ГЛАВА II
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ОБОРУДОВАНИЮ
§ 99. Автоматические устройства подстанции должны обеспечивать поддержание заданного режима работы агрегатов и оборудования, а также быстрое и надежное включение резервного оборудования.
Тот или иной объем автоматизации осуществляется в соответствии с техническими условиями.
Автоматика подразделяется на общую и режимную. Объектами общей автоматики являются: управление выключателей питающих линий 6—10 кВ, преобразовательных агрегатов с автоматическим включением резерва (АВР) или автоматическим повторным включением (АПВ), управление линейных выключателей питающих линий 600 в, трансформаторы и независимые вводы собственных нужд переменного тока.
Режимная автоматика выполняет контрольно-регулирующие функции по поддержанию технологических параметров оборудования — температуры, давления (вакуума), потока охлаждающей среды — воды, воздуха, а также тока и напряжения (в зарядных устройствах собственных нужд постоянного тока).
§ 100. Отходящие с подстанции питающие кабели (линии) постоянного тока должны быть защищены автоматическими выключателями.
Из-за нестабильности и подвижности тяговых нагрузок и возможной чрезмерной неравномерности распределения тяговых нагрузок по питающим линиям, а также при повреждениях в тяговой сети или подвижном составе возникают недопустимые перегрузки. Для отключения сверхтоков, нарушающих термическую устойчивость питающих линий, служат автоматические воздушные выключатели. В зависимости от места повреждения с коротким замыканием, мощности системы электроснабжения и параметров сети возникают токи, достигающие десятков килоампер при нарастании со скоростью свыше 1000 ка/сек.
Поэтому необходимо применять быстродействующие автоматические выключатели. Такие выключатели ограничивают токи короткого замыкания, осуществляя отключение до того, как ток к. з. достигнет установившегося значения (наибольшей возможной величины). Быстрое отключение больших токов особенно необходимо для ограничения их воздействия на преобразователи, в частности на кремниевые, предупреждая необратимые процессы потери вентильности, а также на ртутные выпрямители, предупреждая возможные при этом обратные зажигания выпрямителей.
Кремниевые преобразователи особенно чувствительны к сквозным сверхтокам к. з. Поэтому представляется опасной эксплуатация их с защитой питающих линий небыстродействующими выключателями.
При переводе подстанций с ртутных выпрямителей на кремниевые и временной задержке замены всех небыстродействующих выключателей по различным причинам как минимум необходима установка групповых агрегатных быстродействующих выключателей с настройкой на прямой ток.
Для уменьшения вероятности возможных неселективных отключений ток трогания каждого из агрегатных выключателей («уставка») значительно повышается (до 4—6 ка), что должно учитываться при выборе выключателей.
§ 101. Преобразовательные агрегаты, работающие на одну систему шин, должны обладать внешними характеристиками, допускающими их устойчивую параллельную работу.
При параллельной работе агрегатов сглаживаются (уменьшаются) толчки нагрузки на каждый из них, повышается устойчивость агрегатов в работе, упрощается схема первичной коммутации, взаиморезервирование агрегатов и другого оборудования.
Вместе с тем линейные и катодные выключатели должны обладать повышенной отключающей способностью, так как в случаях к. з. или обратных зажиганий (о. з.) их мощность возрастает по мере роста мощности параллельно включаемых агрегатов.
Внешняя характеристика агрегата (зависимость напряжения от тока) (рис. 39) определяется в основном реактивностью (индуктивностью) преобразовательного трансформатора, падением напряжения в преобразователе и влиянием параметров питающей сети. При несовпадении внешних характеристик нагрузки распределяются неравномерно.
Идеальное совпадение внешних характеристик агрегатов, присоединяемых на общую питающую сеть, получается при равенстве напряжений сетевых и вентильных обмоток преобразовательных трансформаторов, равенстве их Ек (напряжение короткого замыкания в %), равенстве падения напряжения в преобразователях.
Рекомендуется, чтобы мощности включаемых в параллель агрегатов не отличались более чем в два раза, так как при большей разнице мощностей распределение нагрузок будет неблагоприятным, при этом агрегат наименьшей мощности будет малоэффективным (из-за недогрузки) либо неустойчивым в работе (из-за перегрузки).
Завод не гарантирует параллельную работу кремниевых преобразователей с ртутными по причинам:
а) неблагоприятного воздействия обратных зажиганий ртутных выпрямителей на кремниевые;
б) различия внешних характеристик кремниевого и ртутного выпрямителей, затрудняющего постановку нормального режима параллельной работы разнотипных агрегатов. При идентичных характеристиках трансформаторов того и другого агрегата собственно кремниевый выпрямитель имеет значительно меньшее падение напряжения и более пологую (жесткую) характеристику, чем ртутный.
При переводе подстанций с ртутных выпрямителей на кремниевые необходимо стремиться к исключению такого режима, во всяком случае не допускать его длительно, быстрее заменять все выпрямители одной подстанции, а не «распылять» кремниевые выпрямители вперемежку с ртутными на разных подстанциях.
В случаях вынужденной временной параллельной работы при поочередной замене ртутных выпрямителей кремниевыми можно рекомендовать следующее:
а) переключением ответвлений (анцакф) трансформаторов добиться минимально возможной разности нагрузок в зоне, близкой номинальным нагрузкам. При этом предпочтительна большая загрузка кремниевого выпрямителя в допустимых пределах (среднеполучасовая мощность по счетчику до номинальной). При этом нельзя допускать перемагничивания трансформаторов свыше 5%;
б) при недостаточности выравнивания распределения нагрузок, полученного переключением анцакф (общая нагрузка такова, что кремниевый выпрямитель перегружается за счет недогрузки ртутного), и наличии свободных анодных делителей включить последние дросселями в анодные цепи кремниевого выпрямителя, переключив обмотки делителей не на разность, а на суммирование их магнитных потоков. Внешняя характеристика смягчится и распределение будет удовлетворительным. При этом будут иметь место существенно повышенный, но неопасный нагрев стали делителей из-за нескомпенсированных потоков рассеяния и повышенный гул их сердечников.
§ 102. Водяное охлаждение ртутно-выпрямительных агрегатов тяговых подстанций должно быть выполнено таким образом, чтобы была исключена возможность перерыва в работе агрегатов в течение четырех часов с момента прекращения питания охлаждающей системы водой от основного источника. На действующих подстанциях допускается существующая система охлаждения ртутных выпрямителей.
Для надежного обеспечения нормального режима охлаждения выпрямителей в длительной (круглосуточной) работе, а также при повреждениях водопровода с перерывом подачи воды оборудуется циркуляционная система охлаждения внешнего (наружного) цикла.
Запас воды в системе — в нижних баках и верхних (при наличии) — определяется из расчета на 4 ч работы при максимальной нагрузке — время, необходимое на организацию доставки воды в достаточном количестве при длительном восстановительном ремонте водопровода.
§ 103. Схема распределительного устройства постоянного тока 600 в должна допускать отключение линейных автоматов для ревизии или ремонта без нарушения питания контактной сети.
Линейные автоматические выключатели работают в весьма напряженном для защитно-коммутационных аппаратов режиме. Потребность в ревизии того или иного выключателя возникает в любое время суток, чаще — в часы максимальных нагрузок.
Для этой цели, в зависимости от общего количества выключателей, устанавливают один или два стационарных запасных шиносоединительных выключателя с присоединением к шинам по схеме, позволяющей перевод любой из питающих линий на запасный выключатель.
Для смягчения режима работы линейных выключателей в части их защитных функций, сокращения количества запасных выключателей и улучшения защиты в целом рекомендуется следующее.
На питающих линиях, несущих нагрузку, близкую расчетной по пропускной способности линии и питаемого участка контактных проводов, как и на иной другой менее загруженной линии, токовая «уставка» выключателя 2, соответствующая его току трогания 3, должна выбираться с расчетом на реально возможное снижение вероятности отключений от кратковременных и неопасных перегрузок, а защита линии в целом — с расчетом на гарантированное отключение линии при угрозе ее повреждения при коротком замыкании в любой зоне.
Правильно построенная линия должна обеспечивать заданные размеры движения с учетом перспективы развития и возможных ситуационных отклонений без повреждений токами полезной нагрузки.
На линиях же с параметрами, не удовлетворяющими указанным условиям, необходимо устройство дополнительных защит. Дополнительная защита должна обеспечивать возможность повышения токовой «уставки» до расчетной и отключение линии при угрозе ее повреждения токами, меньшими тока трогания выключателя.
Токи трогания выключателей («уставки») ориентировочно, с достаточной степенью приемлемости, могут определяться по эмпирической формуле
где Iл.ср — средний расчетный ток линии;
С — постоянная; может иметь различные значения в зависимости от типа подвижного состава (максимальных значений пусковых токов) и количества троллейбусов на участке.
Для современных троллейбусов (типов ЗИУ-5, ЗИУ-7, ТС, МТБ-82Д и др.) может быть принята С=700-400.
Из различных устройств и схем дополнительных защит линий наиболее привлекательной является токовременная защита, применяемая трестом Мосэлектротранс в течение ряда лет (рис. 40).
Рис. 40. Принципиальная схема дополнительной токовременной защиты питающей линии 600 в
Ш — шунт измерительный; Т — токовое реле; БВ — быстродействующий выключатель; ТИ — трансформатор изолировочный; необходим при отсутствии усиленной изоляции реле Т; В — реле времени; ПО — пускатель цепи отключения; КО — катушка отключения БВ
Пусковым элементом или токовым датчиком является реле Т типа РТ-40, подключаемое к измерительному шунту защищаемой линии. Реле должно иметь усиленную изоляцию или включаться через изолировочный трансформатор. Контакт реле Т включается в цепь стабилизированного электронного реле времени В типа ВЛ, имеющего достаточно широкий диапазон времени срабатывания. Контакты реле В через промежуточный пускатель ПО воздействуют на цепь отключения выключателя линии.
В зависимости от параметров линии (при большой разности тока трогания выключателя и минимального тока к. з.) может оказаться необходимой установка двух комплектов дополнительных защит, настроенных на различные уровни нагрузок и выдержки времени.
При настройке токовременной защиты должны соблюдаться соотношения.
Ориентиром в определении целесообразности и возможности обеспечить защиту линии без большого количества неоправданных отключений от перегрузок является также соблюдение соотношения 
где Iл.ср — средний ток линии (нагрузка).
Чем больше Iт. в, тем меньше tд.з, тем больше вероятность ложных (неоправданных) отключений дополнительной защитой.
Установка второго комплекта дополнительной защиты, рассчитанной на более высокий промежуточный уровень tт.д.з позволяет увеличить tд.з первого комплекта и сократить количество неоправданных отключений.
В релейной токовременной защите пусковое реле (РТ-40) имеет независимую характеристику и ограничивает возможности защиты. Разрабатывается токовременная защита на бесконтактных элементах с запоминающим устройством и с зависимой интегральной характеристикой, близкой тепловой характеристике контактного провода. Такая защита расширит диапазон возможностей.