5 Расчёты токов и расходов энергии

Средние активный и реактивный токи подстанции в рассматриваемом графике движения поездов равны:

I_п.а.с. = I_п.а.1 n_c.;

I_п.р.с. = I_п.р.1 n_c.

Средние месячные расходы активной и реактивной энергии равны:

W_а = I_п.а.с. U_кс 24*30 ,

W_р = I_п.р.с. U_кс 24*30.

Средняя реактивная мощность, отдаваемая подстанцией

Q_прс = I_п.р.с. U_кс .

Расчёт экономически целесообразной реактивной энергии

W_э = W_а tgφ_эн .

Значение tgφ_эн определяется по заданному значению tgφ_б. с учётом затрат на передачу реактивной энергии по энергоснабжающим сетям сетям.

tgφ_эн = К_зр tgφ_Б ,

где К_зр – коэффициент, учитывающий изменение затрат энергосистемы на передачу реактивной энергии, принимается равным 1,1.

Экономическое значение реактивной мощности

Q_э = W_Э /720.

Мощность конденсаторной батареи равна

Q_КУ = Q_прс – Q_э.

6 Расчёт конденсаторной батареи и выбор элементов компенсирующего устройства

Батарея конденсаторов должна иметь расчётную реактивную мощность Q_КУ и выдерживать заданное напряжение. Батарея набирается из стандартных конденсаторных банок, соединённых параллельно в рядах, а ряды соединяются последовательно. Основные данные типовых конденсаторов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Типоисполнение конденсатора	Номинальное значение
	Напряжение, UБ, кВ	Мощность, QБ, квар	Емкость, CБ, мкф	Частота тока, Гц
КМ2–6,3–24–У1	6,3	24	1,93	50
КМ2–10,5–21–2У1	10,5	24	0,69	50
КСК–6,3–75У1	6,3	75	6,02	50
КСК–6,3–150У1	6,3	150	12,04	50
КСК–10,5–75У1	10,5	75	2,17	50
КСК–10,5–150У1	10,5	150	4,33	50

Общее число банок в батарее должно быть не менее

где Q_Б – реактивная мощность одной банки.

Число последовательно включённых рядов определяется по формуле

где U_ш – напряжение на шинах подстанции;

U_Б – номинальное напряжение конденсаторной банки;

К_Т – коэффициент, учитывающий температуру конденсатора, К_т=1,1;

К_П=1,4 – коэффициент , учитывающий повышение напряжения, появляющегося при установке реактора, настраиваемого на третью гармонику.

Число банок в одном ряду .

Ёмкость конденсаторной батареи равна

где С_Б – ёмкость одной банки (см. табл. 3).

Реактор выбирается по условиям резонанса третей гармоники .

Х_L3 = Х_КУС3 , 3ωL_КУ = 1/ 3ωC_КУ , L_КУ =1/9ω²C_КУ

Ток реактора равен току конденсаторной батареи

I = U_КУ /X_КУС = U_КУωC_КУ

Для КУ с номинальным напряжением 25 кВ реактор изготавливается с сердечником из электротехнической стали ФРОМ–3200/35У1 (реактор однофазный с естественным масляным охлаждением). Типовая мощность реактора 3200 квар, класс напряжения 35 кВ, открытой установки.

Реактор имеет следующие технические параметры:

Действующее значение номинального тока 230 А.

Потери в меди при токе 230 А 10 кВт.

Потери мощности в стали 10,5 кВт.

Общая масса 9000 кг.

Масса масла 2350 кг.

Гармонические составляющие тока через реактор не должны превышать: 160 А частотой 50 Гц и 30 А частотой 250 Гц.

Реактор имеет устройство переключения ответвлений обмотки без возбуждения. Индуктивность реактора при различных положениях переключателя следующая:

Положение переключателя					
Индуктивность, мГн	107	99	91	83	75
Индуктивное сопротивление, Ом	33,6	31,2	28,6	26,1	23,6
Активное сопротивление, Ом	0,147	0,141	0,135	0,128	0,122

По величине тока конденсаторной батареи также выбирается трансформатор тока. Основные параметры трансформаторов тока приведены в табл. 4.

Таблица 4

Тип	Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А		Кратность электро-динамической стойкости кд
		Первичный	Вторичный
ТФНД–35М	35	15–600; 800; 1000	5	150

Выбранный трансформатор тока проверяется по ударному току к.з.:

I_у=2,55I_к.з.

,

где U_н – номинальное напряжение на шинах подстанции, равное 27,5 кВ;

х_с – сопротивление до точки к.з.

х_с = х_л+х_тр,

где х_л– сопротивление линии до тяговой подстанции;

х_тр – сопротивление трансформатора тяговой подстанции.

х_л=х₀l,

где х₀ – удельное сопротивление 1 км линии, Ом/км; х₀=0,4 Ом/км;

l – длина межподстанционной зоны.

,

где S_н.тр. – номинальная мощность трансформатора, МВА; в данной работе принимается трансформатор мощностью 40 МВА;

u_к – напряжение к.з. понижающего трансформатора между первичной и тяговой обмотками, %; для принятого трансформатора u_к = 10,5 %.