Электромагнитная совместимость устройств. Конспект лекций для студентов специальности "Электроснабжение железнодорожного транспорта"
 Скачать 1.04 Mb.
|
|
Возврат к оглавлению Лекция 9. ВЛИЯНИЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ НА ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 9.1. Общие проблемы влияния на смежные ЛЭП При небольшой ширине сближения, особенно при расположении проводов линий на опорах контактной сети, наводимые на проводах смежных воздушных линий напряжения оказываются столь большими, что с ними приходится считаться и в случае линий электропередачи низкого напряжения в их рабочих режимах. По таким линиям производится питание линейно-путевых потребителей (освещение зданий, наружное освещение, цепи дистанционного управления и другие) с отбором мощности от системы продольного электроснабжения комплектными однофазными и трехфазными подстанциями. С влиянием приходится считаться даже в случае смежных линий напряжением 6-10 кВ с изолированной нейтралью и линий ПР и ДПР напряжением 27.5 кВ. Существенно меньше влияние на смежные линии со стороны тяговой сети 2х25 кВ. Линии напряжением 0.23/0.4 кВ обычно работают с глухозаземленной нейтралью, что совместно с их сравнительно небольшой длиной позволяет говорить об отсутствии электрического влияния на них. Наводимое напряжение магнитного влияния для этих линий сопоставимо по величине с рабочим напряжением и может приводить к тому, что напряжения провод-земля на проводах двухпроводной линии в нормальном режиме работы будут существенно отличаться от ожидаемых величин. Линии электропередачи напряжением 6-10 кВ принадлежат к системам с изолированной нейтралью, имеющим в нормальном режиме единственную гальваническую связь с землей - через первичную обмотку трансформатора напряжения НТМИ, весьма слабую для снижения напряжений электрического влияния. Наводимые на три провода линии напряжения образуют нулевую последовательность напряжений, что создает проблемы с защитой от однофазных коротких замыканий на землю. Емкостные токи электрического влияния, возникающие между контактной сетью 1х25 кВ и смежными проводами линий ПР и ДПР, располагающихся на опорах контактной сети, создают дополнительные перетоки мощности в системе проводов. Эти перетоки приводят к возникновению небаланса между величиной электрической энергии, переданной в линию, и энергией, распределённой между потребителями, подключенными к линии. Величины наводимых напряжений электрического и магнитного влияний сопоставимы по величине с рабочими напряжениями смежных линий. Появление в проводах смежной линии дополнительных ЭДС за счет магнитного влияния и дополнительное падение напряжения на емкостях проводов по отношению к земле за счет электрического влияния приводит к возможности простого сложения наводимых напряжений и рабочихз напряжений по отношению к земле (разумеется, с учетом их взаимных фазировок). 9.2. Влияние контактной сети на однофазные линии электропередачи При рассмотрении систем с глухозаземленной нейтралью достаточно принять во внимание магнитное влияние тяговой сети. Общий подход к расчету наводимых напряжений тот же, что и для случая отсутствия рабочего напряжения на смежном проводе, рассмотренный в предыдущих разделах.  Рис. 26 Поскольку источник питания линии создает напряжение между проводами линии, то напряжение, наводимое на каждом проводе по отношению к земле, не зависит от напряжения источника питания и на фазном проводе складывается с этим напряжением. Кроме того, фазный провод для наведенного напряжения также должен считаться заземленным через малое внутреннее сопротивление источника. Сложение напряжения источника с наведенным напряжением для фазного провода должно производиться с учетом фазовых углов этих напряжений, предполагая их синусоидальность. Нейтральный провод, если не учитывать падение напряжения на нем за счет рабочего тока, представляет собой заземленный с одного конца смежный провод, находящийся в зоне влияния тяговой сети. На рис. 26 изображена расчетная схема и векторная диаграмма напряжений на смежной двухпроводной линии при подключении источника - трансформатора 27500/0.23 с фазой ac - в начале линии и заземлении фазы c. Ток контактной сети предполагается одинаковым по всей длине сближения и направленным от начала смежной линии вправо. Для определенности принят первый тип тяговой подстанции по фазировке (то есть трехфазная система напряжений образует прямую последовательность) и питание обмотки высшего напряжения трансформатора произведено от фазы АС. Формулировка задачи такова: необходимо определить напряжения проводов относительно земли в четырех точках: в начале ЛЭП у трансформатора и в конце ЛЭП у нагрузки. Напряжение  равно нулю из-за заземления зажима трансформатора.  - это фазное напряжение трансформатора, равное  и определяемое по направлению в соответствии с заданным типом подстанции и фазировке напряжения контактной сети, взятом в качестве начала отсчета.  - это напряжение магнитного влияния в конце линии, сдвинутое на угол минус 90о относительно тока контактной сети.  определяется суммированием фазного напряжения и напряжения магнитного влияния на проводе a, равное таковому на проводе c. Электрическое влияние отсутствует ввиду заземления провода с с одного конца (малым напряжением электрического влияния на конце провода с вполне можно пренебречь), а провод а заземлен через обмотку трансформатора (который можно рассматривать как источник ЭДС с малым внутренним сопротивлением).Такой анализ показывает, что одни провода могут оказаться под увеличенным потенциалом, другие - под уменьшенным потенциалом относительно земли. В однофазных цепях возможно уменьшение потенциала проводов рациональным выбором фазы, заземлением соответствующего конца обмотки низшего напряжения или изменением направления вектора напряжения магнитного влияния путем изменения стороны питания подверженной влиянию линии. 9.3. Влияние контактной сети на трехфазные линии автоблокировки и продольного электроснабжения напряжением 6-10 кВ Основная проблема влияния тяговой сети переменного тока при расположении проводов трехфазных линий автоблокировки и линейно-путевых потребителей на опорах контактной сети состоит в электрическом влиянии контактной сети переменного тока 1х25 кВ, создающем напряжение нулевой последовательности в смежной линии. Используемая здесь система электроснабжения с изолированной нейтралью представляет собой систему, имеющую в нормальном режиме единственную гальваническую связь с землей - через первичную обмотку трансформатора напряжения НТМИ (рис. 27). На рис. 27 CA , CB, CC - емкости проводов линии по отношению к земле, CКA, CК B, CКC - емкости контактная сеть - провод смежной линии. Трансформатор НТМИ работает в режиме, близком к холостому ходу, и мало нагружает источник питания из-за высокого индуктивно-активного сопротивления его первичной обмотки. Такая ситуация не только не устраняет проблему электрического влияния, но и приводит к возможности резонансных явлений в колебательном контуре с индуктивностью НТМИ и емкостью линии.  Рис. 27 Питание линии электропередачи производится от треугольника районной обмотки тягового трансформатора или от повышающего трансформатора СЦБ. При отсутствии влияния напряжения провод - земля линии определяются емкостями проводов и оборудования по отношению к земле и составляют звезду фазных напряжений трехфазной системы. Близкое расположение контактной сети приводит к тому, что по емкостным элементам CA, CB, CC протекают не только токи от источника питания ЛЭП, но и емкостные токи электрического влияния контактной сети, фаза которых определяется фазой напряжения контактной сети. Последняя совпадает с углом одного из линейных напряжений ЛЭП (рис. 28), так что на три рабочих напряжения провод - земля накладываются три одинаковых по величине и фазе напряжения электрического влияния, образующих нулевую последовательность. На рисунке 28 UК - вектор напряжения контактной сети, U A, U B, U C - напряжения провод - земля нормального неискаженного режима,U Э - вектор напряжения электрического влияния, UAЭ, UBЭ, UCЭ - результирующие напряжения провод - земля.  Рис. 28 Из рисунка 28 видно, что на одном из проводов напряжение провод - земля > существенно меньше номинала, на другом проводе напряжение существенно больше номинала и на третьем проводе напряжение заметно больше номинального. На выходе разомкнутого треугольника трансформатора НТМИ напряжение соответствует величине напряжения электрического влияния, пересчитанного с учетом коэффициента трансформации на вторичную звезду (10000/100 В для вторичной звезды и 10000/100:3 В для треугольника НТМИ-10 с последующим утроением напряжения нулевой последовательности). Влияние контактной сети совместно с усиливающими проводами на однопутном участке приводит к появлению на отключенной незаземленной линии 10 кВ напряжения около 7-8 кВ на каждом проводе по отношению к земле; на двухпутном участке напряжения на 1-2 кВ больше. При подаче рабочего напряжения на линию из-за электрического влияния возникают перекосы напряжения провод - земля: вместо 6 кВ по отношению к земле на каждом проводе получается 9 кВ, 12 кВ и 4 кВ (без учета емкостей подключенного к линии оборудования и емкостей других линий, питающихся от распределительного устройства, не расположенных на опорах контактной сети). Такое электрическое влияние приведет к появлению на разомкнутом треугольнике трансформатора НТМИ напряжения 80 В, что больше напряжения 60 В, появляющегося при однофазном коротком замыкании на землю. Реально это напряжение обычно существенно меньше из-за влияния емкостей подключенного к линии оборудования и насыщения стержней перегруженных катушек НТМИ-10, однако все равно сигнализация об однофазных коротких замыканиях на землю будет заблокирована. Эта ситуация приведет к необнаружению однофазных коротких замыканий и к возникновению двухфазных замыканий с отключениями линий. Кроме того, при работах со снятием напряжения и заземлением может возникнуть эффект ложного перехода на питание от отключенной ЛЭП на сигнальных точках, поскольку наложение заземляющих штанг производится неодновременно. При наложении штанги на один из проводов, к которому подключен вывод ОМ-10, наведенного напряжения на еще не заземленном проводе может оказаться достаточным для переключения питания сигнальной точки. Эффективным средством для снижения наводимого напряжения может быть установка на шинах 10 кВ подстанции конденсаторов порядка 0.3 - 0.7 мкФ на каждую фазу по отношению к земле; никакая транспозиция проводов здесь, разумеется, не поможет. Включение в цепь разомкнутого треугольника трансформатора напряжения НТМИ резистора сопротивлением 1-1.5 Ом также не даст эффекта (кроме возможного повреждения обмотки НТМИ и невозможности использования его для контроля однофазных замыканий на землю) из-за большой индуктивности рассеивания трансформатора. Можно считать, что емкости конденсаторов около 0.02 мкФ на 1 км длины линии (на каждом из трех проводов по отношению к земле), расположенной на опорах контактной сети, достаточно для устранения эффектов электрического влияния на линию; необходимая емкость пропорциональна длине линии. Разумеется, наиболее радикальным средством устранения неприятностей электрического влияния является расположение линий на отдельных опорах. Уже на ширине сближения примерно 15 м наводимое напряжение не превышает 2 кВ и не будет приводить к эффектам блокировки сигнализации об однофазных коротких замыканиях. > В случае выбора линии для основного питания устройств СЦБ с преобладанием следует отдать предпочтение линии на отдельных опорах. Линии продольного электроснабжения питаются от шин 6 или 10 кВ подстанции, к которым обычно подключены не только фидера продольного электроснабжения, но и дополнительные фидера, удаленные от железной дороги. Емкости проводов этих фидеров по отношению к земле увеличивают общую емкость систем проводов по отношению к земле и снижают наводимое напряжение электрического влияния. РЕЗЮМЕ Влияние контактной сети переменного тока на однофазные двухпроводные линии низкого напряжения приводит к тому, что один из проводов линии оказывается под увеличенным потенциалом, другой - под уменьшенным потенциалом относительно земли. Возможно уменьшение потенциала проводов рациональным выбором фазы, заземлением соответствующего конца обмотки низшего напряжения или изменением направления вектора напряжения магнитного влияния путем изменения стороны питания подверженной влиянию линии. Электрическое влияние на линии 6-10 кВ, расположенные на опорах контактной сети, приводит к появлению напряжения прямой последовательности, искажающего напряжения провод - земля линии и нарушающего нормальную работу сигнализации об однофазных коротких замыканиях. Возврат к оглавлению Лекция 10. ВЛИЯНИЕ ТЯГОВОЙ СЕТИ НА ЛИНИИ ПР И ДПР 10.1. Особенности влияния тяговой сети переменного тока 2х25 кВ Наряду с более высокими энергетическими показателями (значительное снижение потерь напряжения и энергии в тяговой сети) и увеличением расстояния между тяговыми подстанциями использование системы 2х25 кВ приводит к существенному снижению всех видов влияния электрифицированной железной дороги на смежные линии. Это снижение связано с наличием двух противофазных напряжений и двух противофазных токов в тяговой сети (рис. 29). Электрическое влияние обусловлено емкостными токами, протекающими по элементам Cк и Cп от контактного и питающего проводов с противофазными напряжениями с частичной компенсацией друг друга на емкости провода по отношению к земле C 0. То же можно сказать и о магнитном влиянии, вызванном противоположно направленными токами контактной сети и питающего провода. Результирующее напряжение магнитного влияния определяется векторной суммой следующих составляющих: - транзитная составляющая напряжения, обусловленная протеканием токов нагрузки всех автотрансформаторов по системе контактная сеть - питающий провод, в рельсах эти токи вызывают сравнительно небольшой индуктированный ток;  Рис. 29 - местная составляющая от токов, протекающих по контактной сети и рельсам во всех зонах автотрансформаторов, где находятся электровозы; - нескомпенсированная составляющая, которая возникает при консольном питании фидерной зоны и расположении электровоза за последним автотрансформатором; на участке от последнего автотрансформатора до электровоза влияние на смежную линию такое же, как и при обычной системе 1х25 кВ без отсасывающих трансформаторов.  Рис. 30 Более определенно об уровне наводимых напряжений можно судить по следующему расчетному примеру, изображенному на рис. 30. На этом рисунке обозначены влияющие провода (контактный провод, несущий трос, питающий провод) и провода, подверженные влиянию (провод системы провод - рельс ПР и смежный провод на отдельной опоре С/Л). В скобках указаны координаты расположения проводов в метрах (расстояние от оси дороги и высота над землей). В таблице 1 указаны рассчитанные для этой системы наведенные напряжения электрического и магнитного влияния в предположении длины проводов ПР и С/Л 10 км. Строки 1-3 таблицы соответствуют изолированным проводам ПР и С/Л и электрическому влиянию, строки 4-5 отвечают заземленным на удаленном конце проводам ПР и С/Л и напряжению в их начале из-за магнитного влияния. Таблица 1
В табл. 1 строки 2 и 5 отвечают влиянию только контактной сети, то есть совпадает со случаем тяговой сети 1х25 кВ. Строка 3 представляет ситуацию с отличающимися по величине напряжениями контактной сети и питающего провода. Данные таблицы показывают, что наводимое напряжение электрического влияния для тяговой сети 2х25 кВ в 3-4 раза меньше, чем для тяговой сети 1х25 кВ. Снижение напряжения магнитного влияния даже больше, но только в случае транзитной составляющей, когда по контактной сети и питающему проводу протекают одинаковые по величине и противофазные токи. Небольшая несимметрия системы 2х25 кВ не приводит к существенному увеличению наводимого напряжения. 10.2. Влияние контактной сети на линии ПР и ДПР Несмотря на одинаковые уровни напряжения в тяговой сети 1х25 кВ, 2х25 кВ и в линиях провод - рельс, два провода - рельс, влияние тяговой сети приводит по меньшей мере к двум эффектам в смежных линиям ПР и ДПР: во-первых, из-за электрического влияния возникают перетоки мощности между линиями, сопоставимые с суммарной мощностью потребителей линии, во-вторых, из-за консольного питания линий ПР и ДПР и большой их длины магнитное влияние способно приводить к существенному изменению уровня напряжения в конце консоли. Вследствие электрического влияния контактной сети, обусловленного наличием емкостной связи между проводами, на изолированные от земли воздушные линии наводится значительный потенциал. Если же линия питается от обмотки трансформатора, имеющего заземленный конец, как это имеет место у линий ПР и ДПР, то потенциал провода будет определяться напряжением трансформатора, а по проводу и по обмотке трансформатора будет протекать дополнительный ток емкостной связи с контактной сетью. Величина этого тока при расположении проводов на опорах контактной сети составляет десятки миллиампер на 1 км линии, и при длине межподстанционной зоны 50 км может достичь полутора ампер. Этот ток протекает по цепям учета электрической энергии, приводя к искажению показаний счетчиков. В системе 2х25 кВ , где напряжения контактной сети и питающего провода противофазны, можно говорить в основном о взаимовлиянии проводов ДПР и ПР друг на друга. Схема рисунка 31, показывающая один из возможных вариантов фазировки, когда питание систем ПР и ДПР производится от отдельного трехфазного трансформатора, поясняет эту ситуацию. Емкостный ток I ДП2-ПР, опережающий на 90о напряжение между проводами UДП2-ПР , для фидера ПР создает ситуацию потребления активной мощности из линии ПР в трансформатор, поскольку при угле φ>90о произведение UПРIПРcosφ отрицательно. Тот же ток протекает через элемент счетчика учета электрической энергии фидера ДПР с появлением дополнительного потребления активной мощности, поскольку угол в этом случае составляет величину 30о. На самом деле эта мощность циркулирует в системе ДПР-ПР, и величина перетока мощности при токе 1 А будет составлять примерно 25 кВт, что приведет к дополнительному отрицательному расходу в системе ПР за месяц порядка 18000 кВт*час, а в счетчик системы ДПР насчитает больше электрической энергии на те же 18000 кВт*час.  Рис. 31 К линии ПР на зоне длиной 50 км в среднем присоединено 25 сигнальных точек с суммарной потребляемой мощностью 15-20 кВт, или 10-15 тыс. кВт*час за месяц, что сравнимо с перетоком по системе ДПР-ПР из-за электрического влияния. Направление потока активной мощности зависит от взаимной фазировки напряжений проводов ПР и ДПР. Направление потока активной мощности из трансформатра в ПР положительное, если провод ДП, имеющий отличную от ПР фазу, питается от опережающей (по сравнению с ПР) фазы. Знак перетока мощности из ДПР в ПР отрицательный, если один из проводов ДПР запитать от отстающей (по сравнению с ПР) фазы вместо опережающей. Режим в тяговой сети на циркуляцию электрической энергии оказывает малое влияние. В системе 1х25 кВ перетоки мощности могут быть существенно больше из-за нескомпенсированного влияния контактной сети. Поток активной мощности по линии ПР может достичь 35 кВт, это 25000 кВт*час в месяц, что существенно превышает возможные перетоки в системе 2х25 кВ. Если фаза напряжения контактной сети совпадает с фазой напряжения ПР, то между проводом ПР и контактной сетью емкостные перетоки отсутствуют, а суммарный поток мощности в линию ДПР (то есть в провод, имеющий отличающуюся от контактной сети фазу) лежит в пределах от 9 кВт до 25 кВт в зависимости от того, с какой стороны запитана линия ДП, что либо меньше, чем в системе 2х25 кВ, либо значительно больше. Эти значения перетоков мощности по линиям ПР и ДПР почти не зависят от того, питается ли контактная сеть консольно или от двух смежных подстанций, и от наличия нагрузок в тяговой сети. Магнитное влияние тяговой сети на консоль питания ПР или ДПР может приводить к существенному изменению напряжения на конце консоли линий ПР-ДПР при вынужденном одностороннем режиме питания тяговой сети. Знак этого изменения зависит от взаимной фазировки рабочего напряжения и напряжения магнитного влияния. Оценочный анализ приводит к следующим выводам. 1. В системе 2х25 кВ с питающим проводом и хотя бы одним автотрансформатором магнитное влияние практически не сказывается на режиме напряжения в ПР (изменение напряжения на ПР составляют 0.1 - 0.2 кВ при токах 300 А в контактной сети и длине консольной зоны 50 км). 2. При консольном питании тяговой сети в системе 1х25 кВ и в системе 2х25 кВ с отключенными автотрансформаторами магнитное влияние уменьшает напряжение в системе ПР посередине зоны примерно на столько же, насколько уменьшается напряжение на шинах подстанции (удваивая провал напряжения), если ПР питается от той же фазы, к которой подключена контактная сеть. При расположении нагрузки на конце консольной зоны без автотрансформаторов магнитное влияние еще больше: напряжение за счет магнитного влияния снижается в 1.7 раза больше снижения напряжения на шинах, суммарный эффект получается в 2.7 раза больше просадки напряжения на шинах. При токе 300 А на зоне 50 км при внешнем электроснабжении 220 кВ, имеющем мощный источник в 100 км от подстанции, напряжение на шине, питающей контактную сеть и провод ПР, снижается на 1.4 кВ, а на конце ПР с нагрузкой 50 кВт напряжение ниже напряжения на шине еще на 2.4 кВ. В общем же для каждой межподстанционной зоны участков дороги с питанием СЦБ от системы ПР при электрификации по системе 1х25 кВ требуется отдельный анализ ситуации и необходим рациональный выбор фазы подключения ПР. |