Система тягового электроснабжения 2x25 кВ - Электрические способы борьбы с гололедом

На электрифицированных железных дорогах переменного тока и напряжением в контактной сети 25 кВ многие годы широко используется  прогрессивный способ электрической плавки гололеда на проводах тяговой сети, не требующий полного прекращения движения  электровозов [5]. Этот способ предусматривает разнофазное питание тяговой сети данного пути однопутного или двухпутного участка* от шин соседних тяговых подстанций, напряжения которых сдвинуты на 60" друг от друга. На двухпутных (или многопутных) участках планка гололеда этим способом возможна также по петлевой схеме, образованной тяговой сетью двух путей, замкнутых между собой на мосту секционирования или через запасную шину на соседней тяговой подстанции. При этом контактная сеть обоих путей подключается и к шинам а и б распределительного устройства (РУ) 27,5 кВ тяговой подстанции и электровозы питаются от напряжения Uac, переводя к Ubс по мере их движения вдоль участка.

* С отсасывающими трансформаторами, обеспечивающими ограничение магнитного влияния на смежные коммуникации.

Под действием напряжения 55 кВ (например, Uab) данной тяговой подстанции (или векторной разности напряжений соседних подстанций, сдвинутых на 60°) в проводах контактной подвески и в питающем проводе проходит ток, обеспечивающий плавку гололеда на них при соответствующей длине зоны борьбы с гололедом.
Вследствие того что электроподвижной состав получает питание в зоне плавки от напряжения Uac или Ubc распределительного устройства 2 х 25 кВ тяговых подстанций, подаваемого в контактную сеть через линейные автотрансформаторы (АТ), в зоне плавки гололеда напряжение на токоприемниках электровозов сохраняется достаточно высоким. Значение этого напряжения может быть определено из векторной диаграммы рис. 1.34. Так как полные сопротивления 1 км контура «контактная сеть — питающий провод» путей почти одинаковы, падение напряжения в этом контуре при плавке, обусловленное прохождением по ней нагревающего тока, в середине этой зоны (точка d) составит Uah/2. Поэтому отрезок dc (на векторной диаграмме напряжения контактной сети в зоне борьбы с гололедом) пропорционален напряжению Udc.
Так как угол прямоугольного треугольника adc, прилегающий к вершине с, равен 30°, то с учетом трансформации в АТ напряжение на электровозе
(1.7)
В соответствии с формулой (1.7), если напряжение в начале зоны плавки гололеда Uab составляет 55 кВ, наименьшее напряжение на токоприемнике электровоза в точке d при кА = 2 во время плавки гололеда будет равно 24 кВ, что допустимо.
Напряжение U х в произвольной точке зоны плавки длиной LЦ на токоприемнике электровоза (без учета потери напряжения, обусловленного тяговой нагрузкой) может быть определено из геометрических соотношений векторной диаграммы (см. рис. 1.34). 

Рис. 1.33. Схемы плавки гололеда на проводах тяговой сети 2x25 кВ:
а — петлевая схема на двухпутных участках; б — схема плавки на каждом пути межподстанционной зоны

Значения предельных токов при плавке гололеда для элементов системы электроснабжения 2x25 кВ приведены в табл. 1.2. В качестве минимальной и максимальной длин зон Ln, в которых обеспечивается плавка гололеда на всех проводах тяговой сети 2x25 кВ, следует принимать большее значение из минимальных и максимальных.
В тех случаях, когда реализуемый ток плавки гололеда близок к максимально допустимому в каком-либо элементе тяговой сети 2x25 кВ, во время плавки гололеда тяговая нагрузка должна быть соответственно ограничена: может быть допущено движение пассажирских поездов и отдельных грузовых поездов. Это ограничение вызвано тем, что общий ток в контактной сети, а также в питающем проводе представляет собой геометрическую сумму рабочего тока и тока плавки гололеда.
Таблица 1.2

*Износ контактного провода составляет 15%.

В случае отложения гололеда на части межподстанционной зоны целесообразно осуществлять плавку гололеда по петле, образованной контуром «контактная сеть — питающий провод» на участке, заключенном между тяговой подстанцией, питающей плавку гололеда, и постом секционирования, не ограничивая движение электровозов на оставшейся части межподстанционной зоны.
Полная мощность, кВ-А, получаемая от РУ 2x25 кВ тяговой подстанции для плавки гололеда,
(1.12)
Расчеты по формуле (1.12) показывают, что эта мощность достаточно велика, поэтому на период плавки гололеда необходимо параллельно рабочему подключать резервный трансформатор тяговой подстанции. Во избежание пережогов контактного провода при перекрытии токоприемниками электроподвижного состава секционных изоляторов на съездах между главными путями, находящимися под разными напряжениями, во время плавки гололеда следует закрывать движение с поднятыми токоприемниками по всем электрифицированным съездам в зоне плавки. Следует отключить также все поперечные разъединители контактной сети и питающего провода, кроме предусмотренных схемой плавки гололеда. Во избежание поджогов на контактном проводе при петлевой схеме (см. рис. 1.33, а) проход воздушных промежутков поста секционирования электроподвижным составом с поднятыми токоприемниками на период плавки гололеда должен быть запрещен.
Вследствие того что ток плавки гололеда при системе электроснабжения 2x25 кВ протекает по цепи «контактная сеть — питающий провод», линейные автотрансформаторы не нагружаются этим током и, следовательно, не перегружаются. Опасное напряжение, индуцированное в смежных коммуникациях током плавки гололеда, обусловлено только транзитной составляющей этого напряжения и может быть вычислено в соответствии с выражением (5.1), в котором следует принять кт=1 и Iрез = Iп· При этом местные составляющие индуцированного напряжения и некомпенсированная его составляющая отсутствуют. Поэтому индуцированные в коммуникациях напряжения при плавке гололеда обычно не превышают значений, соответствующих вынужденному режиму работы, несмотря на значительное увеличение тока в проводах тяговой сети.
В отдельных случаях, например при повышении результирующего напряжения, индуцированного в коммуникациях, с целью снижения этого напряжения целесообразно использовать петлевую схему плавки гололеда (см. рис. 1.33, а) с учетом изменения на 180° фазы транзитной составляющей напряжения, индуцированного тяговой сетью путей.
При использовании схем борьбы с гололедом на проводах тяговой сети 2 х 25 кВ следует выводить из работы дистанционную защиту фидеров тяговой сети, входящих в схему плавки, а уставку тока срабатывания максимальной защиты этих фидеров временно устанавливать несколько выше тока плавки гололеда. Для повышения надежности целесообразно дополнить защиту фидеров контактной сети устройством максимальной защиты, установленным в фазе с питающего трансформатора тяговой подстанции. Эта защита при коротких замыканиях между подстанцией и ближайшим к ней АТ обеспечивает селективность срабатывания контактной сети или питающего провода на землю и может иметь ток срабатывания значительно меньший, чем ток плавки гололеда.

Во время проведения плавки гололеда энергодиспетчер вместе с дежурным персоналом тяговой подстанции должен непрерывно тщательно следить за нагрузками фидеров, входящих в цепь плавки, и совместно с поездным диспетчером так организовать движение электроподвижного состава, чтобы токи в проводах тяговой сети не превышали максимально допустимых значений, указанных в табл. 1.2.
При плавке гололеда по схеме рис. 1.33, а примерно только на половине межподстанционной зоны в другой ее части возможно нормальное движение электровозов. Во время плавки гололеда на контактной сети одного из путей по схеме рис. 1.33, б движение электровозов на другом пути также не ограничивается.
Показанные на рис. 1.33 схемы могут быть применены также для профилактического подогрева проводов тяговой сети, предотвращающего образование на них гололеда.
Приведенные в табл. 1.2 значения минимального тока противогололедного подогрева проводов соответствуют условиям, в которых провод приобретает температуру не ниже + 2° С при наибольшей возможной скорости ветра. Максимальный ток подогрева не должен превышать его значения при плавке гололеда. При определении длины зоны противогололедного подогрева и мощности, отбираемой от питающих трансформаторов тяговых подстанций, могут быть использованы представленные выше соотношения, в которых ток плавки гололеда следует заменить соответствующими токами подогрева.
Эпюра рабочего напряжения в контактной сети вдоль зоны противогололедного подогрева такая же, как при плавке гололеда, что позволяет проводить подогрев без прекращения движения э. п. с.
Необходимо отметить, что борьба с гололедом посредством профилактического подогрева проводов требует значительно большего расхода электроэнергии, чем плавка гололеда на проводах тяговой сети. Это объясняется тем, что длительность плавки гололеда обычно не превышает 15—20 мин, в то время как профилактический подогрев проводов может потребоваться в течение нескольких часов.