К другим ненормальным режимам относятся, прежде всего, перегрузки. Этот режим характеризуется протеканием по неповрежденному оборудованию токов, превышающих длительно допустимое значение. Перегрузки опасны вследствие чрезмерного повышения температуры токоведущих частей и преждевременного старения изоляции. Снижение или увеличение напряжения относительно предельных нормативных значений и качания в энергосистеме также являются проявлением ненормальных режимов.
Ненормальные режимы, как и короткое замыкание, могут явиться причиной аварий, т.е. порчей или разрушением оборудования, недоотпуском потребителям электроэнергии. Чем быстрее отключается участок электрической системы, на котором произошло короткое замыкание или возник ненормальный режим работы, тем меньше возможностей для возникновения и развития аварий. За доли секунды необходимо выявить такой участок и отключить как можно меньшую часть электрической системы, чтобы обеспечить бесперебойное электроснабжение максимально возможного числа потребителей.
Отключение электрической системы осуществляется коммутационными аппаратами – высоковольтными выключателями, привод которых снабжен специальным механизмом. Для отключения выключателя необходимо осуществить управляющее воздействие на этот механизм. Автоматические устройства, служащие для выявления короткого замыкания и ненормальных режимов и воздействующие в необходимых случаях на механизм отключения выключателя или на сигнал, называют релейной защитой.
Релейная защита выполняется с помощью реле. Реле – это автоматически действующий аппарат, осуществляющий скачкообразные изменения в управляемых системах при заданном значении воздействующей на него величины. При этом под воздействующей понимается величина, на которую должно реагировать реле (ток, напряжение, температура и т.д.).
Релейная защита является частью комплекса устройств автоматики в системе электроснабжения железных дорог. Вместе с устройствами автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения резерва (АВР) релейная защита образует так называемую систему противоаварийной автоматики (автоматики управления в аварийных режимах).
Релейная защита, контролирующая состояние только одного объекта и отключающая при аварийных режимах выключатель только данного объекта, называется индивидуальной. Во многих случаях основные свойства защиты (чувствительность, селективность, быстродействие) улучшаются, если индивидуальные устройства взаимосвязаны.
До недавнего времени релейная защита, и другие устройства автоматики выполнялись только на релейно-контактных элементах. В последние десятилетия широко начали применять электронные устройства. Это повышает надежность защит, уменьшает их размеры, собственное потребление и эксплуатационные расходы, а также позволяет реализовать совершенно новые функциональные зависимости. Применение полупроводниковой электроники дает возможность выполнить релейную защиту вместе с другими устройствами автоматики и телемеханики в виде единой системы, комплекса.
Применение микроэлектроники и микропроцессорных систем еще больше повышает эффективность релейной защиты и автоматики, открывает перспективы для передачи функций релейной защиты и автоматики специальным управляющим вычислительным машинам, которые будут управлять устройствами электроснабжения в нормальных и аварийных режимах. В этой связи особое значение приобретает изучение алгоритмов (программ), которым должно подчиняться действие релейной защиты внезависимости от той элементной базы, на основе которой она выполнена.
1. Выбор уставок срабатывания цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока для действующего участка Болотная - Мариинск
1.1 Характеристика рассматриваемого участка
Для выполнения расчетов по влиянию массы поезда на работу защит тяговых подстанций принят участок Западно–Сибирской железной дороги Болотное – Мариинск, электрифицированный на постоянном токе. Начало расчетного участка станция Болотное 3459 км, конец – станция Мариинск 3706 км.
1.1.1 Раздельные пункты участка Болотное – Мариинск
Размещение раздельных пунктов представлено в таблице 1
Таблица 1 – Раздельные пункты с указанием километража
| Станция | Координаты станции, км | Примечание |
| 1 | 2 | 3 |
| Болотное | 3459 | Начало расчётного пути |
| Тын | 3469 | - |
| Таскаево | 3477 | - |
| Юрга – 1 | 3490 | Возможны остановки |
| Тутальская | 3503 | Возможны остановки |
| Тальменка | 3518 | - |
| Литвиново | 3530 | Возможны остановки |
| Яшкино | 3536 | Возможны остановки |
| Хопкино | 3548 | - |
| Тайга | 3565 | Возможны остановки |
| Пихтач | 3581 | - |
| Анжерская - Западная | 3591 | Возможны остановки |
| Анжерская | 3595 | Возможны остановки |
| Судженка | 3602 | Возможны остановки |
| Яя | 3623 | Возможны остановки |
| Ижморская | 3639 | Возможны остановки |
| Берикульская | 3678 | Возможны остановки |
| Антибесская | 3697 | Возможны остановки |
| Мариинск | 3706 | Конец расчётного пути |
Положение объектов на данном участке представлено в таблице 2, ограничение скорости по участкам – в таблице 3.
Таблица 2 – Положение объектов на участке Болотное - Мариинск
| Объект | Название объекта | Координаты объекта, км |
| 1 | 2 | 3 |
| ЭЧЭ-301 | о.п.Таскаево | 3478 |
| ППС | о.п. Таскаево | 3482 |
| ПС | ст. Юрга – 1 | 3490 |
| ППС | ст. Тутальская | 3501 |
| ЭЧЭ-302 | ст. Тутальская | 3502 |
| ППС | о.п. 3512 км | 3507 |
| ПС | о.п. 3512 км | 3511 |
| ППС | о.п. 3512 км | 3515 |
| ЭЧЭ-303 | о.п. Тальменка | 3519 |
| ППС | о.п. 3525 км | 3525 |
| ЭЧЭ-304 | ст. Литвиново | 3529 |
| ПС | ст. Яшкино | 3538 |
| ЭЧЭ-305 | о.п. Хопкино | 3544 |
| ЭЧЭ-306 | о.п. Кузель | 3556 |
| ЭЧЭ-307 | ст. Тайга | 3565 |
| ППС | б.п. 235 км | 3574 |
| ЭЧЭ-308 | о.п. Пихтач | 3581 |
| ПС | ст. Анжерская | 3594 |
| ЭЧЭ-309 | ст. Судженка | 3603 |
| ППС | о.п. Мальцево | 3608 |
| ПС | о.п. 3614 км | 3614 |
| ППС | о.п. Мальцево | 3621 |
| ЭЧЭ-311 | ст.Яя | 3623 |
| ППС | о.п. Почитанка | 3627 |
| ПС | о.п. Почитанка | 3631 |
| ППС | о.п. Почитанка | 3636 |
| ЭЧЭ-312 | ст. Ижморская | 3640 |
| ПС | ст. Ижморская | 3648 |
| ППС | ст. Ижморская | 3653 |
| ЭЧЭ-313 | о.п. Иверка | 3657 |
| ППС | о.п. 3668 | 3660 |
| ПС | о.п. 3668 | 3668 |
| ЭЧЭ-315 | ст. Берикульская | 3678 |
| ППС | о.п. 3688 | 3682 |
| ПС | о.п. 3688 | 3691 |
| ЭЧЭ-316 | ст. Антибесская | 3696 |
| ППС | б.п. 3704 км | 3701 |
| ЭЧЭ-317 | б.п. 3704 км | 3704 |
Таблица 3 – Ограничения скорости на участке Болотное - Мариинск
| Станция | Координаты станции, км | Ограничение скорости |
| 1 | 2 | 3 |
| Болотное | 3459 | 40 |
| Тын | 3469 | 80 |
| Таскаево | 3477 | 70 |
| Юрга – 1 | 3490 | 70 |
| Тутальская | 3503 | 80 |
| Тальменка | 3518 | 70 |
| Литвиново | 3530 | 80 |
| Яшкино | 3536 | 70 |
| Хопкино | 3548 | 80 |
| Тайга | 3565 | 60 |
| Пихтач | 3581 | 80 |
| Анжерская - Западная | 3591 | 80 |
| Анжерская | 3595 | 70 |
| Судженка | 3602 | 75 |
| Яя | 3623 | 80 |
| Ижморская | 3639 | 70 |
| Берикульская | 3678 | 80 |
| Антибесская | 3697 | 60 |
| Мариинск | 3706 | 80 |
1.1.2 Параметры контактной сети, питающих и отсасывающих проводов
На двухпутном участке Болотная - Тайга на обоих путях применяется контактная подвеска типа М-120+2МФ-100. Тип рельсов – Р-75.
Марка, длина и сечение питающих и отсасывающих фидеров представлены в таблицах 4 – 8.
Таблица 4 – Марка и длина питающих и отсасывающих фидеров тяговых подстанций Таскаево, Тутальская, Тальменка
| Элемент тяговой сети | Таскаева | Тутальская | Тальменка | |||
| Длина, км | Марка | Длина, км | Марка | Длина, км | Марка | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Фидер контактной сети №1 | 0,06 | 4А-185 | 0,24 | 5А-185 | 0,05 | 5А-185 |
| Фидер контактной сети №2 | 0,06 | 4А-185 | 0,22 | 5А-185 | 0,04 | 5А-185 |
| Фидер контактной сети №2 | 0,06 | 4А-185 | 0,22 | 5А-185 | 0,04 | 5А-185 |
| Фидер контактной сети №3 | 1,05 | 4А-185 | 0,96 | 4А-185 | 0,26 | 4А-185 |
| Фидер контактной сети №4 | 1,09 | 4А-185 | 0,91 | 5А-185 | 0,24 | 5А-185 |
| Отсос | 0,07 | 10А-185 | 0,13 | 8А-185 | 0,07 | 8А-185 |
Таблица 5 – Марка и длина питающих и отсасывающих фидеров тяговых подстанций Литвиново, Хопкино, Кузель