Какое пробивное напряжение искрового промежутка
ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА КОНТАКТНЫХ
К данной подсистеме (см. рис. 1.3) можно отнести устройства для защиты: изоляции от атмосферных и коммутационных перенапряжений; узлов и подземных сооружений от атмосферной, почвенной и электрической коррозии; людей от поражения током (электробезопасность); изоляторов от перекрытий из-за гнездования птиц; контактных проводов от пережогов токоприемниками на изолирующих сопряжениях, транспорта от выезда за конец контактной подвески или от наезда на опорные конструкции и др. К защищающим элементам можно отнести также износостойкие покрытия, антикоррозионные краски и обмазки устройств контактных сетей, различные щиты, ограждения, надписи и т.п.
Для каждого из перечисленных устройств существует порог срабатывания при появлении недопустимого значения фактора, от которого необходима защита, например, недопустимой величины напряжения, расстояния и т.п.
Функции защитных устройств иногда выполняют элементы других подсистем контактных сетей и ЛЭП (например, полимерные покрытия седел для защиты от износа сталеалюминиевого несущего троса).
Защитные устройства не только проверяют и сигнализируют о появлении недопустимого параметра у конкретного узла (подобно диагностическим устройствам), но и сами принимают меры: оперативные (например, отключение) и предупредительные (например, ограждающие щиты).
7.1. Защита изоляции от перенапряжений
Для снижения уровня возникающих в ЛЭП и контактной сети перенапряжений и, как следствие, обеспечения сохранности изоляции и надежного срабатывания защиты устанавливают специальные устройства-разрядники, при электрическом пробое которых провода ЛЭП и контактной сети кратковременно замыкаются на заземляющие устройства или рельсы и ток разряда уходит в землю или на тяговую подстанцию, после чего изоляция ЛЭП или контактной сети восста на вливается. Различают роговые и трубчатые разрядники, а также полупроводниковые нелинейные ограничители перенапряжений.
Роговые разрядники (рис. 7.1, а, б) имеют воздушные промежутки, образуемые дугогасящими рогами из стального прутка диаметром 12 мм. Один рог устанавливают на изоляторе и медным проводником сечением не менее 25 мм 2 соединяют с контактной сетью (проводом ВЛ), другой — заземляющим проводником — с рельсами. Для исключения ложного срабатывания при случайном замыкании промежутка, например птицами, разрядники выполняют с двумя последовательно расположенными искровыми промежутками по 5 мм при постоянном токе и 45 мм при переменном. При пробое промежутков и срабатывании разрядника возникшая электрическая дуга растягивается по наклонным рогам и гасится.
Роговые разрядники размещают, как правило, на вершинах опор перпендикулярно или под углом 45° к оси пути (для улучшения осмотра с поезда). В зоне срабатывания разрядника и над ним на расстоянии до 3 м располагать какие-либо провода не разрешается.
На линиях постоянного тока роговые разрядники располагают обычно на переходных опорах. На изолирующих сопряжениях при нормально отключенных продольных разъединителях разрядники устанавливают на обеих ветвях, а при нормально замкнутых—на одной.
Мастерские Московской железной дороги изготавливают роговые разрядники постоянного тока для неагрессивной среды на двух изоляторах ОНС-10-500 и для агрессивной на ОНС-35-500. Для переменного тока такие же с двумя искровыми промежутками, но с зазорами 45, а не 5 мм.
Трубчатые разрядники, дополненные внешним искровым промежутком 40 мм для предотвращения токов утечки по поверхности, применяют на линиях переменного тока и ДПР (рис. 7.1, в, г). Трубчатый разрядник, например РТ-35, состоит из бакелитовой трубки с вн ут ренним диаметром 10 мм и двумя металлическими наконечниками.
Внутри бакелитовой находится фибровая трубка со стержневым электродом. Между этим электродом и одним из металлических наконечников бакелитовой трубки имеется зазор, который образует внутренний искровой промежуток. При перенапряжении внутренний искровой промежуток пробивается, фибровая трубка выделяет газы, кот о рые, вырываясь из трубки, обеспечивают гашение дуги. Внешний искровой промежуток, образованный рогами из стального прутка диаметром 10 мм, предохраняет изоляцию от разрушения токами утечки. Для предотвращения скопления влаги во внутренней полости разрядника его устанавливают открытым концом под углом не менее 15°, а в местах усиленного загрязнения — до 45° к горизонтали.
Рис. 7.1. Разрядники роговые постоянного ( а) и переменного ( б) тока; конструкция трубчатого разрядника ( в) и схема укрепления его на опоре ( г); 1 — опора; 2 — консоль; 3—разрядник; 4—электрический соединитель; 5 — изолятор; 6 — несущий трос; 7 — заземленная на рельс или контур заземления конструкция
Электрод внешнего искрового промежутка, закрепленный на стержневом изоляторе, соединяют с подвеской медным проводом сечением не менее 16 мм 2 . Заземляющий провод подключают к тяговому рельсу или к специальному заземлению, расположенному от ближнего рельса на расстоянии не менее 3 м и имеющему сопротивление не более 150 Ом. Пределы отключаемого тока трубчатого разрядника 0,8—5 кА.
Трубчатые разрядники типа РТФ-10 и РТФ-35 предназначены для защиты от грозовых перенапряжений изоляции линий электропередачи 10 и 35 кВ и частотой 50 Гц. По техническим данным их наибольшее допустимое напряжение (действующее значение) составляет 12 и 40,5 кВ, а токи отключения (действующее значение) находятся в пределах 0,5—5,0 и 1,0—5,0 кА соответственно. Размеры искровых промежутков: внешних 25 и 130 мм, внутренних 150 и 200 мм. Выпускаются Белореченским электротехническим заводом.
Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) предназначены для защиты изоляции контактных сетей постоянного и переменного тока напряжением 3,3 и 27,5 кВ от грозовых и коммутационных перенапряжений. Они исключают короткие замыкания на контактных сетях, возникающие при срабатывании роговых и трубчатых разрядников при атмосферных перенапряжениях.
ОПН с высоконелинейными резисторами (варисторами) на основе окиси цинка (ВНИИЖТ, 1996—1997 гг.) изменяют внутреннее сопротивление в зависимости от величины напряжения с максимального при номинальном напряжении до минимального при перенапряжении. По сравнению с вентильными разрядниками ОПН обладает неоспоримыми преимуществами: низким защитным уровнем для всех перенапряжений, отсутствием сопровождающего тока после импульса, высокой удельной энергоемкостью, отсутствием необходимости регулировки. Кроме того, искровые промежутки, имеющиеся у вентильных разрядников, воздействуют на защищаемое оборудование импульсами с большой скоростью изменения напряжения (рис. 7.2, а) , что приводит к развитию местных дефектов изоляции (частичных разрядов), чего нет у ОПН (рис. 7.2, б).
В контактных сетях, несмотря на высокий уровень испытательного напряжения изоляторов, в грозовые сезоны повреждаемость повышается в 1,5—2 раза. ОПН позволяет снизить уровень грозовых перенапряжений для постоянного тока с 35—40 до 17 кВ. Чтобы исключить заземление контактных сетей через повреждаемый при прямом ударе молнии ОПН, его подключают через роговый разрядник с промежутком, замкнутым медной проволокой диаметром 1,4 мм. Разработаны также конструк
Рис. 7.2. График изменения тока и напряжения вентильного разрядника ( а) и ограничителя ( б) при набегании волны перенапряжения; U р – напряжение на разряднике; U ОПН – напряжение на ограничителе; i р – ток разрядника; i ОПН – ток ограничителя. Установка ОПН с предохранителем ( в) 1 – ОПН; 2 – заземление; 3 – предохранитель; 4 – шлейф.
ции ограничителей типа ОПНК-3,3; ОПНК-27,5 (ВНИИЖТ совместно с ЭЛВО, НИИЭК, ФЕНИКС). Выпускают ОПН и для ЛЭП 0,38; 6; 10 и 35 кВ.
Технические данные ограничителей перенапряжений Великолукского завода высоковольтной аппаратуры следующие. Класс напряжения и наибольшее рабочее напряжение составляют 3 и 4 кВ для ОПНК-П1-3,3 и ОПН-3,3 КС и 25 и 30 кВ для ОПНК-П1-27,5; ОПН-27,5 КС. Номинальный разрядный ток для всех типов 10 кА.
На опорах с оттяжками устанавливать разрядники и ограничители напряжения запрещается.
7.2. Защита устройств контактных сетей от коррозии.
Заземление, обеспечение электробезопасности
Заземления (рис. 7.3) предназначены для соединения металлических конструкций, не находящихся нормально под напряжением (опорно-поддерживающих деталей, оснований разъединителей и разрядников и т.п.) на контактных сетях с тяговыми рельсами или с землей (на ЛЭП). Заземления повышают надежность срабатывания защит за счет снижения сопротивления и увеличения тока короткого замыкания и тем самым обеспечивают электробезопасность заземленных электроустановок. Их подразделяют на глухие (рис.7.3, а, в) , с искровыми промежутками (рис. 7.3, б) , изолированные (рис. 7.3, д, е) от конструкций (для защиты от электрокоррозии), комбинированные (рис. 7.3, г) , индивидуальные и групповые, с короткозамыкателями и заземлителями, наружные и внутренние.
Индивидуальные заземления выполняют стальным прутком диаметром не менее 12 мм при постоянном токе и не менее 10 мм при переменном. К заземляющему проводнику (спуску) плашечными зажимами присоединяют все конструкции, подлежащие заземлению. По железобетонной опоре наружный заземляющий спуск прокладывают с полевой стороны. На линиях переменного тока, где электрокоррозионное воздействие тока на арматуру менее значительно, заземляющий спуск размещают внутри опоры при ее изготовлении, а заземляющие проводники от конструкций присоединяют к выводам спуска, расположенным вверху опоры. На металлических опорах соединительные заземляющие проводники крепят к элементам опор. По поверхности земли заземляющий проводник прокладывают к рельсу на полушпалках с двукратным покрытием кузбасским лаком для изоляции от земли, иногда — в изолирующем шланге (Чехословакия). Проводник к рельсу крепят башмаком — крюковым болтом (рис. 7.3, ж) , на железобетонных шпалах могут быть использованы их крепежные болты. Для опор и искусственных сооружений применяют специальные способы заземления с нейтральными вставками (см. рис. 7.3, е, д) . Сопротивления стекания тока с рельсов (рис. 7.4, а, б) и потенциальные диаграммы (рис. 7.4, в) определяют электроэрозию опор.
Трос группового заземления, соединяющий ряд стоящих опор, применяют для опор контактной сети, установленных в выемках за кюветами и на пассажирских платформах, и выполняют из проводов сечением не менее 70 мм 2 . Трос закрепляют на опорах с помощью хомутов на высоте 5—6 м с натяжением 3,5-4 кН и присоединяют в одном месте двойным заземляющим спуском к средней точке дроссель-трансформатора или непосредственно к рельсу. Длина участка постоянного тока с групповым заземлением металлических опор не должна превышать 1200м, а железобетонных – 600м. Для опор с групповым заземлением возникают две электроэрозионные опасности: прохождение тока в землю через опоры с малым сопротивлением при срабатывании порогового устройства и переток между опорами, объединенными тросом, из-за разности потенциалов точек земли, разнесенных вдоль рельсовых нитей. Для расчета перетоков целесообразно использовать методику Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС), учитывающую схемы питания систем электроснабжения.
При переменном токе из-за наведенного напряжения длину троса ограничивают до 400 м и заземляют его так, чтобы от заземления до крайней опоры было не более 200 м.
Искровые промежутки (рис. 7.4, г, д) предназначены для защиты арматуры фундаментов и опор контактных сетей от протекания по ним блуждающих токов, а также пропуска тока в рельсовую цепь при пробое изоляции контактных сетей или ВЛ продольного электроснабжения, проходящей по опорам. Они служат для защиты подземных сооружений от электрокоррозии токами, стекающими с рельсов через за-
Рис. 7.3. Схемы заземления конструкций на рельс: глухое (а); через искровой промежуток (б); глухое с изолирующими элементами (в); комбинированное(г); опоры с нейтральной вставкой (д); искусственного сооружения с защитным устройством (е); крепление заземления к рельсу (ж); 1 – изоляторы контактной сети, 2 – нейтральная вставка, 3 – дополнительные изоляторы, 4 – изолирующие прокладки, 5 – тяговые рельсы, 6 – отбойники контактной сети, 7 – защитное устройство, 8 – крюковой болт, 9 – заземляющий провод, 10 – контактная подвеска, 11 – искровой промежуток
земляющие проводники и арматуру фундаментов в грунт в соответствии с потенциалами рельс — земля и сопротивлениями, которые зависят в основном от тягового тока и имеют различные зоны вдоль пути (с катодной зоной вблизи подстанции). Величина тока, стекающего с опоры, зависит от сопротивления рельс—земля.
Искровые промежутки (ИП) в нормальных условиях врезают в заземляющий проводник, изолируя опоры от рельсов. Когда на опору попадает высокое напряжение (800 В), происходит пробой искрового промежутка и наступает глухое заземление на рельс. Конструктивно искровые промежутки могут быть однократного и многократного действия. Искровой промежуток типа ИПМ-62М (см. рис. 7.4, г) состоит из корпуса с крышкой, внутри которого находится съемная вставка с двумя контактными шайбами и слюдяными прокладками между ними. Для предотвращения привар ивания съемной вставки к крышке при пробое промежутка предусмотрен экран в виде карболитового кольца. Пробивное напряжение такого искрового промежутка составляет 800 — 1200 В. На опорах с роговыми разрядниками устанавливают по два искровых промежутка, если провод заземленного рога не изолирован от
Искровой промежуток ИП-3 Воскресенского электромеханического завода имеет изоляцию между выводами при снятой вставке 10 МОм и обеспечивает пропуск ударного тока при одностороннем питании с импульсом 7 — 9 кА и временем протекания 0,04 — 0,06 с; при двустороннем питании — с таким же импульсом и последующим протеканием в течение 0,3 с, а также однократное АПВ с интервалом 6 — 10 с.
Искровой промежуток типа ИПВ-ЦНИИ-62 снабжен варистором (см. рис. 7.4, д) вследствие чего его импульсные характеристики аналогичны характеристикам ОПН.
Диодные заземлители предназначены для тех же целей, что и искровые промежутки, но обеспечивают большее число срабатываний, что особенно важно для групповых заземлений. Они выполняются в двух вариантах: ЗД-1 на трех вентилях ВЛ-200 и ЗД-2 на одном таблеточном вентиле Д133 на 1000 А не ниже 16-го класса.
ЗД-1 состоит из трех параллельно соединенных вентилей ВЛ200 не ниже 8-го
Рис. 7.4. Схемы стекания тока с рельсов в землю через металлические ( а) и железобетонные ( б) опоры в соответствии с потенциальной диаграммой ( в) и средства защиты от коррозии: искровые промежутки ИМП-62М ( г); ИПВ-ЦНИИ-62 ( д) ; установка диодного заземлителя ( е); диоды ( ж) ; схема подключения диодов к групповому тросу ( з); 1— групповые электроды; 2 — поджигающий электрод; 3 — слюдяная прокладка; 4 — варистор СН2-2А; 5 — пружинная шайба; 6 — кольцевые магниты; 7— токопроводы; 8 — крышки; 9 — уплотнительное кольцо; 10 — дугостойкая втулка; 11 — миканитовая прокладка; 12 — рельсы; 13 — диодный заземлитель; 14 — трос; 15 — изолятор; 16 — дроссель-трансформатор
класса (рис. 7.4, е, ж) . Его устанавливают на высоте не менее 1,7 м от уровня земли. От троса до диодного заземлителя прокладывают один провод, а заземляющий спуск от него к рельсу выполняют двойным стальным прутком диаметром 12 мм и присоединяют либо к средней точке дросселя-трансформатора, либо двумя зажимами непосредственно к рельсу через два параллельных ИПМ-62 (рис. 7.4, з) , но не ближе 200 м от сигнальной точки (дроссельного стыка) и 100 м от места присоединения к рельсам заземляющего спуска рогового разрядника.
Для предотвращения перетекания тока на железобетонных опорах корпус диодного заземлителя и его спуски изолируют от опоры . На корпусе заземлителя наносят знак высокого напряжения в виде красной стрелы, направленной острием вниз.
Подключают диодный заземлитель к тросу группового заземления по Т- или Г-образной схеме, а секционирующие изоляторы для исключения шунтировки рельсовых цепей размещают напротив дросселя-трансформатора и в других местах.
Диодные заземлители Московского энергомеханического завода имеют сопротивление изоляционных втулок не менее 10 МОм. Без разрыва цепи ЗД-2 обеспечивает такой же уровень параметров, как и искровой промежуток ИП-3.
Короткозамыкатели с групповыми заземлениями, применяемые на Западно-Сибирской, Свердловской и других железных дорогах, обеспечивают полную изоляцию опор от рельсов, высокую надежность, возможность большого количества срабатываний, уменьшение расхода проводов, а также защиту от хищений цветных металлов и вандализма. Это достигается (рис. 7.5) соединением через искровые промежутки всех опор (узлов) секции заземления изолированным от опор дополнительным проводом (БСМ-4, БСА-51, АС-35) и подключением его на концах защищаемой зоны через входные устройства к дуговым короткозамыкателям типа БКЗ-3,3. При этом один силовой контакт короткозамыкателя соединяется с контактной подвеской, а другой — со средней точкой дроссель-трансформатора (рельсами). При повреждении изоляции на любой опоре пробивается установленный на ней искровой промежуток и на дополнительный провод подается напряжение контактной сети, вызывая срабатывание короткозамыкателя, который замыкает контактную подвеску на дроссель-трансформатор (рельс). Ток короткого замыкания мгновенно отключается реагирующими на него быстродействующими выключателями тяговых подстанций, постов секционирования или пунктов параллельного соединения, таким образом, место повреждения отключается и локализуется.
Рис. 7.5. Групповое заземление опор контактных сетей с короткозамыкателем: / — контактная подвеска; 2 — дополнительный провод; 3 — искровой промежуток; 4 — опора; 5 — изолятор; 6 — входное устройство; 7 — запальные устройства; 8 — контакты электрозамыкателя
Конструктивно короткозамыкатель состоит из двух стальных пустотелых цилиндрических электродов, внутри которых размещены катушки для создания радиального магнитного поля. В нижний электрод вмонтировано запальное устройство с подвижными сердечниками — контактами катушек. При подаче напряжения на входное устройство катушки контакты размыкаются, возникает электрическая дуга, которая ионизирует пространство между основными электродами и вызывает пробой с током короткого замыкания до 3,5 кА. После срабатывания быстродействующих выключателей входное устройство приходит в исходное положение, срабатывает счетчик, искровые промежутки опор восстанавливаются.
Источник