Файл: Сумин И.Ф. Обеспечение безопасности эксплуатации рудничных контактных электровозов.pdf

IV. ЗАЩИТА ОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

1. Скорость нарастания токов короткого замыкания

(т. к. з.)

Тяжелые условия эксплуатации тяговых сетей в под­ земных выработках угольных шахт способствуют воз­ никновению коротких замыканий. Короткие замыкания могут привести к нарушению нормальной работы элек­ тровозов и явиться причиной пожара.

Очевидно, что для предупреждения возможности

возникновения коротких замыканий и проявления их последствий существенное значение имеют правильный монтаж и эксплуатация всего комплекса электрообору­

дования откатки контактными электровозами. Одновре­ менно с этим тяговые подстанции и контактные сети

должны быть надежно защищены от т. к. з. и перегрузок.

Защита от т. к. з. и перегрузок осуществляется выклю­

чателями, которые устанавливаются на тяговых под­ станциях, а также на ответвлениях и отдельных сек­ циях контактной сети.

Величина т. к. з. в контактной сети в общем случае определяется мощностью и сопротивлением энергоси­ стемы переменного тока, питающей тяговую подстан­ цию, и преобразовательных агрегатов, а также сопро­ тивлением контактной сети. Следует отметить, что при короткохм замыкании на стороне постоянного тока мало­ мощных рудничных тяговых подстанций потери напря­

жения в питающей их сети переменного тока умень­ шаются незначительно. Поэтому с точностью, достаточ­

ной для практических расчетов, можно рассматривать процесс короткого замыкания на стороне постоянного тока протекающим только под воздействием преобра­ зовательного агрегата как независимого источника

электрической энергии. Некоторое незначительное сни­ жение напряжения на стороне переменного тока при

53

коротком замыкании в непосредственной близости от

преобразовательных агрегатов и соответствующее сни­ жение выпрямленного напряжения учитывается, как это будет показано ниже, поправочным коэффициентом.

Таким образом, т. к. з. в контактной сети должен

определяться по величине выпрямленного напряжения преобразовательного агрегата при холостом ходе £7Х.Х ■и суммарному сопротивлению этого источника и участка

сети постоянного тока от источника до места короткого замыкания 27? [6].

После возникновения к. з. ток возрастает от нуле­

вого значения, если отсутствовала нагрузка, или от тока предшествовавшей нагрузки до установившегося зна­ чения I к.у, определяемого в общем виде величиной

Интегрируя каждую часть последнего уравнения, находим

СdiK _ Г dt _

J^x.x — h£,R Jxb’

54

Постоянную интегрирования с находим из началь­

ных условий при t = 0 и zK = 0.

Тогда

Поскольку

получим

марной индуктивности ЕА к суммарному сопротивле­

нию цепи к. з. S/?, имеющая размерность времени.

Возникший т. к. з. в начальный момент (^=0) нара­

Из выражения (8) следует, что скорость нарастания

т. к. з. зависит от напряжения холостого хода выпрями­

тельного агрегата и индуктивности цепи.

Закон нарастания тока, согласно формуле (8), иллю­ стрируется графиками, приведенными на рис. 44. Ток возрастает от начального нулевого значения до устано­ вившегося /«.у плавно и тем медленней, чем больше постоянная времени сети т, т. е. чем больше отношение

индуктивности L к активному сопротивлению R кон­ тактной сети.

На рис. 14 представлены примерные кривые нара­ стания т. к.з. для двух значений постоянной времени

55

цели короткого замыкания. В случае большой постоян­ ной времени, что соответствует большой индуктивности и малому активному сопротивлению (кривая /), ток

достигает наибольшего значения через время Л, кото­ рое, как видно из кривых, превосходит время нарастания т. к. з. /2 для контактной сети с малой постоянной вре­ мени, т. е. малой индуктивностью и большим активным сопротивлением (кривая 2).

Рис. 14. Кривые нарастания тока короткого замыкания

Теоретически т. к. з. достигает установившегося' зна­ чения через бесконечно большое время, однако в прак­ тических условиях часто, спустя доли секунды, ток достигает значения, почти равного установившемуся, и поэтому можно считать, что процесс изменения тока заканчивается за относительно малый промежуток вре­ мени.

О практической продолжительности . неустановивше-

гося процесса можно судить по постоянной времени.

Действительно, если

t — т,

то

ZK = /K.y(l—е J = /к. у (^-р^О.б.З/к, у.

т. е. за время, равное постоянной времени т, т. к. з.

возрастает до 63% установившегося значения. За время,

56

равное двум и трем постоянным времени, т.к. з. дости­ гает соответственно 86,5 и 95% установившегося.

Следовательно, по прошествии времени, равного трем постоянным времени, т. к. з. можно рассматривать

как почти установившийся.

времени t в зависимости от постоянной времени т даны в табл. 4.

Уравнение (6) получено в предположении постоян­ ства S7? и SL за все время протекания процесса корот­ кого замыкания и отсутствия емкости в цепи.

Методов определения S7? и 2L с учетом их измене­

ния в процессе короткого замыкания (вследствие нали­

чия цепей со сталью, дуговых промежутков и других факторов) не существует и практически эти величины принимают неизменными.

Весьма приблизительно значение порядка величиныиндуктивности шахтной контактной сети можно опреде­

57'

Для наиболее распространенных шахтных условий, когда одноагрегатная тяговая подстанция с ртутным выпрямителем РМ.НВ-500 питает контактную сеть, вы­ полненную проводом сечением 85—100 мм2, подвешен­ ным на высоте 1,8—2,0 м над уровнем головки рельса, ориентировочно можно принять L = 3 мгн/км.

2. Расчет токов короткого замыкания

Явления, связанные с короткими замыканиями в

шахтных контактных сетях, весьма сложны. Они опре­ деляются сложностью системы переменного и постоян­ ного тока, параметрами и типом ее оборудования, ха­ рактеристиками автоматических устройств, местом и

Рис. 15. Эквивалентная схема цепи короткого замы- | кания при определении минимального значения тока короткого замыкания

видом аварии, длительностью аварийного режима. По этой причине в дальнейшем при определении численного значения т. к. з. будут приняты допущения, значительно облегчающие расчеты и вместе с тем дающие достаточно точные для практических целей значения токов к. з. Так, папример, в практических методах расчета токов в месте к. з. нет особой необходимости учитывать токи нагруз­ ки, предшествующие короткому замыканию, насыщение стали машин, проводимость почвы и др. Эти допущения сравнительно мало влияют на техническую точность расчета т. к. з. и, как правило, дают при этом завыше­ ние их значения.

Приступая к расчету т. к. з., необходимо составить эквивалентную схему замещения и наметить точку ко­ роткого замыкания (рис. 15). В схеме замещения все

58

элементы цепи к. з. показывают связанными между со­ бой электрически.

Величина т. к. з. в контактной сети не является по­ стоянной и зависит в каждом конкретном случае от удаленности места короткого замыкания от питающей тяговой подстанции, числа одновременно работающих преобразовательных агрегатов и других факторов. Од­ нако т. к. з. будет иметь максимальное значение при коротком замыкании непосредственно на шинах под­ станции и минимальное — при коротком замыкании в

конце линии. Для осуществления защиты необходимо

знать наименьший т. к. з. ( /,<у min) который может возникнуть при коротком замыкании в наиболее удален­ ной точке сети, вычисленный с учетом всех факторов, могущих повлиять на его снижение.

Максимальное и минимальное значения установив­ шегося т. к. з. в шахтных контактных сетях могут быть

преобразователей;

59