Рассмотрим однолинейную схему выпрямительного агрегата (8.3).
Рис. 8.3. Однолинейная схема выпрямительного агрегата:
1 – короткое замыкание между сборными шинами тяговой подстанции;
2 – короткое замыкание в контактной сети; 3 – пробой вентильного плеча выпрямителя;
МТЗ – максимальная токовая защита; ТО – токовая отсечка; БЗЗ – быстродействующая земляная защита
На однолинейной схеме показаны места возможных коротких замыканий и виды защит, с помощью которых происходит отключение выпрямителя для предотвращения работы в аварийном режиме.
Наиболее тяжёлым будет короткое замыкание между сборными шинами тяговой подстанции (точка 1). В этом случае ток короткого замыкания будет иметь наибольшую величину, причём место короткого замыкания будет получать питание от выпрямителя своей тяговой подстанции и от выпрямителей соседних тяговых подстанций по контактной сети. Отключение такого короткого замыкания возможно только одновременным срабатыванием всех коммутационных аппаратов выпрямительного агрегата: быстродействующего выключателя БВ и вакуумного выключателя ВВ под действием реле земляной защиты. Такая аварийная ситуация учитывается особо (на реле земляной защиты устанавливается счётчик), и включение выпрямительного агрегата возможно только после его ремонта или выяснения причины срабатывания земляной защиты (например, попадание постороннего предмета между сборными шинами).
|
|
Величина тока такого короткого замыкания будет определяться внутренним сопротивлением выпрямительного агрегата и амплитудным напряжением вторичных обмоток трансформатора, а время действия – временем отключения питания вакуумным выключателем ВВ, которое составляет примерно пять периодов синусоиды напряжения питающей сети – 0,1 секунды. Влияние тока подпитки из контактной сети на величину тока короткого замыкания выпрямителя можно не учитывать, так как его величина будет гораздо меньше из-за относительно большого сопротивления контактной сети между подстанциями, а быстродействующий выключатель отключит этот ток гораздо раньше, чем отключится вакуумный выключатель.
Рассчитаем величину тока короткого замыкания выпрямителя для этого случая. Очевидно, что выпрямитель будет работать в аварийном режиме «шесть», следовательно, можно воспользоваться выражением (8.5). Если номинальный ток выпрямителя составляет 3000 А, напряжение короткого замыкания тягового трансформатора 8% (0,08), то ток короткого замыкания будет
А или» 43 кА.
Такой ток диоды или тиристоры выпрямителя должны выдержать 0,1 с. без повреждения. При проектировании выпрямителя для выполнения этого условия выбирают диоды или тиристоры с соответствующей величиной ударного тока Iуд (IFSM) (см. разделы 1.2, 1.3).
|
|
В случае короткого замыкания в контактной сети (точка 2) величина тока короткого замыкания будет зависеть от общего сопротивления контура короткого замыкания, в который входят внутреннее сопротивление выпрямителя, сопротивление сглаживающего реактора РБФАУ и сопротивление контактной сети. При большом удалении места короткого замыкания от подстанции выпрямитель может работать в режиме «два-три», то есть практически без перегрузки. По мере приближения места короткого замыкания к подстанции возможен переход в режимы «три» и «три-четыре», а при замыкании на фидере – режим «шесть».
Поскольку короткое замыкание является повреждением изоляции, то при мгновенном пробое изоляции из-за наличия в цепи сглаживающего реактора ток короткого замыкания будет нарастать в течение некоторого времени. Скорость нарастания тока будет зависеть от индуктивного сопротивления сглаживающего реактора. По опытным данным, при сглаживающем реакторе РБФАУ (индуктивность 4,5 мГн, Х а = 2,82 Ом) режим «два-три» заканчивается через 0,005 – 0,006 с, режим «три» - через 0,017 с, режим «шесть» наступает через 0,05 с. Время срабатывания быстродействующего выключателя составляет около 0,005 с (в данном случае сработает токовая отсечка БВ). Такое быстрое срабатывание защиты не позволит току короткого замыкания достигнуть опасной величины.
В случае сквозного пробоя вентильного плеча (точка 3) величина тока короткого замыкания будет зависеть от схемы выпрямителя.
В мостовой схеме сквозной пробой одного вентильного плеча приводит к короткому замыканию между фазой этого вентильного плеча и двумя другими фазами через их исправные вентильные плечи в течение 2/3 периода. В течение 1/3 части периода, когда должны быть открыты только вентили повреждённого плеча, короткого замыкания нет. Вентильные плечи другой группы в коротком замыкании не участвуют (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Токи короткого замыкания в мостовом выпрямителе при сквозном пробое вентильного плеча
Амплитудное значение тока короткого замыкания можно определить по формуле
, (8.6)
где - амплитуда линейного напряжения вторичной обмотки;
- полное сопротивление фазы вторичной обмотки.
Величина тока короткого замыкания будет около 10 - 20 кА. Отключение выпрямителя при такой неисправности производится вакуумным выключателем от действия двух видов защит:
- токовой отсечки вакуумного выключателя;
- защиты от пробоя диодов вентильного плеча.
Отключения быстродействующего выключателя не требуется, так как место короткого замыкания отделено от контактной сети исправными диодами другой группы.
В схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором» сквозной пробой одного вентильного плеча приводит к короткому замыканию между фазой этого вентильного плеча и двумя другими фазами этой звезды через их исправные вентильные плечи. Кроме этого, в схеме протекает ток подпитки из контактной сети, противоположный по направлению току нагрузки выпрямителя I d. Этот ток может вызвать насыщение уравнительного реактора, из-за чего аварийный режим распространяется на обе звезды (рис. 8.5).
Рис. 8.5. Токи короткого замыкания в выпрямителе «две обратные звезды с уравнительным реактором» при сквозном пробое вентильного плеча
Амплитудное значение тока короткого замыкания определяется так же, как и в мостовой схеме, потому что контур короткого замыкания составляют две фазы в одной звезде вторичной обмотки. Однако ток подпитки, который направлен согласно внутреннему току, увеличивает результирующий ток короткого замыкания.
|
|
Если при такой неисправности отключить только вакуумный выключатель, то подпитка места короткого замыкания со стороны контактной сети останется. Поэтому защита от пробоя диодов вентильного плеча должна отключать также и быстродействующий выключатель (токовая отсечка вакуумного выключателя на ток подпитки не реагирует).
Подпитка места короткого замыкания со стороны контактной сети является существенным недостатком схемы «две обратные звезды с уравнительным реактором».