Для ЭПС как приемника электроэнергии, питающегося от тяговых подстанций по фидерам контактной сети, характерно перемещение вдоль питающей тяговой сети, изменение величины потребляемого тока при изменении профиля пути и режима работы ЭПС. Схема питания тяговой сети в процессе эксплуатации может меняться: для ремонтных работ отключаются временно секции контактной. сети и посты секционирования; по аварийным условиям двустороннее питание может быть заменено односторонним и т.д. Все это накладывает определенные сложности на настройку и работу релейной защиты. Необходимо обеспечить такие условия работы релейной защиты, чтобы не происходило ложных отключений тяговой сети по ее вине, а все повреждения сети безусловно отключались, отсутствовали «мертвые зоны» защиты при всех изменениях схемы и при этом не требовалась перестройка защиты.
Для исключения пережегов контактного провода важно не только отключить КЗ, но всемерно сократить время отключения f0TUi, так как электрическая дуга с током, превышающим 2000 А, может пережечь контактный провод через 0,15…0,17 с. Величина тока при КЗ в любой точке контактной сети двухпутного участка, питающегося от двух подстанций, обычно не превышает 3000 А. Время пережега провода марки МФ-100 током 3000 А не превышает 0,15 с. Исходя из этого, на фидерах контактной сети должна устанавливаться быстродействующая защита, которая в совокупности с быстродействующими масляными или вакуумными выключателями обеспечивала бы отключение поврежденного участка за время не более 0,12…0,14 с.
Таким требованиям удовлетворяет двухступенчатая дистанционная защита, дополненная ускоренной токовой отсечкой и телеблокировкой, выпускаемая в виде модернизированного устройства электронной защиты фидеров (УЭЗФМ). Устройство предназначено для защиты фидеров участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе. Оно размещается на тяговых подстанциях и унифицировано для систем 25 кВ и 2 х 25 кВ. Структурная схема такого устройства приведена на рис. 1, а.
а — структурная схема защиты фидера контактной сети переменного тока; б — характеристика срабатывания двухступенчатой дистанционной защиты; в — график времени срабатывания
Первая ступень защиты — ненаправленная дистанционная защита без выдержки времени выполнена на измерительных органах полного сопротивления К Zx и тока КАХ, логическом И-НЕ1. Вторая ступень защиты — направленная дистанционная защита с выдержкой времени 0,5 с выполнена на измерительных органах полного сопротивления KZ2 и фазового Кщ на логических органах И-НЕ2 и времени К Т. Третья защита — токовая отсечка (резервная) выполнена На измерительном органе КАг и логическом И-НЕЗ.
Измерительные органы полного сопротивления К Z, и KZ2 представляют собой схемы сравнения двух переменных величин: напряжения на шинах 27,5 кВ, преобразованного с помощью трансформатора напряжения TV и промежуточного трансформатора TLV в напряжение соизмеримое с параметрами электронных органов; тока фидера контактной сети, преобразованного с помощью трансформатора тока ТА и промежуточного трансформатора TLA в напряжение, необходимое для подачи на электронные органы. Результатом сравнения является сопротивление до точки повреждения контактной сети и, если оно меньше уставки КZx, К Z,, последнее срабатывает.
Токовые реле К Ах и КАг являются пороговыми органами, которые реагируют на величину тока фидера, преобразованного с помощью трансформатора тока ТА и промежуточного трансформатора TLA в напряжение, подводимое к реле. Реле КАХ блокирует KZX при КЗ за пределами защитной первой зоны (на других фидерах «за спиной»). Реле КА2 является измерительным органом резервной токовой отсечки, включающей в себя логический орган И-НЕЗ.
Измерительный фазовый орган Кср осуществляет сравнение фаз напряжения и тока, осуществляет блокировку реле KZ2 при нормальном режиме работы и разрешает работу второй ступени при КЗ, когда фазовый угол между током и напряжением составляет от 45 до 95°. При этом запускается реле времени, создающее выдержку времени защиты 0,5 с.
При срабатывании любой ступени дистанционной защиты или резервной токовой отсечки на выходе схемы И-НЕ1, И-НЕ2 или И-НЕЗ появляется отрицательный потенциал, поступающий на схему ИЛИ отключающего модуля защиты «Откл». При этом срабатывает промежуточное реле К L, замыкающее своим контактом цепь управляющего электрода тиристора VS. От +110 В через стабилитрон VD резисторы R,nRv диод VD, дроссель L L, блок-контакт Q катушку отключения У A Т до -110 В протекает управляющий ток тиристора VS, последний отпирается и через него собирается цепь на катушку отключения У А Т. Выключатель Q фидера контактной сети отключается.
Характеристика двухступенчатой дистанционной защиты (рис. 1, б) является комбинированной. Характеристика первой ступени представляет собой окружность Z, с центром в начале координат комплексной плоскости. Блокирующее реле К А, разрешает работу первой ступени защиты только при КЗ на защищаемой линии, т.е. при угле между током и напряжением в пределах от -90 до +90. Характеристика второй ступени представляет собой сектор окружности радиусом Z2 с центром в начале координат. Фазовый орган второй ступени защиты имеет «мертвую зону» по напряжению вблизи подстанции, однако, для защиты фидеров это значения не имеет, так как вторая ступень имеет выдержку времени, а близкие КЗ обычно отключает первая ступень защиты без выдержки.
Взаимодействие защит удобно анализировать с помощью графика tc3 = f(I), представляющего собой зависимость времени срабатывания tc.3 от расстояния до точки КЗ (рис. 1, в). Для однопутного участка на графике показаны характеристики первой (/), второй (2) ступеней дистанционной защит и резервной (3) токовой отсечки.