Ответы (Электроснабжение железных дорог)

1.Проблема качества эл.энергии. Показатели качества электроэнергии

Показателями КЭ (всего их 11) являются:

• отклонение U;

• размах изменения U;

• доза фликера;

• k искажения синусоидальности кривой U;

• k n-ой гармонической составляющей U;

• k несимметрии U по обратной последова­тельности;

• k несимметрии U по 0 последова­тельности;

• отклонение f;

• длительность провала U;

• импульсное U;

• k временного перенапряжения.

Для каждого показателя КЭ установле­ны два вида норм: нормально допустимые и предельно допустимые. Если в течение 95 % времени суток значение показателя КЭ не выходит за пределы нормально допустимого, а остальные 5 % времени не превы­шают предельно допустимого, качество эл. энергии по дан­ному показателю считается удовл-м.

• Отклонение напряжения

- разность между действительным U на зажимах по­требителя и его номинальным значением. Если действительное U выше номинального, то отклонение положительно, и наоборот. В соответствии с ГОСТ Р 54149-2010 нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения U на выходах прием­ников эл.энергии равны соответственно ±5 и ±10% номи­нального U эл.сети.

- отрицательное отклонение напряжения

U₀ – номинальное/согласованное напряжение

- положительное отклонение U

• Колебания напряжения

Характеризуются 2 показателями КЭ: размахом изменения U и дозой фликера.

Фликер - это субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в эл.сети. Под дозой фликера понимают меру восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени.

Показателями КЭ¹, относящимися к колебаниям U, являются кратковременная доза фликера Pst, измеренная в интервале t 10 мин, и длительная доза фликера Plt, измеренная в интервале t 2 ч, в точке передачи эл.энергии.

• Несинусоидальность напряжения

Характеризуется 2 показателя­ми КЭ: коэффициентом искажения сину­соидальности кривой U и коэффициентом n-й гармонической составляющей U. Под коэффициентом искажения синусои­дальности кривой U понимают отношение действующего зна­чения всех высших гармоник к действующему значению U основной f. Нормально допустимое значение данного коэффици­ента для сетей 35 кВ равно 4%, а для сетей 110-330 кВ - 2%. Предельно допустимые значения соответственно составляют 6 и 3 %.

• Несимметрия напряжений

Для трехфазной трехпроводной электриче­ской сети оценивается коэффициентом несимметрии напряжений по об­ратной последовательности. Нормально допустимое и пре­дельно допустимое значения данного коэффициента в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2 и 4 % соответственно.

• Отклонение частоты

напряжения переменно­го тока в эл.сетях хар-ся показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы: нормально до­пустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны ±0,2 и ±0,4 Гц соответственно.

f_m – измер-я усредненная частота, f_ном – 50Гц

2. Оценка уровня частоты и меры по ее стабилизации

Показателем КЭ, относящимся к f, является отклонение значения основной частоты U эл.питания от номинального значения где f_m — значение основной частоты напряжения электропитания, Гц, измеренное в интервале времени 10 с; f_ном - номинальное значение частоты U эл.питания.

Ном-е значение частоты U эл.питания в эл.сети равно 50 Гц.

Для указанного показателя КЭ установлены следующие нормы:

- отклонение частоты в синхронизированных системах электроснабжения не должно превышать ± 0,2 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю и ± 0,4 Гц ― в течение 100 % времени интервала в одну неделю;

- отклонение частоты в изолированных системах ЭС с автономными генераторными установками, не подключенных к синхронизированным системам передачи эл.энергии, не должно превышать ± 1 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю и ± 5 Гц ― в течение 100 % времени интервала в одну неделю.

f эл.системы прямо зависит от частоты вращения генераторов, питающих данную систему. И из-за колебаний динамического баланса между нагрузками и выработкой энергии происходит слабые отклонения частоты. Величина и продолжительность сдвига частоты зависит от характеристик нагрузки и от быстродействия системы контроля генераторов к изменениям нагрузки.

Изменения частоты, которые превышают лимиты, принятые для нормального режима работы энергосистемы, могут быть вызваны ошибками в системе передачи энергии: разъединение больших нагрузок или выключение мощного источника выработки энергии.

В современных взаимосвязанных энергосистемах значительные изменения частоты случаются редко. Существенные изменения частоты более свойственны нагрузкам, которые получают энергию от одного изолированного генератора. В таких случаях внутри маленького круга потребителей решение управляющего резко сократить нагрузки может не совпасть с возможностями оборудования, чувствительного к изменениям частоты.

Колебания частоты характеризуются разностью между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты за определенный промежуток времени. Размах колебаний частоты не должен превышать ее указанных допустимых отклонений. Причина глубоких длительных снижений частоты – дефицитность баланса мощности или энергоресурсов в энергосистеме.

Жесткие требования стандарта к отклонениям частоты питающего напряжения обусловлены значительным влиянием частоты на режимы работы электрооборудования и ход технологических процессов производства.

Наиболее чувствительны к понижению частоты двигатели собственных нужд электростанций. Снижение частоты приводит к уменьшению их производительности, что сопровождается снижением располагаемой мощности генераторов и дальнейшим дефицитом активной мощности и снижением частоты (имеет место лавина частоты).

Такие ЭП, как лампы накаливания, печи сопротивления, дуговые электрические печи на изменение частоты практически не реагируют.

Кроме этого, пониженная частота в электрической сети влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы, реакторы со стальным магнитопроводом), за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева стальных сердечников.

Стабилизация частоты возможна на электростанциях, путем ее регулирования изначально, а также применение различных стабилизаторов, например на основе инвертора, который выдает ток заданной частоты.

-автоматическая частотная разгрузка

-снижение U в сети (сейчас не применяется)

3. Влияние уровня напряжения на работу ЭП². Установившееся отклонение U

Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:

технологические установки:

– при снижении U существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность;

– при повышении U снижается срок службы обор-я, повышается вероятность аварий;

– при значительных отклонениях U происходит изменение технологического процесса;

освещение:

– снижается срок службы ламп освещения, так, при величине напряжения 1,1U_ном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза;

– при величине напряжения 0,9U_ном снижается световой поток ламп накаливания на 40 %, а люминесцентных ламп – на 15 %;

– при величине напряжения менее 0,9U_ном люминесцентные лампы мерцают, а при 0,8U_ном – просто не загораются;

электропривод:

– при снижении U на зажимах асинхронного эл.двигателя на 15% механический момент снижается на 25%, двигатель при этом может не запуститься или остановиться;

– при снижении U увеличивается потребляемый от сети I, что приводит к перегреву обмоток, => к снижению срока службы двигателя; при длительной работе на U 0,9U_ном срок службы двигателя снижается вдвое;

– при повышении напряжения на 1% увеличивается потребляемая двигателем Q на 3…7%. Поэтому ГОСТ Р 54149-2010 устанавливает нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения U на выходах прием­ников эл.энергии равны соответственно ±5 и ±10% Uном эл.сети.

- отрицательное отклонение напряжения

U₀ – номинальное/согласованное U

- положительное отклонение U

Обеспечить эти требования можно 2 способами: снижением ΔU и регулированием U.

Снижение ΔU достигается:

– выбором сечения проводников ЛЭП R по условиям потерь напряжения;

– применением прод-й емкостной компенсации реактивного сопротивления линии X;

– компенсацией Q для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения; кроме снижения потерь напряжения, это является эффективным методом энергосбережения, снижающим потери электроэнергии в сетях.

4. Колебания напряжения. Размах изменения напряжения. Доза фликера.

Колебание U - многократно повторяющиеся изменения U. Колебания U характеризуются 2 показателями каче­ства эл. энергии: размахом изменения U и дозой фликера.

Под размахом понимают разность между следующими друг за другом экстремумами огибающей действующих значений напряжения.

Размах изменения напряжения δU вычисляется по формуле: где U_max, U_min - экстремумы огибающей действующие значения напряжения, или в процентах:

Пять размахов напряжения за 12 секунд

Фликер - это субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями U в эл.сети. Под дозой фликера понимают меру восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени. Показателями КЭ, относящимися к колебаниям U, являются кратковременная доза фликера Pst, измеренная в интервале времени 10 мин, и длительная доза фликера Plt, измеренная в интервале времени 2 ч, в точке передачи электрической энергии. Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы: кратковременная доза фликера Pst не должна превышать значения 1,38, длительная доза фликера Plt не должна превышать значения 1,0 в течение 100 % времени интервала в одну неделю. Колебания U эл.питания (как правило, продолжительностью < 1 мин), в том числе одиночные быстрые изменения U, обусловливают возникновение фликера.

Причина возникновения - потребитель с резкопеременной нагрузкой, например, сварочный аппарат.

5.Частота повторения изменения U, частость появления провалов U

Частота повторения изменений напряжения – число одиночных изменений напряжения в единицу времени.

Частота повторения изменений напряжения F_δUt, (1/с, 1/мин) определяется по выражению: , где m – число изменений напряжения за время Т; Т – интервал времени измерения, принимаемый равным 10 мин.

Если два изменения U происходят с интервалом менее 30 мс, то их рассматривают как одно.

Интервал времени между изменениями U равен: Оценка допустимости размахов изменения U (колебаний напряжения) осуществляется с помощью кривых зависимости допустимых размахов колебаний от частоты повторений изменений U или интервала времени между последующими изменениями U.

КЭ в точке общего присоединения при периодических колебаниях U, имеющих форму меандра (прямоугольную) рис. 2, считают соответствующим требованиям стандарта, если измеренное значение размаха изменений U не превышает значений, определяемых по кривым рис. 2, для соответствующей частоты повторения изменений напряжения F_δUt, или интервала между изменениями напряжения Δt_i,i+1.

Длительность изменения U - интервал времени от начала одиночного изменения Uдо его конечного значения.

Рис. 2 – Колебания напряжения произвольной формы (а) и имеющие форму меандра (б).

Частость появления провалов напряжения - число провалов U определенной глубины и длительности за определенный промежуток времени по отношению в общему числу провалов за этот же промежуток времени.

7.Несинусоидальность кривой U. Отрицательные явления, вызванные неsin-ю кривых I и U

Характеризуется 2 показателя­ми КЭ: k искажения сину­соидальности кривой U и k n-й гармонической составляющей U.

*Гармонические составляющие U обусловлены нелинейными нагрузками пользователей эл.сетей. Показателями КЭ, относящимися к гармоническим составляющим напряжения, являются:

- значения k-в гармонических состав-х U до 40-го порядка КU(n) в процентах U основной гармонической составляющей U1 в точке передачи электрической энергии;

- значение суммарного k гармонических составляющих U (отношения среднеквадратического значения суммы всех гармонических составляющих до 40-го порядка к средне квадратическому значению основной составляющей) KU, %, в точке передачи электрической энергии.

Под k искажения синусоидальности кривой U понимают отношение действ-го значения всех высших гармоник к действующему знач-ю U основной частоты. Нормально допустимое значение данного коэффициента для сетей 35 кВ равно 4%, а для сетей 110-330 кВ — 2%. Предельно допустимые значения соответственно составляют 6 и 3 %.

Значения k n-й гармонической составляющей U устанавливаются в зависимости от уровня U, четности и нечетности гармоники и ее номера.

*Интергармоническая составляющая – частота, не являющаяся кратной основной частоте напряжения питания.

Уровень интергармонических составляющих U эл.питания увеличивается в связи с применением в ЭУ частотных преобразователей и другого управляющего оборудования.

Из-за несинусоидальности кривой I появляются доп-е потери электрической энергии от высших гармонических составляющих, усиливается влияние на смежные линии.

Высшие гармоники I и U вызывают дополнительные потери P во всех элементах системы ЭС: в ЛЭП, трансформаторах, эл. машинах, статических конденсаторах, так как сопротивления этих элементов зависят от частоты.

При несинусоидальном U наблюдается ускоренное старение изоляции эл. машин, трансформаторов, конденсаторов и кабелей в рез-те повышенного нагрева токоведущих частей, а также необратимых физико-химических процессов, протекающих под воздействием электрических полей, создаваемых высшими гармониками тока.

8. k искажения синусоидальности кривой U. k n-гармонической составляющей.

Для выработки эл.энергии почти исключительно применяются 3ф синхронные генераторы, которые являются источниками синусоидального симметричного трехфазного U. Если нагрузка в системе линейная, то и токи во всех ветвях синусоидальны. Наличие нелинейной нагрузки приводит к возникновению несинусоидальных I во всех ветвях эл.сети, что приводит к возникновению несинусоидальной кривой U во всех точках сети, это отрицательно влияет на работу эл.сети. Несинусоидальность U характеризуется следующими показателями:

– k искажения синусоидальности кривой U;

– k n-й гармонической составляющей U.

Измерение коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения  осуществляют для междуфазных (фазных) напряжений. Для каждого i-гo наблюдения за период времени, равный 24 ч, определяют действующее значение напряжения n-й гармоники   в вольтах, киловольтах.

Вычисляют значение k n-ой гармонической составляющей напряжения   в процентах как результат i-го наблюдения по формуле:

где  – действующее значение напряжения основной частоты на i-м наблюдении в вольтах, киловольтах.

k n-й гармонической составляющей U в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям стандарта, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 ч значений k n-й гармонической составляющей U, не превышает предельно допустимого значения.

Измерение k искажения синусоидальности кривой напряжения  осуществляют для междуфазных (фазных) напряжений. Для каждого i-го наблюдения за установленный период t определяют действующие значения гармонических составляющих U в диапазоне гармоник от 2-й до 40-й в вольтах, киловольтах.

Вычисляют значение k искажения синусоидальности кривой напряжения  в процентах как результат i-го наблюдения по формуле

где  – действующее значение междуфазного (фазного) напряжения основной частоты для i-гo наблюдения, В, кВ.

Вычисляют значение k искажения синусоидальности кривой напряжения   в процентах как результат усреднения N наблюдений   на интервале времени , равном 3 с, по формуле

k искажения синусоидальности кривой U в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициентов искажения синусоидальности кривой U не превышает предельно допустимого значения.

9. Несимметрия токов и ее влияние на работу генераторов, ЛЭП, трансформаторов

Симметричная 3ф система U хар-ся одинаковыми по модулю и фазе U во всех 3х фазах. При несимметричных режимах U в разных фазах не равны. Несимметричные режимы в эл.сетях возникают по следующим причинам: 1) неодинаковые нагрузки в различных фазах; 2) неполнофазная работа линий или других элементов в сети; 3) различные параметры линий в разных фазах.

ТП элек­трифицированного на AC ждт являются мощным источником несимметрии, так как электровозы - однофазные ЭП. При распределении нагрузки однофазных ЭП по фазам 3ф сети, возникает несимметрия токов, вследствие которой возникает несимметрия U.

Влияние несимметрии напряжений и токов

Появление U и I обратной и нулевой последовательно­сти U₂, U₀, I₂, I₀ приводит к дополнительным потерям мощ­ности и энергии, а также потерям U в сети, что ухудшает режимы и технико-экономические показатели ее работы. I₂, I₀ увеличивают потери в продольных ветвях сети, а U и I этих же последовательностей - в поперечных ветвях.

Нало­жение I₂ и I₀ приводит к увеличению суммарных токов в отдельных фазах элементов сети. При этом ухудшаются условия их нагрева и уменьшается пропускная способность.

Несимметрия отрицательно сказывается на рабочих и технико-экономических характеристиках вращающихся эл.машин. I₁ последовательности в статоре создает магнитное поле, вращающееся с синхрон­ной частотой в направлении вращения ротора. Токи I₂ в статоре создают магнитное поле, вращающееся относительно ротора с двойной синхронной частотой в направлении, противоположном вращению. Из-за этих токов двойной частоты в эл.машине возникают тормозной электромагнитный момент и дополнительный нагрев, главным образом ротора, приводящие к сокращению срока службы изоляции.

В асинхронных двигателях возникают доп. потери в статоре. Из-за несимметрии сокращается срок службы изоляции трансформаторов, синхронные двигатели уменьшают выработку Q. Суммарный ущерб, обусловленный несимметрией в промышленных сетях, включает стоимость дополнительных потерь эл.энергии, увеличение отчислений на реновацию от капитальных затрат, технологический ущерб, ущерб, обусловленный снижением светового потока ламп, установленных в фазах с пониженным U, и со­кращением срока службы ламп, установленных в фазах с повышенным U, ущерб из-за уменьшения Q, генерируемой синхронными дви­гателями.

10. Коэффициенты несимметрии U по обратной и нулевой послд-м

Несимметрия 3ф системы напряжений обусловлена несимметричными нагрузками потребителей эл.энергии или несимметрией элементов эл. сети. Пок-ми КЭ, относящимися к несимметрии U в 3ф системах, являются k несимметрии U по обратной последовательности K_2U и коэффициент несимметрии U по 0-й послед-ти K_0U.

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности равен, %

K_2U = U₂₍₁₎ / U₁₍₁₎ • 100;

где: U₂₍₁₎ – действующее значение напряжения обратной последовательности, В; U₁₍₁₎ – действующее значение напряжения прямой последовательности, В.

Допускается K_2U вычислять по выражению, %:

K_2U = U₂₍₁₎ / U_ном.мф. • 100;

где: U_ном.мф. – номинальное значение междуфазного напряжения сети, В.

Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности равен, %:

K_0U = √3 • U₀₍₁₎ / U₁₍₁₎ • 100;

где: U₀₍₁₎ – действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты 3ф системы напряжений, В.

Допускается K_0U вычислять по формуле, %:

K_0U = √3 • U₀₍₁₎ / U_ном.ф. • 100;

где: U_ном.ф. – номинальное значение фазного напряжения, В.

Измерение K_0U проводят в четырехпроводной сети. Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы:

- значения K_2U и K_0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 2 % в течение 95 % времени интервала в одну неделю;

- значения K_2U и K_0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю.

11.Несимметрия токов на тяговых подстанциях переменного тока

На ТП AC могут использоваться различные типы трансформаторов с различными схемами соединения их обмоток. Выбор схем ТП и питания КС³ и типа трансформаторов определяется условиями первичного и тягового ЭС, а также наличием и величиной районных нагрузок. Особенности выбора типа тяговых трансформаторов(ТР) и схемы соединения их обмоток на ТП AC определяются тем, что питание однофазных потребителей (поездов) производится от 3ф районной сети. Однофазная тяговая нагрузка плеч питания ТП неравномерно загружает фазы 3ф питающей линии и тем самым создает в ней несимметрию I и U.

Питание КС при системе 27,5 кВ в нашей стране в основном осуществляется при помощи 3ф-х трансформаторов с высшим U= 110 или 220 кВ и U тяговой обмотки 27,5 кВ, имеющих схему соединения обмоток Y / Δ-II. Питание КС может осуществляться и при помощи 1ф трансформаторов. При этом различают: 1ф трансформаторные подстанции (см. рис. 1.2), ТП с использованием 2х 1ф трансформаторов, соединенных по схеме открытого Δ (см. рис. 1.3), и ТП с двумя 1ф трансформаторами, соединенными по схеме Скотта (см. рис. 1.4). Наиболее благоприятными показателями по симметрии нагрузки в фазах питающих ЛЭП обладает схема с 2мя 1ф трансформаторами, соединенными по схеме Скотта. В случае одинаковой нагрузки обоих плеч ТП данная схема обеспечивает симметричную загрузку фаз на первичной стороне. Вследствие значительного изменения соотношения нагрузок плеч питания эффект, достигаемый в отношении снижения несимметрии нагрузки, не столь существенен. Подстанции с 3ф или двумя 1ф трансформаторами, соединенными в открытый Δ, при равномерной нагрузке тяговых плеч по показаниям симметрии нагрузки уступают схеме Скотта. Но при неравномерной нагрузке плеч питания эти показатели отличаются незначительно.

В системе ЭС ЖД I 0-й последовательности отсутствует, т. к. отбор мощности происходит путем подключения однофазной нагрузки к двум фазам. Несимметрия токов характеризуется k несимметрии токов прямой и обратной последовательности

Для определения k несимметрии и симметричных составляющих прямой и обр. последовательностей можно воспользоваться спец-ми номограммами. При отсутствии указанных номограмм симметричные составляющие прямой и обр. последовательностей могут быть определены путем графического построения. Графическое построение основано на том, что при отсутствии составляющей 0-й последовательности векторы могут быть представлены сторонами замкнутого треугольника токов.

Зная взаимную ориентацию векторов, можно графически построить векторы I-в 1 и 2 последовательностей, используя для этого выражения

После оценки численных знач-й токов I_A1 и I_A2 k несим-и I-в определяется по известной формуле ↑

12.Симметрирование нагрузки на энергосистему в тяговых сетях переменного тока

Рассмотрим подключение к ЛЭП ТП с трансформато­рами «Y/Δ-II», так как это основной тип трансформатора на жд ОАО «РЖД» систем переменного I. Этот трансформатор вносит несимметрию в питающую систему, так как одна из его обмоток всегда недогружена. Для снижения несимметрии применяют специальную симметрирующую схему подключения к ЛЭП, при которой недогруженную обмотку поочерёдно подключают к разным фазам ЛЭП.

Правила подключения трансформатора.

1.Исходя из однотипности РУ 27,5 кВ точку С трансформатора под­ключают к рельсам. В этом случае недогруженной будет обмотка by.

2.Обмотка by подключается поочерёдно к разным фазам ЛЭП.

3.Фидерная зона должна получать одноимённое напряжение от двух тяговых подстанций.

ОДНОСТОРОННЕЕ ПИТАНИЕ

Для энергосистемы важно, чтобы фазы ЛЭП загружались равномерно. При этом подключение первичных обмоток трансформаторов к фазам ЛЭП системы внешнего электроснабжения (СВЭ) будет загружать линию рав­номерно. Важно, чтобы U между КС и рельсом находи­лось в одной фазе между смежными участками. При анализе схемы видно, что на любой МПЗ соседние ТП будут давать одно и то же U ЛЭП. На четных зонах оно будет положительным (А,В,С), а на нечетных - отрицательным (-А-В-С), т. е. совпадающим по фазе с U одной из фаз ЛЭП и ему противоположным.

ДВУСТОРОННЕЕ ПИТАНИЕ

При одностороннем питании 3 ТП, если они равномерно за­гружены, дают равномерную загрузку в начале 3-фазной ЛЭП. Следую­щие 3 ТП дают также равномерную загрузку и т. д. При 2стороннем питании такая схема с циклом (3 ТП) или несколькими циклами (6 ТП) не обеспечивает равномерную загрузку фаз ЛЭП.

ТП с одинаковыми, менее загруженными фазами, располага­ются несимметрично по отношению к питающим центрам (ПЦ), поэтому ПЦ загружены неравномерно.

При 6 ТП и при условии одинаковой загрузки ТП можно добиться рав­номерной загрузки фаз ЛЭП по схеме на рисунке

Такая схема будет обеспечивать равномерную загрузку фаз ЛЭП, т. е. схема симметричная относительно середины участка.

На ЖД России на участках ЭЖД с системой U 27,5 кВ такая схема и применяется. В основном в системе внешнего ЭС питание по ЛЭП осуществляется с 2х сторон (двух­стороннее питание).

13.Уровни U на в системе тягового ЭС

Под U_ном на тяговых шинах подстанции по­стоянного I понимают среднее значение выпрямленного U при номинальном значении выпрямленного I и номинальном U сетевой обмотки тягового трансформатора при соответствующем этому U положении переключателя регулировочных ответвлений обмотки. Величина напряжения составляет 3300 В. Кроме это­го, нормируется номинальное (условное) U на токоприемни­ке ЭПС, которое принято равным 3000 В.

В системе ~I U_ном на тяговых шинах подстанции считается U на зажимах тяговой обмот­ки трансформатора при его Х.Х. и U_ном­ на зажимах его первичной обмотки и соответствующем этому напряже­нию положении переключателя регулировочных ответвлений обмотки трансформатора. Это U принято равным 27,5 кВ, а U_ном (условное) на токоприемнике ЭПС 25 кВ.

Помимо U_ном на тяговых шинах подстанций и токоприемнике нормируются максимальные и минимальные значе­нияU на токоприемнике для различных режимов и условий работы системы.

Примечание: *) — среднее значение за 3 мин; **) — среднее значение за 1 мин.

В нормальном рабочем режиме U на тяговых шинах под­станций переменного тока, как правило, не должно превышать 28 кВ, постоянного тока — 3600 В.

14.Влияние колебаний напряжения на работу ЭПС и системы электроснабжения

Колебание U – кратковременное изменение U, которое не приводит к изменению скорости.

Для рассмотрения возможных отрицательных последствий колебаний U на токоприемнике ЭВ воспользуемся ЭМ характеристиками ТД.

1 -линей­ная скорость движения ЭВ V₁ при на­пряжении U₁, 2 - тоже при U₂< U₁, 3 - F на ободе колеса

Пусть ЭВ двигался в уст-ся ре­жиме при U₂ на то­коприемнике. Хар-ки его работы определялись по­ложением точки «в» на кривой V = f(I): скорость V₂, потреб­ляемый ток I₂ и реализуемая F₂ В некоторый мо­мент времени происходит крат­ковременное (скорость поезда измениться не успевает) уве­личение U на токоприемнике до U₁ В результате произойдет переход из точки «в» в точку «г». Это приведет к резкому броску I и F. Ток ста­нет равным I₁', а сила тяги - F₁'. Значительный толчок F может вызвать боксование, поломку шестерен зубчатой пе­редачи и повреждение сцепных приборов (автосцепки). Резкое возра­стание I опасно из-за возможности появления кругового огня на кол­лекторе двигателей. Последующее уменьшение U снова до U₂, так как речь идет о колебании напряжения, сопровождается зна­чительным уменьшением I и F, что может быть опасным для подвижного состава. В результате резкого уменьшения тягового усилия в составе могут возникнуть дина­мические силы, носящие колебательный характер. В отдельных случаях это может привести к обрыву автосцепки.

15. Влияние отклонений напряжения на работу ЭПС и системы электроснабжения

Отклонение U – изменение U в интервале более чем 1 минута.

Влияние изменения напряжения на переменном и постоянном токе различно. На ЭПС переменного тока есть возможность регулирования U с помощью электровозного тр-ра, на ЭВ постоянного тока такой возможности нет.

Влияние отклонений U на скорость V и силу тяги F ЭВ постоянного тока, а также на нагрев обмоток тяговых двигате­лей и условия работы вспомогательных машин ЭВ.

Рассмотрим уравнение работы двигателя постоянного тока с последовательным воз­буждением, уравнение равновесия напряжений.

U – напряжение, подаваемое на зажимы двигателя; E – противоЭДС двигателя, ЭДС обмотки якоря; I – ток двигателя; R – сопротивление обмоток двигателя.

Т.к.

c – постоянный коэффициент, хар-й обмотку якоря двигателя; n – установившаяся частота вращения якоря (вала) двигателя; Ф – магнитный поток двигателя, определяемый током I.

Тогда (*) Частота вращения вала двигателя определяет линейную скорость дви­жения ЭВ V. При одной и той же нагрузке I, но при различных значениях подве­денного к двигателю напряжения (U₁, и U₂) отношение установившихся скоростей движения, определенных по формуле*, будет равно отно­шению электродвижущих сил обмотки якоря

V₁,V₂ – установившиеся скорости движения, соответствующие напряжениям U₁ и U₂.

ΔU в двигателе из-за малого R его обмо­ток незначительна по сравнению с напряжением на нем => Сила тяги ЭВ⁴: (**) с₁ – пост.коэфф-т, хар-й тяговый привод; I,Ф – ток и магнитный поток двигателя.

Для тяговых двигателей DC с последовательным возбу­ждением величина Ф пропорционально определяет­ся величиной I двигателя. Поэтому выражение (**):

с₂ - коэффициент, определяемый значениями коэффициента с₁ и коэффициента пропорциональности, связывающего между собой Ф и ток двигателя I.

Рассмотрим, как соверша­ется переход с одной V движения ЭВ на дру­гую при отрицательном отклоне­нии U на токоприем­нике. Для этого воспользуемся электромеханическими харак­теристиками тягового двигателя V=f (I) и F=f (I). Рассмотрим два значения U на токоприемнике ЭВ при его движении:

1 - частота вращения якоря двигателя (линей­ная скорость движения электровоза V,) при на­пряжении U₁, 2 - то же при U₂ < U₁, 3 - F

U₁ и U₂, которое< U₁ . Пусть на токоприемнике ЭВ напряжение равно U₁. Харак­теристики работы ЭВ определяются положением точки «а». Для данной точки установившаяся скорость ЭВ V₁ при этом он потреб­ляет ток I₁ и реализует силу тяги F₁. В некоторый момент времени в рез-те отклонения U его величина на токопри­емнике становится равной U₂. В первый момент времени скорость поез­да из-за его большой инерции движения останется неизменной V₁, по­этому произойдет переход из точки «а» в точку «б». Для этой точки ток равен I’₂, в рез-те F резко изменится до F’₂. Она станет меньше силы сопротивления движению. V ЭВ начнет падать до тех пор, пока снова не наступит равенство F и силы сопротивления движению. Видно, что при уменьше­нии скорости начинает возрастать I и F.

Точкой, соответствующей установившемуся режиму движения ЭВ при напряжении U₂, будет точка «в». Скорость движения уменьшается с V₁ до V₂. I₁, и F₁ оста­ются прежними. По данным исследований tº двигателя измен-ся в зав-ти от нагрузки дв-ля в момент изм-я U. Если нагрузка была выше доп-й в течение часового I, tº повысится на 4-7 ºС при уменьшении U до 1000 В. Если нагрузка была ниже I_{доп часового}, то tº снизится. Наряду с тяговыми двигателями важную роль на электровозе играют вспомогательные электрические машины: мотор-генератор, мотор-ком­прессор и мотор-вентилятор. Нарушение их работы делает ЭВ неработоспособным. Все вспомогательные машины на ЭВ DC устойчиво работают при U=2200В, на переменном токе – при U=19кВ.

16.Изменение U на токоприемнике ЭПС при узловых схемах питания ТС

При параллельной работе ТП применение одного поперечного соединения контактных подвесок путей на МПЗ дает узловую схему (рис.б).

Если число поперечных электрических со­единений составляет не менее трех, то получаемую схему можно называть параллельной схемой соединения при двустороннем питании

В нормальном режиме работы ЭС продольное и поперечное эл.соединение контактных подвесок отдельных секций КС обеспечивается с помощью специальных устройств - ПС, а поперечное эл.соединение контактных подвесок путей - применением ППС.

Схема с ПС и параллельная схема обеспечивают равномерную нагрузку КС, тем самым умень­шаются протекающие в КС токи, снижаются потери, следовательно, мож­но уменьшить сечение контактной сети. Основной схемой для участков ~I является узловая, для -I - параллельная схема.

Рассмотрим потери напряжения для узловой схемы. Макси­мальные потери напряжения ΔU = U₀ - для параллельной схемы. Тогда потери ΔU для узловой схемы питания построим в относи­тельных единицах - (рис. 2.40).

Все схемы питания (однопутные, двухпутные) можно условно разде­лить на схемы одностороннего и двустороннего питания.

Наличие парал­лельных соединений между подвесками параллельных путей не влияет на распределение I между ТП, но ведет к перерас­пределению токов фидеров. Следовательно, средние и эффективные I ТП будут такими же, как и при двустороннем питании. При двустороннем питании I поступает к нагрузке с двух сторон все время, пока она находится между данными ТП, т. е. ТП и КС загружаются большее время и меньшей нагрузкой. Таким образом, ТП и КС при двустороннем питании нагружены более равномерно во времени. Потери энергии и износ изоля­ции трансформаторов подстанций зависят от нагрузки: чем больше нерав­номерность распределения нагрузки во времени, тем будут больше потери энергии и необходимая мощность ТП. ΔU, особенно их максимальные значения, также находятся в зависимости от схемы питания и получаются меньши­ми при двустороннем питании. Все эти преимущества схемы двустороннего пи­тания достигаются при отсутствии фа­зового сдвига U на шинах смежных ТП. В противном случае нагрузка распределяется между смежными ТП нерав­номерно, что ведет к увеличению потерь энергии и U. В отдель­ных случаях это может уничтожить все преимущества двустороннего пи­тания. В частности, это может возникнуть при питании смежных подстанций от различных энергосистем.

Вывод: чем больше узлов, тем выше напряжение на МПЗ.

17.Параллельная работа ТП постоянного тока в режиме выпрямления.

В общем случае U на шинах смежных подстанций не бы­вают одинаковыми и, следовательно, в ТС, как правило, дол­жны возникать уравнительные токи. На участках, эл.фицированных на -I, отсутствие нагрузки на МПЗ не вызывает протекания I_у из-за цепи через вентили во внепроводяшем направлении на ТП. Если на МПЗ АБ тяговой нагрузки нет, а на зоне справа от подстан­ции Б такая нагрузка I имеет место, то уравнительный ток I_у, протекаю­щий от подстанции через шины 3,3 кВ подстанции Б, будет участвовать в формировании тока I

Схема протекания I_у при отсутствии токовой нагрузки на МПЗ

Оценка I_у на ряде электрифицированных жд показала, что величина его может достигать 100-120 А. Поэтому в ряде случаев опыт эксплуатации доказал эффективность перехода к од­ностороннему питанию КС с выполнением раздела питания где-то в середине МПЗ.