Распределительное устройство тягового напряжения

Схема РУ тягового напряжения имеет практически два варианта исполнения в соответствии с применяемыми в Советском Союзе двумя системами тяги.
В РУ тягового напряжения 3,3 кВ на подстанциях постоянного тока предусмотрены три шины: главная (плюсовая) 5 (рис. 17), запасная 6 и минусовая 7. Катод выпрямителя 2 через разъединитель 4 и быстродействующий автоматический выключатель обратного действия 3 (БАОД) подключен к главной шине. Нулевая точка разделяющей катушки тягового трансформатора 1 также через разъединитель 4 присоединена к минусовой шине. Фидеры Ф (выводы, питающие контактную сеть)
Минусовая шина разделена врезанным в нее реактором 14 на две части: к одной из них подключены выводы от нулевых точек разделяющих катушек тяговых трансформаторов, к другой — так называемые отсасывающие линии 15, соединяющие эту шину с ходовыми рельсами.
В месте подсоединения отсасывающих линий между минусовой и главной шинами включено сглаживающее устройство 16. Оно вместе с реактором предназначено для создания резонансных контуров для токов высокой частоты (100—1200 Гц), возникающих в цепях выпрямленного тока в связи с работой выпрямительных (полупроводниковых) агрегатов. Эти токи вызывают вредные шумы и напряжения в линиях связи, идущих вдоль железной дороги. Сглаживающее устройство, контур которого имеет практически нулевое сопротивление, закорачивает их на подстанции, не выпуская в контактную сеть. Чтобы короткое замыкание токов высокой частоты не слишком увеличивало эти токи, последовательно со сглаживающим устройством устанавливают реактор, ограничивающий токи высокой частоты.
РУ тягового напряжения 27,5 кВ на подстанциях переменного тока имеет три шины, соответствующие трем фазам системы переменного тока. Поскольку 1 обмотки главного понижающего трансформатора со стороны тягового напряжения включены треугольником, фазовое и линейное I тяговые напряжения равны между собой. Это позволяет заземлить любую из фаз так, что напряжение двух других фаз относительно земли не меняется по величине. Таким образом, одна из шин (шина РУ отсасывающими линиями через разъединитель глухо связана с рельсами главных путей. Шины 1 и 2, получающие в напряжение от двух других фаз, предназначены для питания фидеров контактной сети, соответственно справа и слева от тяговой подстанции. Эти шины секционированы двумя разъединителями.
Главный понижающий трансформатор подключен к шинам с I помощью трехфазного силового выключателя 6, огражденного со , стороны трансформатора трех полюсным разъединителем 5, а со стороны шин двухполюсным 7. Одна из фаз главного понижающего трансформатора заземлена, поэтому ее можно было бы не разрывать силовым выключателем. Однако по условиям отключения токов короткого замыкания в трехфазной системе лучше все-таки применять трехфазный силовой выключатель, так как в этом случае разрывная мощность короткого замыкания, приходящаяся на одну фазу выключателя, будет меньше и выключатель отключится надежнее.
Линии, питающие контактную сеть, через однополюсный выключатель 18, огражденный однополюсными разъединителями 17, присоединены к фазе, которая должна по общей схеме тягового энергоснабжения питать данный участок контактной сети. Часто две I незаземленные фазы — главные шины тяговой подстанции — секционируют разъединителями 16. Тогда линии, питающие контактную сеть от одной и той же фазы, размещают равномерно на обеих секциях.
Кроме контактной сети от шин 27,5 кВ питаются фидеры ДПР (система: два провода — рельс) двухфазной линии передачи, предназначенной для питания не тяговых железнодорожных и небольших сельскохозяйственных и промышленных нагрузок (общей мощностью не более 2500—4000 кВ-А от одной подстанции). Провода ДПР подвешивают на опорах контактной сети, а в качестве третьей фазы используют ходовой рельс.
Обычно предусматривают по два фидера ДПР на каждой подстанции для питания перегонов вправо и влево от нее. Фидер ДПР подключен к шинам через трехфазный силовой выключатель 15, у которого одна фаза не используется. Этот выключатель огражден со стороны шин и со стороны линии разъединителями 14. К вводу линии ДПР на подстанцию подключен через двухполюсный разъединитель 12 резервный трансформатор 13, который -может по линии ДПР от соседней подстанции питать шины собственных нужд при исчезновении напряжения на вводах.
К шинам 27,5 кВ через силовые выключатели 10, огражденные со стороны шин разъединителями 9, подключены трансформаторы собственных нужд (ТСН) И и в некоторых случаях компенсирующие устройства.
Компенсирующие устройства представляют собой конденсаторную батарею большой мощности, дополненную реактором. Эта батарея вырабатывает реактивную мощность для повышения коэффициента мощности тяговой подстанции и всей системы тягового энергоснабжения. Компенсирующие устройства устанавливают в соответствии со специальным расчетом. В последнее время их чаще располагают не на тяговых подстанциях, а на постах секционирования, чтобы приблизить источник реактивной мощности к его потребителям (электровозам).
К каждой главной шине 27,5 кВ через разъединитель 5 подсоединен трансформатор напряжения (ТН) 4 для питания цепей измерения и защиты. Имеется запасная шина 19, которая с помощью запасного силового выключателя и обходных разъединителей на фидерах контактной сети может заменить любой фидерный силовой выключатель на длительное время, например необходимое для смены в нем масла.
Отсасывающая шина, проложенная между заземленными фазами трансформаторов, соединена через разъединитель с отсасывающей линией, которая в свою очередь (другим концом) подключена- к рельсам. Обычно для этой цели используют рельсы подъездного пути, которые для увеличения проводимости соединяют с контуром заземления тяговой подстанции не менее чем в трех местах. Параллельно рельсам подъездного пути подключают воздушную отсасывающую линию.
Кроме главных понижающих трансформаторов к отсасывающей шине подключают третью фазу трансформаторов собственных нужд, концы высоковольтных обмоток трансформаторов напряжения, а также низковольтные выводы компенсирующих устройств.
Для тяговых подстанций системы 2X25 кВ применяют однофазные понизительные трансформаторы, включаемые со стороны питания в открытый треугольник. Вторичная сторона этих трансформаторов имеет две обмотки 25 кВ, соединенные в общей точке, которая выводится на отсос (к рельсу) . Два других вывода каждого трансформатора имеют напряжение относительно земли 25 кВ, а друг относительно друга 2x25 кВ, один из них соединяется с контактным проводом, а второй с дополнительным питающим проводом. На линии через 10—15 км ставятся однофазные автотрансформаторы, которые соединены аналогично вторичным обмоткам подстанционных трансформаторов и обеспечивают передачу энергии от поезда к подстанции двойным напряжением.
Распределительное устройство районного или промежуточного напряжения. Распределительное устройство 6, 10 или 35 кВ применяют на подстанциях постоянного тока с двойной трансформацией как РУ промежуточного напряжения, на подстанциях постоянного тока с такими же питающими напряжениями как основное РУ и, наконец, на подстанциях переменного тока как РУ для питания не тяговых потребителей района. Принцип построения такого РУ одинаков при любом из перечисленных его назначений, а при разных напряжениях схема отличается только типами применяемой аппаратуры и изоляцией.
Такое распределительное устройство) имеет два или несколько вводов, как правило, равномерно подключенных к двум секциям шин. Каждый ввод подключается через силовой (масляный) выключатель (MB) 3, огражденный разъединителем 4. Вводы могут приходить от главных или районных понижающих трансформаторов или от питающего пункта энергосистемы.
Подключение отходящих фидеров, в том числе и фидеров, питающих выпрямительные агрегаты тяговых подстанций постоянного тока, выполнено аналогично подключению ввода: через выключатели 1, огражденные разъединителями 2. Кроме того, к каждой секции через разъединитель и предохранитель 5 подключены трансформатор напряжения и разрядник. При напряжении 6—10 кВ применяют комплектные распределительные устройства внутренней (КВВО) или наружной установки (КРУН) с выкатными выключателями; тогда ограждающие разъединители не устанавливают, так как их роль играют пинцеты — втычные контакты, которыми подключены выключатели и которые размыкаются при выкатке выключателя из ячейки.
Рассмотренные выше РУ относятся к распределительным устройствам высокого напряжения (выше 1000 В). Для обеспечения условий безопасности работ на оборудовании этих устройств монтируют разъединители с заземляющими ножами. Такие разъединители должны позволять, в случае, если их главные ножи находятся в отключенном положении, включать на защищаемый отрезок электрической цепи заземляющие ножи. Каждый отрезок электрической цепи между двумя возможными разрывами этой цепи должен иметь заземляющий нож, который должен быть расположен с той стороны защищаемого отрезка, цепи, откуда возможно появление напряжения при случайном замыкании этой цепи. Для примера на рис. 18 и 19 показано расположение основных заземляющих ножей в соответствующих распределительных устройствах.
Собственные нужды и питание устройств СЦБ. РУ собственных нужд переменного тока 380/220 В состоит из двух секций, размещаемых в двух шкафах на открытой части подстанции. Эти шкафы питаются каждый от своего трансформатора (одного или двух) собственных нужд через контакторы (или автоматические выключатели) и предохранители. Шкафы соединены между собой перемычкой с секционирующим аппаратом. К шинам шкафов подключены резервные дизель генераторы и основные потребители — шкафы в здании подстанции, фидеры питания СЦБ, устройства подогрева и освещения на открытой части подстанции и все другие потребители переменного тока. Схема соединений основных шкафов приведена на рис. 20, а.
Шины собственных нужд постоянного тока 220В питаются либо от аккумуляторной батареи, либо от выпрямительного устройства 1. От этих шин питаются цепи 2 управления, сигнализации и защиты тяговой подстанции, цепи 3 включающих соленоидов выключателей разных напряжений, аварийное освещение 4 и цепи 5 автоматики и телеуправления. Все фидеры, отходящие от шин постоянного оперативного тока, защищены предохранителями; на наиболее ответственных из них установлена сигнализация контроля предохранителей.
Непосредственно от аккумуляторной батареи или выводов выпрямительного устройства подается напряжение на цепи земляной защиты, которая является одной из наиболее ответственных защит подстанции постоянного тока.
Питание устройств СЦБ осуществляется, как правило, от щита СН переменного тока через повышающий трансформатор. Для распределительного устройства СЦБ устанавливаются ячейки КРУН (или КВВО) 6 или 10 кВ, содержащие фидерные выключатели и трансформаторы напряжения, аналогичные ячейкам районных РУ.
На некоторых подстанциях переменного тока питание устройств СЦБ осуществляется переменным током 27,5 кВ непосредственно от тяговых РУ.