Электроснабжение железных дорог: Методические указания к выполнению лабораторных работ, страница 6

Краткие теоретические сведения

На железных дорогах мира, электрифицированных на однофазном токе промышленной частоты, питание тяговой сети осуществляется от трехфазных линий электропередачи через трансформаторы, обычно соединенные по одной из трех схем: Скотта; открытого треугольника (V–образная) и трехфазного трансформатора.

В последние годы за границей при электрификации железных дорог на переменном токе промышленной частоты используется схема V–образная, как наиболее простая и удобная в эксплуатации. Трансформаторы при этой схеме одного типа, легко резервируются, позволяют обеспечивать пофазное регулирование напряжения.

Схема Скотта содержит два однофазных трансформатора – «базисный» (Б) и «высотный» (В), первичные обмотки которых подключены к ЛЭП, а вторичные к контактной сети (рис. 3.1).

Схема Скотта

Рис. 3.1

Первичная обмотка трансформатора Б выполняется с выводом от средней точки 0  с общим количеством витков W₁, тогда как первичная обмотка трансформатора В должна иметь  витков, так как включается на напряжение, в   раз меньшее по сравнению с междуфазным напряжением. При таком соотношении витков в первичных обмотках и одинаковых числах витков вторичных обмоток вторичные напряжения обоих трансформаторов U_А и U_B будут равны по величине, но сдвинуты по фазе  на угол  π/2, что видно из векторной диаграммы.

Преимущество такой схемы состоит в том, что при одинаковых нагрузках двух тяговых плеч ЛЭП нагружается симметричной трехфазной системой токов, т.е. при мощных однофазных тяговых нагрузках обеспечивается симметричная равномерная электрическая загрузка проводов линии передачи. В этом можно убедиться при рассмотрении трех режимов работы схемы Скотта (табл. 3.1):

Таблица 3.1

а) в левом плече потребляется  ток  I_л = I, в правом плече I_п = 0;

б) в правом плече потребляется ток I_п = I,  в левом плече I_л = 0.

в) в правом плече потребляется ток I_п = I,  в левом плече I_л = I.

Векторы токов в проводах А, В и С для каждого режима показаны на диаграмме, суммарные величины токов по фазам и углы сдвига между ними представлены в строке табл. 3.1. Как видно из суммарных векторных диаграмм, токи I_А, I_В, I_С равны по величине и сдвинуты один относительно другого на 120^o. Симметричная нагрузка  ЛЭП получается только при равенстве токов в тяговых плечах, если же в одном  из плеч нагрузка окажется  равной нулю или значительно меньшей, чем в другом, то создается несимметрия нагрузки по фазам ЛЭП.

При I_п = 0 и I_л = I несимметрия токов ЛЭП такая же, как при подключении однофазного трансформатора к трехфазной сети. При I_л = 0 и I_п = I несимметрия  несколько  меньшая, так как фазы  В и С частично нагружены.

Схема открытого треугольника (рис. 3.2) состоит из двух одинаковых однофазных трансформаторов и при любых соотношениях токов плеч создает несимметричную систему фазных токов в ЛЭП. Наименьшая несимметрия токов в ЛЭП получается при одинаковых загрузках плеч питания.

Во время выполнения лабораторной работы при помощи фазометра определяются углы  между векторами токов в ЛЭП по отношению  к «базовому» вектору напряжения, принятому за исходный при построении векторной диаграммы. Рекомендуется использовать в качестве «базового» в схеме Скотта первичное напряжение на зажимах АО, в схеме V на зажимах АВ, причем в обоих случаях «звездочка» обмотки напряжения фазометра подключается к зажиму А.

Схема открытого треугольника

Рис. 3.2

Токовая обмотка фазометра включается сначала в одну, а затем в другую и, наконец, в третью фазу ЛЭП, а обмотка напряжения остается подключенной во время всех трех измерений к одним и тем же зажимам (АО или АВ), причем токовая обмотка фазометра каждый раз подключается одинаково, т.е. «звездочка» к фазе ЛЭП со стороны источника питания. Если стрелка прибора зашкаливает, то переключатель квадрантов фазометра, который имеет четыре положения, следует поставить на соответствующий квадрант.