СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

При перенапряжениях создаются тяжелые условия для работы изоляции, т.к. они во много раз превышают максимально рабочее напряжение и приводит к ее повреждению, поэтому может произойти опасное воздействие на незащищенное электрооборудование и человека (машиниста). Коммутационные напряжения могут происходит по множеству причин, такие как отключение линии, трансформаторов, обрывы фаз, короткое замыкание, перекрытие и пробои изоляторов. От удара молнии в электрических конструктивных элементах появляется грозовое (атмосферное) перенапряжение. На железной дороге это может привести к остановке движения железнодорожного транспорта (электровоза), что приносит немало проблем, такие как распланирование нового маршрута для других подвижных составов, замена локомотива. Есть опасность поражения для персонала, что может привести к электрической травме.

Для защиты в настоящее время в качестве технических устройств используются различные разрядники, они позволяют осуществлять защиту объектов в области коротких времен воздействия напряжения (например, грозовые перенапряжения). Также существуют ограничители перенапряжений, но они могут быть установлены только в конкретном месте (крыша) и различные схемные решения, некоторые из которых на данный момент устарели и недостаточно эффективны.

Исследование улучшенного способа защиты с новым техническим средством, которое ранее не было использовано в тяговой сети постоянного тока и электроподвижном составе. Внедрение нового способа защиты повысит эффективность, сократиться число повреждений электрооборудования силовой схемы и схем управления электровозов, что, в свою очередь, обеспечит безопасность движения и снизит травматизм работников.

Перенапряжение – высокое повышенное напряжение в электрической сети, значение которого больше, чем максимальное рабочее напряжение [1].

Перенапряжение бывают коммутационные и грозовые.

Грозовые перенапряжения приводят к таким последствиям, как опасность поражения электрическим током, физическим повреждениям объекта.

Из множества объектов систем электроснабжения наиболее подвержены прямым ударам молнии линии электропередач, а также и контактная сеть железной дороги. За грозовой сезон происходит несколько десятков прямых ударов молнии на каждые 100 км длины. Все эти грозовые перенапряжения распространяются на все электрические локомотивы, питающиеся от контактной сети. Защита от перенапряжений в тяговой сети носит последовательный характер и включает в себя защиту контактной сети и электрического локомотива.

В данный момент для защиты подвижного состава от перенапряжений используются различные разрядники. Разрядники являются самым распространенным устройством для защиты от перенапряжений, благодаря своим параметрам. Для каждого защищаемого объекта нужно подбирать подходящий разрядник, которых огромное количество видов. Трубчатые разрядники, например, просты по устройству и надежны в использовании, но используются не так часто из-за своих нестандартных характеристик. Вентильные разрядники имеют более высокое напряжение пробоя, нежели у трубчатых разрядников. Большинство достоинств имеет ОПН. Благодаря своим характеристикам, он вытеснил многие разрядники из эксплуатации.

У контактной сети имеются несколько мест, где наиболее высока вероятность возникновения перенапряжений, такие места, где существует пересечение линий электропередач между собой, места с кабельными вставками, где есть ответвления к подстанциям на отпайках и секционирующие разъединители на линиях, если в переходных пролетах высокие опоры [2]. Контактную сеть постоянного тока необходимо дополнительно защитить ОПН и разрядниками в таких местах, как на шинах распределительного устройства или у понижающего трансформатора. Также для улучшенной защиты нужно поставить разрядник на шину распределительного устройства тяговой подстанции.

Существуют длинно-петлевой искровой разрядник, используемый для защиты высоковольтных линий переменного тока от атмосферных перенапряжений. Разрядник подключается на разных фазах соседних опор, который образует контур замыкания тока напряжения промышленной частоты, в который включены разрядники и сопротивления заземления опор, ограничивающие ток [3]. Это способствует его гашению и предотвращает отключение высоковольтных линий.

Длинно-петлевой искровой разрядник ранее не был использован для контактной сети постоянного тока. Возьмем разрядник РДИП-10-IV-УХЛ1 с классом напряжения 6 киловольт.

Разрядник крепится на металлический стержень с искровым воздушным промежутком, на расстоянии несколько сантиметров между разрядником  и проводом. При нормальных условиях РДИП-10-IV-УХЛ1 замыкает основной провод и опору и за счет воздушных промежутков не реагирует на проходящие токи. Во время грозовой активности сопротивление у разрядника падает, проходящий ток за счет параллельного соединения идет по пути меньшего сопротивления и уходит через разрядник до момента пока не спадет напряжение до допустимых значений. Разрядник стоит установить на каждом анкерном участке пути, который составляет 1600 метров. Вариант использования разрядника РДИП-10-IV-УХЛ1 на контактной сети постоянного тока изображен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема установки разрядника РДИП-10-IV-УХЛ1 на контактной сети

Благодаря длинно-петлевому искровому разряднику обеспечивается максимальная защита контактной сети, благодаря своему строению и характеристикам. Длинно-петлевой разрядник не нуждается в ремонте, в случае попадания прямого удара молнии, а это значит, что контактная сеть будет функционировать, как и при оптимальных условиях. Исключаются поломки подвижных составов и опасность поражения электрическим током персонала.

Список литературы:

1. Правила устройства электроустановок, п. 1.8.12 [Электронный ресурс]
2. Нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН). URL: https://helpiks.org/8-73282.html (Дата обращения: 14.03.2019)
3. Молниезащита ВЛ. РДИП-10-IV-УХЛ1 URL:https://www.streamer.ru/streamer_products/lightning-protection/induced-lightning/rdip-10-iv-uhl1/ (Дата обращения: 1.04.2019)