Асимметрия в трехфазных линиях, питающих тяговые сети 25кВ, 50Гц

Асимметрия в трехфазных линиях,
питающих тяговые сети 25кВ, 50Гц

Высокие однофазные нагрузки, которые обусловлены тягой поездов на линиях, электрифицированных по системе однофазного переменного тока напряжением 25кВ частотой 50Гц, отбираются из трехфазных сетей первичного электроснабжения. При их эксплуатации большой проблемой является асимметрия напряжений. Она может зависеть как от места, так и от времени.

Развитие высокоскоростного движения требует большой мощности тяговых подстанций. Мощность тяговых трансформаторов в большинстве европейских стран с системами тягового тока 25кВ (или 2×25кВ), 50Гц , принята в диапазоне 20- 63МВ·А.

Для системы тягового электроснабжения с частотой 162/3Гц существует отдельная сеть высоковольтных линий первичного электроснабжения однофазного тока напряжением 110кВ, 162/3Гц (в Германии, Австрии, Швейцарии и Скандинавии). Для железных дорог, электрифицированных по системе 25кВ, 50Гц, таких однофазных линий первичного электроснабжения не существует. Тяговые подстанции получают питание непосредственно из трехфазной сети общего пользования, что является причиной неравномерной загрузки ее фаз, а следовательно, и асимметрии напряжений.

На практике для приблизительной оценки асимметрии нередко используют соотношение величин однофазной потребляемой мощности и расчетной мощности короткого замыкания на землю одной фазы трехфазной системы. Приблизительный характер такой оценки обусловлен тем, что в этом случае не учитывается ряд не менее важных факторов, определяющих величину асимметрии:

• изменение во времени мощности и cosj тяговой нагрузки;
• подключение нескольких тяговых подстанций к одной трехфазной сети;
• распределение потоков мощности в трехфазной сети и их изменение под действием нагрузок тяговых подстанций;
• изменение электромагнитного воздействия трехфазных воздушных линий на окружающую среду при асимметричной нагрузке.

Эти выводы требуют совершенно нового качественного подхода к оценке влияния неравномерности загрузки фаз тяговыми подстанциями на асимметрию напряжений трахфазной сети. Наиболее эффективным для оценки асимметрии оказался метод многополюсника.

Метод многополюсника

Используя этот метод, трехфазную линию электропередачи рассматривают как многопроводную систему. Ее провода, находящиеся на расстоянии от 2 до 25м друг от друга, могут колебаться в определенном диапазоне. Наводящиеся в них продольные напряжения, неизбежно возникающие в многопроводной связанной системе, зависят от тока нагрузки в проводах и его фазового угла, собственной и взаимной индуктивностей, а также от емкостных связей.

При электрических расчетах асимметрии в трехфазных сетях применяют метод разложения на симметричные составляющие. В соответствии с этим определяют фазовые импедансы составляющих. При этом, к сожалению, выпадают из рассмотрения упомянутые связи и взаимные воздействия в системе.

Метод многополюсника позволяет дать более точное описание системы с учетом основных электромагнитных связей и зависимостей. Каждый провод рассматривается как многополюсник определенного участка многопроводной системы. При этом изменение нагрузки и других параметров во времени представляют как ступенчатые, происходящие через каждые четверть периода (p/2), в течение которых эти параметры принимаются распределенными.

 На рис.1 приведена схема замещения участка линии для системы из n проводов. Параметры Z₁, Z₂,... Z_n-1, Z_n являются собственными импедансами шлейфов провод- земля, для расчета которых разработана специальная методика. Величины Z_1,2, ...Z_1,(n-1), Z_1,n, ...Z_2,(n-1), Z_2,n, ...Z_(n-1),n представляют взаимные импедансы связи между отдельными шлейфами провод- земля многопроводной системы, которые также определяются расчетом.