§ 75. Защита от замыканий на землю в распределительном устройстве постоянного тока
В распределительном устройстве постоянного тока замыкание на землю может произойти от: а) неразрыва дуги выключателем постоянного тока и перехода ее на контур заземления; б) вследствие пробоя изоляции и в) от неправильного действия персонала (включение на закоротку, отключение рабочего тока разъединителем).
Токи коротких замыканий в распределительных устройствах постоянного тока зависят от характера замыкания на землю (металлическое короткое замыкание или замыкание через электрическую дугу) и от вида заземления отрицательной шины подстанции.
В этом отношении подстанции могут быть подразделены на три вида: а) подстанции трамвайные и трамвайно-троллейбусные, на которых отрицательная шина соединяется через отсасывающие кабели с рельсами; б) подстанции троллейбусные (при отсутствии в городе трамвайных подстанций), когда отрицательная шина соединяется с заземляющим контуром через сопротивление порядка 5—10 Ом, и в) подстанции троллейбусные, работающие в городе совместно с трамвайными подстанциями, когда отрицательная шина троллейбусных подстанций соединяется с отрицательной шиной трамвайной подстанции через отрицательный контактный провод и соответствующие отсасывающие кабели.
В зависимости от характера замыкания на землю и переходного сопротивления дуги величина тока к. з. может составить от нескольких сот до нескольких тысяч ампер. При малых токах к. з. обычная максимальная защита агрегатов не сработает; между тем горящая электрическая дуга может повредить окружающие аппараты и оборудование.
Защита от замыкания на землю в распределительных устройствах постоянного тока осуществляется заземлением металлических конструкций, на которых установлены аппараты.
Защита от замыкания на землю, так же как и большинство остальных защит, не предотвращает повреждения, а лишь локализует его. К этой защите предъявляются те же требования, что и к релейным, т. е. селективность, быстрота, чувствительность и надежность.
Обычно на тяговых подстанциях сооружают общее заземляющее устройство, а в здании подстанции делают две самостоятельные заземляющие магистрали (рис. 75-1).
Подстанционная заземляющая магистраль постоянного тока присоединяется к общему устройству через два заземляющих проводника, проходящих через магнитопроводы двух токовых реле (см. рис. 75-1). При срабатывании этих реле их контакты отключают все выключатели питающих линий 600 в и все выключатели агрегатов на стороне 6—10 кВ.
Для проверки термической прочности заземляющих проводников необходимо определить максимально возможный ток к. з. I к. макс для сезона с наименьшим переходным сопротивлением. С другой стороны, для выбора тока уставки защитного реле необходимо знать минимальный ток короткого замыкания Iк.мин для сезона с наибольшим переходным сопротивлением.
При замыкании в распределительных устройствах постоянного тока ток к. з.
(75—1)
Здесь Ud — номинальное выпрямленное напряжение на шинах;
А — коэффициент, учитывающий падение напряжения в электрической дуге в месте короткого замыкания и внешнюю характеристику преобразовательного агрегата; можно принять A = 0,5;
Rрез — результирующее сопротивление цепи короткого замыкания.
Сопротивление цепи при коротком замыкании в распределительном устройстве постоянного тока на трамвайных тяговых подстанциях состоит из следующих элементов:
(75-2)
где Ry — общее переходное сопротивление заземляющего устройства на подстанции;
R1 — сопротивление земли между подстанцией и рельсами трамвая; R2 — переходное сопротивление между рельсами и землей;
Рис. 75-1. Схема присоединения оборудования тяговой подстанции к заземляющим магистралям:
1 — контурное заземление; 2 — магистраль заземления аппаратов переменного тока; 3 — магистраль заземления аппаратов постоянного тока; 4 — токовые защитные реле
R3 — сопротивление рельсов;
R4 — сопротивление отсасывающих кабелей;
R5 — сопротивление уравнительных реостатов в цепи отсасывающих кабелей.
Рассмотрим каждое из этих сопротивлений.
Общее переходное сопротивление заземляющего устройства на подстанции определяется естественными и искусственными заземлителями (см. § 74, 75).
Сопротивление земли между подстанцией и рельсами для практических расчетов можно принять равным нулю.
Переходное сопротивление между рельсами и землей для двухпутного пути в сезоне с хорошей проводимостью можно считать около 0,5 Ом-км.
Сопротивлением рельсов, отсасывающих кабелей и уравнительных реостатов можно пренебречь. Таким образом, токи при коротком замыкании на трамвайных подстанциях выразятся:
В этом случае ток к. з. на землю небольшой, дуга горит неустойчиво и сама гаснет. Для контроля замыкания на землю токовое реле следует соединить последовательно с дополнительным сопротивлением.