- •Глава 11 рельсовые цепи при электрической тяге переменного тока
- •Защита приборов рельсовых цепей от тягового тока
- •11.2. Кодовые рельсовые цепи
- •Кодовые рельсовые цепи при электротяге переменного тока
- •11.3. Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока
- •Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока при электротяге переменного тока
Глава 11 рельсовые цепи при электрической тяге переменного тока
Лекция 64. 11.1. Защита приборов рельсовых цепей от тягового тока
Приборы рельсовых цепей на участках с электрической тягой переменного тока 50 Гц должны быть защищены от воздействия тягового тока и его гармонических составляющих.
Номинальное напряжение в контактной сети относительно рельсов и земли — 25 кВ. Тяговые подстанции располагают на расстоянии 40—60 км одна от другой, они обеспечивают двустороннее питание устройств.
Мощность электровозов ВЛ60, ВЛ80 и ЧС4 составляет примерно 5000 кВт, потребляемый ток — примерно 200 А (максимальный — до 500 А).
Расчетный ток контактной сети при нахождении на участке нескольких поездов 500 А.
При переходе на вынужденный режим питания, когда одну из тяговых подстанций временно отключают и ее нагрузку воспринимают смежные с ней подстанции, ток в контактном проводе может увеличиваться до 750 А.
При коротком замыкании вблизи от тяговой подстанции ток в контактном проводе может достигать 14 000 А, длительность короткого замыкания составляет 0,15—0,3 с (определяется типом устройств защиты, применяемых на тяговых подстанциях).
Кроме первой гармоники (50 Гц), в тяговом токе на основании исследований установлено наличие гармонических составляющих (в основном только нечетных).
Наибольшее процентное содержание нечетных гармоник в тяговом токе.
Номер гармоники |
3 |
5 |
7 |
9 |
11 |
13 |
Ток гармоники, % , от тока основной гармоники 50 Гц |
18,0 |
7,0 |
3,6 |
2,4 |
1,65 |
1,2 |
Многочисленные измерения тяговых токов в рельсах показали, что потребляемый электровозом ток распределяется равномерно по обе стороны от движущегося электровоза, часть тока возвращается к тяговой подстанции по земле. Значение этого тока в рельсах не превышает 50% потребляемого электровозом тока. Расчетный тяговый ток в рельсах принимается равным 250 А.
Тяговый ток в рельсах может превышать это значение лишь в рельсовых цепях, к которым подсоединяется отсасывающий фидер тяговой подстанции.
При полной симметрии (равенстве) тяговых токов в рельсовых нитях и равенстве сопротивлений каждой из полуобмоток дроссель-трансформаторов тяговый ток и его гармонические составляющие не оказывают никакого воздействия на приборы рельсовой цепи. В этом случае одинаковые тяговые токи, протекая через каждую из полуобмоток дроссель-трансформатора, создают на них равные, но противоположно направленные э.д.с., уравновешивающие друг друга: напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора, а значит, и на приборах равно нулю.
Воздействие тягового тока на приборы питающего и релейного концов рельсовой цепи проявляется при неравномерном (асимметричном) распределении тягового тока по рельсовым нитям.
Основными причинами асимметрии тягового тока являются:
неодинаковое сопротивление рельсовых нитей тяговому току (продольная асимметрия)
неодинаковое сопротивление рельсовых нитей по отношению к земле, вызванное присоединением к одной рельсовой нити опор контактной сети и других сооружений и конструкций с относительно низким сопротивлением по отношению к земле (поперечная асимметрия);
магнитное влияние контактной сети соседнего пути (на двухпутных линиях) из-за неодинакового расстояния от контактного провода до каждой рельсовой нити.
На основании расчетов и результатов измерений в эксплуатационных условиях максимальный расчетный ток асимметрии принимается равным 23 А. Напряжение помехи, создаваемой на рельсах питающего и приемного концов, пропорционально сопротивлению концов рельсовой цепи тяговому току. Сопротивление по концам для тока 50 Гц составляет примерно 0,25 Ом.
Так как ток асимметрии проходит через одну половину обмотки дроссель-трансформатора, то сопротивление конца рельсовой цепи для тока помехи Iпом:
Z к.пом = Zк/4.
Напряжение помехи Uпом на полуобмотке дроссель-трансформатора
В.
На всей основной обмотке, т. е. между рельсовыми нитями, напряжение помехи
Uр.пом.=Uпом × 2 = 2,9 В.
Напряжение помехи на дополнительной обмотке дроссель-трансформатора ДТ-1-150 с коэффициентом трансформации n=З Uдт.пом=2,9nдп=2,9 ×3 = 8,7 В,
а на первичной обмотке изолирующего трансформатора с коэффициентом трансформации n=9 напряжение помехи Uит.пом »Uдп.пом ×nит=8,7·9=78 В.
В перегонных рельсовых цепях переменного тока 25 Гц минимальное рабочее напряжение сигнальной частоты на рельсах релейного конца составляет 0,4 В.
Для обеспечения нормальной работы путевого реле необходимо, чтобы в интервалах кода при наличии асимметрии обеспечивалось отпускание якоря путевого реле ИМВШ-110 или ИРВ-110 даже при таком уровне сигнала (0,4 В) и наличии напряжения помехи 2,9 В частотой 50 Гц
Отпускание путевого реле будет надежно обеспечено, если напряжение помехи не будет превышать 30% рабочего напряжения.
Поэтому фильтр, включаемый на релейном конце, должен обеспечивать подавление напряжения помехи частотой 50 Гц не менее чем в 24 раза, т. е. электрический фильтр должен обладать затуханием не менее 27,6 дБ (то же для кодовых рельсовых цепей переменного тока 75 Гц).
Вопросы для самоконтроля по пункту: