Palabras clave: catenaria; sobretensiones; medidas de protección contra rayos
Los ferrocarriles electrificados son ferrocarriles de tracción eléctrica. También conocido como ferrocarril electrificado. Los trenes eléctricos (trenes y EMU arrastrados por locomotoras eléctricas) circulan por vías férreas electrificadas, y a lo largo de la vía se instala un sistema de suministro de energía de tracción eléctrica para suministrar energía a las locomotoras eléctricas y a los vehículos eléctricos (en lo sucesivo, locomotoras eléctricas y EMU).
El sistema de alimentación de tracción se compone principalmente de subestación de tracción y red de contactos. La subestación de tracción reduce el voltaje de la línea de transmisión del sistema eléctrico de 110 kV (o 220 kV) a 27,5 kV y envía la energía eléctrica a la catenaria a través de la catenaria aérea instalada a lo largo del ferrocarril, y la locomotora eléctrica puede obtener electricidad; energía de él después de levantar la proa para traccionar el tren. Como parte importante del sistema de suministro de energía de tracción, la catenaria está expuesta en su mayor parte al entorno natural y no tiene respaldo. Es necesario tomar las medidas necesarias de protección contra rayos. Si no existen medidas de protección o se toman medidas inadecuadas, los aisladores pueden dañarse y las líneas pueden dispararse, afectando directamente al funcionamiento de los ferrocarriles electrificados. Al mismo tiempo, la sobretensión provocada por la caída de un rayo se transmite a la subestación de tracción a través de la red de contactos, lo que puede provocar daños a los equipos eléctricos de la subestación y provocar mayores accidentes. A juzgar por el funcionamiento de los más de 30.000 kilómetros de vías ferroviarias electrificadas que circulan actualmente en nuestro país, las caídas de rayos son frecuentes en algunas líneas. Según las estadísticas, el ferrocarril Guangzhou-Shenzhen tiene una vía doble de 139,4438+0 km. Sólo en febrero de 2000, la catenaria se disparó 45 veces. Cómo proteger eficazmente la red de contactos de los rayos y minimizar los daños y pérdidas causados por los rayos en los ferrocarriles electrificados es un tema digno de nuestro estudio.
1. Caída de rayos en líneas de catenaria
Cuando cae un rayo, se generará una sobretensión en los cables de la catenaria, es decir, sobretensión de rayo, que oscila entre cientos y miles de kilovoltios. La sobretensión del rayo generalmente se divide en dos tipos: uno es un rayo que cae a la tierra o a los pilares cerca de la línea catenaria, que se llama sobretensión inducida por el rayo debido a la inducción electromagnética y el otro es una sobretensión directa del rayo causada por un rayo catenario. Independientemente de la sobretensión del rayo, cuando la sobretensión del rayo excede el nivel de aislamiento de la línea, se producirá una descarga disruptiva del aislamiento en la línea catenaria. Porque el sistema de alimentación de tracción está formado por red de contactos, carriles, tierra, etc. , cuando se produce una descarga disruptiva de aislamiento en una línea catenaria, la descarga eléctrica del rayo inevitablemente se transformará en un arco de frecuencia eléctrica estable, lo que provocará que la línea catenaria se dispare. En casos severos, puede ocurrir un accidente de desconexión de la catenaria.
2. Medidas de protección contra rayos para líneas de catenaria
Las medidas generales de protección contra rayos para líneas de transmisión son las siguientes: 1. Colocar cables de protección contra rayos y pararrayos a lo largo de la línea para guiar el rayo directo. para descargar al cable de protección contra rayos, pasando a través de torres de postes y dispositivos de conexión a tierra, introducen la corriente del rayo en la tierra para proteger los objetos protegidos de los rayos. El segundo es reducir la resistencia a tierra de las torres, instalar pararrayos de línea en algunas torres, mejorar el nivel de resistencia a los rayos de las líneas y reducir las descargas disruptivas de aislamiento causadas por la caída de rayos en las torres o líneas de protección contra rayos. (3) Aumentar adecuadamente el número de aisladores para reducir la intensidad del campo eléctrico de frecuencia industrial en la cadena de aisladores. La red eléctrica no está conectada a tierra o está conectada a tierra a través de una bobina de supresión de arco para evitar que el rayo se transforme en un arco de frecuencia eléctrica estable. Finalmente, se toman medidas de reenganche automático para garantizar que después de que se dispara un rayo, el dispositivo de reenganche automático restablezca el suministro de energía. Cuatro juegos de cables de tierra de acoplamiento pueden desviar la corriente, fortalecer el acoplamiento entre los pararrayos y los cables y reducir las tasas de disparo de rayos. 5. Instale un descargador de línea y conéctelo en paralelo cerca del equipo protegido. Cuando el voltaje aplicado excede el voltaje de descarga del pararrayos, el pararrayos se descargará primero, lo que puede limitar el desarrollo de sobretensión.
La medida actual adoptada para las líneas de catenaria es realizar una operación de reenganche a través del dispositivo de reenganche automático de la subestación de tracción para asegurar el reenganche automático y el restablecimiento del suministro eléctrico tras la actuación de un rayo. En áreas con campos minados medios y superiores, los pararrayos deben instalarse de acuerdo con las especificaciones de diseño del Ministerio de Ferrocarriles para protección contra rayos.
1. Pararrayos de espacio angular
El pararrayos de espacio angular consta de un vibrador de ángulo completo, un vibrador de medio ángulo y un dispositivo aislante de soporte.
Debido a su estructura simple, fácil ajuste y pequeña carga de trabajo de mantenimiento, este tipo de pararrayos se usó ampliamente en la protección contra rayos de redes de contacto ferroviarias electrificadas en los primeros días. Sin embargo, existen algunos defectos en el trabajo real: ① Los escombros arrastrados por el viento. fácil de colgar en el espacio de la esquina. El espacio de descarga se cortocircuita y se descarga (2) La acción del pararrayos inevitablemente provocará una rotación libre de la frecuencia eléctrica y el fuerte arco de cortocircuito quemará el espacio de la esquina; En tiempo de niebla, el rendimiento del aislamiento del espacio de la esquina se degrada y se descarga, lo que provoca un mal funcionamiento. Desde esta perspectiva, el pararrayos con separación angular no es un dispositivo de protección contra rayos ideal.
2. Pararrayos tubular
El pararrayos tubular es un dispositivo de protección contra rayos temprano para líneas catenarias. En realidad, es un espacio protector con alta capacidad de extinción de arco. Consta de dos huecos conectados en serie. Un espacio está en la atmósfera, llamado espacio exterior, y ambos polos están fijados al aislante. El otro se instala dentro del tubo pararrayos y se denomina espacio interno o espacio de extinción de arco. Cuando los espacios internos y externos de la sobretensión del rayo se rompen, la corriente del rayo y la corriente de cortocircuito de frecuencia industrial se conectan a tierra en la pared interna del tubo, lo que hace que el material en el tubo de la pared se caliente y se vaporice, y el gas con Se expulsa una presión más alta del tubo a través del espacio interior, lo que obliga al espacio a extinguir el arco. La selección de pararrayos tubulares está limitada por las corrientes de cortocircuito máxima y mínima en el sitio de instalación. Cuando la corriente de cortocircuito máxima es mayor que el límite superior del pararrayos, el pararrayos explotará. Cuando la corriente de cortocircuito es menor que el límite inferior del pararrayos, el arco no se puede extinguir y el pararrayos puede quemarse. Además, después de operar el pararrayos tubular muchas veces, el diámetro interior del tubo aumentará gradualmente y la capacidad de extinción del arco disminuirá o incluso desaparecerá.
3. Descargador de válvula de carburo de silicio
El descargador de válvula de carburo de silicio se ha utilizado en mi país durante mucho tiempo y es el principal dispositivo de protección contra rayos en la tecnología actual de protección contra rayos. Pero tiene algunas deficiencias inherentes: como solo funciones de protección de limitación de amplitud y voltaje del rayo, sin función de protección contra ondas pronunciadas, función de protección contra rayos incompleta; sin capacidad de protección continua contra impactos de rayos, mala estabilidad de las características operativas y puede verse afectada por sobretensión transitoria; Los daños; las condiciones de funcionamiento enfatizan la corta vida útil, por lo que los pararrayos de válvulas de carburo de silicio se eliminarán gradualmente.
4. Pararrayos de óxido de zinc
El pararrayos de óxido de zinc es reconocido como el dispositivo de protección contra rayos más avanzado del mundo. Los pararrayos de óxido de zinc sin costura se utilizan ampliamente actualmente en China, pero la práctica ha demostrado que se dañan fácilmente, son propensos a explotar y tienen una vida útil corta. La razón es que la mala tolerancia a las sobretensiones transitorias es su talón de Aquiles. Sin embargo, los pararrayos de óxido de zinc con separación en serie no solo tienen las ventajas del rendimiento protector de los pararrayos de óxido de zinc sin separación, sino que también tienen las características de resistir sobretensiones transitorias. Por lo tanto, los pararrayos de óxido de zinc con separación en serie deben usarse ampliamente como dispositivos de protección contra rayos en la actualidad.
Discusión sobre medidas de protección contra rayos para líneas catenarias
Primero, utilice pararrayos avanzados y tecnología de monitoreo en línea de pararrayos.
En la actualidad, los pararrayos de óxido de zinc o los pararrayos de óxido de zinc con separación en serie son la primera opción para la protección contra rayos en líneas. Recomendación: En zonas altas y con fuertes rayos, se deben utilizar pararrayos de óxido de zinc para proteger las siguientes áreas de la red de contactos: juntas de anclaje aisladas al final de las estaciones de contacto de fase dividida, ambos extremos de túneles con una longitud de 2000 m o más, líneas de alimentación con una longitud superior a 200 m o líneas de alimentación de autotransformador La conexión con la catenaria en el empalme y terminal del cable de 27,5 KV; La línea de protección contra rayos se coloca en un área fuerte contra rayos con un ángulo de protección de 0° ~ 45°. Sin embargo, durante la operación, la resistencia del pararrayos envejece debido a múltiples operaciones, lo que puede causar que el pararrayos falle. Para garantizar el funcionamiento seguro y confiable de los descargadores, en los últimos años se han popularizado y utilizado gradualmente los monitores de descargadores en línea. El monitor en línea de pararrayos es un dispositivo de monitoreo que integra funciones de contador de descarga de pararrayos y detección de corriente de fuga. Al verificar el número de operaciones de contador del dispositivo de monitoreo de patrulla y el valor de la corriente de fuga de la operación del pararrayos, se puede conocer de manera oportuna el estado de operación y el rendimiento operativo del pararrayos.