7.11. Несимметрия токов и напряжений в системе электроснабжения железных дорог

Электровоз получает питание от одной фазы (система однофазного переменного тока 27,5 кВ), к тому же большой мощности. Таким образом, наличие однофазных тяговых нагрузок приводит к возникновению в 3-х фазной питающей сети несимметрии токов, что вызывает появление несимметрии напряжений.

Это пагубно сказывается на системе электроснабжения:

• увеличиваются потери электроэнергии;

• происходит недоиспользование мощности сети;

• неравномерная загрузка фаз (неодинаковые условия работы потребителей);

• увеличивается нагрев асинхронных и синхронных машин;

• увеличивает влияние на линии связи;

• ограничение пропускной способности железных дорог.

Метод симметричных составляющих.

Любая 3-х фазная несимметричная система может быть разложена на 3 симметричные составляющие: прямой, обратной и нулевой последовательности.

а) б) в)

Рис. №7.23 Симметричные составляющие: прямой (а), обратной (б)

и нулевой (в) последовательности

Для напряжений:

Для токов:

где ; .

Принципиально к тяговым подстанциям электрифицированных дорог можно сказать то, что в трансформаторах отсутствуют токи нулевой последовательности, т.к. схема -Y/∆, а в треугольнике сумма линейных токов равна 0. Остается прямая и обратная и обратная последовательности.

Рассмотрим тяговую подстанцию переменного тока Y/∆ (рис.7.24).

Рис. №7.24 Тяговая подстанция переменного тока

Рис. №7.25 Векторная диаграмма

На рис.7.25 - токи плеч тяговых подстанций, - токи обмоток трансформатора (вторичной обмотки).

Распишем токи прямой и обратной последовательности фазы «а» принимая за действительную ось направление вектора .

Так как трансформатор – симметричный (сопротивления фаз – одинаковы), то направления прямой и обратной последовательности на второй стороне равны при симметричности первичных напряжений:

где - напряжение х.х. фазы А;

- сопротивление фазы трансформатора.

Теперь можно найти коэффициенты несимметрии токов и напряжений :

где - номинальный ток;

- напряжение к.з. трансформатора в %.

Из формул видно, что коэффициенты несимметрии обращаются в 0 равно плечной нагрузке и условии .

Рис. №7.26 Определение коэффициентов несимметрии

Трехфазная система считается симметричной, если токи обратной последовательности не превышают 5% от токов нулевой последовательности (Марквардт).

ГОСТ 13109-97 характеризует несимметрию напряжений 2-мя показателями:

• коэффициент несимметрии токов по обратной последовательности;

• коэффициент несимметрии токов по нулевой последовательности.

Нормально-допустимые значения этих коэффициентов считаются 2%, а предельно-допустимыми 4%.

Мероприятия по уменьшению несимметрии.

1. Обеспечение поочередной загрузки фаз питающей системы.

2. Питание тяговых подстанций от мощных энергосистем.

3. Применение специальных симметрирующих устройств.

4. Повышение удельного веса районной нагрузки.

5. Продольная и поперечная компенсации.