книги / Тяговые подстанции городского электрического транспорта
..pdfСхема конструкции и схема1 управления выключателем ВАБ-20 приведены на рис. 86-1. Ток защищаемой линии прохо дит от входной шины А через сериесную катушку магнитного дутья, контакты 11, шинку подвижного контакта 13 и через гиб кое соединение на выводную шину Б.
Поскольку якорь 6 жестко связан с шинкой подвижного кон такта 13, то при прохождении тока по шинке между якорем
Рис. 86-1. Схема конструкции и управления выклю чателя типа ВАБ-20:
/, 2, 3 — якорь, сердечник и катушка отключающего электромагнита; 4 — контактор отключения; 5 л 7 —пру жины; 6 — якорь; 8, 9 « 10 — якорь, контакт и сердечник
реле перегрузки типа РМТ-2; 11 — главные контакты; |
Г2— |
защелка; 13 — шинка подвижного контакта; 14, 15, |
16 — |
боек, катушка ш якорь включающего электромагнита; |
Л — |
блок-контакты |
|
и сердечником возникает сила, противоположная по направле нию силе пружины. Эта сила будет уменьшать контактное дав ление, но влияние тока нагрузки в пределах допустимых пере грузок фактически мало сказывается на изменении контактного давления, а недопустимо большие перегрузки отключаются при помощи реле 10 перегрузки типа РТМ (см. рис. 86-1). Отключе ние выключателя ВАБ-20 при токе к. з. происходит с большой
скоростью благодаря притяжению якоря 6 к сердечнику. При этом уставка тока к. з. не регулируется.
Отключение выключателя ВАБ-20 при перегрузке происхо дит при участии реле перегрузки, контактора и отключающего электромагнита. В этом случае выключатель работает как небыстродействующий.
Ток уставки на перегрузки регулируется изменением зазора между якорем 8 и сердечником реле 10 перегрузки.
Полное время отключения короткого замыкания составляет 0,025 сек, а время отключения перегрузки — 0,178 сек.. При этом
время действия реле максимального тока |
составляет 0,04 |
сек, |
время действия контактора — |
||
0,078 сек, |
собственное время |
|
действия |
выключателя |
— |
|
0,02 сек и время |
гашения |
ду |
|
|
ги — 0,04 сек. |
|
|
|
|
Выключатель включается |
|||
|
замыканием цепи включающей |
|||
|
катушки 15. При этом якорь 16 |
|||
|
притягивается |
и |
ударяет |
по |
|
бойку 14, который связан с |
|||
|
якорем шарнирно, и вследствие |
|||
|
сил инерции ударяет по защел |
|||
|
ке 12. Если выключатель после |
|||
Рис. 86-2. Схема магнитной |
включения тут же отключается, |
|||
системы выключателя ВАБ-20М |
а включающий |
электромагнит |
еще остается под током, то вы ключатель остается в отклю ченном положении на защелке. Это происходит потому, что боек
не связан с якорем и воздействует на защелку только в момент удара его якорем.
Оба электромагнита (включающий и отключающий) могут питаться как от постоянного, так и от переменного тока. При питании от переменного тока 220 в включающий электромагнит потребляет 4 а, а отключающий 8 а.
Выключатели типа ВАБ-20 выпускаются на номинальные то ки 1500, 3000 и 5000 а и на напряжения 600 и 1650 в.
К недостаткам конструкции выключателя ВАБ-20 относят размыкающий главный контакт, который может йривести к двум нежелательным явлениям: самопроизвольному включению и уменьшению контактного давления при перегрузках. Послед ний недостаток весьма характерен, так как на практике приво дит к свариванию контактов.
Выключатель ВАБ-20М не имеет этого недостатка благодаря изменению магнитной системы. В этих выключателях якорь 3, укрепленный на подвижной шинке 4, притягивается к дополни тельным полюсным наконечникам 2, только при возрастаниях
Незначительный поворот защелки 4 приводит к расцеплению ее с зацепом 5; якорь 7, получив свободу, поворачивается и, пройдя небольшой путь 6 = 3 мм, ударяет по подвижному кон такту. Контакты расходятся и возникшая дуга гасится.
Для включения выключателя на катушку 15 подается напря жение, якорь 16 притягивается к полюсам электромагнита 13 и тягой 17 заводит рычаг 7 до защелкивания зацепа 5 с защел кой 4. При этом пружины 12 и 18 растягиваются, но контакты 10 и 11 не могут сомкнуться, так как этому препятствует тяга 14. Контакты 10 и 11 замыкаются под действием пружины 12 лишь после обесточения катушки 15. Таким образом, в выключателе осуществляется свободное расцепление.
Выключатель ВАБ-36 снабжен также реле максимального то ка (РМТ), воздействующим на отключающий механизм. Кон струкция реле РМТ та же, что и у выключателя ВАБ-20. Дистан ционное отключение осуществляется электромагнитом 2, а опре деление уставки автоматического отключения — катушкой 19.
§88. Выбор уставок выключателей питающих линий
изащита от малых токов короткого замыкания
На тяговых подстанциях выключатели постоянного тока в на стоящее время применяются в основном для защиты питающих линий. В цепи питающей линии могут быть токи тяговой нагруз ки и токи к. з. Последние могут быть больше нагрузочных токов (короткое замыкание на выводах кабелей) и меньше нагрузоч ных токов (короткое замыкание в конце контактной сети).
Правильная защита питающих линий должна быть построе на так, чтобы выключатель не слишком часто отключался от тяговой нагрузки, надежно защищал контактные провода от от жига и отключался бы от всех токов к. з.
Для обеспечения надежного питания тяговой сети с частотой отключения линейного выключателя около 30 в месяц может быть рекомендована следующая эмпирическая формула опреде ления уставки выключателя:
/ у = 2/ср + А, |
(88 -1) |
где / ср — средний расчетный ток на участке, а\ |
|
А — постоянная, обеспечивающая надёжность |
питания |
линии. |
|
Для троллейбусов А= 700, для одиночных вагонов трамвая — А = 1000, для двух вагонов в сцепке А = 2000.
Несколько большие возможности для определения тока уставки выключателя дает номограмма рис. 88-1 *. При пользо вании этой номограммой задаются числом (X) .допустимых от-
* Номограмму разработали Д. К. Томлянович и Б. 3. Кантор.
ключений в месяц. Затем по среднему числу (п) поездов на участке определяют коэффициент максимума Км.
Ток уставки выключателя получают от умножения получен ного коэффициента максимума Км на средний расчетный ток на участке. Токовая уставка выключателя для отключения токов к. з. должна удовлетворять условию
^у.к ^ Ас.мнн |
300 и. |
(88—2) |
Поскольку эта токовая уставка |
часто значительно |
меньше |
токовой уставки нагрузки /У.П , то возникают определенные труд ности в защите линий от перегрузок и токов к. з. Если принять уставку по минимальному току
к. з., то выключатель будет ча |
|
|
|
Я/и |
||||||||
сто |
отключаться |
от |
тяговой |
|
|
|
||||||
|
|
|
1.5 |
|||||||||
нагрузки. Если |
принять устав |
|
|
|
\-2,0 |
|||||||
ку нагрузочную, то не будут |
Ю- |
|
|
|||||||||
|
|
|
||||||||||
отключаться токи к. з. и может |
|
|
2.5 |
|||||||||
иметь место отжиг контактных |
|
|
|
-3,0 |
||||||||
проводов. |
|
|
|
этого |
про |
15 |
|
|
3.5 |
|||
Для устранения |
|
|
|
|||||||||
тиворечия |
возникла |
идея: от |
20 |
|
|
4.0 |
||||||
ключающий |
механизм |
выклю |
30' |
|
|
-4,5 |
||||||
чателя использовать |
для |
от |
|
|
-5,0 |
|||||||
ключения |
опасных |
нагрузок, |
40 |
|
|
|||||||
а для отключения малых токов |
|
|
-5,5 |
|||||||||
к. з. создать |
специальное |
уст |
50 |
|
|
6.0 |
||||||
ройство, |
реагирующее |
только |
60 |
|
|
|||||||
|
|
|
||||||||||
на короткое |
замыкание |
в |
ли |
70 |
|
|
6.5 |
|||||
нии. |
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
7,0 |
|
|
защиты от малых |
90 |
|
|
|||||||
Способы |
100 |
|
|
К5 |
||||||||
токов к. з. можно классифици |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||
ровать по принципу |
действия |
Рис. 88-1. Номограмма для опре |
||||||||||
следующим образом: импульс |
деления |
коэффициента |
максимума |
|||||||||
ные |
защиты; |
токовременные |
для |
одностороннего питания кон |
||||||||
защиты; |
максимальные токо |
тактной |
сети трамвая |
и троллей |
||||||||
вые |
и потенциальные |
защиты. |
|
|
буса |
|
||||||
|
|
|
|
Импульсная защита основа на на различии в характере изменения тока в линии при измене
нии тяговой нагрузки и при коротком замыкании.
Приращение пускового тока двигателя может быть опреде лено из выражения
|
U |
(88 -3) |
|
Г о |
/*! |
||
|
где U— напряжение на токоприемнике;
г\ — сопротивление в цепи якоря двигателя до перехода на следующую ступень;
т2—то же, после перехода на следующую ступень.
Скорость нарастания тока при пуске тяговых двигателей за висит от режима его работы. Наибольшая скорость нарастания тока имеет место при трогании поездов с места. Она достигает iO—12 ка/сек. При кратковременном исчезновении напряжения: работающего двигателя скорость нарастания тока может дости гать 15—20 ка/сек. Дело в том, что при проходе секционных изо ляторов с включенными двигателями или отрыве токоприемни
ков перерыв тока происходит на время |
0, 020, 1 |
сек. За это- |
время магнитный поток в двигателях |
успевает |
уменьшиться |
и повторное включение двигателя под напряжение создает ток,
|
|
|
|
определяемый |
отноше |
|||
о) |
|
|
|
нием |
напряжения |
на |
||
|
|
|
|
токоприемнике к актив |
||||
|
|
|
|
ному |
сопротивлению- |
|||
5)' |
|
|
|
цепи двигателя. |
|
|||
|
|
|
Короткое |
замыка |
||||
М |
|
|
|
|||||
|
|
|
ние в линии |
является |
||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
сложным явлением. На* |
||||
|
|
|
|
приращение тока к. з. |
||||
|
|
|
|
и на его скорость нара |
||||
|
|
|
|
стания |
в |
«цепи линии |
||
Рис. |
88-2. |
Схема влияния тяговой на |
влияют напряжение на* |
|||||
грузки на приращение тока подстанции |
шинах |
подстанции, па |
||||||
|
|
при коротком замыкании: |
раметры |
контура |
ко |
|||
а |
— |
схема |
расположения тяговой нагрузки |
роткого замыкания, па |
||||
в |
линии; |
б — диаграмма напряжения при |
дение |
напряжения |
в |
|||
нормальной |
работе и при коротком замыка |
|||||||
|
|
|
нии |
электрической |
дуге |
в |
||
кания, |
место короткого замыкания и, |
точке короткого замы |
||||||
наконец, |
режим |
работы |
тяговых двигателей и их расположение на трассе.
При отсутствии нагрузки на линии процесс изменения тока при коротком замыкании носит экспоненциальный характер:
= |
(88—4)- |
где R, L — активное сопротивление и индуктивность контура. Приращение тока к. з. будет
Д/к = - т р |
(88-5> |
Наличие нагрузки на линии ведет к уменьшению прираще ния тока к. з. в цепи. Это происходит вследствие того, что при коротком замыкании на тяговых двигателях напряжение вне запно уменьшается и двигатели переходят в генераторный режим (рис. 88-2,а, б). Подпитка точки короткого замыкания от тяго вых машин снижает приращение тока к. з. в цепи питающей)
линии подстанции. Эта закономерность в общем виде приведена
на рис. 88-3. |
|
|
|
|
|
нагрузках |
может |
быть |
||||
Приращение тока к. з. при тяговых |
||||||||||||
определено по эмпирической формуле * |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Д/к = Л.»нив“ * ^ а , |
|
|
(88-6) |
|||||
где / к.мин. — установившийся минимальный |
ток к. з.; |
|
замы |
|||||||||
/н — ток нагрузки, предшествующий |
короткому |
|||||||||||
|
|
канию; |
|
|
|
|
от типа двигателя; для |
|||||
k — коэффициент, зависящий |
||||||||||||
|
|
двигателей |
последовательного |
возбуждения |
||||||||
Принцип |
А= 3,08-10“2, для |
смешанного — &= 4,88-10“2. |
||||||||||
работы |
им |
|
|
|
|
|
|
|||||
пульсного |
устройства |
изо |
|
|
|
|
|
|
||||
бражен на |
|
рис. 88-4, а, |
б, |
в. |
|
|
|
|
|
|
||
Приращение тока |
в |
линии |
|
|
|
|
|
|
||||
на одну и ту же величину Ai* |
|
|
|
|
|
|
||||||
от нагрузки и от короткого |
|
|
|
|
|
|
||||||
замыкания происходит с раз |
|
|
|
|
|
|
||||||
личной скоростью |
нараста |
|
|
|
|
|
|
|||||
ния. /|<; /2, поэтому |
во |
вто |
|
|
|
|
|
|
||||
ричной обмотке импульсного |
|
|
|
|
|
|
||||||
трансформатора |
будут |
на |
|
|
|
|
|
|
||||
водиться |
импульсы |
э. |
д. с. |
|
|
|
|
|
|
|||
различного |
|
значения. |
Если |
Рис. 88-3. Характер изменения |
при |
|||||||
во вторичную цепь импульс |
||||||||||||
ного трансформатора вклю |
ращения тока |
Д/ц на |
подстанции при |
|||||||||
чить реле |
|
напряжения |
или |
коротком |
замыкании в |
троллейбус |
||||||
|
ной линии в зависимости |
от тяговой |
||||||||||
баллистическое реле |
(реаги |
|
нагрузки |
/„ |
|
|
рующее на количество элек тричества), то можно разли
чать толчки нагрузки и короткого замыкания.
Однако в таком виде устройство не будет хорошо работать* так как не учитывается влияние нагрузки, предшествующей моменту короткого замыкания.
Схема импульсного устройства с учетом влияния нагрузки изображена на рис. 88-5**.
В качестве органа, обеспечивающего функциональную зави симость тока приращения Ai от тока нагрузки, применен дрос сель с подмагничиванием от тока линии. При отсутствии тока
* По материалам Академии коммунального хозяйства им. П. М. Памфи лова, авторы канд. техн. наук Д. К. Томлянович и канд. техн. наук Д. К- Бузетти.
** Авторы канд. техн. наук Д. К. Томлянович и канд. техн. наук Д. 1\. Бузетти.
(о —теплоотдача с поверхности провода, вт/см°С; q — сечение провода, мм2;
у—удельный вес. материала провода, г/см3;
а— температурный коэффициент изменения сопротивленияпровода;
|
Р —теплоемкость |
материала провода, вт* сек/г -град; |
|||||||||
|
R — сопротивление 1 м провода при температуре окружаю |
||||||||||
|
|
щего воздуха, ом; |
|
|
|
||||||
|
I — ток в проводе, а. |
|
|
|
|||||||
Экспериментальная |
характеристика термической устойчиво |
||||||||||
сти контактного провода приведена на рис. 88-6. |
|
||||||||||
Простейшая тепловая за |
|
|
|
||||||||
щита |
контактного |
провода |
|
|
|
||||||
может |
быть |
построена по |
|
|
|
||||||
двухступенчатому |
|
принци |
|
|
|
||||||
пу. Например, |
при протека |
|
|
|
|||||||
нии тока в линии 3200 а в те |
|
|
|
||||||||
чение |
20 |
сек |
|
и |
2400 а — |
|
|
|
|||
60 сек происходит автомата-- |
|
|
|
||||||||
ческое отключение выключа |
|
|
|
||||||||
теля. |
|
совершенная |
за |
|
|
|
|||||
Более |
Рис. |
88-6. Характеристика |
термиче |
||||||||
щита от отжига |
контактных |
||||||||||
проводов может быть созда |
ской |
устойчивости контактных про |
|||||||||
на |
на |
основе |
применения |
водов сечением 2X85 мм2 при эффек |
|||||||
тивном токе 800 а и температуре ок |
|||||||||||
устройств |
интегрирующего |
|
ружающего воздуха: |
|
|||||||
типа, которые |
в |
определен |
/ _ |
+5° С; 2 — +20° С; 3 — |
+40° С |
||||||
ной |
мере |
моделируют дей |
|
|
|
||||||
ствительные условия |
нагре |
|
|
|
|||||||
вания и охлаждения |
контактных проводов*. Недостаток таких |
устройств — относительно большая сложность и отсутствие све дений о действительном температурном режиме контактного
провода.
Максимальная токовая защита от малых токов к. з. заклю чается в том, что контактная сеть секционируется, а секционный изолятор шунтируется выключателем. Эта защита основана на том, что максимальные токи нагрузки в цепи секционного вы ключателя меньше токов к. з. Такая защита нашла применение на электрифицированном железнодорожном транспорте. В усло виях же города ее применение затруднено вследствие слож ности, связанной с установкой громоздкого линейного выклю чателя.
Потенциальная защита основана на сравнении напряжений в точке короткого замыкания при нормальных и аварийных ре жимах. Эта защита достаточно проста и надежна, но требует
* Подобное устройство типа ИТВЗ разработано в Мосгортранспроекте.
прокладки линий связи, что в условиях города встречает боль шие трудности, поэтому она, как и предыдущая, нашла приме нение лишь на электрифицированном транспорте.
Применение специальных защит от малых токов к. з. не ис черпывает проблемы рациональной защиты питающих линий. Даже при самой совершенной защите необходимо исключить повторное включение линейного выключателя на не исчезнувшее короткое замыкание. Для этой цели должны применяться спе циальные устройства испытания сопротивления линии.
Испытание линии перед повторным включением линейного выключателя обычно производится путем подачи в линию пере менного тока пониженного напряжения. Величина этого тока характеризует состояние линии. На этом принципе, в частности, работает дискриминатор состояния сети типа ИКЭФ *.
Дискриминатор разработан в Мосгортранспроекте.