Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Тяговые подстанции городского электрического транспорта

..pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
21.4 Mб
Скачать

Схема 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.