Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроснабжение железных дорог. Учебное пособие
.pdf
тактной сети защитой не должно превышать 0,3–0,6 с (для уменьшения времени действия опасных потенциалов). При техникоэкономическом обосновании тяговые подстанции переменного
тока могут быть оборудованы гасителями резонансных колебаний,
а контактная сеть — отсасывающими трансформаторами. Выпрямительные тяговые подстанции дорог постоянного тока должны
иметь сглаживающие фильтрустройства, при необходимости —
двухзвенные. Для усиления экранирующего действия рельсов сопротивление рельсовой цепи должно быть возможно меньшим.
В линии связи применяется ряд специальных защит [15]:
от опасных влияний — разрядники и предохранители; от мешающих влияний в телефонных цепях — скрещивание проводов, запирающие и дренажные катушки, разделительные трансформаторы,
повышение уровня передачи; от мешающих влияний в телеграфных цепях — резонансные контуры и фильтры, компенсирующие
устройства и др. Все эти способы защиты снижают влияние высоковольтных линий, но могут рассматриваться как дополнительные
к основным защитным мероприятиям, описанным ниже и выбираемым при проектировании системы энергоснабжения с обязательным технико-экономическим обоснованием.
Относ линии связи от электрической железной дороги. Увеличение расстояния между линией связи и электрической железной дорогой уменьшает магнитную и электрическую связь между ними
и снижает влияние. Средняя допустимая ширина сближения может быть легко найдена из расчетных формул для определения напряжений в линии связи при подставлении в них нормированных
значений этих напряжений. При нагрузке в контактной сети переменного тока 1000 А и различной проводимости земли эта ширина сближения для воздушной линии связи может достигать значений от 0,5 до 9 км.
Такая мера защиты может быть приемлемой для линий Министерства связи, которые можно отнести на значительные расстояния к шоссейным дорогам. Относ железнодорожных линий связи требует прокладки шлейфов от магистральной линии к каждой
железнодорожной станции, разъезду, что вызывает дополнительные значительные расходы средств и материалов. В лесных районах это сопряжено с прокладкой новых просек для магистральной
линии и шлейфов. Эксплуатация таких линий затруднена: становится невозможным наблюдение за состоянием воздушной линии связи с железной дороги, усложняется доставка материалов
и инструмента к месту повреждения для ремонта. Поэтому относ
361
воздушных линий связи может оказаться целесообразным только частично на отдельных участках, в частности, при сближении
с электрической железной дорогой постоянного тока.
Необходимый относ кабельных линий зависит от коэффициента защитного действия оболочки кабеля. Так, магистральный
кабель связи со специальной оболочкой и броней, дающей пониженное значение к. з. д., требует относа на 50–100 м от электрической железной дороги переменного тока. Для кабелей с обычной оболочкой и броней относ должен быть значительно больше.
Экранирование линии связи. Если вблизи от влияющей линии
или линии связи (либо в промежутке между ними) поместить провод, заземленный по концам или на всем протяжении, то наведения в этом проводе ЭДС вызывает в нем ток, который создает
в окружающем пространстве вторичное электромагнитное поле,
оказывающее на линию связи влияние обратного знака по сравнению с влиянием контактной сети и компенсирующее его. Отношение результирующей ЭДС в линии связи E
к ЭДС Е, на-
рез
водимой при отсутствии такого экранирующего провода, является коэффициентом экранирования. Он может быть определен
по формуле
E
рез
r
==-1
э
E
zz
1э 2э
,
(17.6)
zz
э
12
где zэ — сопротивление экранирующего провода;
z1э, z2э, z12 — сопротивления взаимоиндукции между проводами;
1 — контактная сеть, 2 — линия связи, э — экранирующий
провод.
Функции экранирующих проводов могут выполнять металлические тросы (провода), подвешенные на опорах контактной сети
или линии связи и равномерно заземленные (на каждой опоре или
через несколько опор); тросы, проложенные в земле возле кабельной или воздушной линии связи или у железной дороги; металлические трубопроводы; рельсы соседних путей, расположенных
между влияющей линией связи; металлические оболочки кабелей.
При расположении экранирующего провода вблизи от линии
связи — на опорах или в земле — можно принять z12 » z1э, тогда
z
э
ў
э
2
1
=-r
;
(17.7)
z
э
362
если экранирующий провод расположен вблизи от контактной
сети (на ее опорах или в земле), то можно принять
» z
z
12
2э
и
z
1э
ў
1 .
=-r
э
(17.8)
z
э
Из формул видно, что лучший экранирующий эффект, т. е.
меньшее значение коэффициента экранирования получится при
уменьшении сопротивления экранирующего провода и повышении сопротивления взаимоиндукции (т. е. уменьшении расстояния) между ним и влияющей линией или линией связи. В качестве экранирующих проводов могут использоваться медные, алюминиевые и сталеалюминиевые провода сечением от 50 до 180 мм2.
Коэффициент экранирующего действия их в зависимости от проводимости может достигать от 0,75 до 0,5 [15].
Система тягового электроснабжения с экранирующим и усиливающим проводом (см. 1.4) позволяет в 1,5–1,8 раза уменьшить
опасные напряжения, наводимые на смежных линиях за счет магнитного влияния. Заземление экранирующего провода на рельсы выполняют путем его подключения к нулевы м точкам путевых
дроссель-трансформаторов, расположенных на изолированных
рельсовых стыках через два дросселя на третий [6].
Каблирование линий связи. Этот способ может рассматриваться как частный случай экранирования при использовании оболочки кабеля в качестве экранирующего провода. При этом коэффициент защитного действия оболочки кабеля из формулы (17.7)
z
rr
=ў=-1 .
об э
жоб
Эта формула обращается в формулу (17.5),
z
об
если учесть, что коэффициент взаимоиндукции между оболочкой
и жилами и коэффициент самоиндукции оболочки близки по величине. Как уже указывалось, защитное действие оболочки кабеля может быть улучшено снижением ее активного сопротивления
или увеличением индуктивности (т. е. повышением магнитной проницаемости брони кабеля).
Практически используются оба способа снижения коэффициента защитного действия. Активное сопротивление понижается добавлением поверх свинцовой оболочки медных проволок или применением алюминиевой оболочки вместо свинцовой. Индуктивность повышается благодаря применению для брони специальной
363
стали с повышенной магнитной проницаемостью. Однако она значительно удорожает кабель. Применение алюминиевой оболочки
вместо свинцовой позволяет и при броне из низкоуглеродистой
стали существенно снизить коэффициент защитного действия
при меньшей стоимости кабеля по сравнению с кабелем со специальной броней.
Надо отметить, что с увеличением емкости кабеля, т. е. числа
жил в нем, увеличивается общее сечение оболочки и бронелент,
т. е. уменьшается активное сопротивление, а значит, и коэффициент экранирующего действия оболочки.
Каблирование линий связи рассматривается как один из основных видов зашиты линий связи от влияний электрических железных дорог переменного тока. При постоянном токе в контактной
сети может применяться частичное каблирование. Следует учитывать, что этот способ защиты самый дорогостоящий, но при
каблироании значительно повышается надежность линии связи
и облегчается ее эксплуататция. Поэтому вопрос о применении
специального кабеля должен решаться технико-экономическим
расчетом в сравнении с другими способами защиты.
Отсасывающие трансформаторы. Рельсовая цепь представляет
собой экранирующий провод, коэффициент экранирования которого из формулы (17.8)
z
l=ўў=-r
э
кр
1 .
z
р
Снижение его получается при уменьшении сопротивления
рельсовой цепи zр и повышении сопротивления взаимоиндукции между проводами контактной сети и рельсами zкр. Последнее достигается применением отсасывающих трансформаторов
на дорогах переменного тока. Первичная обмотка отсасывающего
трансформатора ОТ включается в рассечку контактной сети КС,
а вторичная обмотка может быть включена в рассечку рельсовой
цепи Р (рис. 17.4, а), ее нагрузкой в этом случае является сопротивление растекания распределенного заземления рельсовой цепи,
составляющее единицы — доли ома. Таким образом, отсасывающий трансформатор сходен с трансформатором тока, работающим в режиме, близком к режиму к. з. Коэффициент трансформации его обычно равен или близок к единице. Во время работы
трансформатор как бы отсасывает ток из земли, в связи с чем ток
в рельсах возрастает, улучшая их экранирующее действие, и тем
364
больше, чем меньше интервал между отсасывающими трансформаторами. Поскольку их включение в контактную сеть целесообразно в местах сопряжения анкерных участков, то они могут располагаться примерно через 1,5–3–4,5–6 км друг от друга.
При интервале 3 км коэффициент экранирования рельсов может
уменьшиться в несколько раз в зависимости от величины переходного сопротивления.
аб
I
к
ОТ
I
р
I
к
I
Т1
w
1
w
2
I
I
Т2
р
кк
р
I
к
ОТ
I
о
I
к
I
Т1
w
1
w
2
I
Т2
I
о
о
I
р
р
Рис. 17.4. Принципиальные схемы включения
отсасывающих трансформаторов (ОТ):
а — вторичная обмотка ОТ включена в рельсы (Р);
б — вторичная обмотка ОТ включена в обратный провод (О):
w1, w2, IT1, I
Iк, Iр, Iо — токи в контактной сети, рельсах и обратном проводе
— число витков и токи первичной и вторичной обмоток ОТ;
T2
Значительно лучший эффект получается при включении вторичных обмоток отсасывающих трансформаторов в дополнительный провод ОП, подвешиваемый на опорах контактной сети, соединенный с рельсами в промежутках между трансформаторами и называемый обратным (рис. 17.4, б). В этом случае тяговый
ток возвращается к подстанции по обратному проводу, а по рельсам (и частично в земле) он проходит только на коротком участке
между электровозом и соединением рельсов с обратным проводом.
В интервале между трансформаторами 4,5 км коэффициент экранирования уменьшается примерно в 3–10 раз по сравнению с коэффициентом экранирования рельсов без отсасывающих трансформаторов (в зависимости, от расположения обратного провода).
По этой причине применение отсасывающих трансформаторов
с обратным проводом более целесообразно.
Тяговая сеть с отсасывающими трансформаторами показана на
рис. 17.5, включенными вторичной обмоткой в рельсовую цепь.
Диаграмма токов в рельсовой цепи (рис. 17.5, в) показывает резкое увеличение этого тока, а значит, и резкое уменьшение коэффициента экранирования.
365
а
ТОН
ПОН
к
I
к
I
ОТ
1
б
I
к
ОТ
l
0
к
2
ОТ
3
I
р
р
l
в
l
1
I
р
2
Рис. 17.5. Участок с отсасывающими трансформаторами,
включенными вторичной обмоткой в рельсы, и с одним электровозом:
и провод обратного напряжения; б — диаграмма тока в контактной сети;
в — диаграмма тока в рельсах; 1 — без отсасывающих трансформаторов;
а — схема участка; ТОН и ПОН — трансформатор
2 — с отсасывающими трансформаторами
Основными недостатками этого способа снижения влияний
является значительная стоимость его и расход цветных металлов
(обмотки трансформатора и обратный провод должны пропускать
полный тяговый ток), а также возрастание сопротивления контактной сети, увеличение потерь напряжения и энергии. Поэтому применение отсасывающих трансформаторов целесообразно (при достаточном технико-экономическом обосновании) только в особых
случаях, когда возникает необходимость в сохранении существующих дорогостоящих устройств связи, находящихся в зоне влияния электрифицируемой железной дороги: магистрального кабе-
366
ля без специальной защитной оболочки; разветвленной кабельной
и воздушной сетей крупных узлов, а также для ограничения влияния на различные сооружения — трубопроводы, контактную сеть
городского транспорта, электрические сети низкого напряжения.
На линию связи оказывают влияние токи, имеющиеся в системе проводов: контактная сеть — обратный провод — рельсы
(так как в рельсовой цепи под действием токов в контактной сети
и обратном проводе протекает индуктированный ток). Поэтому защитное действие отсасывающих трансформаторов с обратным проводом зависит от сопротивлений взаимоиндукции между линией связи, с одной стороны, и контактной сетью, обратным проводом и рельсами, — с другой, а также от соотношения
токов по модулю и фазе во влияющей системе проводов. Отсюда
возникает возможность изменить и, следовательно, улучшить защитное действие путем изменения соотношения токов и взаимного расположения проводов.
Отсасывающие трансформаторы применяются на дорогах переменного тока и уменьшают только магнитные влияния. Если с их
помощью добиться такого снижения магнитного влияния на воздушную линию связи, что последняя может быть расположена
на расстоянии от контактной сети менее 100 м, то возникнет необходимость в защите линий связи от электрического влияния. Такая
защита достигается подвешенным на опорах контактной сети проводом обратного напряжения (стальной провод диаметром порядка 5 мм) (рис. 17.5), в который от специального трансформатора
на подстанции подается напряжение, сдвинутое на угол, близкий
к 180°, по отношению к напряжению в контактной сети, в результате чего электрические влияния от контактной сети и проводов
обратного напряжения на линию связи взаимно компенсируются. Снижение до такой степени опасных и мешающих магнитных
влияний на воздушную линию связи отсасывающими трансформаторами затруднительно и требует слишком больших затрат (увеличения числа трансформаторов). Кабельные же линии не подвержены электрическому влиянию.
Демпфирующий контур. Поскольку контактная сеть обладает
распределенной емкостью, то она с учетом индуктивности сети
и тяговых трансформаторов может быть представлена как колебательный контур. Амплитуды гармоник, возникающих в момент
завершения коммутации выпрямительного агрегата на электровозе однофазно-постоянного тока, могут иметь значительную
величину вследствие резонансных явлений в контактной сети.
367
Резонирующие гармоники находятся в диапазоне тональных частот и близки к частотам, оказывающим наибольшее мешающее
влияние на линии связи.
Для снижения амплитуд резонирующих и близких к ним гармоник на тяговых подстанциях переменного тока применяют демпфирующий контур (рис. 17.6).
КС
С
д
ЭЛ
R
д
р
ТП
Рис. 17.6. Демпфирующий контур
тяговой подстанции переменного тока
Такой контур, включаемый параллельно тяговой сети и состоящий из последовательно соединенных емкости Сд и сопротивления Rд (рис. 17.6, где ТП — тяговая подстанция; ЭЛ — электровоз), поглощает энергию генератора гармоник (электровозного
выпрямителя) и рассеивает ее в демпфирующем сопротивлении.
При подборе соответствующих величин емкости и сопротивления
демпфирующий контур обеспечивает гашение резонансных колебаний в достаточно широком диапазоне частот и относительно небольшое увеличение (происходящее при наличии демпфирующего контура) гармоник низких частот, оказывающих влияние на работу первичной системы энергоснабжения.
Как показали исследования, применение демпфирующего контура снижает мешающее влияние на линии связи тональной частоты в среднем в 3–4 раза, а максимальные пиковые значения напряжения шума — в 4–4,5 раза. Поэтому применение демпфирования
позволяет либо снизить (примерно в 4 раза) требования к защитному действию оболочки кабеля, либо прокладывать кабель вблизи от тяговой сети (в 2,5–10 м, если без демпфирования требуется
ширина сближения 65–100 м), а при некоторых условиях сохранить
существующий кабель связи с обычной оболочкой и броней, проложенный в непосредственной близости от железной дороги. Если
без демпфирования по условиям защиты от мешающих влияний
воздушная линия должна быть отнесена на 1–2,5 км от железной до-
368
роги, то при демпфировании относ можно уменьшить на 0,5–1 км.
Наконец, применение демпфирования несколько повышает коэффициент мощности подстанции и дает возможность уменьшить емкость батареи поперечной емкостной компенсации [15].
Сглаживающие фильтрустройства (СФ) на тяговых подстанциях
постоянного тока. Рост числа и единичных мощностей полупрово-
дниковых преобразователей в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и на железнодорожном транспорте, метрополитене, обуславливает особую актуальность решения вопросов
оптимизации схем и параметров преобразователей. Применение
преобразователей с числом пульсаций больше шести (12, 24, 48)
продиктовано необходимостью повышения качества выпрямленного напряжения, снижения потребления реактивной мощности
(увеличения коэффициента мощности), улучшения внешней характеристики, уменьшения высших гармонических токов и напряжений в питающей сети. Из проведенных исследований следует [37],
что у 12-пульсового выпрямителя переменная составляющая выпрямленного напряжения в 4 раза меньше, чем у 6-пульсового,
а у 24-пульсового выпрямителя — в 3 раза меньше, чем у 12-пульсового и в 12 раз меньше, чем у 6-пульсового. Поэтому при создании 24-пульсового выпрямителя при полной симметрии напряжений секций обеспечивается высокое качество выпрямленного напряжения, переменная составляющая его равна 0,3 % от Ud0,
где Ud0 — напряжение холостого хода на шинах 3,3 кВ.
В последние годы на тяговых подстанциях устанавливаются
12-пульсовые преобразовательные агрегаты с последовательным
или параллельным соединением двух трехфазных мостов. На ряде
тяговых подстанций внедряют 24-пульсовые выпрямители, которые собирают на основе последовательного, смешанного (последовательно-параллельного) или параллельного соединений четырех трехфазных мостов [37].
Однако при любой схеме выпрямления в реальных условиях,
особенно при наличии несимметричных режимов их работы, требуется дальнейшее снижение пульсации выпрямленного напряжения, что достигается установкой на тяговых подстанциях сглаживающих фильтров. На большинстве тяговых подстанций постоянного тока с 6-пульсовыми преобразователями (практически
на всех монтажах до 1960 г.) установлены однозвенные сглаживающие фильтры (pnc. 17.7, a).
При проектировании и электрификации новых участков железной дороги нормативными документами [37] требуется установка
369
мощных двухзвенных СФ, предложенных Западно-Сибирской
железной дорогой (рис. 17.7, б) и ВНИИЖТом (рис. 17.7, в). При
установке на тяговых подстанциях 12- или 24-пульсовых преобразовательных агрегатов рекомендуется использовать более простые однозвенные апериодические СФ (рис. 17.7, г) или в некоторых случаях обойтись совсем без СФ.
а
К преобразователю
б
К преобразователю
+
90 мкФ
40 мкФ 25 мкФ
3,15 мГн 1,76 мГн 1,25 мГн 1,17 мГн
300 Гц 600 Гц 900 Гц 1200 Гц
L
= 4,5…6,5 мГн
в
р
К преобразователю
144
108
мкФ
мкФ96мкФ60мкФ
17,59
5,86
мГн
мГн
100 Гц 200 Гц 300 Гц 400 Гц 500 Гц 600 Гц
L
= 5 мГн
р1
15 мкФ
Рельсовый фидер
2,93
2,64
мГн
мГн
12
мкФ
2,11
L
= 5 мГн
р2
18,4
мГн
80–100 мкФ
–
48
мкФ36мкФ
1,95
мГн
мГн
Рельсовый фидер
204
мкФ
144
108
мкФ
мкФ96мкФ
5,86
мГн
L
= 3 мГн
р2
2,93
мГн
1236
мкФ
+
–
17,59
мГн
L
= 5 мГн
р1
К преобразователю
г
+
–
L
= 5 мГн
р
Рельсовый фидер
Рис. 17.7. Принципиальные схемы СФ тяговых подстанций:
а — однозвенный; б, в — двухзвенные; г — простой однозвенный
Следует особо подчеркнуть, что асимметрия фазовых напряжений (несинусоидальность и несимметричность напряжений)
первичной системы электроснабжения ведет к появлению в выпрямленном напряжении гармоник с новыми частотами, что затрудняет защиту воздушных линий связи на существующей трассе.
+
276
мкФ
–
Рельсовый
фидер
370
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]