Разработка устройства для определения уравнительных токов в тяговых сетях переменного тока

1. Разработка  устройства для определения уравнительных токов в тяговых сетях переменного тока.

1.1 Структура объекта измерения

Одна из причин возникновения потерь электроэнергии в тяговых сетях переменного тока - протекание уравнительных токов. Они вызваны неравенством потенциалов источников питания по модулю и фазе. Уравнительный ток - это ток, проходящий между двумя точками электрически связанной замкнутой сети и обусловленный разностью напряжений и перераспределением нагрузок в сетях с воздушными и кабельными линиями [1].

Напряжение на шинах смежных подстанций изменяется во времени, и никогда не бывает одинаковым, и, следовательно, по тяговой сети должны циркулировать уравнительные  токи.

На линиях переменного тока уравнительные токи определяются разностью напряжений на подстанциях (по модулю и фазе) и полным сопротивлением тяговой сети. Эти токи могут циркулировать по тяговой сети и при отсутствии нагрузки на данной фидерной зоне.

Неодинаковые напряжения на шинах подстанций, от которых получают питание тяговые нагрузки, могут быть вызваны различием: напряжений на вводах, коэффициентов трансформации, например, при регулировании напряжения на трансформаторе, а, также различными потерями напряжения в трансформаторах самих подстанций. Если смежные подстанции питаются  от различных энергосистем, то разность напряжения на вводах может достигать больших значений. При питании смежных подстанций от продольной линии передачи различие напряжений на смежных подстанциях определяется падением напряжений в самой линии передачи [1].

В некоторых случаях уравнительные токи, или, что то же самое, транзит мощности по тяговой сети, могут привести к большим потерям энергии в ней и перегрузке подстанций.

Итак, напряжение на смежных подстанциях, питающую одну и ту же фидерную зону, может различаться по модулю и по фазе. В контуре тяговой сети напряжения этих двух подстанций представляется векторами Ů₁ и Ů₂ (рис.1).

Рис.1 Электроснабжение сети от двух тяговых подстанций

Условия возникновения в сети уравнительных токов.

Разность напряжений

Разность фаз  определяется, в основном, воздействием внешних факторов на источники напряжений U₁ и U_2. Такими факторами могут являться:

·  наличие линий электропередачи

·  трансформаторы тяговых подстанций

·  протекающие по линиям электропередач нетяговые токи

1.  Рассмотрим первый случай, когда векторы Ů₁ иŮ₂ однонаправленны и

 Ů₁ = Ů₂

В этом случае уравнительный ток равен нулю (рис.2).

Рис.2

2. Рассмотрим второй случай, когда

При  в контуре будет действовать падение напряжения ∆U, равное геометрической разности напряжений    и .

Это ∆U вызовет в контуре уравнительный ток, протекающий по сопротивлению  тяговой сети.

Рис.3

По 2-му закону Кирхгофа:

·  при уравнительный ток совпадает по фазе с ∆ Ů

·  если в контуре, присутствует активно-индуктивное сопротивление, то вектор уравнительного тока, будет отставать от вектора ∆ Ů на
угол .

3. В третьем случае примем:

Рис.4

·  при уравнительный ток совпадает по фазе с ∆ Ů.

·  в данном случае вектор уравнительного тока опережает вектор ∆ Ů, следовательно -активно-емкостной (рис.4).

4. Рассмотрим четвертый возможный случай возникновения в цепи уравнительных токов.

Рис.5

·  При уравнительный ток совпадает по фазе с ∆ Ů.

·  в нашем случае, вектор уравнительного тока отстает от  вектора

 ∆ Ů, следовательно, -активно-индуктивный

Другими словами, неравенство по модулю напряжений смежных подстанций, а, следовательно, и регулирование напряжения на них приводит к появлению к появлению в основном реактивного тока, т.е. при этом происходит перераспределение реактивной мощности.

Если же вектор Ů₁ меньше по модулю вектора Ů₂ и повернут на угол , то в уравнительном токе есть реактивная и активная составляющие. Угол обычно  невелик, и поэтому в уравнительном токе преобладает в основном реактивная составляющая.

В тех случаях, когда возможно появление в линии уравнительного тока неизбежно появление  причин, которые приводят к ухудшению технико-экономических показателей работы сети и электроприемников. Увеличиваются потери электроэнергии, снижается мощность электродвигателей, увеличиваются высшие гармонические составляющие на стороне выпрямленного тока, уменьшается пропускная способность тяговой сети. Для необходимости измерения и контроля уравнительных токов возможно применение  метода непрерывного контроля уравнительных токов.

1.1.1 Метод измерения