з а щ и т а х при помощи высокочастотной связи сравнивается направление мощностей на двух концах защищаемой линии. Если короткое замыкание имеет место за пределами защищаемой линии, то направление мощностей одинаковое и защита не работает. При коротком замыкании в линии направления мощностей на под­ станциях встречные и защита, срабатывая, отключает выклю­

чатели.

Д и ф ф е р е н ц и а л ь н а я ф а з н а я в ы с о к о ч а с т о т н а я з а щ и т а основана на сравнении фаз токов на одном и на дру­ гом концах линии. Защиту настраивают так, что при внешних коротких замыканиях токи i\ и i2 сдвинуты на 180 эл. град и за­ щита не работает (рис. 70-3,а). При коротком замыкании

одно- и многократного действия. Чаще всего применяется одно­ кратное АПВ.

Действие АПВ может быть мгновенным и с выдержкой вре­ мени. Время работы мгновенного АПВ складывается из времени работы устройства и собственного времени действия выключа­ теля. Это время должно быть, конечно, больше времени деиони­ зации дугового промежутка в месте повреждения.

Устройства АПВ могут быть электрическими и механически­ ми. Примером последних служит привод типа ПГМ-10. Однако чаще всего применяют АПВ на электрическом принципе (релей­ ные схемы), которые имеют весьма разнообразное выполнение.

К устройствам АПВ предъявляются относительно жесткие требования:

1) устройства АПВ не должны действовать после дистанци­ онного отключения выключателя ключом управления;

2)схема устройства должна исключать многократное вклю­ чение при любых неисправностях в реле или в схеме;

3)устройство АПВ должно позволять ускорять действие за­

щиты как до АПВ, так и после; 4) пуск устройства АПВ —либо от несоответствия положе­

ния ключа управления и выключателя, либо от релейной защиты. АПВ высоковольтных выключателей вводов на тяговых под­ станциях, как правило, не применяется. Дело в том, что на под­ станции имеются два вывода. Если эти вводы работают парал­ лельно, то после отключения одного из них второй остается в работе. АПВ отключившегося ввода в этом случае нецелесооб­

разно, так как этот ввод может быть неисправен.

При раздельной работе ввода, когда один ввод работает на шины, второй находится в резерве на вводе, кроме максималь­ ной токовой защиты, устанавливается защита минимального напряжения. Отключение рабочего ввода может быть вызвано либо снижением напряжения, что свидетельствует о поврежде­ нии в схеме питания, либо коротким замыканием на шинах. В последнем случае масляный выключатель ввода может отклю­ чать сравнительно большой ток к. з., поэтому перед его повтор­ ным включением желательно произвести осмотр.

Автоматическое включение резерва (АВР) линий 6—10 /се, питающих тяговые подстанции, применяется в том случае, если линии не могут работать параллельно (например, линия отходят от разных подстанций энергосистемы с различными уровнями напряжений или линии имеют неодинаковое сечение). Устрой­ ства АВР, так же как и АПВ, могут работать на механическом и электрическом принципе. В последнем случае устройства рабо­ тают на оперативном переменном и постоянном токах.

Независимо от принципа работы устройства должны удовлетворять определенным условиям. Главнейшие из этих условий:

1) устройства АВР должны включить резервную линию как при повреждении рабочей линии, так и при ошибочном ее отклю­ чении;

2)включение резервной линии происходит через минималь­ но возможное время;

3)на автоматических тяговых подстанциях АВР, как и АПВ,

должно быть согласовано с автоматическим управлением агре­ гатов и включателей питающих линий.

На автотелеуправляемых тяговых подстанциях для выклю­ чателей вводов 6—10 кв обычно применяются только АВР. Что касается выключателей агрегатов, то управление ими входит в общий комплекс агрегатной автоматики.

§ 72. Перспективные разработки релейных защит

Существующие типы релейных защит с применением электромеханической аппаратуры обладают определенными недостатками, присущими этим аппа­ ратам:

Рис. 72-1. Принципиальная схема максимальной токовой защиты на полупроводниках

1)квадратичная зависимость рабочего момента от тока или напряжения на подвижной части реле. Это создает ограниченный диапазон допустимых значении управляющих величин;

2)низкий коэффициент использования ампер-витков при значительных воздушных зазорах;

3)вибрация контактов;

4)сравнительно большая потребляемая мощность электромеханических реле. Например, поляризованные реле имеют мощность срабатывания 10~8—10~5 QTj а электромагнитные реле 10—10~3 вт.

Использование реле постоянного тока с применением выпрямителей по­ зволило бы значительно повысить чувствительность устройств защиты. Но необходимо иметь в виду, что переход на выпрямленные токи создает допол­ нительные трудности вследствие нелинейных вольт-амперных характеристик вентилей и необходимости сглаживания пульсаций.

Наиболее перспективным направлением в разработке новых типов релей­ ной защиты является широкое применение бесконтактных магнитных и полу­ проводниковых приборов.

Рис. 72-2. Принципиальная схема защиты, реагирующей па направление мощности на полупроводниках

Пример максимальной токовой защиты на полупроводниках изображен на рис. 72-1. Для исключения влияния нелинейности вентилей применен про­ межуточный трансформатор Тр, повышающий напряжение на вторичной об­ мотке, в качестве индикатора — контур Ri—С—R2. Возрастание тока в пер­ вичной цепи трансформаторов тока ТТ повышает напряжение на вторичной обмотке трансформатора и на конденсаторе С. При определенном уровне первичного тока и заданного времени напряжение на конденсаторе поднима­ ется до величины, при которой открывается динистор Дн. Через управляю­ щий электрод тиристора Т проходит ток разряда конденсатора С, тиристор открывается и включает отключающую катушку ОК. Таких элементов с раз­ личным током срабатывания и различной выдержкой времени может быть несколько. Сопротивление R„ служит для создания постоянной нагрузки в цепи вторичных обмоток трансформатора тока.

Пример реле направления мощности на полупроводниках изображен на рис. 72-2. В качестве органа направления мощности применена схема сравне­

3) стабилизирующая цепь из диода Д а и стабилитрона Д5.

Схема нуль-индикатора работает следующим образом. Между зажимами

Если на вход нуль-индикатора подается сигнал с положительным потен­ циалом на зажиме 2, то триод П\ остается открытым и ничего не изменится. Если же будет подан сигнал обратной полярности и база триода П\ окажется иод положительным потенциалом, то ток в базе триода П\ уменьшится и три­ од будет закрываться. При определенной величине сигнала потенциал точ­ ки 5 окажется отрицательным по отношению к потенциалу точки 6 и входной триод П2 начнет открываться. При этом потенциал точки 7 становится более

определенные трудности при ее внедрении, но эта защита перспективна и в дальнейшем можно ожидать ее широкое применение.

Дело в том, что защита на полупроводниках может быть выполнена с малыми токами питания, а это позволяет защиту питать не от трансформа­ торов тока, а от индуктивных датчиков.

Индуктивные датчики представляют катушки без ферромагнитного сер­ дечника, располагаемые на некотором расстоянии от токоведущих шин высо­ кого напряжения. На индуктивные датчики действует магнитное поле, про­ порциональное проходимому по шине току, и электрическое поле. Последнее устраняется при помощи заземленных экранов.

Г л а в а X V I I

ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ

§ 73. Общие положения

Заземляющие устройства на подстанциях подразделяются на рабочее и защитное заземление.

Р а б о ч е е з а з е м л е н и е служит для защиты оборудова­ ния подстанции в нормальных и аварийных условиях и выпол­ няется в виде непосредственного заземления либо через пробив­ ные предохранители и разрядники. Кроме того, ^рабочему за­ землению можно отнести также заземление технологического характера, например соединение отрицательных шин тяговых подстанций с трамвайными рельсами.

З а щ и т н о е з а з е м л е н и е предназначено для защиты обслуживающего персонала от появления опасного напряжения на частях оборудования, нормально не находящихся под напря­ жением. В настоящем параграфе рассматриваются только во­ просы защитного заземления.

Опасность поражения персонала тяговых подстанций элект­ рическим током может быть обусловлена непосредственным прикосновением к токоведущим частям или прикосновением к ме­ таллическим конструкциям, оказавшимся под напряжением в результате повреждения электрической изоляции. В первом случае защита персонала осуществляется ограждением токове­ дущих частей или поднятием их на недоступную для

вение.

Согласно требованиям ПУЭ заземлению подлежат все метал­ лические корпуса электрооборудования, металлические кон­ струкции, на которых устанавливается оборудование, металличе­ ские сплошные и сетчатые ограждения, трубы электропроводок, металлические оболочки кабелей и т. п.

Поражение электрическим током может наступить в резуль­ тате прохождения тока через тело человека либо воздействия электрической дуги в виде ожога и ослепления.

Значение проходящего через организм тока, который вызы­ вает смерть, зависит от физического и физиологического состоя­ ния человека, а также от пути прохождения тока и его продол­ жительности.

Опытами установлено, что постоянный ток на организм дей­ ствует слабее, чем переменный ток промышленной частоты. С повышением частоты переменного тока вредное действие его на организм уменьшается.

Следует отметить, что при поражении электрическим током в ряде случаев может произойти так называемая «мнимая смерть», когда потеря признаков жизни вызвана только функ­ циональным расстройством органов человека. При своевремен­ ном применении искусственного дыхания деятельность сердца н легких восстанавливается.

Заземляющие устройства электроустановок выполняются в виде естественных и искусственных заземлителей. К естествен­ ным заземлителям относятся зарытые в землю металлические конструкции, металлические трубопроводы, не несущие воспла-

Рис. 73-1. Распределение потенциала земли вокруг единич­ ного трубчатого заземлителя

меняющихся жидкостей и газов, а также металлические брони и оболочки силовых кабелей (исключение составляют оболочки алюминиевых кабелей, так как они.имеют защитное покрытие).

Искусственные заземляющие устройства состоят из заземли­ телей и соединяющих проводников. В качестве заземлителей мо­ гут употребляться стержневые заземлители в виде труб или угловой стали и прутковые заземлители, а также полосы, кото­ рые применяются в качестве самостоятельных заземлителей или в сочетании со стержневыми заземлителями.

Рассмотрим сопротивление заземления на примере трубчато­ го заземлителя. Представим, что произошел пробой одной из токоведущих фаз на корпус аппарата, который заземлен через проводник на единичный трубчатый заземлитель (рис. 73-1). Если при этом измерить разность потенциалов между трубчатым заземлителем и поверхностью земли в точках о, a, b (по одному из радиусов), то распределение потенциалов будет иметь форму кривой О, А, В. Наибольшая разность потенциалов на поверх­

ности земли на единицу длины —вблизи заземлителя. Это объ­ ясняется характером растекания тока, плотность которого в зем­ ле по мере приближения к электроду увеличивается, следова­ тельно, возрастает и градиент потенциала.

Рис. 73-2. Напряжение прикосновения и напряжение шага при контурном заземлении:

Сопротивление, которое оказывает земля току, называется сопротивлением растеканию. Сопротивление растеканию единич­ ного заземлителя определяется зоной земли радиусом около 20 м, так как за пределами этой зоны сопротивление земли можно практически считать равным нулю.

Однако в практике расчета заземлителей сопротивление ра­ стеканию относят не к земле, а к заземлителю, и называют эту

величину сопротивлением заземлителя, или сопротивлением за­ земляющего устройства:

(73-1)

где U3 — разность потенциалов между заземляющими устрой­ ствами и землей на расстоянии более 20 м от зазем­ лителей;

/ 3 — ток, протекающий через заземлитель.

Характер изменения потенциала земли в радиальном направ­ лении от электрода порождает опасность так называемого шаго­ вого напряжения Um (см. рис. 73-1). Однако случаи поражения людей от шагового напряжения чрезвычайно редки, поэтому расчет на него не ведется.

Другой вид поражения током происходит в результате при­ косновения персонала к заземленным конструкциям, изоляция которых от токоведущих частей нарушена. При этом человек оказывается под напряжением прикосновения t/np , которое зави­ сит от потенциала земли у ног человека.

Напряжение прикосновения и шаговое напряжение могут быть значительно снижены, если уменьшить градиент потенциа­

сПУЭ определяется следующим образом:

1.Установки выше 1000 в с большими токами замыкания на землю (нейтраль заземлена) должны иметь заземляющие уст­ ройства с сопротивлением