7.9. Продольная компенсация (упк)

Напряжение на локомотиве переменного тока меняется вследствие потерь в СТЭ: трансформаторных подстанциях и тяговой сети. При этом основной составляющей сопротивления является индуктивная составляющая.

Суть продольной компенсации состоит в уменьшении этого индуктивного сопротивления путем последовательного включения с ним емкости.

Таким образом, основная функция продольной компенсации – уменьшение потерь напряжения.

Рассмотрим схему замещения устройства поперечной компенсации (УПК), диаграмму распределения напряжения для схемы замещения (рис.7.16) и векторную диаграмму (рис.7.17 и 7.18).

Рис. №7.16 Схема замещения устройства продольной компенсации

На рис.7.16 U₂ – напряжение до УПК, U₂’ – напряжение после УПК, R – активное сопротивление, X_L – индуктивное сопротивление, Х_С – емкостное сопротивление.

Векторные диаграммы следует рассматривать относительно напряжения в начале линии (U₁). Как следует из диаграмм, после установки УПК потеря напряжения уменьшилась (_ΔU’ < _ΔU), а следовательно возросло напряжение на нагрузке (U₂’ > U₂).

Рис. №7.17 Векторная диаграмма токов и напряжений до УПК

Рис. №7.18 Векторная диаграмма токов и напряжений после УПК

Как видно из диаграммы, следствием УПК является уменьшение ϕ в начале линии, т.е. повышение cos ϕ в начале линии (ϕ’ < ϕ).

Угол ϕ можно определить следующим образом:

, (7.14)

где P и Q – средние значения потребленной активной и реактивной мощности плеча, _ΔP и _ΔQ – средние значения потерь мощности.

Потеря напряжения может быть представлена выражением:

_ΔU = I ∙ R ∙ cos ϕ₂ + I ∙ X_L ∙ sin ϕ₂ - I ∙ X_c ∙ sin ϕ₂ , (7.15)

или преобразовав получим

_ΔU = I (R ∙ cos ϕ₂ + (X_L – X_С) sin ϕ₂). (7.16)

В выражениях 2 и 3 ϕ₂ – угол между векторами тока и напряжения на нагрузке, а выражение (R ∙ cos ϕ₂ + (X_L – X_С) sin ϕ₂) называют составным сопротивлением.

Увеличивая Хс, можно уменьшить потерю напряжения (_ΔU) до нуля, или даже сделать ее отрицательной. Устанавливать емкость (Хс) можно в любой точке питающей сети, начиная от центра питания (источника питания) и заканчивая электровозом.

Рассмотрим участок из 3-х тяговых подстанций и укажем возможные места установки УПК (рис.7.19).

Рис. №7.19 Возможные места установки УПК

Если рассмотреть УПК, установленную на входе 1-ой подстанции, то с помощью этой УПК можно компенсировать также потерю напряжения, которая вызывается током заданной ТП на участке АВ. Потери напряжения, вызванные токами других тяговых подстанций компенсироваться этой УПК не будут, т.к. эти токи не протекают через данную УПК.

Рассмотрим установки УПК, установленные в контактной сети, с их помощью уровень напряжения в контактной сети можно поднять так, как это показано на рис..7.20

Рис. №7.20 Уменьшение потерь напряжения в контактной сети при помощи УПК

На ЭПС устройства УПК как правило не устанавливают вследствие больших габаритов УПК. В наше время УПК устанавливают на фидерах ТП.

Достоинства УПК заключаются в следующем.

1. Простота работы (чем больше ток протекает через Х_С, тем больше компенсация).

2. Наличие емкости позволяет уменьшить потребную мощность трансформаторов, т.к. часть реактивной мощности обеспечивается за счет УПК; это позволяет снизить потери в трансформаторах на 10-15%.

3. Увеличение коэффициента мощности до 0,92 – 0,94.

4. УПК уменьшает несимметрию напряжений до 15%.

Недостатки УПК заключаются в следующем.

1. Напряжение на емкости зависит от величины тока, поэтому при коротких замыканиях в сети, т.е. когда