3.Тяговая подстанция.

Тяговая подстанция (ТП) - электрическая подстанция, предназначенная для питания транспортных средств на электрической тяге через контактную сеть. От ТП получают питание и другие потребители.

Тяговые подстанции различают по следующим признакам:

▪ обслуживаемой системе электрической тяги:

переменного тока 25 или 2*25 кВ, постоянного тока 3,3 кВ и стыковые (переменного - постоянного тока);

▪ значению питающего напряжения - 6, 10, 35, 110 и 220 кВ;

▪ схеме присоединения к сети внешнего электроснабжения - опорные, промежуточные и концевые (тупиковые);

▪ системе управления: телеуправляемые и не телеуправляемые;

▪ способу обслуживания: без дежурного персонала, с дежурством на дому и постоянным дежурным персоналом;

▪ типу: станционные и передвижные.

Тяговые подстанции постоянного тока различают по типу и способу трансформации. На ТП постоянного тока при питающем напряжении 35 кВ и ниже устанавливают трансформаторы, которые в зависимости от схемы преобразователя понижают напряжение до 1,52 -3,79 кВ (одна ступень трансформации). Если же на шины ТП подается питающее напряжение 110 кВ и выше, его с помощью специальных трансформаторов понижают до 10 кВ (реже до 35 кВ), а затем, используя дополнительные трансформаторы, - до уровня, соответствующего схеме преобразователя (две ступени трансформации).

Тяговые подстанции дорог постоянного и переменного тока значительно различаются по устройству. Однако и те и другие должны отвечать следующим требованиям: обеспечивать надежность электроснабжения локомотивов, быть по возможности несложными, безопасными в обслуживании. Желательно также, чтобы расходы на их монтаж и эксплуатацию были невелики.

Познакомимся с устройством типовой тяговой подстанции постоянного тока (Рис.6). На ней установлено два силовых трансформатора 77 и Т2 . Каждый из трансформаторов соединен со своим выпрямителем. В, собранным по трехфазной мостовой схеме. Катоды выпрямителей быстродействующими выключателями БВ и разъединителями Р соединены с шиной «+» распределительного устройства РУ постоянного тока. Аноды выпрямителей соединены разъединителями с шиной «—». Рис.8

Шина «+ », или, как еще ее называют, главная шина, соединена фидерами с контактной сетью. В фидер для защиты подстанций от коротких замыканий в контактной сети включены быстродействующий выключатель БВ$ и два разъединителя Рф. Отключив эти разъединители, можно производить в безопасных условиях ревизию или осмотр быстродействующего выключателя. Защита от коротких замыканий должна действовать избирательно (селективно) и не отключать контактную сеть в тяжелых рабочих режимах, например при одновременном пуске нескольких единиц электроподвижного состава, резком колебании нагрузок, связанных с перегруппировкой тяговых двигателей.

На подстанциях дорог переменного тока используют силовые трансформаторы различных типов с разными схемами соединения их обмоток в зависимости от величины нагрузок и условий электроснабжения тяговой подстанции. В случае питания тяговой подстанции от двух линий электропередачи (ЛЭП) первичные обмотки трансформаторов 77 и Т2 (Рис 7) присоединяют к разным ЛЭП.

В случае необходимости эти обмотки можно подключить к одной и той же ЛЭП, применив перемычку. Две фазы вторичных обмоток трансформаторов, например А и С, соединены с шинами тяговой подстанции.

Шины высоковольтными выключателями ВВ и фидерами соединены с контактными подвесками путей I и II двухпутного участка. Третья фаза (в нашем примере В) соединена с рельсами. Более или менее равномерная нагрузка фаз обеспечивается благодаря подключению контактной подвески 1 к фазам Л и С.

Рис.9

Опорная тяговая подстанция - ТП, получающая питание от сети внешнего электроснабжения по трем или более линиям электропередачи напряжением 110 (150) или 220 кВ.

Промежуточная тяговая подстанция - ТП, получающая питание от сети внешнего электроснабжения и осуществляющая питание тяговой сети электрифицированной железной дороги между опорными ТП. Существуют два типа промежуточных ТП - на ответвлениях и транзитные. Тяговая подстанция на ответвлениях получает питание по двум линиям электропередачи 110 или 220 кВ. Концевая (тупиковая) тяговая подстанция получает питание по двум радиальным линиям электропередачи 110 или 220 кВ от другой (тяговой или районной) подстанции. Опорные подстанции получают питание сразу по нескольким. В каждую ВЛ при подходе ее к опорной подстанции (на вводе) врезаны выключатели, оборудованные устройствами релейной защиты.

Аккумуляторные батареи. На тяговых подстанциях в качестве источника оперативного постоянного тока используют, как правило, свинцово-кислотные аккумуляторные батареи.

Основные конструктивные элементы свинцово - кислотного аккумулятора - положительные и отрицательные пластины, электролит, сепараторы и сосуд из кислотоупорного материала. К системе сборных шин комплектных распределительных устройств (КРУН) обычно подключают следующие фидеры: обдува понижающих трансформаторов; передвижного масляного хозяйства, дистанций контактной сети и другие. На зажимах приемников электрической энергии допускаются отклонения напряжения в пределах 5% номинального. Опыт эксплуатации показывает, что на вводах тяговых подстанций эти отклонения достигают - 15 и +5%. В связи с этим отечественная промышленность выпускает трансформаторы снабженные устройствами для регулирования напряжения.

Заземляющие устройства. Заземляющими называют устройства, служащие для создания надежного пути тока через землю.

Главной частью заземляющего устройства является искусственный заземлитель, представляющий собой систему неизолированных проводников, обычно стальных, погруженных в землю. При возможности параллельно искусственному заземлению присоединяют естественные заземлители-рельсы подъездного пути, металлические оболочки силовых кабелей, водопроводные и другие металлические коммуникации, находящиеся на территории тяговой подстанции. Искусственный и естественный заземлители образуют собственно заземлитель, с помощью которого и обеспечивается контакт с землей и вывод тока в землю.

Шины — неизолированные проводники распределительных уст­ройств. Шины должны обладать необходимой электрической проводи­мостью и достаточной механической прочностью. Первое требование вытекает из необходимости обеспечения малых потерь энергии, второе диктуется необходимостью обеспечения механической устойчивости к действию сил, возникающих при коротком замыкании. Шины бывают медные, алюминиевые, стальные. Медные шины имеют малое удельное электрическое сопротивление и достаточную механическую прочность. Они применяются в мощных электроустановках с большими токами. Алюминий обладает большим, чем медь, удельным электричес­ким сопротивлением и меньшей механической прочностью. Стальные шины имеют большое удельное сопротивление, но по механической прочности они превосходят медные и алюминиевые. Наибольшее применение получили алюминиевые шины.

Кабелями называются проводники тока, изолированные между собой и от земли бумажной, пластмассовой или резиновой изоляцией и помещенные в свинцовую, алюминиевую, полихлорвиниловую или резиновую оболочку. Оболочка служит гидроизоляцией жил. В целях предохранения от механических повреждений гидроизолирующей оболочки кабель покрывают броней. Броню покрывают асфальтированным жгутом.

Высоковольтные выключатели — основные аппараты для вклю­чения и отключения высоковольтных цепей перемен­ного тока при нормальном и аварийном (КЗ) режимах.

При размыкании цепи, по которой протекает ток большой мощности, возникает дуговой разряд, пагубно влияющий на работу выключателя, приводящий к потерям энергии, КЗ между фазами, а также не позволяющий надежно разомкнуть цепь. По роду дугогасящей среды выключатели подразделяют на мас­ляные, воздушные, газогенерирующие, вакуумные и элегазовые. Выключатели различают также по следующим признакам: по числу фаз — одно, двух и трехфазные; месту установки — для внут­ренней и наружной; способу управления—с ручным или дистанци­онным приводом; времени отключения — быстродействующие (до 0,08с), ускоренного действия (до 0,12с), небыстродействующие (до 0,25 с).

Масляные выключатели, как и другие высоковольтные выключатели, предназначены для вклю­чения и отключения высоковольтных цепей. Они получили большое применение в электроустановках благодаря простым и достаточно эффективным дугогасительным свойствам трансформаторного масла. Масляные выключатели подразделяют на многообъемные и малообъемные. В многообъемных выключателях масло служит дугогасительной и изолирующей средой, в малообъемных — только дугогасительной средой.

В воздушных выключателях дугу гасят сжатым воздухом, пода­ваемым к выключателям по воздухопроводам от центральной компрес­сорной установки. Для отключения выключателя в любой момент времени в резервуаре имеется необходимый запас сжатого воздуха.

Вакуумные выключатели представляют собой герметизированные камеры, из которых откачан воздух. Процесс гашения дуги выглядит так. При расхождении контактов уменьшается площадь их соприкосновения, что приводит к резкому повышению температу­ры контактируемых поверхностей. Между этими поверхностями обра­зуется мостик из расплавленного металла, который очень быстро нагре­вается и испаряется. В среде паров металла загорается дуга. Глубокий вакуум способствует быстрой диффузии заряженных частиц в окружаю­щее пространство, не ионизируя его.

Разъединителями называют аппараты, применяемые в установках напряжением свыше 1 кВ и предназначенные для раз­мыкания и замыкания предварительно обесточенных электрических цепей. Создавая видимый разрыв цепи, разъединители обеспечивают безопасность работы персонала, производящего осмотр или ремонт отключенной части электроустановки. Разъединители не имеют уст­ройств для гашения дуги и поэтому не допускают отключения ими цепи под нагрузкой, так как это приводит к возникновению устойчивой дуги, вызывающей КЗ между фазами.

Разъединители изготовляют однополюсными и трехполюсными, для наружной и внутренней установок.

Трансформаторы тока (ТТ.) при­меняют в установках напряжением до 1 кВ и выше. Они относятся к измерительным трансформаторам и предназначены для расширения предела измерения измерительных приборов, а в высоковольтных це­пях, кроме того, — для изоляции приборов и реле от высокого напря­жения. Для измерения токов с применением ТТ, имеющих различные коэффициенты трансформации, амперметры, счетчики, реле и прочие приборы изго­товляют с токовыми обмотками, рассчитанными на одинаковый и не­большой ток. Поэтому облегчается их конструкции и повышается чув­ствительность. ТТ изготовляют с расчетом получить во вторичной об­мотке ток 5 или 1 А при номинальном токе и первичной обмотке.

Трансформаторы напряжения (ТН) применяют для измерения напряжения в электроустановках напряжением свыше 1 кВ. Они предназначены для изоляции цепей обмоток вольтметров, реле, счетчиков и др. приборов от сети первичного напряжения и понижения первичного напряжения до величины, удобной для питания приборов.

По величине погрешности в процентах ТН делят на четыре класса точности: 0,2; 0,5; 1 и 3. Один и тот же ТН может работать в различных классах точности. Высшему классу точности соответствует наименьшая нагрузка вторичной обмотки, с повышением нагрузки класс точности снижается. Высший класс точности ТН является номинальным, а на­грузка вторичной обмотки, при которой погрешность его не превышает установленной для этого класса точности, называется номинальной мощностью.

Электромагнитные реле. Релейная защита какого-либо элемента электроустановки состоит из комплекта различных реле, соединенных по опреде­ленной схеме. Каждое реле имеет два органа: воспринимающий и исполнительный. Первый воспринимает изменение контролируемого параметра, а вто­рой действует или на отключение выключателя. У электромагнитных реле воспринимающим органом служит об­мотка, а исполнительным — контакты.

К электромагнитным реле относятся: основные — реле тока и на­пряжения, вспомогательные — реле времени и промежуточные, а так­же указательные реле.

Реле тока мгновенного действия, работа которых основана на электромагнитном принципе, имеют наибольшее применение в систе­мах защит от токов КЗ.

На якорь реле действуют два момента — тормозной и вращающий. Тормозной момент создается пружиной и его величина зависит от по­ложения указателя на шкале, т.е. натяжения пружины: при пово­роте указателя влево момент уменьшается, вправо — увеличивается. Вращающий момент, воздействуя на якорь, стремится всегда повернуть и поставить его вдоль оси полюсов. При нормальном режиме работы защищаемого элемента вращающий момент, создавае­мый рабочим током, меньше тормозного момента, и якорь находится в крайнем левом положении, а подвижной контакт замыкает неподвиж­ные контакты. Протекающий по обмоткам реле ток аварийного ре­жима создает вращающий момент, который больше тормозного момен­та. В этом случае якорь притягивается к электромагниту и подвижной контакт замыкает неподвижные контакты, предварительно разомк­нув контакты.

Реле напряжения имеют схожее с токовыми устройство. Отличие реле напряжения от реле тока состоит в том, что первое имеет обмотки с большим числом витков из проводников малого сечения и подключается к сети или ТН как вольтметр, а у второго — обмотки с малым числом витков, но большого сечения и оно подключа­ется как амперметр.

Реле времени предназначены для создания определенной выдержки времени, чтобы обеспечить избирательное действие защит. Эти реле работают на постоянном и переменном токе.

Промежуточные реле, предназначенные для размножения контак­тов основного реле при необходимости одновременного замыкания нескольких цепей и увеличения отключающей способности основного реле.