Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ условий работы системы электроснабжения нетяговых потребителей на электрифицированных участках железных дорог переменного тока 9
1.1 Особенности системы электроснабжения два провода — рельсы 9
1.2 Анализ заземления комплектной трансформаторной подстанции, питаемых от системы два провода — рельсы 18
1.3 Экспертные методы ранжирования факторов, определяющих безопасность обслуживания системы два провода — рельсы 24
1.4 Обзор устройств токовых защит отключения высоковольтных линий и оценка возможности их применения в системе два провода - рельсы ЗI
2 Электромагнитные процессы в системе электроснабжения нетяговых потребителей 35
2.1 Схема и электрические параметры системы электроснабжения нетяговых потребителей 35
2.2 Матричный метод расчета электромагнитных процессов в системе два провода - земля 40
2.3 Электрический расчет системы электроснабжения нетяговых потребителей методом симметричных составляющих 61
3 Моделирование электрических характеристик искусственного заземлителя комплектной трансформаторной подстанции в системе электроснабжения нетяговых потребителей 68
3.1 Нормирование электрических параметров
заземляющих устройств
3.2 Выбор сопротивления рабочего искусственного заземлителя трансформатора КТП исходя из требований отсутствия его термического поражения . 7 L
3.3 Обоснование сопротивления рабочего заземлителя в системе электроснабжения нетяговых потребителей исходя из требований электробезопасности. 77
3.4 Расчет сопротивления рабочего заземлителя системы электроснабжения нетяговых потребителей 87
4 Методы и устройства их реализации для совершенствования защит от замыканий на землю и определения расстояния до места нарушения изоляции воздушных линий 96
4.1 Совершенствование токовой защиты в системе электроснабжения нетяговых потребителей от замыканий на землю 96
4.2 Методы и устройства определения расстояния от тяговой подстанции до места однофазного замыкания на землю воздушных проводов системы электроснабжения нетяговых потребителей 124
Заключение по работе 147
Список использованной литературы
- Экспертные методы ранжирования факторов, определяющих безопасность обслуживания системы два провода — рельсы
- Матричный метод расчета электромагнитных процессов в системе два провода - земля
- Выбор сопротивления рабочего искусственного заземлителя трансформатора КТП исходя из требований отсутствия его термического поражения
- Методы и устройства определения расстояния от тяговой подстанции до места однофазного замыкания на землю воздушных проводов системы электроснабжения нетяговых потребителей
Введение к работе
Надежность работы электрифицированных магистральных железных дорог в значительной степени зависит от успешного функционирования устройств СЦБ и связи, высоковольтных линий нетягового электроснабжения и т.д.
В настоящее время для питания нетяговых потребителей на электрифицированных участках переменного тока широкое распространение получила система два провода - рельсы (ДПР). В системе'ДПР для передачи энергии от тяговой подстанции к нетяговым потребителям используются два провода, подвешенные на опорах контактной сети. Третьим проводом (фаза ) является рельсовый путь.
Многочисленный опыт эксплуатации системы электроснабжения ДПР выявил ряд существенных ее недостатков. К ним, в первую очередь, относятся: влияния тяговых нагрузок на показатели качества электрической энергии питающихся от системы потребителей; снижение надежности работы рельсовых цепей за счет необходимости подключения к рельсовому пути распределенных по длине сосредоточенных естественных заземлителей; возникновение опасных ситуаций для потребителей электрической энергии при коротких замыканиях в тяговых сетях и т.д.
Разработке систем электроснабжения нетяговых потребителей посвящен ряд работ, выполненных в России и за рубежом. Существенный вклад в обоснование электромагнитной совместимости систем электроснабжения нетяговых потребителей с электрифицированными железными дорогами внесли: Марквардт К.Г., Марквардт Г.Г., Караев Р.И., Пупынин В.Н., Косарев Б.И., Бадер МП., Бочев А.С., Косарев А.Б. и т.д.
Эффективность системы ДПР показана в публикациях Ратнера М.П., Павлова И.В., Симакова А.В. и др.
Исследование, представленное в качестве диссертационной работы, проводилось в течение последних лет согласно распоряжению ОАО «РЖД» от 17 февраля 2004 г и от 21 февраля 2005 г. №231р. Практические задачи ставились департаментами «Электрификации и электроснабжения» (ЦЭ), «Сигнализации связи и вычислительной техники» (ЦЩ), «Безопасности
і ос.
і ' С-"ЛЦИ0«АЛЬИАЯ і
| БИБЛИОТЕКА J
оэ ъй'ЖО *
1 с*зг%?'
движения» (ЦРБ). Базой исследования являлись технически оснащенные и энергоемкие электрифицированные железные дороги переменного тока.
Цель работы. Целью диссертационной работы является обоснование системы электроснабжения нетяговых потребителей (СЭНП), в которой фаза С не подключена к рельсовому пути.
Для достижения поставленной цели разработаны методы и предложены технические решения, включающие:
обобщенный метод расчета электромагнитного влияния электрифицированных железных дорог переменного тока на СЭНП, в которой фаза С соединяется с искусственным заземлителем;
алгоритмы расчета термической устойчивости искусственного заэемлителя и условий электробезопасности в электроустановках СЭНП;
методы и устройства их реализации, позволяющие определить расстояние от тяговой подстанции до места повреждения изоляции воздушных проводов СЭНП;
методику расчета коэффициента несимметрии по напряжению в СЭНП, учитывающую электромагнитное влияние систем тягового электроснабжения на показатели качества электрической энергии;
технические решения по обоснованию СЭНП, в которой рельсовый путь непосредственно не используется для передачи электроэнергии от тяговой подстанции к распределенным по длине комплектным трансформаторным подстанциям.
Методика исследований. Для достижения поставленной цели используется комплексный метод, включающий в себя анализ электромагнитных процессов в системе электроснабжения нетяговых потребителей, работающих в зонах электромагнитного влияния тяговых сетей и токов электровозов.
При решении поставленной цели использованы матричные методы расчета сложных и неоднородных электрических систем, теория многополюсников, а также методы математической физики, включив операторный метод и метод переменных состояний для решения переходішх процессов.
Анализ переходных процессов в линиях с распределенными параметрами выполнен с привлечением последней версии программы символьной (аналитической математики) - Maple 10 и последней версии программы схемотехнического моделирования - Micro-Cap 8. Научная новизна работы заключается в следующем: обоснована методика расчета электромагнитного влияния электрифицированных железных дорог переменного тока на систему электроснабжения нетяговых потребителей при учете распределенных по длине (однофазных (КТПО) и трехфазных (КТП)) комплектных трансформаторных подстанций, фаза С трансформаторов которых соединяется с естественным заземлителем;
- разработана математическая модель расчета напряжения на естественном
заземлителе СЭНП, учитывающая наличие рельсового пути как цепи с распределенными параметрами;
- предложен алгоритм расчета допустимого сопротивления естественного
заземлителя фазы С трансформатора КТП (КТПО), исходя из требований отсутствия его термического поражения и обеспечения условий электробезопасности при обслуживании электроустановок СЭНП;
- обоснован метод определения расстояния от тяговой подстанции до места
повреждения изоляции воздушных проводов фаз А и В СЭНП;
- использованием методов парного сравнения и ранговой корреляции для
выявления недостатков работы систем ДПР и СЭНП.
Практическая значимость и внедрение результатов работы:
-
Анализ уровней напряжений, возникающих на сопротивлении естественного заземлителя фазы С трансформатора КТП (КТПО), позволил предложить технические решения по обеспечению условий электробезопасности при обслуживании электроустановок СЭНП, включающие, в том числе, отказ от использования рельсового пути как естественного заземлителя для электроснабжения нетяговых потребителей.
-
Результаты расчета СЭНП по предложенному в диссертации алгоритму теплообмена в земле от тока, стекающего с естественного заземлителя, подтвердили ранее полученные выводы Рюденберга Р. о возможности
термического поражения заземлителя. Применительно к вертикально расположенному естественному заземлителю определено допустимое значение напряжения на заземлителе, исходя из требований отсутствия его термического поражения.
-
Методы определеігая расстояния от тяговой подстанции до места повреждения изоляции воздушных проводов СЭНП позволяют в условиях случайного характера сопротивления растеканию лежащего на земле провода увеличить производительность труда при поиске места повреждения. Научная новизна и практическая значимость предложенных в работе методов подтверждена патентами на полезные модели № 40266, 3. 2004111711/22, Б.И. № 25,2004 г., Гр.10.09.2004 г., МПК В60МЗ/00 и № 41680, 3. 2004110155/22, Б.И. К« 31,2004 г., Гр.10.11.2004 г., МПК В60МЗ/00 (см. список литературы),
-
Методика расчета электромагнитного влияния электрифицированных железных дорог на СЭНП позволила рассчитать один из основных показателей качества электрической энергии, а именно: коэффициент несимметрии на первичной стороне трансформатора КТП.
-
Предложена схема подключения КТП к СЭНП, а также обоснованы технические решения по обеспечению пожаро- и электробезопасности электроустановок, питающихся от комплектной трансформаторной подстанции. СЭНП защищена патентом на полезную модель.
-
Использование экспертных методов оценки факторов, влияющих на надежность работы предлагаемой системы электроснабжения нетяговых потребителей, позволило наметить пути решения поставленной в диссертации задачи: разработки СЭНП на электрифицированных железных дорогах переменного тока.
Изложенные в п. 1 - 4 методики и полученные при их использовании результаты включены в совместный с ФГУП ВНИИЖТ сводный научно -исследовательский отчет «Технические решения на систему два провода -земля (ДПЗ) на электрифицированных участках переменного тока для питания нетяговых потребителей». Научно - исследовательский отчет передан в ЦЭ ОАО «РЖД». Предложение об использовании естественного заземлителя фазы С трансформатора КТП (КТПО) включено в проект
«Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах. ЦЭ-191/93. МПС».
Лпробаиия работы. Основные положения работы доложены на научно - технических конференциях молодых специалистов МИИТа (2003 г., 2004 г., 2005 г.).
Отдельные положения диссертации в рамках совместной работы с ФГУП ВНИИЖТ докладывались в ЦЭ ОАО «РЖД» (2004 г.).
Работа докладывалась на совместном заседании кафедры «Теоретические основы электротехники» и научно - исследовательской лаборатории «Электробезопасность на ж.д. транспорте».
Публикации. По теме диссертационной работы имеются 10 публикаций, в том числе 3 патента Российской Федерации на изобретения.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 107 наименований и 4 приложений. Объем основного текста 171 страниц, включая 11 таблиц и 35 рисунков.
Экспертные методы ранжирования факторов, определяющих безопасность обслуживания системы два провода — рельсы
Заземление мощных КТП глухое на рельсы (Рис. 0.0). Заземляющие проводники при этом присоединяются: а) при однониточных рельсовых цепях - к тяговой нити рельсов ближайшего пути по обе стороны неизолированного стыка; б) на станциях, перегонах с двухниточньтми рельсовыми цепями — к среднему выводу путевого или дополнительного дроссель — трансформатора (иногда — к тяговой нити ближайшего пути).
Снижение коэффициента прикосновения к оказавшимся под напряжением нетоковедущим частям КТП обеспечивается укладкой вокруг подстанции соединенного с рельсовым путем двойного выравнивающего контура с ненормируемым сопротивлением растеканию.
В остальном заземление КТП до и свыше 25 кВА аналогично. Приведение схемы заземления КТП обладают следующими недостатками. Зачастую невыполнимым оказывается требование Rjy 4 Ом (R3y 40 Ом), особенно в районах с высоким удельным сопротивлением грунта, где сооружение соответствующих заземлителей трудноосуществимо или не возможно (например, в тоннелях). Малонадежные искровые промежутки ИПМ — 62м не всегда защищают оборудование от потенциалов на заземлителе (рельсах) в режиме тяги подвижного состава или к.з. контактного провода на рельсы.
Особенностью трехфазного напряжения 380 / 220 В, получаемого потребителями системы ДПР, является его значительная постоянно изменяющаяся во времени несимметрия, причинами которой являются питание линии ДПР от тяговых трансформаторов, расположение высоковольтных проводов в зоне сильного электромагнитного влияния токов контактной сети.
Несимметрия ухудшает условия эксплуатации нагрузки, затрудняет или делает невозможным (как будет показано ниже) применение токовых защит. Анализ аварийных ситуаций, приведших либо способных привести к травмированию персонала, обслуживающего линии и КТП системы ДПР, питаемые от них сети и оборудование, показал, что насущной является задача обеспечения безопасных условий труда. Причем наряду с факторами, обусловленными выполнением работ в полосе железной дороги (в условиях пропуска поездов, плохой видимости, ограничения времени на ликвидацию аварий и т.п.) на безопасность существенно влияют и специфические особенности системы ДПР.
Анализ заземления комплектной трансформаторной подстанции, питаемых от системы два провода — рельсы Для электроснабжения нетяговых потребителей, в том числе СЦБ, на электрифицированных железных дорогах переменного тока преимущественно применяется система два провода - рельсы. Это трехфазная воздушная линия, фазы А и В которой присоединены на подстанции к тяговой обмотке тягового трансформатора и подвешены с полевой стороны опор контактной сети, фаза С соединяется с рельсовым путем.
Заземление обмоток высокого и низкого напряжения трехфазных КТП ДПР выполняется на два электрически не связанных контура заземления. На рельсовую сеть заземляется корпус КТП, выравнивающий контур и фаза С обмотки 25 кВ. Нулевая точка трехфазной обмотки КТП напряжением 0,4 кВ заземляется на выносной заземлитель. Между нулевой точкой и корпусом КТП включается искровой промежуток с пробивным напряжением 400 -г- 800 В. Данное решение принято в том случае, если нулевой провод используется в схеме защитного заземления. При этом нулевой провод соединяется с выносным заземлителем сопротивление которого принимается приближенно равным 30 Ом. Данное техническое решение частично решает задачу по исключению выноса напряжений рельсы - земля при аварийных режимах в тяговых сетях по нулевому проводу в зону нахождения людей. Действительно, в том случае если напряжение рельсы — земля превышает пробивное напряжение искровых промежутков на корпусе электроустановок, соединенных с нулевым проводом появляются напряжения, превышающее пробивное напряжение искровых промежутков. Тем самым возникает опасная ситуация, могущая в ряде случаев привести к появлению электротравмы для населения, находящегося в зонах расположения электроустановок. Кроме того, при пробое изоляции и нарушении целостности нулевого провода на электроустановках может возникнуть напряжение, определяемое по формуле
Учтем, что защитное заземление для нагрузок, питаемых от системы ДПР, является основной защитной мерой. Тогда напрашивается вывод, что выносной заземлитель КТП не обеспечивает условия электробезопасности при обрыве нулевого проводника.
Система электроснабжения ДПР имеет консольное питание. Это объясняется тем, что тяговые трансформаторы соседних фидерных зон могут иметь различные как по величине, так и так и по фазе напряжения. Тем самым, при параллельном включении линии ДПР от тяговых подстанций могут возникнуть уравнительные токи, что естественно приводит к дополнительным потерям энергии в фазных проводах ВЛ системы ДПР. Кроме того, при консольном питании линий ДПР затруднено бесперебойное питание нагрузок 20. связи и СЦБ, особенно при переключении питающих ВЛ ДПР линий.
При к.з. в системе ДПР возникает переходной процесс. Принужденная составляющая этого тока достигает значительных величин, нескольких кА. По этой причине в трехфазных КТП устанавливают трансформаторы тока с коэффициентом трансформации 150/5 или 200/5. Учитывая относительно небольшую мощность трансформаторов КТП трансформаторы тока нагружают рабочим током незначительно. Действительно, при полной мощности 5 = 100 кВА ток нагрузки
Матричный метод расчета электромагнитных процессов в системе два провода - земля
Для расчета электромагнитных процессов в системе электроснабжения нетяговых потребителей могут быть использованы различные методы анализа, нашедшие применение в сложных электрических системах [2, 29, 60, 61]. Применительно к системе электроснабжения нетяговых потребителей расчет электромагнитных процессов в ней осложняется электромагнитным влиянием тягового электроснабжения на показатели качества электрической энергии и на уровни напряжения на нагрузке нетяговых потребителей [6, 28, 57].
Отметим, что применительно к системам тягового электроснабжения разработан ряд методик, позволяющих определить (рассчитать) электромагнитные процессы при работе электроподвижного состава в режиме тяги и рекуперации [27, 55, 57, 71]. В значительной мере эти методики позволяют рассчитать токораспределение в сложных и неоднородных тяговых сетях на основной гармонике, т.е. на частоте а = 314 с-1 [4, 14, 69].
Применительно к системе 2-25 кВ использован метод контурных токов. Для электрического расчета составляется система из уравнений с комплексными коэффициентами, порядок которой, определяется числом независимых контуров, а именно - удвоенным количеством автотрансформаторов. Используя соотношения между токами обмоток автотрансформаторов, из системы исходных контурных уравнений исключаются некоторые неизвестные параметры, что позволяет сократить порядок решаемой системы уравнений до числа, равного количеству автотрансформаторов. Однако, с возрастанием числа пунктов распределенного питания расчет усложняется, а объем вычислений увеличивается.
Применение топологического метода [73] дает возможность при наличии графа схемы миновать стадию составления системы уравнений и позволяет эффективно использовать в процессе вычислений ЭВМ. Однако, как известно [73], недостатком метода является необходимость отыскания и хранения в памяти вычислительной машины большого числа различных деревьев графа состояния, что приемлемо только для схем с относительно малым числом узлов.
В основу методики электрического расчета тяговой сети в ряде случаев положен метод симметричных составляющих: тяговая сеть рассматривается как несимметричная многофазная система, в которой токи и напряжения определяются посредством наложения результатов расчетов симметричных систем. Представление схемы питания фидерной зоны как цепной схемы [40] позволяет значительно упростить и сократить объем расчетов, но при этом расчетные формулы предполагают наличие одного электровоза на фидерной зоне с последующим использованием метода наложений при наличии нескольких электровозов, что существенно увеличивает объем расчетов. Замена исходной схемы замещения симметричными схемами, а действительной тяговой нагрузки - двумя нагрузками, приложенными к контактной сети и питающему проводу в той же точке фидерной зоны позволяет получить расчетные выражения для определения средних и среднеквадратичных значений при любом числе и расположении автотрансформаторов и электровозов.
Естественно при расчете показателей качества электрической энергии в сложных и неоднородных системах электроснабжения нетяговых потребителей целесообразно использовать методики, нашедшие применение в системе электроснабжения тяговых потребителей [4, 14] и в электрических сетях продольного электроснабжения [13, 68].
В значительной мере это относится к системам электроснабжения нетяговых потребителей, работающих в зонах электромагнитного влияния. Наиболее широкое распространение для анализа токораспределения в таких системах находит матричный метод [38], в котором элементы системы (трансформаторы тяговой подстанции, линии продольного электроснабжения, трансформаторы комплектных трансформаторных подстанций и т.д.) представляются в виде многополюсников. Уравнение записи этих многополюсников по формам (A), (Z) и (Y) [38] Использование тензорного метода расчета системы электроснабжения железных дорог переменного тока позволяет применить методы расчета и преобразования симметричных трехфазных сетей для совместного расчета однофазных тяговых с трехфазными сетями, что значительно облегчает программирование задач. Между тем, тензорный метод предназначен для расчета узловых сопротивлений при совместном рассмотрении тяговых сетей и систем энергосистемы, а также расчета напряжений узлов и потерь мощности в сети. Поэтому особенности токораспределения в элементах тяговой сети могут быть определены в результате проведения дополнительных вычислений.
К упрощению расчета и процесса программирования на ЭВМ приводит применение в расчетах тяговых сетей теории многополюсников [44], когда схема замещения электротяговой сети представляется в виде каскадного соединения многополюсников.
Выбор сопротивления рабочего искусственного заземлителя трансформатора КТП исходя из требований отсутствия его термического поражения
По второму варианту рекомендуется выполнять ЗУ исходя из условия ограничения напряжения прикосновения до значений, допустимых по условиям электробезопасности. Напряжение на заземлителе для расчетного тока замыкания на землю не должно превышать 5 кВ (допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании повышать потенциал заземлителя по отношению к удаленной земле до 10 кВ), а сопротивление заземляющего устройства не ограничивать величиной 0,5 Ом. Конструктивно сетка выполняется так же, как и в первом варианте. Расстояние между рядами продольных и поперечных проводников определяется расчетом. Однако между соседними рядами проводников расстояние не должно превышать 32 м.
В обоих вариантах проводники, присоединяющие оборудование или металлоконструкции к заземляющей сетке, прокладываются на глубине не менее 0,3 м. При расчете заземлителей эти проводники не учитываются. Расстояние от границ контурного заземлителя до ограды электроустановки с внутренней стороны должно быть не менее 3 м; у входов и въездов на территорию электроустановки между оградой и заземлителем потенциалы выравнивают путем укладки на глубине 1,5 м одного горизонтального проводника на расстоянии 1 м от заземлителя, связанного с заземлителем не менее чем в двух местах. Этот проводник имеет длину, превышающую ширину входа или въезда на 1 м с каждой стороны. Если заземлитель не размещается на ограждаемой территории, допускается его сооружение за пределами территории электроустановки. Металлические части и арматура стоек железобетонной ограды обязательно соединяются с заземлителем. Кроме того, потенциалы выравнивают путем укладки одного проводника вокруг границ заземлителя на расстоянии 1 м в направлении от его границ и на глубине 1,5 м. Этот проводник соединяют с заземлителем не менее чем в четырех точках. Молниеотводы и разрядники присоединяют к заземляющей сетке так, чтобы растекание тока в землю происходило не менее чем в трех-четырех горизонтальных направлениях. В сетях с изолированной нейтралью напряжением выше 1000 В сопротивление растеканию заземляющего устройства при прохождении расчетного тока замыкания на землю должно удовлетворять следующему условию: R = U/I3, где U напряжение на заземлителе, принимаемое равным 250 В, если заземляющее устройство используется только для установок выше 1000 В, и 125 В, если заземляющее устройство используется для электроустановок напряжением до 1000 В; расчетный ток замыкания на землю.
Сопротивление растеканию R должно также удовлетворять требованиям к заземлениям установок напряжением до 1000 В, если заземляющее устройство используется и для этих установок. Сопротивление растеканию заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов и трансформаторов, должно быть не более 2; 4 и 8 Ом для электроустановок с напряжениями соответственно 660/380, 380/220 и 220/127 В. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений нулевого провода воздушных линий электропередачи напряжением до 1000 В при числе отходящих линий не менее двух. Однако сопротивление растеканию искусственного заземлителя, к которому присоединены нейтрали генераторов и трансформаторов, должно быть не более: 15 Ом для электроустановок напряжением 660/380 В; 30 Ом -для электроустановок 380/220 В и 60 Ом — для электроустановок 220/127 В, если более низкие сопротивления растеканию не требуются по условиям грозозащиты. При р — удельном сопротивлении земли — более 100 Ом м допускается повысить указанные сопротивления в /У 100 раз, но не более 10-кратного значения.
Для воздушных линий электропередачи металлическая связь с нейтралью источника питания осуществляется с помощью нулевого провода, проложенного на тех же опорах линии, что и фазные провода. На концах воздушных линий (или ответвлений) длиной более 200 м, а также на вводах в здания, электроустановки которых подлежат заземлению, выполняют повторные заземления нулевого провода. При размещении электроустановок, подлежащих заземлению, вне зданий расстояние от электроустановки до ближайшего заземлителя повторного заземления нулевого провода воздушной линии электропередачи или до заземлителя нейтрали источника питания должно быть не более 100 м. Более частые заземления должны выполняться, если это требуется по условиям защиты от грозовых перенапряжений.
Для повторных заземлений в первую очередь используются естественные заземлители, например железобетонные и металлические опоры. Общее сопротивление растеканию заземляющих устройств повторных заземлений нулевого провода каждой воздушной линии электропередачи должно быть не более 5; 10 и 20 Ом соответственно для электроустановок 660/380, 380/220 и 220/127 В. При удельном сопротивлении земли более 100 Ом м допускается повысить указанные сопротивления в /У 100, но не более чем в 10 раз.
Выбор сопротивления рабочего искусственного заземлителя трансформатора КТП исходя из требований отсутствия его термического поражения.
Длительное и кратковременное протекание тока через рабочее заземление системы электроснабжения нетяговых потребителей на электрифицированных участках переменного тока естественно повышает температуру земли вблизи заземлителя на величину Л0. Повышение температуры в ряде случаев может
72. привести к испарению влаги, находящейся в земле. Известны случаи, когда при испарении влаги в земле и стекании тока с фундаментов опор ВЛ 10 кВ происходило термическое поражение фундамента опоры - естественного заземлителя.
В ряде публикаций [69, 72], посвященных аналитическому расчету допустимых по условию термоустойчивости заземлителя токов, принимается условие: допустимая плотность тока не зависит от конструктивного исполнения заземлителя.
Представляется, что данное утверждение может в ряде случаев, в частности для рабочих заземлителей электроустановок системы нетяговых потребителей (СЭНП), привести к погрешностям при оценке термического поражения заземлителя.
Применительно к рабочим заземлителям СЭНП наиболее эффективными являются стержневые. Это обусловлено необходимостью их сооружения вблизи земляного полотна и требованиями стабильности сопротивления заземлителя при изменение температуры окружающей среды в широких пределах.
Методы и устройства определения расстояния от тяговой подстанции до места однофазного замыкания на землю воздушных проводов системы электроснабжения нетяговых потребителей
В состав устройства входят два импульсных трансформатора напряжения 1,2 с первичными обмотками, включенными в линейные провода сети, два фильтра верхних частот 4 и 5, два суммирующих усилителя 6 и 7, три логических элемента ЗИ (первый - 8 , второй - 9, третий - 10), блок формирования отключающего сигнала 11, три триггера 12, 13 и 14 - каждый с системой сброса, усилитель отключающего сигнала 15, коммутационный аппарат 16, три пороговых элемента с положительным порогом срабатывания (первый - 23, второй - 25, третий - 27) и три пороговых элемента с отрицательным порогом срабатывания (первый - 24, второй - 26, третий - 28). Кроме этого приняты следующие требующие комментариев обозначения: 29 -генератор актовых импульсов, 38,39 и 40 - оптоэлектронные пары светодиод -фототиристор, 41 - индикатор поврежденной фазы, 42, 43 и 44 - симисторы.
Вторичные обмотки импульсных трансформаторов 4,5,6 соединены с фильтрами верхних частот 7,8 и 9, выходы которых соединены с суммирующими усилителями 10,11 и 12. Пороговые элементы с положительным и отрицательным порогами срабатывания объединена попарно:
Входы первой пары соединены с выходом суммирующего усилителя 10, второй - с выходом 11 и третий с выходом 12. Выходы элементов 23 и 28 соединены с двумя входами первого элемента ЗИ 13, выходы элементов 24 и 25 - с двумя входами второго элемента ЗИ 14, а выходы элементов 26 и 27 - с двумя входами третьего элемента ЗИ 15. Третьи ключевом режиме. Переходя в открытое состояние, транзистор 33 обеспечивает протекание тока через светодиод оптоэлектронной пары 36 и, следовательно, перевод фототиристора этой пары в открытое состояние. В то же время единичный сигнал с выхода триггера 30 разрешает прохождение через элемент 2И 31 последовательности импульсов с выхода генератора тактовых импульсов 29. Импульсы с выхода элемента 31 попадают на вход транзисторного усилителя 20. Ведомый этими импульсами усилитель работает в ключевом режиме, осуществляется ряд переходов из открытого состояния в закрытое и наоборот. В результате этого на первичной обмотке развязывающего трансформатора, включенной в нагрузочную цепь выходного транзисторного усилителя, и на трех выходных обмотках этого трансформатора появляются скачки напряжения. После выпрямления диодными мостами 35, 36 и 37 сигналы с входных обмоток трансформатора попадают на соответствующие фототиристоры оптоэлектронных пар 38, 39 и 40. Через открытый фототиристор оптоэлектронной пары 39 сигнал с выхода диодного моста 36 поступает на индикатор 41 поврежденной фазы и управляющий электрод соответствующего симистора 43, переводя симистор в открытое состояние и вызывая тем самым искусственное замыкание аварийной фазы на землю, что ликвидирует опасность поражения электрическим током человека , попавшего под напряжение "фаза-земля", но не нарушает работы питаемого от сети оборудования . После выдержки времени, достаточного для самостоятельного освобождения человека от контакта с проводом, триггеры 17, 18, 19 и 30 схемами сброса на элементах R и С переведутся в состояние с сигналом логического нуля на выходе, восстановив тем самым нормальное рабочее состояние трехфазной сети. Анализ работы разработанного устройства защиты показывает, что при подключении однофазной нагрузки (сопровождаемым примерно равными бросками напряжения на индуктивных элементах в двух линейных проводах) выходной сигнал ни одного из элементов 13,14 и 15 не будет единичным, следовательно ошибочного срабатывания не произойдет.
Аналогичное произойдет и при одновременном замыкании контактов коммутационного аппарата, подключающего трехфазную активно-индуктивную нагрузку. При неодновременном замыкании разность амплитуд бросков напряжения на индуктивном элементе фазы, которая уже включилась, и на индуктивном элементе фазы, которая еще не включилась, будет больше разности амплитуд аналогичных бросков на элементах тех же фаз, возникающих при прикосновении человека к фазному проводу и превысит верхний порог срабатывания порогового элемента, следовательно ошибочного срабатывания не произойдет.
Надежность устройств защиты должна оцениваться вероятностью безотказного функционирования, которая должна приниматься равной 0,95 на 1000 ч. работы [78]. В переводе на время безотказной работы (наработка на отказ) это должно составлять 20 000 ч. Эти показатели, необходимо относить ко всей системе защиты системы электроснабжения нетяговых потребителей. При низкой надежности снижается безопасность эксплуатации сетей.
Высоковольтный выключатель в системе электроснабжения является исполнительным элементом устройств защиты. Его отказы могут приводить к невозможности отключения сети при срабатывании устройства защиты, т.е. к отказам всей системы защиты. Кроме того, отказ высоковольтного выключателя может послужить причиной отказа самого устройства защиты, так как сработавшее устройство при не отключенном выключателе длительное время остается под напряжением даже при надежном замыкании фаз А и В сети на фазу С, а токи в цепи контактов исполнительного реле и отключающей катушки выключателя могут достигать недопустимо больших величин.
Показателем возможной опасности воздействия влаги на современные полупроводниковые интегральные схемы может служить, например, то, что более 50% отказов некоторых типов интегральных схем и полупроводниковых приборов в пластмассовых корпусах вызывается коррозией металлизации и другими дефектами, вызываемыми проникновением влаги в недостаточно герметичный корпус схем, а также повышает интенсивность отказов элементов.
С другой стороны, используя элементы в аппаратуре в облегченных режимах (так называемых "щадящих"), можно обеспечить более высокую надежность, чем при работе этих элементов в предельных режимах, оговоренных документацией на них. Предложение о наличии "щадящих" режимов нагрузки или условий работы основывается на гипотезе о том, что интенсивность отказов элементов зависит от интенсивности воздействия (температура, влажность) их нагрузок. Ограничивая уровень интенсивности воздействия или нагрузки, можно получить существенный выигрыш в надежности.
