Схема первинної комутації РП – 27,5 кВ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

,,ХАРКІВСЬКИЙ КОЛЕДЖ ТРАНСПОРТНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ”

МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК

До виконання дипломного проекту

за темою:,,Проектування тягової підстанції та її елементів ’’

Для студентів денної та заочної форми навчання

Спеціальності: 5.07010504

,,Технічне обслуговування та ремонт пристроїв електропостачання залізниць”

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

,,ХАРКІВСЬКИЙ КОЛЕДЖ ТРАНСПОРТНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ”

МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК

До виконання дипломного проекту

за темою:,,Проектування тягової підстанції та її елементів ’’

Для студентів денної та заочної форми навчання

Спеціальності: 5.07010504

,,Технічне обслуговування та ремонт пристроїв електропостачання залізниць”

ЗМІСТ

ПЕРЕДМОВА

Цей посібник розроблено на основі узагальнення досвіду коледжів залізничного транспорту в області дипломного проектування по спеціальності “Технічне обслуговування та ремонт пристроїв електропостачання залізниць”.

Посібник має на меті надання допомоги студентам у виконанні завдань по проектуванню, а викладачам – по керівництву проектуванням.

Проектування є дуже важливим видом самостійної роботи студентів і має за мету систематизацію, поглиблення та закріплення знань та практичних навичок, одержаних в навчальному закладі.

В процесі проектування студент отримує необхідний досвід самостійної роботи з технічною літературою та застосування теоретичних знань в подальшій виробничій діяльності по спеціальності.

Робота по проектуванню дає студентам можливість отримати навички: вибору схем живлення та однолінійних схем тягових підстанцій, визначення тягового та районного навантаження, розрахунку струмів короткого замикання, вибору обладнання та захисних пристроїв, складання та користування технологічними картами тощо.

Тематика та склад дипломного проекту для кожного студента визначаються викладачами.

При виконанні дипломного проекту особливу увагу необхідно приділити застосуванню нової техніки та прогресивної технології, а також заходам з охорони праці та екології.

Об’єм розрахункової частини встановлює керівник проектування для кожного студента окремо.

Частина І “Загальні вимоги до оформлення дипломного проекту”

Креслення

Графічна частина диломного проекту складається з схем первинної комутації тягової підстанції.

Креслення проекту виконуються за вказівками керівника проектування і як правило олівцем.

Для відокремлення електричних кіл можна виконувати креслення в кольорі. Щільність заповнення аркушів креслень повинна доходити до 70%.

2 Пояснювальна записка

При оформленні пояснювальної записки:

а) рекомендується:

- по можливості, писати стисло, щоб її об’єм при дипломному проектуванні

не перевищував 70-80 сторінок;

- розбивати на пункти та підпункти;

- розрахунки та вибір обладнання надавати у вигляді таблиць, після яких

необхідно вказати розшифровку літерних позначень і розмірності;

б) необхідно:

- аркуші нумерувати починаючи з титульного аркуша;

- вказати джерело, звідки береться формула.

Пояснювальна записка підшивається у такій послідовності:

- титульний аркуш;

- бланк завдання на проектування;

- бланк рецензії;

- зміст;

- основна частина;

- додатки;

- список літератури.

Більш докладно вимоги до оформлення курсового проекту наведені в [1].

Всі необхідні пояснювальні схеми та графіки виконуються на міліметровому папері по формату пояснювальної записки.

В дипломному проектi ксерокопіювання не дозволяється.

Частина ІІ “Пояснювальна записка дипломного проекту”

ВСТУП

Застосоване в останні роки при електрифікації залізниць України силове електрообладнання та апаратура тягових підстанцій (трансформатори, перетворювачі, вимикачі та інш.) за своїми параметрами в основному відповідає європейським та світовим стандартам. В Україні йде розробка та впровадження прогресивних рішень по сухим силовим та вимірювальним трансформаторам, вакуумним та елегазовим вимикачам та інше.

Характерно, що на залізницях Європейського союзу типорозмір на низка потужностей електрообладнання в 2-3 рази ширша, ніж в Україні. Це надає великі можливості підбору оптимальних рішень для кожної тягової підстанції.

При прийнятті рішень по проектуванню тягових підстанцій прагнуть мінімізувати площі, що відводяться та об'єми споруд (як правило велика кількість силового обладнання розташовується в спорудах підстанцій). У зв'язку з цим цікавий світовий досвід по створенню тягових підстанцій та інших лінійних об'єктів тягового електропостачання на основі функціональних блоків (ФБ) повної заводської готовності. Шляхом агрегатування відповідних різновидів ФБ можна реалізувати тягові підстанції (ТП) всіх необхідних типів та лінійні об'єкти (ЛО) постійного та змінного струму, враховуючи в кожному окремому випадку особливості конкретних вимог. Розробки ФБ нових тягових підстанцій та лінійних об'єктів виконуються відповідними організаціями України.

ФБ поставляються під монтаж повністю змонтованими та після заводських випробувань; агрегатування міститься в монтажу зовнішніх ошиновок, елементи яких також поставляються в готовому вигляді.

ФБ виконують на основі сучасної силової схематичної бази. Вони містять у собі всі системи захисту, автоматики, керування та діагностики.

Монтаж обладнання на місці експлуатації виконується безпосередньо "з коліс". Це найбільш швидка та дешева технологія. Експлуатація нових блочно-модульних тягових підстанцій та ЛО потребує менших витрат, тому що спрощується технічне обслуговування завдяки використанню в ФБ високо надійного обладнання. а також автоматизації його обслуговування. При розробці ФБ необхідно забезпечити можливість подальшої оперативної модернізації та ремонту тягової підстанції чи лінійного об'єкту в будь-якому необхідному обсязі шляхом заміни крупними блоками

В найближчий час знайдуть застосування сухі чи з литою ізоляцією сухі трансформатори з аморфною сталлю і як альтернатива - трансформатори з елегазом. Це важливе технічне рішення дозволить позбутись масляного господарства, неекономічного та пожежонебезпечного, яке потребує складної системи діагностування (хроматографія) та значних витрат праці на обслуговування. Розпочаті і ведуться розробки індуктивних реакторів, що керуються, для використання в системі тягового електропостачання.

Нові силові напівпровідникові прилади, що керуються, дозволять вирішити не тільки питання оптимізації електропостачання тяги та рекуперації енергії, але й створити комутаційні апарати без дуги з високими показниками потужності.

1 ВИБІР СХЕМИ ПЕРВИННОЇ КОМУТАЦІЇ ТЯГОВОЇ ПІДСТАНЦІЇ

1.1 Схема первинної комутації РП-110(220) кВ транзитної підстанції

РП-110(220) кВ (рис.1.) призначений для приймання електричної енергії, живлення обмоток вищої напруги силових трансформаторів та транзиту системної потужності і вмикається в розсічку повітряної лінії (ПЛ) напругою 110 (220) кВ.

Система збірних шин виконується за схемою «містка» і має два уводи W1, W2 та дві перемички між ними – робочу (QXC) і ремонтну (KQXC). В нормальному режимі увімкнена робоча перемичка, а ремонтна вимкнута. Збірні шини (ошиновка) РП виконується із сталеалюмінієвих проводів марки АС.

Живлення на силові трансформатори Т1 та Т2 з вбудованими трансформаторами струму ТА5 та ТА6 надходить від лінії електропередачі по уводах W1 та W2, на яких встановлені лінійні роз’єднувачі QS1 та QS2 з двома комплектами заземлюючих ножів та з дистанційними приводами і елегазові вимикачі Q1 та Q2. Для створення видимого розриву кола при ремонті вимикачів Q1 та Q2 і трансформаторів струму ТА2 та ТА3, до яких приєднуються струмові обмотки вимірювальних приладів та реле, встановлені роз’єднувачі QS7, QS8, QS9 та QS10 з дистанційним керуванням. При чому роз’єднувачі QS7 та QS8 мають по одному комплекту заземлюючих ножів, а роз’єднувачі QS9 та QS10 – по два комплекти.

При приєднанні триобмоткових трансформаторів необхідна наявність заземлюючих ножів, як збоку збірних шин так і з боку обмоток трансформаторів. Тому з боків обмоток вищої, середньої та нижчої напруги триобмоткових силових (ВН, СН, НН) трансформаторів Т1 та Т2 встановлюють роз’єднувачі QS13, QS14, QS17, QS18, QS19 та QS20 з двома комплектами заземлюючих ножів з дистанційним або ручним керуванням (QS20 на схемі не вказаний).

Триобмоткові силові трансформатори Т1 та Т2 знижують напругу до 27,5 кВ для живлення електротяги змінним струмом або до 10 кВ для приєднання перетворюючих агрегатів, які живлять тягу постійним струмом. Третя обмотка трансформаторів використовується для живлення районних споживачів напругою 35 кВ на тягових підстанціях, як постійного так і змінного струмів або 10 кВ на тягових підстанціях змінного струму. Нейтралі обмоток вищої напруги (ВН) силових трансформаторів можуть бути заземленими однополюсними заземлювачами (ЗОН) QS15 та QS16 або розземленими для зменшення струмів однофазного короткого замикання. Але у випадку розземлення нейтралі можуть виникнути перенапруги, які можуть бути небезпечними для ізоляції нульових виводів обмоток трансформаторів. Тому в режимі розземлення нейтралі необхідно знизити можливі перенапруги шляхом приєднання обмежувачів перенапруг нейтралей трансформаторів (ОПНН) RU3 та RU4 до нульових точок обмоток трансформаторів Т1 та Т2. Крім того, в колі нейтралей силових трансформаторів Т1 та Т2 увімкнені трансформатори струму ТА7 та ТА8, які призначені для приєднання захисту нульової послідовності. Для регулювання напруги на споживачах силові трансформатори Т1 та Т2 мають пристрої регулювання напруги під навантаженням (РПН).

Для захисту ізоляції обмоток трансформаторів Т1 та Т2 від комутаційних та атмосферних перенапруг застосовуються обмежувачі перенапруг RU1, RU2, RU5 та RU6, а також RU7 та RU8 (на схемі не вказані).

На уводах W1 та W2 встановлюється апаратура високочастотної обробки фаз для високочастотного диспетчерського зв’язку та високочастотного диференційно-фазного захисту, яка складається з високочастотного загороджувача LR, конденсатора зв’язку С та фільтра приєднання ZF. Зупинимося докладніше на цих елементах.

Високочастотний загороджувач LR – це резонансний контур, який складається з силової індуктивної котушки та ємності, що регулюється (елемента настроювання), величина якої підбирається таким чином, щоб контур загороджувача був настроєний в резонанс (струму) на частоту настроювання високочастотного апарата. Загороджувачі, які встановлені по кінцям лінії, запобігають виходу струмів високої частоти за її межі.

Конденсатор зв’язку С – це конденсатор, опір якого залежить від частоти струму, що тече через нього (для струмів промислової частоти 50 Гц він великий, а при високих частотах, більше за 10 кГц, різко зменшується), призначений для підключення високочастотного апарата до повітряної лінії електропередачі.

Фільтр приєднання ZF– це повітряний трансформатор з відпайками, які дозволяють змінювати самоіндукцію його обмоток та взаємну індуктивність між ними, призначений для вільного пропускання струму тільки в певному робочому діапазоні частот.

Як вже зазначалося, РП-110(220) кВ має ремонтну (KQXC) та робочу (QXC) перемички між уводами W1 та W2. Робоча перемичка з елегазовим вимикачем Q3, трансформаторами струму ТА1 та роз’єднувачами QS4 і QS5 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними або двигунковими приводами (на схемі показано ручне керування роз’єднувачами) використовується для транзиту системної потужності. Роз’єднувачі QS4 і QS5 необхідні для створення видимого розриву кола при ремонті вимикача Q3. Роз’єднувачі QS11 та QS12 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними приводами ремонтної перемички нормально вимкнуті і вмикаються для забезпечення транзиту системної потужності при ремонті обладнання робочої перемички. До трансформаторів струму ТА4 приєднуються прилади та реле, які нормально отримують живлення від трансформаторів струму ТА1, при переводі транзиту потужності через ремонту перемичку. При виводі в ремонт вимикача Q3 необхідно враховувати певні обставини.Наприклад: який з силових трансформаторів знаходиться в роботі Т1 або Т2,або Т1 та Т2 працюють паралельно, то що.Тому як приклад розглянемо вивід в ремонт вимикача Q3, якщо в роботі знаходиться трансформатор Т1, вимикач Q2, роз’єднувачі QS8 та QS10 вимкнуті.Вмикають роз’єднувачі QS11, QS12 ремонтної перемички та роз’єднувачі QS8 та QS10 уводу W2.Вмикають вимикач Q2. За приладами, приєднаними до вторинних обмоток трансформаторів струму ТА4 впевнюються в здійсненні частини транзиту системної потужності. Вимикають вимикач Q3, а після цього вимикають роз’єднувачі QS4 та QS5 робочої перемички та перевіряють вказівником напруги відсутність напруги на вимкнутій ділянці електроустановки.Вмикають стаціонарні заземлюючі ножі роз’єднувачів QS4 та QS5 з боку вимикача Q3 і накладають переносні заземлення на шини з обох боків вимикача Q3.Ввід у роботу вимикача Q3 здійснюється в зворотній послідовності.

Рис. 1. Схема первинної комутації РП - 110 (220) кВ транзитної підстанції

Трансформатори напруги TV1 та TV2 використовують для живлення обмоток напруги вимірювальних приладів та реле і приєднуються до уводів W1 та W2 за допомогою роз’єднувачів QS3 та QS6 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними приводами. На тягових підстанціях використовується приєднання трансформаторів напруги глухими відпайками, що спрощує схему але ускладнює вивід в ремонт трансформаторів напруги.

1.2 Схема первинної комутації РП-110(220) кВ опорної підстанції

РП-110(220) кВ (рис.2.) призначений для приймання електричної енергії від електричної системи, розподілу її між іншими тяговими підстанціями та живлення обмоток вищої напруги (ВН) силових трансформаторів. Цей розподільний пристрій виконується за схемою з однією робочою секціонованою системою збірних шин та обхідною системою шин. Схема з обхідною системою шин дозволяє здійснювати ремонт будь-якого вимикача лінії або трансформатора без вимикання відповідного приєднання. В нормальному режимі роботи обхідна система шин вимкнена, тобто знаходиться без напруги. Така схема застосовується для тягових підстанцій як змінного так і постійного струму, які отримують живлення від мережі зовнішнього електропостачання по трьох і більше лініях електропередачі напругою 110, 150 або 220 кВ [13].

Збірні шини РП-110(220) кВ секціонуються вимикачем Q6 з трансформаторами струму ТА6 та шинними роз’єднувачами QS17 та QS18 з одним комплектом заземлюючих ножів та ручними приводами. Аналогічне обладнання встановлене на уводах W1 – W4 розподільного пристрою та на приєднаннях силових понижуючих трансформаторів Т1 та Т2 за винятком лінійних роз’єднувачів QS6 та QS9 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними приводами. До обхідної системи шин уводи W1–W4 та трансформатори Т1 та Т2 приєднуються обхідними роз’єднувачами QS2, QS3, QS4 та QS5 з одним комплектом заземлюючих ножів та ручними приводами. РП має чотири уводи (другий та третій на схемі не показані). Непарні уводи W1 та W3 приєднуються до першої секції шин, а парні W2 та W4 – до другої секції шин. Кожний увід приєднується до відповідної секції шин через лінійний роз’єднувач (QS6, QS9) з двома комплектами заземлюючих ножів та ручним приводом, вимикачі (Q1, Q4), трансформатори струму (ТА1, ТА4) та шинний роз’єднувач (QS11, QS15) з одним комплектом заземлюючих ножів та ручним приводом. Крім того, на уводах W1–W4 монтується апаратура високочастотної обробки фаз для високочастотного диспетчерського зв’язку та високочастотного диференційно-фазного захисту (на схемі не показано).

Трансформатори Т1 та Т2 з вбудованими трансформаторами струму ТА7 та ТА8 (на схемі показано по одному комплекту, в дійсності встановлюються по два або по три комплекти трансформаторів струму на кожний силовий трансформатор) приєднуються до секцій шин через роз’єднувачі QS7 та QS10 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними приводами, вимикачі Q2 та Q5 з трансформаторами струму ТА2 та ТА5 і шинні роз’єднувачі QS12 та QS16 з одним комплектом заземлюючих ножів та ручними приводами. Триобмоткові трансформатори Т1 та Т2, які приєднані відповідно до першої та до другої секції РП-110(220) кВ, знижують напругу до 27,5 кВ для живлення електрорухомого складу змінним струмом або до 10 кВ для приєднання перетворюючих агрегатів, які живлять електрорухомий склад постійним струмом. Третя обмотка трансформаторів Т1 та Т2 використовується для живлення районних споживачів напругою 35 кВ на тягових підстанціях постійного та змінного струму або 10 кВ на тягових підстанціях змінного струму. Для регулювання напруги на споживачах трансформатори Т1 та Т2 обладнані пристроями РПН. Нейтралі обмоток ВН трансформаторів заземлюються однополюсними заземлювачами QS24 та QS25 або обмежувачами перенапруг нейтралей трансформаторів RU3 та RU6, якщо виникає необхідність такого режиму роботи в живлячій енергосистемі. З боку обмоток середньої та нижчої напруги (СН та НН) трансформаторів Т1 та Т2 встановлюються роз’єднувачі QS21, QS22 та QS23 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними приводами. Для захисту ізоляції обмоток трансформаторів Т1 та Т2 від атмосферних та комутаційних перенапруг передбачається встановлення обмежувачів перенапруг RU4, RU5 та RU7.

Рис. 2. Схема первинної комутації РП-110 (220) кВ опорної тягової підстанції

Обхідний вимикач Q3 з трансформаторами струму ТА3 може бути приєднаний до будь-якої секції шин роз’єднувачем QS13 та QS14 з одним комплектом заземлюючих ножів та ручним приводом, а до обхідної системи – роз’єднувачем QS8 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручним приводом. Обхідний вимикач використовують при необхідності виводу в ремонт вимикачів уводів та силових трансформаторів без виводу останніх з роботи. Наприклад, для виводу в ремонт вимикача Q2 трансформатора Т1 вмикають роз’єднувачі QS8 та QS13, потім обхідний вимикач Q3_. З першої секції напруга подається на обхідну систему шин. Цим перевіряється ізоляція обхідної системи шин. Вольтметр, що приєднаний до трансформатора напруги ТV3, інформує персонал про появу напруги на обхідній системі шин. При відсутності пробою ізоляції вимикач Q3 залишається увімкненим. Вимикають вимикач Q3 та вмикають обхідний роз’єднувач QS3. Знову вмикають вимикач Q3, трансформатор Т1 буде отримувати живлення по двох колах – основному та обхідному. За амперметрами, що приєднані до вторинних обмоток трансформаторів струму ТА3, визначають величину струму, який тече через приєднання обхідного вимикача Q3 (він повинен становити приблизно половину величини струму приєднання трансформатора Т1 до виводу в ремонт вимикача Q2). Вимикач Q2 вимикають, потім вимикають роз’єднувачі QS7 та QS12, перевіряють відсутність напруги на вимкнутій ділянці електроустановки, вмикають стаціонарні заземлюючі ножі у бік вимикача Q2, що виводиться в ремонт, накладають переносні заземлення на шини з обох боків вимикача Q2. Живлення трансформатора Т1 здійснюється через вимикач Q3 та роз’єднувачі QS13, QS8 та QS3. Після ремонту вимикач Q2 вводять в роботу в зворотній послідовності: знімають переносні заземлення, вимикають заземлюючі ножі та вмикають роз’єднувачі QS12 та QS7 та вимикач Q2, вимикають вимикач Q3 та роз’єднувачі QS3, QS8 та QS13.

До кожної секції збірних шин приєднані трансформатори напруги ТV1 та обмежувачі перенапруг RU1 через роз’єднувач QS19, ТV2 та RU2 через роз’єднувач QS20. Роз’єднувачі QS19 та QS20 мають два комплекти заземлюючих ножів та ручний привод. Трансформатори напруги слугують для приєднання вимірювальних приладів та релейного захисту, а обмежувачі перенапруг застосовуються для захисту ізоляції РП від комутаційних та атмосферних перенапруг.

Схеми первинної комутації РП-110(220) кВ кінцевих та відпаєчних підстанцій докладно описані в [11] тому ми на них зупинятися не будемо.

1.3 Схема первинної комутації РП – 6 (10) кВ

Розподільний пристрій напругою 6 (10) кВ виконується закритого типу (ЗРП), тобто його обладнання розташовується в приміщенні (див. розділ 8).

ЗРП – 6 (10) кВ тягової підстанції постійного струму (рис. 3.) призначений для приймання електричної енергії, живлення тягових трансформаторів (перетворюючих агрегатів), трансформаторів власних потреб (ТВП), фідерів повздовжнього електропостачання (ФПЕ), фідерів залізничних і районних споживачів та трансформаторів напруги (ТН).

ЗРП – 6 (10) кВ виконується за схемою з однією системою збірних шин, секціонованою вимикачем, тобто одинарною секціонованою системою збірних шин (див. розділ 7). При цьому збірні шини виконуються жорсткими, як правило, прямокутного перерізу.

ЗРП – 6 (10) кВ (рис. 10.13) складається з таких комплектних комірок (див. розділ 8):

- комірок уводів (1Т, 2Т), які призначені для підключення обмоток 6 (10) кВ силових трансформаторів до секцій збірних шин;

- комірок тягових трансформаторів (1AUD, 2AUD), які призначені для підключення обмоток 6 (10) кВ тягових трансформаторів до секцій збірних шин;

- комірок трансформаторів власних потреб (1TNK, 2TNK), які призначені для підключення обмоток 6 (10) кВ ТВП до секцій збірних шин;

- комірок трансформаторів напруги (ТН) та обмежувачів перенапруг (ОПН) (1TVK, 2TVK), які призначені для підключення ТН до секцій збірних шин для живлення вторинних кіл;

- комірок фідерів повздовжнього електропостачання (1WWK, 2WWK), які призначені для живлення нетягових споживачів залізниць, а також для резервування ліній автоблокування;

- комірок фідерів залізничних та районних споживачів (1WRK, 2WRK, 3WRK, 4WRK), які призначені для живлення фідерів залізничних та районних споживачів;

- комірки секційного вимикача (QCK) та секційного роз’єднувача (KQS1S), які призначені для секціонування збірних шин 6 (10) кВ на дві секції – першу та другу.

Секційний вимикач QK (рис. 3.) може бути увімкненим або вимкненим і його доповнюють релейним захистом. Крім того, якщо секційний вимикач знаходиться у вимкненому стані, то його ще доповнюють пристроєм автоматичного вмикання резервного живлення (АВР). Під дією пристрою АВР секційний вимикач автоматично вмикається при вимкненні вимикача будь-якого уводу.

Якщо секційний вимикач нормально увімкнений, то при короткому замиканні на будь-якій секції збірних шин під дією релейного захисту вимикається секційний вимикач та вимикач уводу ушкодженої секції. Інша секція збірних шин залишається в роботі. Таким чином, при секціонуванні збірних шин вимикачем одна з секцій завжди залишається в роботі при будь-яких ушкодженнях.

Всі комірки (крім комірок ТН та ОПН) виконуються з вакуумними вимикачами на викотних візках, які постачаються зі штепсельними роз’ємами (втичними контактами). Для захисту обладнання від перенапруг, які можуть виникнути при комутації вакуумних вимикачів передбачається встановлення обмежувачів перенапруг RU1 – RU13. В кожній комірці використовуються стаціонарні заземлюючі ножі, які забезпечують безпеку ведення робіт в середині комірок.

Комірка секційного вимикача виконується з вакуумним вимикачем QK та трансформаторами струму ТА7. Секційний штепсельний роз’єднувач KQS1S виконується на викотному візку і має штепсельні роз’єми (втичні контакти). Його використовують для створення видимого розриву кола при ремонтних роботах на секціях збірних шин.

Живлення від обмоток 6 (10) кВ силових трансформаторів подається на секції збірних шин кабельними вставками через вимикачі Q5 та Q7 та трансформатори струму ТА5 та ТА8, які встановлюють у трьох фазах для підключення диференційного захисту силових трансформаторів. Роз’єднувачі QS1 та QS2 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними приводами необхідні для створення видимого розриву кола при виконанні ремонтних робіт в комірках уводів.Вимикачами Q1 та Q12 приєднують через кабельні вставки перетворюючі агрегати до секцій збірних шин, а до трансформаторів струму ТА1 та ТА13 підключають захист перетворюючого агрегату.Живлення фідерів повздовжнього електропостачання виконується через вимикачі Q4 та Q11 та трансформаторами струму ТА4 та ТА12, які встановлюють у двох фазах. Застосування трансформаторів струму (ТС) у двох фазах пояснюється тим, що мережі напругою 6 (10) кВ це мережі з ізольованою нейтраллю, а в них однофазне замикання не є режимом короткого замикання. В мережах з ізольованою нейтраллю струми однофазного замикання не перевищують 30 – 40А при напрузі 10 кВ. Внаслідок незначної величини струму та відсутності порушення нормального режиму роботи електроприймачів, захист від цього виду ушкоджень виконується в основному з дією на сигнал. Захист від однофазних замикань повинен діяти при струмі не більше 5А. Але при однофазних замиканнях на лініях повздовжнього електропостачання струм однофазних замикань може потрапити в рейкове коло (лінії повздовжнього електропостачання підвішуються на опорах контактної мережі з польової сторони), що може викликати помилкову дію сигнальної апаратури автоблокування. Для запобігання цього і для нормального руху поїздів однофазне замикання на лінії повздовжнього електропостачання та на всіх відгалуженнях від неї повинно бути негайно вимкнено. Таким чином, захист фідерів повздовжнього електропостачання від міжфазних КЗ та й однофазних замикань виконується з дією на вимикання вимикачів комірок фідерів повздовжнього електропостачання. Приєднання кабельної лінії фідера повздовжнього електропостачання до повітряної лінії повздовжнього електропостачання виконується за допомогою лінійного роз’єднувача з моторним приводом.Від збірних шин відходить чотири фідера, які живлять споживачі через вимикачі Q3, Q2, Q9, та Q10 та трансформатори струму ТА2, ТА3, ТА10 та ТА11. Трансформатори струму призначені для живлення струмових обмоток вимірювальних приладів і реле та ізоляції їх від високої напруги, і встановлюються у двох фазах. Споживачі першої та другої категорії для надійного електропостачання отримують живлення по двох фідерах, які відходять від різних секцій шин. При вимиканні або пошкодженні одного фідера або однієї секції, споживач буде отримувати електроенергію від іншої секції.

Для живлення споживачів власних потреб: кіл електричного освітлення, вентиляції, кондиціювання, електричного опалення і т.д., а також здійснення ремонтних робіт, передбачено встановлення двох трансформаторів власних потреб (ТВП) Т1 та Т2. ТВП приєднуються до шин через вимикачі Q6 та Q8. Трансформатори струму ТА6 та ТА9 використовуються для приєднання захисту ТВП. Облік електричної енергії, яка йде на власні потреби підстанції, здійснюється з боку вторинної напруги ТВП.Захист кабельних ліній від однофазних замикань виконується за допомогою трансформаторів струму нульової послідовності (ТСНП) ТА14 – ТА21, які монтуються під кабельною воронкою та обов’язково заземлюються для запобігання хибного спрацьовування захисту при однофазних замиканнях на інших лініях.Застосування спеціального захисту від однофазних замикань пояснюється тим, що цей вид ушкоджень найпоширеніший, тому необхідно мати спеціальний захист від них, який діє на сигнал (фідера районних споживачів) чи на вимикання (фідера повздовжнього електропостачання).До секцій шин ЗРП–6(10) кВ приєднуються трансформатори напруги ТV1 та TV2, які захищаються від струмів КЗ запобіжниками FU1 та FU2. Для захисту ізоляції ЗРП – 6 (10) кВ від перенапруг передбачається встановлення обмежувачів перенапруг (ОПН) RU14 та RU15.Трансформатори напруги, обмежувачі перенапруг та запобіжники однієї секції розташовано на загальному викотному візку.

Живлення повітряних ліній сигналізації, централізації та блокування (ПЛ СЦБ) здійснюється від комплектного розподільчого пристрою зовнішнього розташування (КРПЗ СЦБ), схеми первинної комутації, якого наведені на рис. 4.

Напруга на шини КРПЗ СЦБ подається від підвищувального трансформатора Т через вимикач Q2 та трансформатори струму ТА2. Первинна обмотка підвищувального трансформатора Т підключається до шин власних потреб. Для живлення пристроїв СЦБ використовується подвійна трансформація – спочатку напруга знижується ТВП, а потім підвищується трансформатором Т. Це необхідно для виключення електричного зв’язку між збірними шинами 6 (10) кВ та лінією СЦБ (існує тільки магнітний зв’язок). Така схема живлення ПЛ СЦБ виключає можливість підживлення місця однофазного замикання (при його виникненні) на лінії СЦБ з боку збірних шин 6 (10) кВ. ПЛ СЦБ живляться від секцій шин через вимикачі Q1 та Q3 трансформатори струму ТА1 та ТА3 і кабельні вставки. Кабельні вставки фідерів СЦБ до ПЛ СЦБ приєднуються за допомогою лінійних роз’єднувачів QS1 та QS3 з моторними приводами. Захист кабельних вставок від однофазних замикань виконується за допомогою трансформаторів струму нульової послідовності (ТСНП) ТА4 та ТА5.

Рис. 3 Схема первинної комутації РП – 6 (10) кВ

Для можливості виводу в ремонт обладнання комірок фідерів СЦБ передбачається встановлення роз’єднувача QS2 з моторним приводом, який дає змогу виконувати живлення двох ПЛ СЦБ від однієї комірки фідера СЦБ. До секції шин приєднується трансформатор TV1, який захищається від струмів КЗ запобіжниками FU1. При застосуванні вакуумних вимикачів питання захисту електрообладнання від перенапруг, що виникають при комутаціях вакуумними вимикачами, вирішується шляхом встановлення на викотних візках ОПН.

Рис. 4. Схема первинної комутації КРПЗ СЦБ

Схеми первинної комутації ЗРП–6(10) кВ тягової підстанції змінного струму (рис.5.) виконуються за аналогічними принципами, що й схема первинної комутації ЗРП–6(10) кВ тягової підстанції постійного струму, але має певні відмінності. Так в ЗРП–6(10) кВ тягової підстанції змінного струму відсутні комірки перетворюючих агрегатів, комірки фідерів повздовжнього електропостачання та комірки трансформаторів власних потреб (при виконанні РП – 27,5 кВ відкритого типу). При застосуванні РП – 27,5 кВ модульного типу та при використанні «сухих» трансформаторів власних потреб, комірки трансформаторів власних потреб передбачаються при розробці схеми первинної комутації ЗРП–6(10) кВ тягових підстанцій змінного струму при напрузі на її шинах 110 (220)/27,5/10 кВ.

Рис. 5 Схема первинної комутації ЗРП–6(10) кВ тягової підстанції змінного струму

1.4 Схема первинної комутації розподільного пристрою напругою 35 кВ

Розподільний пристрій напругою 35 кВ виконується, як правило, відкритого типу (ВРП), тобто його основне обладнання розташовується на відкритому повітрі.

ВРП–35 кВ тягової підстанції (рис.6.) призначений для приймання електричної енергії, живлення фідерів залізничних і районних споживачів та виконується за одинарною секціонованою вимикачем QK системою збірних шин.

Електрична енергія надається на збірні шини за двома уводами 1WH та 2WH від обмоток 35 кВ силових трансформаторів. На кожному уводі встановлені вакуумні вимикачі Q1 та Q2, трансформатори струму ТА1та ТА2 у трьох фазах для приєднання, в першу чергу, диференційного захисту силових трансформаторів.

До обмоток 35 кВ силових трансформаторів вимикачі Q1 та Q2 приєднуються роз’єднувачами QS1 та QS5 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними приводами, а до секцій шин – шинними роз’єднувачами QS2 та QS6 з одним комплектом заземлюючих ножів та ручними приводами. Секційний вакуумний вимикач QK та трансформатори струму ТА3 приєднуються до секцій шин за допомогою секційних роз’єднувачів QS7 та QS8 з одним комплектом заземлюючих ножів та ручними приводами.

Трансформатори напруги TV1 та TV2 і обмежувачі перенапруг (ОПН) RU3 та RU4 приєднуються до секції шин через роз’єднувачі QS3 та QS4, які мають заземлюючі ножі для заземлення TV1, TV2, RU3 та RU4 при ремонті і ножі заземлення секцій шин.

Живлення районних споживачів першої категорії №1 та №2 здійснюється фідерами 1WPH, 2WPH, 3WPH та 4WPH. На кожному фідері встановлені вакуумні вимикачі Q3, Q4, Q5 та Q6, трансформатори струму ТА4, ТА5, ТА6 та ТА7 у двох фазах (див. схему РП–6(10) кВ). До секцій шин фідера приєднуються шинними роз’єднувачами QS9, QS11, QS13 та QS15 з одним комплектом заземлюючих ножів та ручними приводами, а до ліній – лінійними роз’єднувачами QS10, QS12, QS14 та QS16 з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними приводами.Роз’єднувачі з обох боків вимикачів Q1, Q2, QK, Q3, Q4, Q5 та Q6 дозволяють забезпечити безпеку виконання ремонтних робіт на вимикачах та трансформаторах струму ТА1, ТА2, ТА3, ТА4, ТА5, ТА6 та ТА7.

Для захисту від перенапруг обмоток 35 кВ силових трансформаторів встановлюються ОПН RU1 та RU5, для захисту від перенапруг при комутаціях вакуумних вимикачів встановлюються ОПН RU2, RU6, RU7, RU8, RU9, RU10 та RU11, а для захисту від перенапруг трансформаторів напруги, встановлюються ОПН RU3 та RU4.Схема первинної комутації розподільного пристрою напругою 35 кВ закритого типу (ЗРП–35 кВ) практично не відрізняється від схеми первинної комутації ЗРП – 6 (10) кВ тягової підстанції змінного струму. Тому ми не будемо зупинятися на розгляді цього питання.

Рис. 6 Схема первинної комутації розподільного пристрою напругою 35 кВ (РП – 35 кВ)

1.5 Схема первинної комутації розподільного пристрою напругою 3,3 кВ

Розподільчий пристрій постійного струму на напругу 3,3 кВ (РП – 3,3 кВ) використовується для живлення тягових мереж постійного струму та виконується закритого типу (ЗРП – 3,3 кВ).

ЗРП–3,3 кВ слугує для приймання випрямленої напруги 3,3 кВ від перетворюючих агрегатів, передавання напруги в тягову мережу, організації плавлення ожеледі та профілактичного підігріву проводів контактної мережі, приєднання інверторів та згладжувальних пристроїв (пристроїв фільтрації).

Перетворюючі агрегати слугують для перетворення змінного струму в постійний напругою 3,3 кВ за шестипульсовою схемою випрямлення (рис.6.) або за дванадцятипульсовою схемою випрямлення (рис.8.) в системі тягового електропостачання залізниць.

Агрегат (рис.7.) складається з перетворюючого (тягового) трансформатора Т та випрямляча UD. До шин РП – 6 (10) кВ перетворювач приєднується через вимикач Q. До трансформаторів ТА1 та ТА2 приєднані: амперметр, релейний захист (максимальний струмовий захист та струмова відсічка), пристрої автоматики вмикання резервного перетворюючого агрегату. Заземлюючі ножі QSG1 використовуються для забезпечення безпеки виконання ремонтних робіт. Тяговий трансформатор має захист: газовий – від внутрішніх ушкоджень, пов’язаних з порушенням ізоляції обмоток; від зниження рівня масла розширювача; термічну – від збільшення температури масла вище припустимої.

Випрямляч UD приєднується до вторинної обмотки тягового трансформатора Т, яка з’єднана в «трикутник» (рис. 7.) або в «трикутник» та «зірку» (рис.8.). Мостова схема випрямлення, за якою зібраний перетворюючий агрегат, забезпечує на шинах 3,3 кВ шестипульсову (рис.6.) та дванадцятипульсову (рис.7.) випрямлену напругу. Випрямляч захищається від комутаційних перенапруг обмежувачами перенапруг (ОПН) RU1, RU2, RU3, (рис.6.) RU1, RU2, RU3, RU4, RU5, RU6 (рис.7.), а діодні гілки плеч містка – резисторно – конденсаторними RC – контурами, які також знижують швидкість зростання зворотної напруги, що прикладується до діодів. До шин РП – 3,3 кВ випрямляч приєднується швидкодіючим вимикачем QF та роз’єднувачем QS (рис.6.) або QS1 (рис.7.). Вимикач QF захищає випрямляч та тяговий трансформатор від зворотних струмів, які виникають при пробої ізоляції або діодів. Цей вимикач називається катодним вимикачем. Роз’єднувач QS (QS1) з одним комплектом заземлюючих ножів та ручним приводом використовується при ремонтних роботах, а його заземлюючі ножі QSG2 (рис.7.) або QSG1 (рис. 8.) крім заземлення вимикача QF та випрямляча UD забезпечують розряд конденсаторів С (С1 та С2) через розрядний резистор R1, конденсатори С (рис.7.) або С1, С2 (рис.8.) захищаються запобіжником FU1. Ці конденсатори слугують для відфільтрування високочастотних гармонік, які виникають в процесі випрямлення змінного струму, для запобігання їх розповсюдженню за межі підстанції і створенню високочастотних заважаючих радіохвиль в тяговій мережі. Вимірювання випрямленої напруги та випрямленого струму перетворювача здійснюється за допомогою вольтметра PV та амперметра РА. Вольтметр відградурований у кіловольтах з розрахунком резистора R3, який обмежує струм в колі приладу. Захищається вольтметр PV запобіжником FU2. Амперметр РА вмикається в коло випрямленого струму за допомогою шунтуючого резистора R2 і градурується в кілоамперах. Крім того, для вимірювання струму та напруги в первинному колі та передавання їх в пристрої цифрового захисту і автоматики (ЦЗА) встановлюються датчики струму UA та напруги UV (рис.8.).

Вмикання перетворюючого агрегату під навантаження здійснюється почерговим вмиканням вимикача QF з боку 3,3 кВ та Q з боку 10 кВ при увімкненому роз’єднувачі QS (QS1) при цьому заземлюючі ножі QSC1 та QSC2 (рис. 7.) або QSC1 (рис.8.) повинні бути вимкнені. Захист випрямляча від пробою ізоляції на контур заземлення випрямляча здійснює комплект заземляного захисту АК, який приєднує контур заземлення обладнання випрямляча (шафи, фланці ізоляторів, випрямлячі) до зовнішнього контуру заземлення підстанції. Захист при пробої ізоляції діє на вимикання вимикачів Q та QF з боку шин 10 кВ та 3,3 кВ (приклад схемного рішення перетворюючого агрегату за дванадцятипульсовою схемою випрямлення наведений на рис. 8). Приклад схеми первинної комутації перетворюючого агрегату з реальним обладнанням наведений на рис. 9.

Схема РП – 3,3 кВ (рис. 10) виконується з робочою (РШ), запасною (Зап) та мінусовою (МШ) шинами, тобто з головною позитивною шиною, запасною позитивною шиною та негативною шиною. Робоча та запасна шини складаються з трьох секцій, мінусова шина – не секціонується.

До першої секції приєднуються перетворюючий агрегат ПА1 та живильні лінії (фідери) контактної мережі Ф1 та Ф2. До третьої секції приєднуються другий перетворюючий агрегат ПА2 та третій фідер контактної мережі Ф3. До другої секції приєднані обмежувач перенапруг (ОПН), запасний вимикач та згладжувальний пристрій. Від мінусової шини відходить рейковий фідер РФ, який також називається відсмоктуючою лінією, тому що по ній струм повертається на підстанцію з тягової рейки.

До першої секції приєднуються перетворюючий агрегат ПА1 та живильні лінії (фідери) контактної мережі Ф1 та Ф2. До третьої секції приєднуються другий перетворюючий агрегат ПА2 та третій фідер контактної мережі Ф3. До другої секції приєднані обмежувач перенапруг (ОПН), запасний вимикач та згладжувальний пристрій. Від мінусової шини відходить рейковий фідер РФ, який також називається відсмоктуючою лінією, тому що по ній струм повертається на підстанцію з тягової рейки.

Секціонування робочої та запасної шини двома роз’єднувачами QS3 та QS4 (QS2 на рис. 8.) дозволяє почергово виводити в ремонт першу та третю секції без повного вимикання РП – 3,3 кВ. Наприклад, при ремонті першої секції спочатку вимикають швидкодіючі вимикачі QF3 та QF4 фідерів контактної мережі, після чого їх роз’єднувачі QS5 та QS6 першого фідера, QS9 та QS10 другого фідера (вони попарно керуються загальним ручним приводом). На уводі від перетворюючого агрегату ПА1 вимикається швидкодіючий вимикач QF1 та роз’єднувач QS1, наприкінці вимикається секційний роз’єднувач QS3, а секція заземлюється його заземлюючим ножем. Після закінчення ремонтних робіт перемикання виконуються у зворотній послідовності і вимикають заземлюючий ніж, вмикають роз’єднувач QS3, QS1 та швидкодіючий вимикач QF1, потім роз’єднувачі фідерів QS5, QS6, QS9, QS10 та швидкодіючі вимикачі фідерів QF3 та QF4.

Рис. 7 Схема перетворюючого агрегату за шести пульсовою схемою випрямління

Рис. 8 Схема перетворюючого агрегату за дванадцятипульсовою схемою випрямління

На схемі показана мінімальна кількість фідерів контактної мережі, але в реальності, на двоколійних ділянках електрифікованих залізниць, кількість фідерів може бути від п’яти до дванадцяти. Ця кількість залежить як від кількості колій електрифікованої ділянки, так й від колійного розвитку станції, на якій розташована тягова підстанція. Розглянемо схему фідера контактної мережі Ф1. На фідері використовуються однополюсні роз’єднувачі: шинний QS5, лінійний QS6 та щогловий QS7. Останній встановлюється за межами приміщення РП – 3,3 кВ на щоглі (металевій опорі) і є фідерним роз’єднувачем контактної мережі. Для виводу вимикача QF3 в ремонт, необхідно попередньо забезпечити живлення фідера від запасної шини через обхідний роз’єднувач QS8. В нормальному режимі на запасній шині напруга відсутня. Для подачі напруги на запасну шину від робочої передбачений запасний вимикач QF5 з двополюсним роз’єднувачем QS15. Перехід живлення контактної мережі по фідеру Ф1 через запасний вимикач здійснюється без перерви живлення електрорухомого складу в такій послідовності: вмикається шинний роз’єднувач QS15 запасного вимикача та обхідний роз’єднувач QS8 фідера Ф1; вмикається запасний вимикач QF5, живлення від робочої шини РШ подається на запасну шину через запасний вимикач та через обхідний роз’єднувач QS8 на фідер Ф1; потім вимикається вимикач фідера QF3 та роз’єднувачі QS5 та QS6 (одночасно загальним ручним приводом); вмикаються заземлюючі ножі роз’єднувачів QS5 та QS6 загальним ручним приводом. Якщо існує небезпека пробою ізоляції запасної шини під час відсутності на ній напруги, то попередньо необхідно перевірити цілісність ізоляції. Тоді порядок перемикань буде наступним: вмикається шинний роз’єднувач QS15 та запасний вимикач QF5, напруга з робочої шини подається на запасну шину та перевіряється її ізоляція;вимикається запасний вимикач QF5; вмикається обхідний роз’єднувач фідера Ф1 QS8 і знову вмикається QF5; в результаті фідер починає отримувати живлення по обхідному колу через запасний вимикач; вимикається фідерний вимикач QF3, шинний QS3 та лінійний QS6 роз’єднувачі та вмикаються їх заземлюючі ножі для забезпечення безпеки ремонтних робіт. Введення фідера в роботу здійснюється у зворотній послідовності: вимикаються заземлюючі ножі роз’єднувачів фідера Ф1; вмикаються роз’єднувачі QS5 та QS6, фідерний вимикач QF3; вимикається запасний вимикач QF5, обхідний роз’єднувач QS8 та роз’єднувач QS15 запасного вимикача. На фідерах для захисту ізоляції РП – 3,3 кВ від атмосферних перенапруг застосовуються обмежувачі перенапруг RU1, RU2 та RU4, які встановлюються на відкритій частині підстанції за прохідними ізоляторами. Обмежувачі перенапруг зрізають хвилю набігаючої з контактної мережі перенапруги. Для надійного вимикання обмежувачів перенапруг, вони доповнюються роговими розрядниками з плавкою вставкою.

Комірки зі стаціонарним встановленням вимикачів (типу КСО), які наведені на схемі (рис. 10.) використовувались з початку електрифікації на постійному струмі. Періодично, з появою нового виконання комутаційних апаратів або інших компонентів, схемні рішення та конструкції комірок змінювалися. Приклад схемних рішень модернізованих комірок зі стаціонарним встановленням вимикачів наведений на рис. 11..Для захисту ізоляції обладнання від комутаційних перенапруг до другої секції приєднується розрядник (ОПН) RU3, який також здійснює резервування розрядників(ОПН) фідерів контактної мережі. В комірці запасного вимикача встановлюється роз’єднувач QS14, який призначений для плавлення ожеледі.Згладжувальний пристрій (ЗП) тягової підстанції приєднується до другої секції шин РП – 3,3 кВ. На схемі рис.10.20 зображено двохланковий семиконтурний ЗП. LC – контури першої ланки настроєні на частоти від 100 до 600 Гц. Вони приєднуються через запобіжник та полюс триполюсного перемикача QS16 до шин РШ та через середній полюс та прохідний ізолятор до рейкового фідера між реакторами LR1 та LR2.

Друга ланка ЗП має фільтр, який складається з одного конденсатора та реактор LR2, до якого конденсатор приєднується через третій полюс перемикача QS16. Перемикач QS16 виконується на базі триполюсного роз’єднувача. При вимиканні його ножами замикається коло розряду конденсаторів на розрядний резистор R6. При вмиканні заземлюючих ножів перемикача QS16 дублюються кола розряду конденсаторів та забезпечується безпека персоналу при здійсненні робіт у фільтропристрої ЗП. Трансформатор струму ТА призначений для приєднання пристроїв сигналізації про збільшення струму в згладжуючих фільтрах (ЗФ). В коло вторинної обмотки цього трансформатора вмикають амперметр та реле струму (на схемі не показані). Реле необхідне для подання сигналу обслуговуючому персоналу про збільшення струму в ЗФ з витримкою часу 1 – 2 с (наприклад: при значній несиметрії або несинусоїдальності живлячих напруг, обриві кола однієї фази обмоток тягового трансформатора, при яких можливе виникнення гармоніки 150 Гц, що заважає нормальній роботі ліній зв’язку). Через перемикач QS16 до РШ приєднується вольтметр PV та датчик напруги KV, який використовується в схемах автоматики. Важливою перевагою застосування дванадцятипульсових випрямлячів є можливість застосування більш простих та економічних згладжуючих фільтрів (ЗФ). Замість двохланцюгових фільтрів, які застосовуються на тягових підстанціях з шестипульсовими випрямлячами при дванадцятипульсових випрямлячах можуть бути застосовані одноланцюгові резонансноаперіодичні згладжувальні фільтри (ЗФ). Схемне рішення згладжуючого пристрою (ЗП) з застосуванням таких фільтрів наведено на рис. 12, а схема цього ж пристрою з реальним обладнанням наведено на рис.13.

Друга ланка ЗП має фільтр, який складається з одного конденсатора та реактор LR2, до якого конденсатор приєднується через третій полюс перемикача QS16. Перемикач QS16 виконується на базі триполюсного роз’єднувача. При вимиканні його ножами замикається коло розряду конденсаторів на розрядний резистор R6. При вмиканні заземлюючих ножів перемикача QS16 дублюються кола розряду конденсаторів та забезпечується безпека персоналу при здійсненні робіт у фільтропристрої ЗП. Трансформатор струму ТА призначений для приєднання пристроїв сигналізації про збільшення струму в згладжуючих фільтрах (ЗФ). В коло вторинної обмотки цього трансформатора вмикають амперметр та реле струму (на схемі не показані). Реле необхідне для подання сигналу обслуговуючому персоналу про збільшення струму в ЗФ з витримкою часу 1 – 2 с (наприклад: при значній несиметрії або несинусоїдальності живлячих напруг, обриві кола однієї фази обмоток тягового трансформатора, при яких можливе виникнення гармоніки 150 Гц, що заважає нормальній роботі ліній зв’язку). Через перемикач QS16 до РШ приєднується вольтметр PV та датчик напруги KV, який використовується в схемах автоматики.

Рис. 9 Схема первинної комутації перетворюючого агрегату

Рис. 10 Схема первинної комутації РП – 3,3 кВ

Рис. 11 Схема первинної комутації модернізованих комірок зі стаціонарним встановленням вимикачів

Важливою перевагою застосування дванадцятипульсових випрямлячів є можливість застосування більш простих та економічних згладжуючих фільтрів (ЗФ). Замість двохланцюгових фільтрів, які застосовуються на тягових підстанціях з шестипульсовими випрямлячами при дванадцятипульсових випрямлячах можуть бути застосовані одноланцюгові резонансноаперіодичні згладжувальні фільтри (ЗФ). Схемне рішення згладжуючого пристрою (ЗП) з застосуванням таких фільтрів наведено на рис. 12, а схема цього ж пристрою з реальним обладнанням наведено на рис.13.

Розрядний пристрій, що шунтує реактори LR1 та LR2 при вмиканні роз’єднувача QS17 з дистанційним приводом, слугує для поліпшення вимикання вимикачами QF фідерів контактної мережі струмів КЗ поблизу підстанції. Вимикання вимикачів призводить до наведення ЕРС в реакторах LR1 та LR2 та перенапрузі в тяговій мережі. Коли перенапруга досягає певних значень, здійснюється відкривання тиристора VS та приєднання розрядного резистора до реакторів. Енергія, яка запаслася в реакторах, розсіюється в резисторах розрядного пристрою.Короткозамикач QN вмикається при пробої на землю ізоляції робочої шини або приєднаного до неї обладнання для створення шунтуючого кола, що виключає протікання струмів КЗ по оболонках кабелів, які прокладені по території підстанції, та іншим підземним спорудам. Короткозамикач з’єднує рейковий фідер (РФ) з контуром заземлення підстанції при спрацьовуванні земляного захисту РП – 3,3 кВ. Амперметр, який приєднаний до рейкового фідера через шунт, вимірює загальний струм РП – 3,3 кВ, що повертається на підстанцію з рейкового кола. Аналогічне приєднання мають амперметри на фідерах контактної мережі.

Рис. 12 Схема первинної комутації згладжуючого пристрою з застосуванням одноланцюгових резонансноаперіодичних згладжувальних фільтрів

До кожного фідера контактної мережі через запобіжник FU приєднуються реле напруги KV та випробувач коротких замикань (ВКЗ). Реле напруги запускає при КЗ поблизу підстанції телеблокування, що передає високочастотний сигнал по лінії зв’язку, який вимикає вимикач поста секціонування або вимикає вимикач тягової підстанції протилежного кінця фідерної зони (при виведенні поста секціонування з роботи) та припиняє живлення точки КЗ від сусідньої підстанції. ВКЗ перевіряє стан контактної мережі після її автоматичного вимикання, тобто вимірює залишковий опір R₀ контактної мережі при автоматичному вимкненні швидкодіючих вимикачів та порівнює його з критичним опором R_КР, який встановлюється для певної ділянки контактної мережі. Якщо R₀< R_КР, то це свідчить про глухе КЗ в контактній мережі і ВКЗ забороняє дію автоматичного повторного вмикання (АПВ), а при R₀> R_КР дозволяє дію АПВ фідера контактної мережі.

РП – 3,3 кВ модульного виконання виконується на базі функціональних блоків повної заводської готовності. Набір та кількість функціональних блоків визначається схемою первинної комутації РП – 3,3 кВ (рис.15).

Типова класифікація функціональних блоків в залежності від призначення приєднання, наступна:

- фідера контактної мережі;

- катодного вимикача (приєднання випрямляча);

- секційного роз’єднувача;

- запасного вимикача;

- приєднання інвертора;

- приєднання згладжуючого пристрою (фільтропристрою).

Функціональний блок може складатися з різної кількості основних та допоміжних комірок та елементів [25].Основні комірки блоку призначені для отримання та розподілу живлення електроенергії постійного струму напругою 3,3 кВ.В залежності від конструкції, комірки можуть бути зі стаціонарно встановленими вимикачами (наприклад, комірки типу 2С – 3,3) та з вимикачами, які встановлюються на висувних елементах (наприклад, комірки типу КВ – 3,3).

Допоміжні комірки блоку призначені для стикування існуючих комірок РП – 3,3 кВ або функціональних блоків існуючого типу (інших виробників).Шафи зовнішніх приєднань призначені для приєднання вторинних кіл функціонального блоку до кіл вторинної комутації РП – 3,3 кВ та до вторинних кіл тягової підстанції.Шинопроводи являють собою набір мідних або алюмінієвих шин прямокутного перерізу з повітряною або комбінованою ізоляцією в металевій оболонці. Вони можуть бути трьох типів: для зв’язку двох блоків, для організації шинного уводу або для стикування з блоками інших типів.Жгути міжкоміркових та міжшафових з’єднань вторинних кіл слугують для з’єднання вторинних кіл комірок між собою та шафою зовнішніх приєднань, виготовляються для кожного функціонального блока та РП – 3,3 кВ в залежності від проекту. Апаратура для захисту, управління та автоматики, а також пристрої цифрового захисту та автоматики фідерів 3,3 кВ (ЦЗАФ – 3,3 кВ) приєднуються в коло вторинної комутації основних комірок блоку, набір функцій захисту, управління та автоматики вибираються в залежності від призначення конкретного приєднання.

В сучасних умовах на діючих тягових підстанціях РП – 3,3 кВ виконані з однією робочою та однією запасною системами шин. Це рішення обумовлено тим, що основним захисним та комутаційним елементом для РП – 3,3 кВ є автоматичний швидкодіючий вимикач.

Конструкція вимикачів, які були розроблені раніше та матеріали, що використовувалися при цьому не гарантували надійну роботу апаратів при вимиканні струмів короткого замикання та малих струмів. Крім того, ці вимикачі вимагали частого виводу в ревізію та ремонт. Сучасні швидкодіючі вимикачі мають надійне конструктивне виконання, що дає змогу відмовитися від запасної шини та запасного вимикача. Невеликі розміри вимикачів дозволяють встановлювати їх на висувні елементі (візки), що дуже знижує габарити функціональних блоків та РП – 3,3 кВ в цілому.Для кожного РП – 3,3 кВ у заводських умовах формується монтажний комплект, в який можуть входити шинопроводи, допоміжні з’єднання, рами та інше. Обладнання та матеріали монтажного комплекту дозволяють швидко у стислі терміни виконати монтаж РП – 3,3 кВ.В залежності від вимог проекту комірки можуть виконуватись з запасною шиною або без неї. Типові схеми комірок КВ – 3,3 наведені на рис.14.

Рис. 13 Схема первинної комутації одноланцюгового згладжуючого пристрою

…

Схема первинної комутації РП – 3,3 кВ з робочою та запасною системами шин на базі функціональних блоків КВ – 3,3 наведена на рис.15.

Робочу шину «+» та запасну шину «зап» розділюють роз’єднувачами QS7 та QS9 на три секції. Шину «–» не секціонують. Напруга 3,3 кВ подається від напівпровідникових випрямних агрегатів (перетворювачів) ПВА1 та ПВА2 до комірок катодних вимикачів через комірки 1 та 13, які забезпечуються роз’єднувачами QS2 та QS15 для організації плавлення ожеледі та обладнанням для організації проведення безпечних оглядів та ревізій РП – 3,3 кВ та випрямних агрегатів (заземлюючі ножі QSG2 та QSG4). Напруга 3,3 кВ подається на секції шин 1 та 3 через комірки катодного вимикача 2 та 14, комірки обладнуються швидкодіючими вимикачами зворотної дії QF1 та QF7 для захисту випрямних агрегатів при виникненні в них пробою напівпровідникових приладів[25]. Напруга на ділянки контактної мережі подається через комірки 3,4,11 та 12. В типову комірку фідера входять вимикач QF2, який розташований на висувному візку, шунт RS2 та блок розв’язання БР – 3,3А2 для вимірювання значень струму та напруги в первинному колі та передавання даних в пристрій ЦЗАФ – 3,3 кВ, випробувач коротких замикань (ВКЗ) для організації автоматичного повторного вмикання вимикача QF2 (на рис. не зображений), обхідний роз’єднувач QS3, через який контактна мережа може з’єднуватися з запасною позитивною шиною. Роговий розрядник та ОПН RU1, а також лінійний роз’єднувач QS4, розташовуються поза коміркою на відкритій частині підстанції. Комірки заземлюючих роз’єднувачів 5 та 10 призначені для заземлення відповідних секцій РП – 3,3 кВ при організації на них необхідних ремонтних робіт. При цьому певна секція перед цим повинна бути виведена з роботи за допомогою комірок секційних роз’єднувачів 6 та 9.

Комірка запасного вимикача 7 дозволяє зібрати коло з позитивної шини («+» шини) на запасну позитивну шину для заміни будь-якої комірки фідера контактної мережі РП – 3,3 кВ. Комірка 8 має LC– та C– ланцюги фільтра згладжуючого пристрою та слугує також для приєднання реактора рейкового фідера (відсмоктувача) тягової підстанції, який розташовується на відкритій частині підстанції.

Всі роз’єднувачі та висувні елементи комірок фідерів контактної мережі, запасного вимикача, приєднання перетворюючого агрегату, секційних роз’єднувачів обладнуються моторними (двигунковими) приводами з дистанційним керуванням, що дозволяє організувати кола переводу на запасний вимикач та плавлення ожеледі через телеуправління без наявності оперативного персоналу на тяговій підстанції.Висувний елемент разом з встановленим на ньому вимкненим автоматичним швидкодіючим вимикачем може переводитися з контрольного положення в робоче та навпаки за допомогою двигункового (моторного) приводу або вручну. Таким чином, виконується комутація силового кола 3,3 кВ у безструмову паузу за допомогою роз’ємних контактів.

Схема первинної комутації РП – 27,5 кВ

Розподільний пристрій 27,5 кВ (рис.16.) виконується за умовами надійності електропостачання тяги з робочою системою шин, фази якої А та B секціонуються роз’єднувачами QS5 та QS6 з одним комплектом заземлюючих ножів і з ручними приводами та обхідною (запасною) шиною. Фаза C робочої системи шин не секціонується. Вона зв’язана з рейкою під’їзної колії (РПК), контуром заземлення підстанції (КЗП) та тяговою рейкою, до якої йде повітряний рейковий фідер (РФ) (відсмоктувач). При такому приєднанні фази с КЗП не перевантажується тяговими струмами, виключається небезпека виникнення різниці потенціалів між РПК та КЗП. Секціонування шин двома роз’єднувачами з одним комплектом заземлюючих ножів кожний дозволяє виконувати будь-який ремонт на секції, в тому числі й секційного роз’єднувача, з вимиканням тільки секції, що ремонтується. Електрична енергія подається на збірні шини від обмоток 27,5 кВ силових (тягових) трансформаторів Т1, Т2 по уводах, на яких встановлені вакуумні вимикачі Q1 та Q2. З обох боків вимикачів встановлюються роз’єднувачі: QS1 та QS3 з боку силових трансформаторів з двома комплектами заземлюючих ножів та ручними приводами, а з боку шин – двополюсні роз’єднувачі QS2 та QS4 з одним комплектом заземлюючих ножів та ручними приводами. При відсутності вбудованих трансформаторів струму використовують трансформатори ТА1 та ТА2, що виконуються окремо від вимикачів. На уводах також встановлюють обмежувачі перенапруг (ОПН) RU1 – RU6 для захисту трансформаторів Т1 та Т2 від перенапруг. Аналогічні ОПН для захисту ізоляції РП – 27,5 кВ від перенапруг встановлені в комірках 7 (RU7 та RU8) та 10 (RU9 та RU10). Живлення контактної мережі виконується по фідерах (комірки 5,6,12,13,14). Слід відмітити, що фідери, які живлять контактну мережу одного напрямку, приєднуються до однієї секції, а фідери іншого напрямку – до другої секції шин. Запасний вимикач Q8 за допомогою роз’єднувачів QS18 та QS19 з одним комплектом заземлюючих ножів та двигунковими (моторними) приводами може приєднуватися до будь-якої секції, що забезпечують живлення будь-якого фідера контактної мережі при вимкненому вимикачі цього фідера.

В якості запасного вимикача та вимикачів фідерів контактної мережі використовуються вакуумні вимикачі, застосування яких значно поліпшує експлуатацію РП – 27,5 кВ та підвищує надійність живлення електротяги. На кожному фідері контактної мережі застосовується по три роз’єднувача. Наприклад, на першому фідері шинний QS11 з одним комплектом заземлюючих ножів та ручним приводом; лінійний QS12 з одним комплектом заземлюючих ножів та двигунковим (моторним) приводом; обхідний (запасний) QS13 без заз