RU77584U1

RU77584U1 - DEVICE FOR PROTECTING A DC TRACING NETWORK FROM SHORT CIRCUITS TO SUPPORTS AND ARTIFICIAL STRUCTURES NOT CONNECTED WITH THE RAIL

Info

Publication number: RU77584U1
Application number: RU2008120302/22U
Authority: RU
Inventors: Борис Иванович Косарев; Александр Васильевич Симаков; Дмитрий Германович Кузнецов; Борис Николаевич Сотников
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2008-10-27

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электрификации железных дорог. Сущность полезной модели заключается в следующем. В известном устройстве для защиты тяговой сети от коротких замыканий, состоящем из тяговой подстанции, минусовая шина которой (через последовательно соединенные реактор и отсасывающую линию) соединена с рельсовым путем, а плюсовая шина через коммутационный аппарат подключена к проводам контактной сети, подвешенным на изоляторах к опорам контактной сети, металлические конструкции которых, также как и конструкции расположенных в непосредственной близости с тяговой сетью искусственных сооружений, подключены к секционированному посредством ключевых элементов и не имеющему металлической связи с рельсовым путем дополнительному проводу, этот дополнительный провод на территории тяговой подстанции подключается к искусственному заземлителю через обмотку реле напряжения с нормально-разомкнутыми контактами, включаемыми в замкнутый контур последовательно с источником постоянного напряжения и отключающей катушкой коммутационного аппарата. Предлагаемое устройство повышает надежность защиты тяговой сети постоянного тока на участках с опорами контактной сети, отсоединенными от рельсового пути. Применение устройства уменьшает электрохимическую коррозию арматуры фундаментов опор и металлических конструкций искусственных сооружений, расположенных в непосредственной близости с тяговой сетью, повышает производительность труда и уровень электробезопасности при проведении путевых работ.The utility model relates to electrical engineering, in particular, to the electrification of railways. The essence of the utility model is as follows. In the known device for protecting the traction network from short circuits, consisting of a traction substation, the negative bus of which (through the reactor and suction line connected in series) is connected to the rail, and the positive bus is connected through wires of the contact network to the wires of the contact network suspended on insulators to the supports contact networks, the metal structures of which, as well as the structures located in close proximity to the traction network of artificial structures, are connected to a partitioned medium By means of a key element and not having a metal connection with the rail way, an additional wire in the territory of the traction substation is connected to an artificial ground electrode through the winding of a voltage relay with normally open contacts, connected in a closed circuit in series with a constant voltage source and a disconnecting coil of the switching device. The proposed device improves the protection of the traction DC network in areas with supports of the contact network, disconnected from the rail track. The use of the device reduces the electrochemical corrosion of the reinforcement of the foundations of supports and metal structures of artificial structures located in close proximity to the traction network, increases labor productivity and the level of electrical safety during travel work.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электрификации железных дорог, и может быть использована для защиты тяговой сети постоянного тока при нарушении изоляции контактной подвески на участках с искусственными сооружениями (мостами, галереями и пр.) и/или опорами контактной сети, отсоединенными от рельсового пути.The utility model relates to electrical engineering, in particular, to the electrification of railways, and can be used to protect the DC traction network in case of violation of the isolation of the contact suspension in areas with artificial structures (bridges, galleries, etc.) and / or contact network supports disconnected from the rail track.

Известны технические решения по выявлению нарушений изоляции контактной подвески тяговой сети постоянного тока, построенные на том, что металлические поддерживающие конструкции искусственных сооружений (мостов, галерей и т.п.) или опор контактной сети (к.с.) объединяются тросом группового заземления и соединяются заземляющим спуском с рельсовым путем (Л-1; Л-2).Known technical solutions for detecting insulation violations of the contact suspension of the DC traction network, based on the fact that the metal supporting structures of artificial structures (bridges, galleries, etc.) or the supports of the contact network (KS) are connected by a group ground cable and connected grounding descent with a rail track (L-1; L-2).

Однако использующие этот принцип токовые и дистанционные защиты имеют существенные недостатки. В частности, устройства защиты не работают при отсоединении заземляющих спусков от рельсового пути (например, при проведении путевых работ). Причиной является то, что сопротивление растеканию фундаментов опорных конструкций мостов, галерей, а также фундаментов опор велико (десятки Ом для металлических, However, current and distance protection using this principle have significant drawbacks. In particular, the protection devices do not work when disconnecting the grounding slopes from the rail (for example, when carrying out track work). The reason is that the resistance to spreading of the foundations of the supporting structures of bridges, galleries, and also the foundations of the supports is high (tens of ohms for metal,

сотни и тысячи Ом для железобетонных опор), в результате при отключении заземляющего спуска от рельсов принужденная составляющая тока короткого замыкания (к.з.) зачастую не превышает уставки срабатывания устройств защиты. Непосредственное соединение вышеупомянутых металлических конструкций с рельсовым путем сопровождается электрохимической коррозией арматур фундаментов опор контактной сети и железобетонных конструкций искусственных сооружений за счет протекания по ним части тягового тока.hundreds and thousands of ohms for reinforced concrete supports), as a result, when the grounding descent is disconnected from the rails, the forced component of the short-circuit current (short-circuit) often does not exceed the setting of the operation of the protection devices. The direct connection of the above metal structures with the rail is accompanied by electrochemical corrosion of the reinforcing foundations of the supports of the contact network and the reinforced concrete structures of artificial structures due to the flow of part of the traction current through them.

В устройстве, описанном в (Л-2), с целью уменьшения электрохимической коррозии арматуры опор контактной сети и/или железобетонных конструкций искусственных сооружений их соединяют с рельсовым путем посредством заземляющих спусков, в рассечку которых включаются пробивные элементы, защищающие фундаменты опор, искусственные сооружения от протекания по ним части тягового тока из рельсового пути. В качестве пробивных элементов используются искровые промежутки ИПМ-62 с пробивным напряжением 1400÷1600 В, диодные и/или тиристорные ключи (Л-2).In the device described in (L-2), in order to reduce the electrochemical corrosion of the reinforcement of the supports of the contact network and / or reinforced concrete structures of artificial structures, they are connected to the rail by means of grounding slopes, into the cut of which are included punching elements that protect the foundations of the supports, artificial structures from the flow of part of the traction current from the rail track. As breakdown elements, IPM-62 spark gaps with breakdown voltage of 1400 ÷ 1600 V, diode and / or thyristor switches (L-2) are used.

Надежность работы рельсовых цепей существенно повышается, а количество сбоев в работе железнодорожного транспорта ОАО «РЖД», естественно, снижается, когда опоры контактной сети и металлические конструкции искусственных сооружений отсоединены от рельсового пути.The reliability of the rail chains increases significantly, and the number of failures in the work of the railway transport of Russian Railways naturally decreases when the supports of the contact network and the metal structures of artificial structures are disconnected from the rail.

Известно устройство для защиты тяговой сети от коротких замыканий на опоры, поддерживающие металлические конструкции которых не соединены с рельсовым путем (Л-3).A device is known for protecting the traction network from short circuits on supports supporting the metal structures of which are not connected to the rail (L-3).

В устройстве (Л-3) металлические конструкции опор объединяются дополнительным проводом, секционированным посредством ключевых элементов, включенных в рассечки провода. В режиме короткого замыкания происходит последовательное срабатывание этих элементов. Каждое из таких срабатываний приводит к включению в цепь короткого замыкания In the device (L-3), the metal structures of the supports are combined with an additional wire, sectioned by means of key elements included in the cuts of the wire. In the short circuit mode, these elements sequentially trip. Each of these trips leads to the inclusion of a short circuit

дополнительной группы опор. В результате этого в контактной сети возникают повторные резкие изменения тока, на которые реагирует защита.additional group of supports. As a result of this, repeated abrupt current changes occur in the contact network, to which the protection reacts.

Наряду с опорами контактной сети к дополнительному проводу могут присоединяться и металлические конструкции искусственных сооружений.Along with the supports of the contact network, metal structures of artificial structures can also be connected to the additional wire.

Описанное в (Л-3) устройство наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройству. Оно и взято за прототип (фиг.1).The device described in (L-3) is the closest in technical essence to the proposed device. It is taken as a prototype (figure 1).

Известное устройство-прототип состоит из тяговой подстанции 1, минусовая шина 2 которой (через последовательно соединенные реактор и отсасывающую линию) соединена с рельсовым путем 3, а плюсовая шина 4 через коммутационный аппарат 5 подключена к проводам контактной сети 6, подвешенным на изоляторах 7 к опорам контактной сети 8, причем металлические конструкции опор подключены к не имеющему металлической связи с рельсовым путем 3 дополнительному проводу 9, секционированному посредством ключевых элементов 10, а также из включенного в цепь фидера контактной сети датчика тока короткого замыкания 11, выход которого через блок вычисления производной тока 12 соединен с входом порогового элемента 13, выход которого соединен со входами основного 14 и дополнительного 15 элементов времени, выходы которых соединены с входами блока 16 управления работой коммутационного аппарата, вырабатывающего управляющий сигнал на отключение аппарата, когда на выходе элемента 15 присутствует сигнал логической единицы, а на выходе элемента 14 такого сигнала нет.The known prototype device consists of a traction substation 1, the negative bus 2 of which (through the reactor and suction line connected in series) is connected to the rail 3, and the positive bus 4 is connected through the switching device 5 to the wires of the contact network 6, suspended from insulators 7 to the supports contact network 8, moreover, the metal structures of the supports are connected to an additional wire 9, not having a metal connection with the rail track 3, partitioned by means of key elements 10, and also from a feed connected to the circuit and the contact network of the short-circuit current sensor 11, the output of which through the calculation unit of the derivative of the current 12 is connected to the input of the threshold element 13, the output of which is connected to the inputs of the main 14 and additional 15 time elements, the outputs of which are connected to the inputs of the control unit 16 of the switching apparatus generating a control signal to turn off the device when a logical unit signal is present at the output of element 15, but there is no such signal at the output of element 14.

Схема ключевого элемента, выполненного в виде тиристорного ключа, приведена на фиг.2.The circuit of the key element, made in the form of a thyristor key, is shown in figure 2.

Устройство-прототип работает следующим образом.The prototype device operates as follows.

Если резких изменений тока в тяговой сети нет, сигнал на выходе блока 12 не превышает уставки срабатывания порогового элемента 13, элементы времени 14 и 15 находятся в режиме ожидания, сигналы на их выходах отсутствуют.If there are no sudden changes in current in the traction network, the signal at the output of block 12 does not exceed the settings for triggering the threshold element 13, time elements 14 and 15 are in standby mode, and there are no signals at their outputs.

При пуске электроподвижного состава (ЭПС) ток фидера контактной сети изменяется достаточно резко, причем известно, что интервал времени между соседними приращениями тока равен примерно 0,15-0,18 с. Первый элемент времени 14 настроен таким образом, что задаваемая им выдержка времени соизмерима, но все же несколько меньше 0,15 с. Выдержка времени, задаваемая элементом 15, вдвое меньше. При пуске ЭПС срабатывает пороговый элемент 13, запуская элементы времени 14 и 15, однако при указанных длительностях вырабатываемых ими сигналов сигнал на отключение коммутационного аппарата не подается.When starting electric rolling stock (EPS), the current of the contact network feeder changes quite sharply, and it is known that the time interval between adjacent current increments is approximately 0.15-0.18 s. The first time element 14 is configured in such a way that the time delay set by it is comparable, but still somewhat less than 0.15 s. The time delay set by element 15 is half that. When the EPS starts, the threshold element 13 is triggered, starting the time elements 14 and 15, however, at the indicated durations of the signals they generate, the signal to turn off the switching device is not supplied.

При нарушении изоляции 7 контактной подвески по подключившейся к контактной сети группе опор, соединенных между собой соответствующим участком дополнительного провода 9, протекает ток переходного режима. Через интервал времени, определяемый соотношением между сопротивлением R и емкостью С ключевого элемента (фиг.2), срабатывает ключевой элемент участка, соседнего с тем, где нарушилась изоляция, и к контактной сети подключается следующая группа опор, что вызывает повторное резкое увеличение тока в контактной сети. Элементы 14 и 15 срабатывают от первого броска тока, затем элемент 15 сбрасывается в исходное состояние и вновь срабатывает при повторном изменении тока. В результате к моменту t≈0,15c после того, как элемент 14 сбросится в исходное состояние, а на выходе элемента 15 все еще будет сохраняться сигнал высокого уровня, создаются условия для подачи управляющего сигнала на коммутационный аппарат 16, отключающий поврежденный участок.In case of violation of the insulation 7 of the contact suspension, a group of supports connected to each other by the corresponding section of the additional wire 9 connected to the contact network, a transient current flows. After a time interval determined by the ratio between the resistance R and the capacitance C of the key element (Fig. 2), the key element of the section adjacent to the one where the insulation was violated is activated, and the next group of supports is connected to the contact network, which causes a repeated sharp increase in the current in the contact network. Elements 14 and 15 are triggered by the first inrush current, then element 15 is reset to its original state and again triggered when the current changes again. As a result, by the time t≈0.15 s after the element 14 is reset, and the high level signal is still stored at the output of the element 15, conditions are created for supplying a control signal to the switching device 16, which disconnects the damaged section.

Недостатком устройства-прототипа является его низкая надежность.The disadvantage of the prototype device is its low reliability.

Так, при усилении системы тягового электроснабжения для обеспечения пропуска тяжеловесных поездов пуск ЭПС, отрывы токоприемника от контактной сети сопровождаются переходными процессами, при которых электрические характеристики токов в контактной сети (скорости нарастания, принужденные составляющие и пр.) соизмеримы с So, when the traction power supply system is strengthened to allow heavy-weight trains to pass, EPS starts, tearing the current collector from the contact network is accompanied by transients in which the electrical characteristics of the currents in the contact network (slew rates, forced components, etc.) are comparable with

аналогичными характеристиками аварийных режимов, возникающих при замыканиях проводов тяговой сети на опоры, не соединенные с рельсовым путем. Это приводит к ложным срабатываниям защиты.similar characteristics of emergency conditions that occur when traction network wires are shorted to supports that are not connected to the rail. This leads to false positives.

Наличие конденсаторов в составе делителей напряжения, управляющих тиристорами ключевых элементов, используемых для секционирования дополнительного провода, снижает надежность защиты.The presence of capacitors in the voltage dividers controlling the thyristors of the key elements used to section the additional wire reduces the reliability of the protection.

Если сопротивления опор контактной сети, опорных конструкций искусственных сооружений, подключенных к дополнительному проводу, превышают 50.0 Ом, существенных приращений тока в контактной сети при срабатывании ключевых элементов вообще не происходит. В таких случаях аварийный режим рассматриваемым устройством вообще не отключится.If the resistances of the supports of the contact network, of the supporting structures of artificial structures connected to an additional wire exceed 50.0 Ohms, there are no significant current increments in the contact network when key elements are triggered. In such cases, the emergency mode of the device in question will not turn off at all.

Таким образом область применения устройства-прототипа ограничена.Thus, the scope of the prototype device is limited.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности защиты тяговой сети постоянного тока на участках, где железобетонные конструкции искусственных сооружений, металлические поддерживающие конструкции опор контактной сети отсоединены от рельсового пути.The technical result of the proposed utility model is to increase the reliability of the protection of the DC traction network in areas where reinforced concrete structures of artificial structures, metal supporting structures of the supports of the contact network are disconnected from the rail track.

Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.

В известном устройстве для защиты тяговой сети от коротких замыканий, состоящем из тяговой подстанции, минусовая шина которой (через последовательно соединенные реактор и отсасывающую линию) соединена с рельсовым путем, а плюсовая шина через коммутационный аппарат подключена к проводам контактной сети, подвешенным на изоляторах к опорам контактной сети, металлические конструкции которых, как и конструкции расположенных в непосредственной близости от тяговой сети искусственных сооружений, подключены к секционированному посредством ключевых элементов и не имеющему металлической связи с рельсовым путем дополнительному проводу, этот дополнительный провод на территории тяговой подстанции подключается к искусственному заземлителю через обмотку реле напряжения с нормально-разомкнутыми In the known device for protecting the traction network from short circuits, consisting of a traction substation, the negative bus of which (through the reactor and suction line connected in series) is connected to the rail, and the positive bus is connected through wires of the contact network to the wires of the contact network suspended on insulators to the supports a contact network, the metal structures of which, like the structures located in the immediate vicinity of the traction network of artificial structures, are connected to the partitioned by beam elements and an additional wire that does not have a metal connection with the rail, this additional wire in the territory of the traction substation is connected to the artificial ground electrode through the winding of the voltage relay with normally open

контактами, включаемыми в замкнутый контур последовательно с источником постоянного напряжения и отключающей катушкой коммутационного аппарата.contacts included in a closed circuit in series with a constant voltage source and a disconnecting coil of a switching device.

Блок-схема предлагаемого устройства для защиты тяговой сети постоянного тока от коротких замыканий на несоединенные с рельсовым путем опоры и искусственные сооружения представлена на фиг.3.The block diagram of the proposed device for protecting the DC traction network from short circuits on unconnected supports and artificial structures is shown in FIG. 3.

На фиг.4 приведена схема входящего в состав заявляемого устройства ключевого элемента, используемого при секционировании дополнительного провода.Figure 4 shows a diagram of a key element included in the composition of the claimed device used when sectioning an additional wire.

Устройство состоит из тяговой подстанции 1, минусовая шина 2 которой (через последовательно соединенные реактор и отсасывающую линию) соединена с рельсовым путем 3, а плюсовая шина 4 через коммутационный аппарат 5 подключена к проводам контактной сети 6, подвешенным на изоляторах 7 к опорам 8 контактной сети, а также из не имеющего металлической связи с рельсовым путем дополнительного провода 9, секционированного посредством ключевых элементов 10, к которому подключены поддерживающие конструкции опор 8 и железобетонные опоры и металлические конструкции искусственных сооружений 11, причем провод 9 через обмотку реле напряжения 12, нормально-разомкнутые контакты 13 которого включены в замкнутый контур последовательно с источником постоянного напряжения 14 и отключающей катушкой 15 коммутационного аппарата 5, подключен на тяговой подстанции 1 к искусственному заземлителю 16.The device consists of a traction substation 1, the negative bus 2 of which (through the reactor and the suction line connected in series) is connected to the rail 3, and the positive bus 4 is connected through the switching device 5 to the wires of the contact network 6, suspended on insulators 7 to the supports 8 of the contact network , as well as from an additional wire 9 not having a metal connection with the rail, partitioned by means of key elements 10, to which the supporting structures of the supports 8 and reinforced concrete supports and metal are connected Design engineering structures 11, the wire 9 through the winding voltage relay 12, normally open contacts 13 which are included in a closed circuit in series with the DC voltage source 14 and a trip coil 15 of the switching device 5 is connected to the traction substation 1 to the artificial earth electrode 16.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При нормальном режиме работы системы тягового электроснабжения на секциях дополнительного провода 9 за счет электромагнитного влияния контактной сети 6 наводятся напряжения, не вызывающие срабатывания ключевых элементов 10, через фундаменты опор 8 и железобетонные конструкции искусственных сооружений 11 протекают незначительные токи, величины которых не превышают допустимые по условиям During normal operation of the traction power supply system on the sections of the additional wire 9, due to the electromagnetic influence of the contact network 6, voltages are induced that do not trigger the key elements 10, insignificant currents flow through the footings of the supports 8 and the reinforced concrete structures of the artificial structures 11, the values of which do not exceed the permissible conditions

электрохимической коррозии. Работа рельсовых цепей не нарушается, поскольку дополнительный провод не подсоединен к рельсовому пути.electrochemical corrosion. The operation of the rail chains is not disturbed, since the additional wire is not connected to the rail.

При нарушении изоляции 7 контактной сети 6 на поддерживающие конструкции опор 8, искусственные сооружения 11, объединенные одной секцией дополнительного провода 9, подается напряжение контактной сети 6, что приводит к срабатыванию соответствующего ключевого элемента 10, подключенного к этой секции, и высокое напряжение подается на следующую секцию дополнительного провода и т.д. В результате такого на обмотке реле напряжения 12 появляется высокое напряжение, реле срабатывает, его нормально-разомкнутые контакты 13 замыкаются, подавая сигнал оперативного тока от источника 14 на отключающую катушку 15 коммутационного аппарата 5. Коммутационный аппарат срабатывает, аварийный режим отключается.If insulation 7 of the contact network 6 is violated, the supporting structures of the supports 8, artificial structures 11, connected by one section of the additional wire 9, are supplied with the voltage of the contact network 6, which leads to the operation of the corresponding key element 10 connected to this section, and high voltage is applied to the next section of additional wire, etc. As a result of this, a high voltage appears on the winding of the voltage relay 12, the relay trips, its normally-open contacts 13 are closed, supplying an operating current signal from the source 14 to the trip coil 15 of the switching device 5. The switching device is activated, the emergency mode is turned off.

Устройство обеспечивает надежное отключение аварийного режима, возникающего в тяговой сети постоянного тока при коротких замыканиях на опоры и искусственные сооружения, отсоединенные от рельсового пути.The device provides reliable shutdown of the emergency mode that occurs in the DC traction network during short circuits on poles and man-made structures disconnected from the rail track.

Применение устройства позволяет повысить уровень электробезопасности, снизить электрохимическую коррозию арматуры фундаментов опор и искусственных сооружений, повысить надежность работы рельсовых цепей.The use of the device allows to increase the level of electrical safety, reduce the electrochemical corrosion of the reinforcement of the foundations of supports and man-made structures, and increase the reliability of rail chains.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания.Sources of information taken into account when compiling the description.

1. Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах. М.: Транспорт. - 1997. - 68 с.1. Instructions for grounding power supply devices on electrified railways. M .: Transport. - 1997. - 68 p.

2. Косарев Б.И., Зельвянский Я.А., Сибаров Ю.Г. Электробезопасность на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт. - 1981. - 215 с.2. Kosarev B.I., Zelvyansky Y.A., Sibarov Yu.G. Electrical safety in railway transport. - M .: Transport. - 1981. - 215 p.

3. Зельвянский А.Я., Зельвянский Я.А., Косарев Б.И. Устройство для защиты тяговой сети от коротких замыканий на опоры. Авторское свидетельство №1318448. Бюл. №23 от 23.06.87. - 3 с. (прототип)3. Zelvyansky A.Ya., Zelvyansky Y.A., Kosarev B.I. Device for protecting the traction network from short circuits on supports. Copyright certificate No. 1318448. Bull. No. 23 dated 06.23.87. - 3 p. (prototype)

Claims

A device for protecting a DC traction network from short circuits on supports and man-made structures not connected to the rail, consisting of a traction substation, the negative bus of which (through the reactor and the suction line connected in series) is connected to the rail, and the positive bus is connected to the rail through a switching device wires of the contact network suspended on insulators to the supports of the contact network, the metal structures of which, as well as the structures located in close proximity to the rods a network of artificial structures connected to an additional wire that is partitioned by means of key elements and does not have a metal connection with the rail, characterized in that the additional wire in the traction substation is connected to an artificial ground through a winding of a voltage relay with normally open contacts connected in series to the closed loop with a constant voltage source and a disconnecting coil of the switching device.