2. Характеристика электрической тяги переменного тока 25 кВ как потребителя электрической энергии.

2.1.Схема электроснабжения электрической тяги.

Электрическая тяга переменного тока питается от трёхфазной сети внешнего электроснабжения 110(220) кВ через трёхфазный трёхобмоточный тяговый трансформатор 110(220) / 27,5 / 10(35) кВ со схемой соединения обмоток звезда / треугольник / треугольник (10 кВ) или звезда (35)кВ.

Схема питания тяговой сети по I типу подключения к сети внешнего электроснабжения

А (ж) *

В (з) 1

С (к) *

А_Т В_Т С_Т

I_A I_B I_C

треугольник 10 кВ или звезда 35 кВ

2

2

а b с

I_II I_I

U _A, Uас_, U_II U_C, Uсв_, U_I

5 3

U_II 6 I_II I_O I_I U_I I_II I_I I_I

4

Рис. 1 Схема питания электрической тяги по системе электроснабжения 1х25 кВ.

Обозначения: 1 – ЛЭП 110(220) кВ; 2 - тяговый трансформатор (ТТ); 3 - контактная сеть; 4 - тяговый рельс; 5- секционирующее устройство (нейтральная вставка); 6 – электровоз; А(ж), В(з), С(к) - обозначения фаз ЛЭП и их окраска; А_Т, В_Т, С_Т - обозначение фаз трансформатора; I_{I -} ток правого плеча питания КС (опережающая фаза); I_II - ток левого плеча питания КС (отстающая фаза); I_O - ток отсоса; I_A, I_B, I_C - токи обмоток (фаз) 110(220) кВ трансформатора

Тяговый потребитель питается от обмотки 27,5 кВ двумя фазами «a» и «b» по контактной сети, фаза «c» соединяется с рельсом. Раздел фаз обеспечивается обмотки секционирующим устройством (нейтральной вставкой). От тяговой трансформатора от тяговых шин 27,5 кВ питаются тяговый потребитель электровоз и нетяговые железнодорожные потребители по специальным системам электроснабжения ДПР 25 кВ (два провода и рельс) и ПР 25 кВ (провод и рельс), от третьей обмотки 10(35 кВ) питаются районные нетранспортные потребители.

Поэтому потребители сети внешнего электроснабжения 110(220) кВ, нетяговых железнодорожных потребителей и районных не транспортных потребителей электромагнитно связаны с тяговой нагрузкой, которая влияет на режим их работы.

2.2 Потребление реактивной мощности электровозом переменного тока.

1.Векторные диаграммы электровоза в режимах тяги и рекуперации

• Векторная диаграмма тока и напряжения электровоза в режиме тяги.

Векторная диаграмма тока и напряжения электровоза в режиме тяги: Uэ – напряжение на электровозе; Iа – активный ток, Iри - реактивный индуктивный ток, Iэ – полный ток электровоза в режиме тяги; φ – угловой сдвиг между током и напряжением электровоза.

Электровозы переменного тока потребляют значительную реактивную мощность (РМ). Угловой сдвиг φ между напряжением U на электровозе и полным током Iэ для режима тяги составляет у диодных электровозов - 37эл.гр., тиристорных - 42эл.гр.; для режима рекуперации - 60эл.гр. Величина реактивной мощности определяется коэффициентом реактивной мощности tg φ = Q/P. Для режима тяги для диодного электровоза tg 37эл.гр = 0.754, для тиристорного электровоза tg 42эл.гр = 0.9; для режима рекуперации для тиристорного электровоза tg 60эл.гр = 1.73.

• Векторная диаграмма тока и напряжения электровоза в режиме рекуперации.

Uэ

Iрир

I ар

I_ЭР

Векторная диаграмма тока и напряжения электровоза в режиме рекуперации: Uэ - напряжение на электровозе, Iар – активный ток рекуперации, Iрир - реактивный индуктивный ток рекуперации, Iэр – полный ток рекуперации

Реактивная мощность в режимах тяги и рекуперации потребляется из питающей сети. В режиме тяги в межподстанционной зоне (МПЗ) потребление реактивной мощности Q примерно равно потреблению активной мощности Р Qт = (0,8 ÷ 0,9)Pт. В режимах рекуперации реактивное электропотребление значительно увеличивается Qр = (1,5÷1,7)Рг, где Рг - активная мощность электровоза в режиме рекуперации (мощность генерации). В МПЗ при условии совместного использования электровозов в режимах тяги и рекуперации активная мощность электровозов компенсируется (электровозы в режиме рекуперации питают электровозы в режиме тяги). Потребление реактивной мощности значительно увеличивается, так как реактивную мощность потребляют электровозы в режимах тяги и рекуперации.

• Синусоиды тока и напряжения электровоза в режимах тяги и рекуперации

Значительное потребление РМ приводит к снижению энергетической эффективности электрической тяги переменного тока 25 кВ:

• увеличиваются потери активной мощности и потери напряжения;

• снижается напряжение на токоприемнике электровоза;

• требуется увеличение проходной мощности трансформаторов и сечение питающей сети;

• требуются дополнительные генерирующие мощности на электростанциях;

• создается проблема дефицита генерирующих мощностей на электростанциях в периоды максимальной нагрузки.

• энергосистема применяет штрафные санкции за значительное потребление РМ, что увеличивает стоимость активной энергии.