ответы

1.Показатели качества электроэнергии

Показателями качества электрической энергии (всего их 11) являются:

• установившееся отклонение напряжения;

• размах изменения напряжения;

• доза фликера;

• коэффициент искажения

• синусоидальности кривой напряжения;

• коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения;

• коэффициент несимметрии напряжений по обратной последова­тельности;

• коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последова­тельности;

• отклонение частоты;

• длительность провала напряжения;

• импульсное напряжение;

• k временного перенапряжения.

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

• Отклонение напряжения

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

- отрицательное отклонение напряжения

U₀ – номинальное/согласованное напряжение

- положительное отклонение напряжения

• Колебания напряжения

Характеризуются двумя показателями каче­ства электрической энергии: размахом изменения напряжения и дозой фликера.

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

Колебания напряжения электропитания (как правило, продолжительностью менее 1 мин), в том числе одиночные быстрые изменения напряжения, обусловливают возникновение фликера. Показателями КЭ¹, относящимися к колебаниям напряжения, 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.

• Несинусоидальность напряжения

Характеризуется двумя показателя­ми качества электрической энергии: коэффициентом искажения сину­соидальности кривой напряжения и коэффициентом n-й гармонической составляющей напряжения. Под коэффициентом искажения синусои­дальности кривой напряжения понимают отношение действующего зна­чения всех высших гармоник к действующему значению напряжения 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 %.

• 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 электрических сетях характеризуется 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

Измерение отклонения частоты f осуществляют следующим образом.     Б.5.1 Для каждого i-го наблюдения за установленный период времени измеряют действительное значение частоты fi в герцах.     Б.5.2 Вычисляют усредненное значение частоты fy в герцах как результат усреднения N наблюдений fi на интервале времени, равном 20 с, по формуле   (Б.28),  Число наблюдений N должно быть не менее 15.     Б.5.3 Вычисляют значение отклонения частоты (f в герцах по формуле  f=fy-fном, (Б.29)    где fном - номинальное значение частоты, Гц.     Б.5.4 Качество электрической энергии по отклонению частоты считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если все измеренные в течение 24 ч значения отклонений частоты находятся в интервале, ограниченном предельно допустимыми значениями, а не менее 95% всех измеренных значений отклонения частоты находятся в интервале, ограниченном нормально допустимыми значениями.     Допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода за нормально и предельно допустимые значения.    Качество электрической энергии по отклонению частоты считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5% от установленного периода времени, т.е. 1 ч 12 мин, а за предельно допускаемые значения - 0%. 

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

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

Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:

технологические установки:

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

– при повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий;

– при значительных отклонениях напряжения 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 напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15% механический момент снижается на 25%, двигатель при этом может не запуститься или остановиться;

– при снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что приводит к перегреву обмоток, и, соответственно, к снижению срока службы двигателя; при длительной работе на напряжении 0,9U_ном срок службы двигателя снижается вдвое;

– при повышении напряжения на 1% увеличивается потребляемая двигателем реактивная мощность на 3…7%.

Поэтому ГОСТ Р 54149-2010 устанавливает нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выходах прием­ников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10% номи­нального напряжения электрической сети.

- отрицательное отклонение напряжения

U₀ – номинальное/согласованное напряжение

- положительное отклонение напряжения

Обеспечить эти требования можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения.

Снижение потерь напряжения ΔU достигается:

– выбором сечения проводников линий электропередач R по условиям потерь напряжения;

– применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии X;

– компенсацией реактивной мощности 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 напряжения - многократно повторяющиеся изменения напряжения. Колебания напряжения характеризуются двумя показателями каче­ства электрической энергии: размахом изменения напряжения 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 напряжения в электрической сети. Под дозой фликера понимают меру восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени.

Колебания напряжения электропитания (как правило, продолжительностью менее 1 мин), в том числе одиночные быстрые изменения напряжения, обусловливают возникновение фликера. Показателями КЭ, относящимися к колебаниям напряжения, 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.

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

5.Частота повторения изменения напряжения, частость появления провалов U

Провал напряжения    Измерение длительности провала напряжения (tп в секундах (рисунок Б.2) осуществляют следующим образом:     Б.6.1 Фиксируют начальный момент времени tн резкого спада (с длительностью менее 10 мс) огибающей среднеквадратических значений напряжения, определенных на каждом полупериоде основной частоты, ниже уровня 0,9 Uном.     Б.6.2 Фиксируют конечный момент времени tк восстановления среднеквадратичного значения напряжения до 0,9 Uном.     Б.6.3 Вычисляют длительность провала напряжения (tп в секундах по формуле  tп = tк - tн , (Б.30)    где tн, tк - начальный и конечный моменты времени провала напряжения.     Б.6.4 Качество электрической энергии по длительности провалов напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если наибольшее из всех измеренных в течение продолжительного периода наблюдения (как правило, в течение года) длительностей провалов напряжения не превышает предельно допустимого значения.     В соответствии с 6.5 допускается определять максимально возможную длительность провала в точке присоединения к электрической сети путем расчета суммарной выдержки времени устройств релейной защиты, автоматики и коммутационных аппаратов, установленных в соответствующих электрических сетях энергоснабжающей организации. Если найденная таким способом длительность провала напряжения не превышает предельно допустимого значения, то качество электрической энергии по длительности провалов напряжения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта.     Б.6.5 Глубину провала напряжения Uп в процентах (рисунок Б.2) определяют следующим образом.     Б.6.5.1 Измеряют среднеквадратичные значения напряжения U за каждый полупериод основной частоты во время провала напряжения, в вольтах, киловольтах.     Б.6.5.2 Определяют минимальное из всех измеренных в соответствии с Б.6.5.1 среднеквадратичных значений напряжения Umin, в вольтах, киловольтах.       Б.6.6 Частость появления провалов напряжения Fп в процентах вычисляют по формуле   (Б.32),     где m (Uп, tп) - число провалов напряжения глубиной Uп и длительностью tп за период времени наблюдения Т ;     M - суммарное число провалов напряжения за период времени наблюдений Т. 

Б.2.1.1 Частоту повторения изменений напряжения F(Ut, с-1, мин-1, при периодических колебаниях напряжения вычисляют по формуле  (Б.7),    где m - число изменений напряжения за время Т;    Т - интервал времени измерения, принимаемый равным 10 мин.     Примечание - Значение частоты повторения изменений напряжения, равное двум изменениям напряжения в секунду, соответствует 1 Гц. 

7.Несинусоидальность кривой напряжения. Отрицательные явления, вызванные несинусоидальностью кривых тока и напряжения

*Гармонические составляющие напряжения обусловлены нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей, подключаемыми к электрическим сетям различного напряжения.

Показателями КЭ, относящимися к гармоническим составляющим напряжения, являются:

- значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40-го порядка КU(n) в процентах напряжения основной гармонической составляющей U1 в точке передачи электрической энергии;

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

Под коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения понимают отношение действующего значения всех высших гармоник к действующему значению напряжения 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 коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения устанавливаются в зависимости от уровня напряжения, четности и нечетности гармоники и ее номера.

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

Уровень интергармонических составляющих напряжения электропитания увеличивается в связи с применением в электроустановках частотных преобразователей и другого управляющего оборудования.

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

Высшие гармоники тока и напряжения вызывают дополнительные потери активной мощности во всех элементах системы электроснабжения: в линиях электропередачи, трансформаторах, электрических машинах, статических конденсаторах, так как сопротивления этих элементов зависят от частоты.

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

8. коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения. Коэффициент n-гармонической составляющей.

Для выработки электрической энергии почти исключительно применяются трехфазные синхронные генераторы, которые являются источниками синусоидального симметричного трехфазного напряжения. Если нагрузка в системе линейная, то и токи во всех ветвях синусоидальны. Наличие нелинейной нагрузки приводит к возникновению несинусоидальных токов во всех ветвях электрической сети, что приводит к возникновению несинусоидальной кривой напряжения во всех точках сети, это отрицательно влияет на работу электрической сети.

Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

– коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

– коэффициентом n-й гармонической составляющей напряжения.

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 коэффициента 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.

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

Измерение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения  осуществляют для междуфазных (фазных) напряжений.

Для каждого i-го наблюдения за установленный период времени определяют действующие значения гармонических составляющих напряжения в диапазоне гармоник от 2-й до 40-й в вольтах, киловольтах.

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

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

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

Симметричная трехфазная система напряжений характери­зуется одинаковыми по модулю и фазе напряжениями во всех трех фазах. При несимметричных режимах напряжения в разных фазах не равны. Несимметричные режимы в элек­трических 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.

Тяговые подстанции элек­трифицированного на переменном токе железнодорожного транспорта 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 напряжений и токов обратной и нулевой последовательно­сти U₂, U₀, I₂, I₀ приводит к дополнительным потерям мощ­ности и энергии, а также потерям напряжения в сети, что ухудшает режимы и технико-экономические показатели ее работы. Токи обратной и нулевой последовательностей I₂, I₀ увеличивают потери в продольных ветвях сети, а напряже­ния и токи 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 характеристик вращающихся электрических машин. Ток прямой последовательности в статоре создает магнитное поле, вращающееся с синхрон­ной частотой в направлении вращения ротора. Токи обрат­ной последовательности в статоре создают магнитное поле, вращающееся относительно ротора с двойной синхронной частотой в направлении, противоположном вращению. Из-за этих токов двойной частоты в электрической машине возникают тормозной электромагнитный момент и дополнительный нагрев, главным образом ротора, приводящие к сокращению срока службы изоляции.

В асинхронных двигателях возникают дополнительные потери в статоре. В ряде случаев приходится при проекти­ровании увеличивать номинальную мощность электродвигателей, если не принимать специальные меры по симметри­рованию напряжения. В синхронных машинах кроме дополнительных потерь и нагрева статора и ротора могут начаться опасные вибрации. Из-за несимметрии сокращается срок службы изоляции трансформаторов, синхронные двигатели уменьшают выработку реактивной мощности.

Суммарный ущерб, обусловленный несимметрией в промышленных сетях, включает стоимость дополнительных потерь электроэнергии, увеличение отчислений на реновацию от капитальных затрат, технологический ущерб, ущерб, обусловленный снижением светового потока ламп, установленных в фазах с пониженным напряжением, и со­кращением срока службы ламп, установленных в фазах с повышенным напряжением, ущерб из-за уменьшения ре­активной мощности, генерируемой синхронными дви­гателями.

10. Коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательностям

Несимметрия трехфазной системы напряжений обусловлена несимметричными нагрузками потребителей электрической энергии или несимметрией элементов электрической сети.

Показателями КЭ, относящимися к несимметрии напряжений в трехфазных системах, являются коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2U и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K_0U.

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности равен, %

K_2U = U₂₍₁₎ / U₁₍₁₎ • 100;

где: U₂₍₁₎ – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В;

U₁₍₁₎ – действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, 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 трехфазной 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 коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности проводят в четырехпроводной сети.

Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы:

- значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 2 % в течение 95 % времени интервала в одну неделю;

- значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U 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 переменного тока 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 и схемы соединения их обмоток на ТП переменного тока определяются тем, что питание однофазных потребителей (поездов) производится от трехфазной 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 однофазных 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 однофазными 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 тяговой подстанции 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 нулевой последовательности отсутствует, т. к. отбор мощности происходит путем подключения однофазной нагрузки к двум фазам. Несимметрия токов характеризуется коэффициентом несимметрии токов прямой и обратной последовательности

Для определения коэффициента несимметрии и симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей можно воспользоваться специальными номограммами. При отсутствии указанных номограмм симметричные составляющие прямой и обратной последовательностей могут быть определены путем графического построения. Графическое построение основано на том, что при отсутствии составляющей нулевой последовательности векторы могут быть представлены сторонами замкнутого треугольника токов.

Зная взаимную ориентацию векторов, можно графически построить векторы токов прямой и обратной последовательностей, используя для этого выражения

После оценки численных значений токов I_A1 и I_A2 коэффициент несимметрии токов определяется по известной формуле

12.Симметрирование нагрузки на энергосистему в тяговых сетях переменного тока

Рассмотрим подключение к ЛЭП тяговых подстанций с трансформато­рами «Y/Δ-II» , так как это основной тип трансформатора на железных до­рогах ОАО «РЖД» систем переменного тока. 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 напряжение между контактной сетью и рельсом находи­лось в одной фазе между смежными участками. При анализе схемы видно, что на любой межподстанционной зоне соседние ТП будут давать одно и то же напряжение ЛЭП. На четных зонах оно будет положительным (А,В,С), а на нечетных - отрицательным (-А-В-С), т. е. совпадающим по фазе с на­пряжением 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 двухстороннем питании такая схема с циклом (3 ТП) или несколькими циклами (6 ТП) не обеспечивает равномерную загрузку фаз ЛЭП.

Подстанции 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 железных дорогах России на участках ЭЖД с системой напряжени­ем 27,5 кВ такая схема и применяется. В основном в системе внешнего электроснабжения питание по ЛЭП осуществляется с двух сторон (двух­стороннее питание).

13.Уровни напряжения на в системе тягового электроснабжения

Под номинальным напряжением на тяговых шинах подстанции по­стоянного тока понимают среднее значение выпрямленного напряжения при номинальном значении выпрямленного тока и номинальном напря­жении сетевой обмотки тягового трансформатора при соответствующем этому напряжению положении переключателя регулировочных ответвлений обмотки. Величина напряжения составляет 3300 В. Кроме это­го, нормируется номинальное (условное) напряжение на токоприемни­ке электроподвижного состава, которое принято равным 3000 В.

В системе переменного тока номинальным напряжением на тяговых шинах подстанции считается напряжение на зажимах тяговой обмот­ки трансформатора при его холостом ходе и номинальном напряжении на зажимах его первичной обмотки и соответствующем этому напряже­нию положении переключателя регулировочных ответвлений обмотки трансформатора. Это напряжение принято равным 27,5 кВ, а номиналь­ное (условное) напряжение на токоприемнике электроподвижного со­става составляет 25 кВ.

Помимо номинального напряжения на тяговых шинах подстанций и токоприемнике нормируются максимальные и минимальные значе­ния напряжения на токоприемнике для различных режимов и условий работы системы.

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

В нормальном рабочем режиме напряжение 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 напряжения – кратковременное изменение напряжения, которое не приводит к изменению скорости.

Для рассмотрения возможных отрицательных последствий колебаний U на токоприемнике ЭВ воспользуемся электроме­ханическими характеристиками тягового двигателя.

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 напряжения 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 напряжения 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 напряжения с помощью электровозного трансформатора, на электровозах постоянного тока такой возможности нет.

Влияние отклонений напряжения на скорость и силу тяги элек­тровоза постоянного тока, а также на нагрев обмоток тяговых двигате­лей и условия работы вспомогательных машин электровоза. 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 электровоза и поезда 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.

Потеря напряжения в двигателе из-за малого сопротивления 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 постоянного тока с последовательным возбу­ждением величина Ф пропорционально определяет­ся величиной I двигателя. Поэтому выражение (**):

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

Рассмотрим, как соверша­ется переход с одной скорости 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 напряжения 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 - сила тяги 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 электровоз неработоспособным. Все вспомогательные машины на ЭВ пост.тока устойчиво работают при U=2200В, на переменном токе – при U=19кВ.

16.Изменение напряжения на токоприемнике ЭПС при узловых схемах питания тяговой сети

При параллельной работе подстанций применение одного поперечного соединения контактных подвесок путей на межподстанционной зоне 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 системы электроснабжения продольное и поперечное электрическое соединение контактных подвесок отдельных секций контактом сети обеспечивается с помощью специальных устройств - постов секционирования (ПС), а поперечное электрическое соединение контактных подвесок путей - применением пунктов параллель­ного соединения (ППС).

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

Рассмотрим потери напряжения для узловой схемы. Известно, что 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 тока между подстанциями, но ведет к перерас­пределению токов фидеров.

Следовательно, средние и эффективные токи подстанций будут такими же, как и при двустороннем питании.

При двустороннем питании ток поступает к нагрузке с двух сторон все время, пока она находится между данными подстанциями, т. е. подстан­ции и контактная сеть загружаются большее время и меньшей нагрузкой.

Таким образом, подстанции и контактная сеть 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 тяговых подстанций. Потери напряжения, 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 напряжений на шинах смежных подстанций. В противном случае нагрузка распределяется между смежными подстанциями нерав­номерно, что ведет к увеличению потерь энергии и напряжения. В отдель­ных случаях это может уничтожить все преимущества двустороннего пи­тания. В частности, это может возникнуть при питании смежных подстанций от различных энергосистем.

.

17.Параллельная работа тяговых подстанций постоянного тока в режиме выпряения.

В общем случае напряжения на шинах смежных подстанций не бы­вают одинаковыми и, следовательно, в тяговой сети, как правило, дол­жны возникать уравнительные токи. На участках, электрифицированных на постоянном токе, отсутствие нагрузки на подстанционных зонах не вызывает протекания уравнительного тока из-за цепи через вентили во внепроводяшем направлении на подстанциях. Если на межподстанционной зоне 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 уравнительного тока на ряде электрифицированных железных дорог показала, что величина его может достигать 100-120 А. Поэтому в ряде случаев опыт эксплуатации доказал эффективность перехода к од­ностороннему питанию контактной сети с выполнением раздела питания где-то в середине межподстанционной зоны.