ПЗ Романенко Н.П (Обеспечение электромагнитной совместимости тяговой сети со смежными линиями продольного электроснабжения), страница 6

Определим эквивалентное продольное сопротивление двух кабелей по формуле (4.2.10)

Принимая во внимание, что для кабеля с заземленной оболочкой C_об >> ω·C_об, проводимость Y_об приравнивается к проводимости G_об , которая определяется по формуле, См/км

(4.2.12)

где - среднее сопротивление растеканию промежуточных заземлителей (определяется с учетом промерзания грунта) в пределах расчетного участка, Ом; - среднее расстояние между соседними кабельными ответвлениями, примем ; n - количество участков между ответвлениями на расчетной длине кабеля:

В качестве заземлителей используются кабельные ответвления от магистрального кабеля. Следовательно, сопротивление заземления кабельного ответвления, Ом

(4.2.13)

где - сопротивление джутового покрытия на кабеле ответвления, ; - длина ответвления, примем ; - коэффициент промерзания грунта. Согласно [9], ; - средний диаметр кабеля по броне, ;

.

Подставим полученные значения в формулу (4.2.12):

.

Определим коэффициент распространения цепи «металлические покровы – земля» по формуле:

.

Определим по формуле реальный коэффициент защитного действия оболочки кабеля:

Следовательно, опасные напряжения, наведенные в кабельной линии СЦБ, для трех точек короткого замыкания будет иметь значения:

,

,

.

Рисунок 4.4 - Зависимость наведенного опасного напряжения

в кабельной линии СЦБ от длины сближения

с влияющей линией тягового электроснабжения.

Рассмотрим вариант опасного напряжение наведенного на ВЛ СЦБ, проложенную на участке Волочаевка – Приамурский. Так как для расчета токов короткого замыкания при питании тяговой сети от ТП Волочаевка было намечено три точки короткого замыкания, то по формуле (4.2.1) расчет опасного наведенного напряжения будет иметь вид:

_(4.2.14)

_(4.2.15)

_(4.2.16)

Взаимная индуктивность, согласно [9], для линии с шириной сближения между линией СЦБ и контактным проводом в тринадцать метров, равна

.

Так как на участке Волочаевка – Приамурский СЦБ является воздушной линией, то при расчете опасного напряжения наводимого на линию, будет учитываться только коэффициент экранирующего действия рельса, S_р=0,4.

Следовательно, опасные напряжения, наведенные в линии СЦБ, для трех точек короткого замыкания будет иметь значения:

Рисунок 4.5 - Зависимость наведенного опасного напряжения

в ВЛ СЦБ от длины сближения с влияющей линией

тягового электроснабжения

Согласно [10] максимально допустимые значения магнитного поля переменного тока в режиме короткого замыкания не должны превышать 60% от испытательного напряжения изоляции. Из рисунка 4.3 - 4.4 следует, что при кабельной линии СЦБ наводимые опасные напряжения удовлетворяют условиям [10], а при варианте ВЛ СЦБ наводимые опасные напряжения превышают допустимые значения. Следовательно, для участка Волочаевка – Приамурский необходимо применять защитные средства для уменьшения наведенного напряжения.

4.3 Расчет опасного магнитного влияния в вынужденном режиме работы тяговой сети.

Рассмотрим вынужденный режим работы СТЭ участка Хабаровск 2 – Волочаевка ДВжд. Согласно [9], так как длина кабельной линии 55.2 км, то опасное напряжение при параллельном сближении вычисляется по следующей формуле, В.

(4.3.1)

где К_ф - коэффициент, характеризирующий увеличение индукционного напряжения вследствие не синусоидальности тока тяговой сети, обусловленной работой выпрямительных устройств электровозов. При расчете влияния на кабельные жилы К_ф=1, а на оболочку кабеля К_ф=1,15; ω - угловая частота влияющего тока; М - взаимная индуктивность между двумя однопроводными цепями (контактным проводом, рельсом и проводами связи и т.д.), Гн/км; I_экв - эквивалентный влияющий ток, А; S – результирующий коэффициент экранирующего (защитного) действия рельсов S_р=0,40, оболочки проводов S_об; l_э – длина сближения линии с тяговой сетью на расчетном участке, км.

Под эквивалентным влияющим током подразумевается ток в тяговой сети, одинаковый на всем участке сближения, который индуцирует в жиле (проводе) такое же опасное напряжение, которое возникает при действительном (ступенчатом) распределении токов в тяговой сети.

Эквивалентный ток определим по следующей формуле [8], А

(4.3.2)

где k_m - коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока I_экв по сравнению с результирующим нагрузочным током I_рез:

, (4.3.3)

где m - количество электровозов, одновременно находящихся в пределах длины l_т -плеча питания тяговой сети при вынужденном режиме; l_н - расстояние от тяговой подстанции до начала расчетного участка линии, подверженной влиянию, км; l_э - длина сближения, км.

Рисунок 4.6 - Одностороннее питание контактной сети

и график распределения токов вдоль плеча питания

Результирующий нагрузочный ток тяговой подстанции для расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети, А

, (4.3.4)

где ΔU_т.max - максимальная потеря напряжения в тяговой сети между подстанцией и наиболее удаленном от нее электровозом; ΔU_т.max=8500 В при l_т > 30 км; ΔU_т.max=5500 В при 15< l_т <30 км Если уровень напряжения на токоприемнике наиболее удаленного от подстанции электровоза при вынужденном режиме выше 19 кВ, то значение ΔU_т.max следует брать из расчетов системы электроснабжения; Z_ос - составное сопротивление тяговой сети, Ом/км:

, (4.3.5)

где cos φ - коэффициент мощности электровозов, для ВЛ–80С, cos φ=0,8; r₀, x₀ - соответственно активное и реактивное сопротивление тяговой сети, Ом/км.

Так как на участке Хабаровск-2 – Волочаевка нет отсасывающих трансформаторов, то сопротивление тяговой сети принимаем равной, Ом/км:

Таблица 4.1-Сопротивление тяговой сети без отсасывающих трансформаторов (частота 50 Гц).

Следовательно, определим составное сопротивление тяговой сети по формуле (4.3.5)

Количество поездов, которые одновременно могут находиться в пределах плеча питания, для работающей системы, мы рассчитаем с помощью программы «КОРТЭС».

Так как в нечетном направлении поезда идут порожними, то масса поездов в среднем Q_ср=2500 тонн, а в четном направлении проходят тяжеловесные поезда и поэтому, чтобы загрузить систему, но не вывести ее из работы, мы можем пустить поезда с массами Q_тяж=6300 тонн и Q_лег=3600 тонн, с интервалом в 10 мин. Способ загрузки будет тяжеловесный – легкий – тяжеловесный.

.

Рисунок 4.7 – График движения поездов на участке

Хабаровск-2 – Волочаевка.

Согласно этому расчету, максимальное количество поездов составляет: m=6.

Следовательно, результирующий нагрузочный ток тяговой подстанции при вынужденном режиме работы тяговой сети определим по формуле(4.3.4).

Определим коэффициент по формуле, учтя, что линия СЦБ начинается возле тяговой подстанции и длина сближения равна длине плеча питания

Определим эквивалентный ток, используя формулу (4.3.2):

Опасное напряжение наведенное в смежной линии контактной сети в вынужденном режиме, будет находиться по формуле (4.3.1), но так как рассматриваемый участок Хабаровск – 2 – Волочаевка имеет линию СЦБ, поделенную на кабельную линию СЦБ и на ВЛ СЦБ, то следовательно, опасное напряжение будем находить для участка с кабельной линией по формуле:

(4.3.6)

а опасное напряжение для ВЛ СЦБ по формуле:

(4.3.7)

С учетом, что S_р, S_об коэффициенты защитного действия рельсов и оболочки кабеля выбираемые из пункта 4.2. Следовательно, опасное напряжение в кабельной линии по формуле (4.3.6) равно:

Опасное напряжение, наведенное в ВЛ СЦБ по формуле (4.3.7) равно:

Согласно [10], максимально допустимые значения магнитного поля переменного тока в вынужденном режиме не должны превышать 115% от номинального напряжения (1,5 кВ для рассматриваемых линий). Так как участок Хабаровск-2 – Волочаевка имеет сложное строение линии СЦБ, то есть переход из кабельной линии в воздушную, то можно сделать следующие выводы:

1. Наведенное опасное напряжение, которое находиться в зоне кабельной линии будет удовлетворять условиям [10].

2. напряжение, которое будет наводиться на ВЛ СЦБ превышать допустимые значения по условиям [10].

Следовательно, необходимо применять защитные средства для уменьшения наведенного напряжения.

5 РАСЧЕТ И ВЫБОР СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ЭМС ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ И СМЕЖНЫХ ЛИНИЙ

Полностью устранить электромагнитные влияния электрических железных дорог на смежные линии практически невозможно. Существует ряд способов снижения влияний, применение которых требует определенных материальных и денежных затрат. Стремление уменьшить индуктированные напряжения до нуля привело бы к непомерному росту затрат на устройства защиты от влияний. Но в этом нет необходимости. В пределах установленных норм можно допускать влияния, которые не нарушают нормальную работу смежной линии и не являются опасными для людей, обслуживающих включенные в линию устройства, а также для аппаратуры. При этом надо стремиться к тому, чтобы снижение влияний до допускаемых величин различными защитными мероприятиями достигалось с наименьшими затратами денежных средств и материалов.

Защитные мероприятия могут применяться как в источнике влияний – электрической железной дороге, так и в подверженных влиянию смежных линиях [8]. Защитные меры, применяемые в источнике влияния, называют активными, поскольку они уменьшают влияние на все смежные линии. Защитные меры, применяемые в смежной линии, могут защищать только данную линию, и поэтому их следует отнести к числу пассивных.

Активными защитными мерами являются: применение на дорогах переменного тока отсасывающих трансформаторов. Также к активным мероприятиям можно отнести применение трехпроводной системы 2х25 кВ с линейными автотрансформаторами.

К пассивным защитным мерам относятся – относ смежной линии от влияющей и каблирование смежной линии. Кроме того, применяется ряд дополнительных специальных защитных мероприятий: прокладка кабеля в стальной трубе, включение редукционных трансформаторов, прокладка заземленных высокопроводящих тросов, включение разрядников, компенсационные устройства, включение запирающих фильтров, повышение симметрии цепей и т.д.

Исходя из расчетов проведенных в разделе 3, следует, что наиболее целесообразным является применения защитных мероприятий в линии связи, т.е. применение пассивных мер защиты, позволяющих различным способом уменьшить коэффициент защитного действия оболочки кабеля.