Виды коротких замыканий в выпрямителе

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 I_уд (I_FSM) (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».

Дата добавления: 2014-01-07