Анализ базового объекта и определение путей его совершенствования. Конструкция пассажирского купейного вагона, страница 26

При электрической тяге переменного тока всех систем (25 и 2´25 кВ) самой распространенной является линия ДПР (два провода — рельс), в которой в качестве фазы «С» используются тяговые рельсы (рис. 1). Важной особенностью линий нетягового электроснабжения является их многофункциональность, так как от них получают электроснабжение потребители, различные по мощности и рассредоточенные вдоль путей. Это существенно осложняет создание селективной защиты при различных нештатных ситуациях. Поэтому, согласно инструкции ЦЭ-881, линии продольного электроснабжения 6, 10, 35 кВ должны быть оборудованы защитой от однофазных замыканий на землю, многофазных замыканий и устройством автоматического повторного включения (АПВ). Для линии ДПР (25 кВ) предусматриваются релейная защита от многофазных замыканий, защита минимального напряжения, АПВ и защита от однофазного замыкания на землю. Такое многообразие защит требует особых подходов к выбору типа и особенностей защитного и рабочего заземлений. К тому же все устройства системы нетягового электроснабжения должны быть заземлены с учетом требований ПУЭ, обеспечения защиты от токов короткого замыкания в системе тягового электроснабжения, обеспечения электробезопасности и требований нормального функционирования рельсовых цепей СЦБ и АЛС.

 

Рис. 1. Схема подключения линии ДПР к шинам 27,5 кВ смежных тяговых подстанций
с различным порядком чередования фаз вторичных напряжений:

TП — тяговая подстанция

В настоящее время при электротяге переменного тока общая длина линий ДПР составляет более 40 тыс. км, от них запитано около 30 тыс. комплексных трансформаторных подстанций (КТП) различной мощности. Для более чем 20 тыс. КТП в качестве фазы «С» используется тяговая рельсовая сеть, как правило, средняя точка путевых и дополнительных дроссель-трансформаторов или специальных дросселей, как показано на рис. 2, а для остальных КТП, мощность которых не превышает 25 кВ·А, фаза «С» заземлена на индивидуальный самостоятельный заземлитель (ИСЗ, рис. 2). Эти требования отражены в Инструкциях ЦЭ-191 и ЦЭ-881, а также в отраслевых типовых проектах.

Рис. 2. Схема электроснабжения поста ЭЦ от трехфазной КТП:
1 — металлоконструкция разъединителя; 2 — металлоконструкция КТП; 3 — корпус трансформатора; 4 — разъединитель питающего напряжения; 5 — ограничитель перенапряжений; 6, 9, 18, 19 — предохранители; 7 — корпус шкафа напряжения до 1000 В; 8 — рубильник; 10 — искровой промежуток; 11 — выравнивающий контур; 12 — защитное заземление; 13 — рабочее и защитное заземление;
14 — металлическая перемычка корпуса электрооборудования и металлоконструкции КТП; 15 — металлическая перемычка металлоконструкции КТП с выравнивающим контуром; 16 — выносной заземлитель; 17 — присоединение к тяговой рельсовой сети
(Р — к тяговому рельсу, ДТ — к средней точке дроссель-трансформатора, ИСЗ — индивидуальный самостоятельный заземлитель)

Анализ работы и правил проектирования КТП показывает, что они по нормам заземления не отвечают требованиям нормального функционирования рельсовых цепей СЦБ и АЛС, поскольку сопротивления заземления заземляющего и выравнивающего контура в ряде случаев могут быть ниже установленных значений. Известно, что в любой рельсовой цепи строго регламентированы условия передачи сигнального тока от источника к приемнику. И это учитывается в том числе и требованиями к входному сопротивлению между средней точкой дроссель-трансформатора и землей, которое не должно быть менее 5 Ом.

Рис. 3. Схема измерения сопротивления заземления ЗУ КТП:
Д — наибольшая диагональ контура ЗУ

Проведенные на сети дорог при электротяге переменного тока измерения показали, что это сопротивление может быть существенно ниже (рис. 3, 4). При этом применение организационных и технических средств (подсыпка балластного слоя, осушение фундамента, включение дополнительных дросселей в фазу «С») не может быть рекомендовано ввиду отсутствия контроля и трудностей их исполнения. А на практике такие подключения КТП к дроссель-трансформаторам в настоящее время возрастают (до 6...7 пунктов на станциях, на перегонах у каждого переезда, на остановочных пунктах и т. п.). В этой связи самым рациональным решением должно быть отсоединение всех заземляющих устройств и фазы «С» от рельсов.

 

Рис. 4. Диаграмма распределения сопротивления заземления ЗУ и выравнивающих контуров КТП

С другой стороны, при таких присоединениях резко снижаются требования электробезопасности для лиц, обслуживающих устройства СЦБ, связи, пути и электроснабжения. В ряде случаев заземление фазы «С» на рельсы приводит к пожарам на постах ЭЦ и в релейных шкафах, возгоранию кабелей и т. д. К тому же необходимость использования рельсов в качестве естественных заземлителей для указанных КТП проблематична, так как не исключается вынос потенциалов рельсов на сами установки. При этом необходимо учитывать, что потенциал рельс — земля в режиме нормальной работы достигает для тяжеловесных поездов 40 – 60 В, в режиме короткого замыкания — более 3,5 кВ, а при воздействии гроз — десятки киловольт.

При обосновании систем заземления и грозозащиты устройств КТП, поездной радиосвязи, СЦБ и высоковольтных линий автоблокировки, магистральных кабельных линий, находящихся вблизи рельсового пути, необходимо выполнять ряд требований, позволяющих обеспечить надежную работу рельсовых цепей, исключить появление в электроустановках связи перенапряжений, превышающих допустимый уровень пробоя изоляции низковольтных сетей и аппаратов, создать безопасные условия для обслуживающего персонала.

Электромагнитное влияние систем тягового электроснабжения на низковольтные сети, аппаратуру КТП и аппараты должно оцениваться при квазиустановившемся режиме их работы, при коротком замыкании и в импульсных режимах, обусловленных разрядом тока молнии в контактную сеть, рельсовый путь, воздушные провода низковольтных и высоковольтных линий.