Электроснабжение железных дорог

Рис. 2.14. Векторная диаграмма для случая

одностороннего (консольного) питания нагрузки

      Потеря  напряжения 

,     (2.47) 

где Z_c – составное сопротивление, Z_c = Rcosj + jXsinj.

      Сопротивление сети r_a и x, отнесенное к одному километру, считается постоянным, т. е. R = r_al и X = xl, где l – расстояние от тяговой подстанции до нагрузки.

      Составное сопротивление измеряется в омах и используется для расчета потерь напряжения.

      Сопротивление в тяговой сети с выпрямителями (локомотива) определяется согласно работе [1] по формуле: 

             (2.48) 

      В источнике [1] показано, что  

R' = 0,8R;           (2.49) 

X' = 0,69X.            (2.50) 

      Тогда полное эквивалентное приведенное  сопротивление  

Z' = R' + X' = 0,8R + 0,69X.           (2.51) 

      Это сопротивление необходимо для расчета потерь напряжения в сетях с выпрямленным напряжением. 

2.5. Воздействие блуждающих токов на металлические

подземные сооружения 

      Протекающие в земле блуждающие токи попадают на расположенные вблизи от электрифицированных железных дорог постоянного тока металлические подземные сооружения и, вытекая из них, вызывают коррозию металла. Такими подземными сооружениями являются подземные трубопроводы, кабели, основания и фундаменты опор контактной сети и т. п. Для уменьшения вредного действия блуждающих токов разработаны меры как по снижению этих токов, так и по защите от них. 

2.5.1. Уменьшение блуждающих токов 

      Уменьшение  блуждающих токов достигается тремя способами.

1. Повышением напряжения в сети:

 

           (2.52)

где j_х – потенциал рельсов;

      r_п – переходное сопротивление;

      I_р – ток в рельсах;

      r_р – сопротивление рельсов.

      Потенциал рельсов может быть уменьшен за счет снижения падения нап-ряжения в рельсах. В свою очередь падение напряжения равно произведению тока на сопротивление. Уменьшить ток можно, повышая напряжение в сети.

2. Уменьшением сопротивления рельсов.

      Это достигается (если не принимать в расчет изменение поперечного сечения рельсов) повышением надежности электрических соединений между стыками рельсовых звеньев, установкой междурельсовых и междупутных            соединителей.

3. Увеличением переходного сопротивления.

      Обеспечить  увеличение переходного сопротивления  можно за счет применения щебеночного балласта, пропитки шпал, нормирования зазора между подошвой рельса и балластной призмой (этот зазор не должен быть менее       30 мм), сооружения водоотводных устройств и др.

  

2.5.2. Защита подземных сооружений 

      Рассмотрим  существующие способы защиты подземных сооружений.

1. Рациональный выбор трассы.

      Основные  требования при выборе трассы сводятся к следующему:

      подземное сооружение необходимо располагать  параллельно рельсам на расстоянии более 10 м;

      угол  пересечения с рельсом должен быть 75 – 90°;

      глубина залегания под рельсом – не менее 1 м;

      расстояние  подземного сооружения от стрелок и  отсосов устанавливается не менее 10 м;

      устраивается  изоляция и секционирование подземных  сооружений изолирующими фланцами.

2. Устройство электрической защиты.

      Для выявления коррозийных повреждений сооружений необходимо знать зоны входа и выхода блуждающих токов, которые называются соответственно катодными и анодными зонами. Коррозия происходит в местах выхода блуждающего тока из сооружения, т. е. в анодной зоне. В связи с этим применяются способы защиты, связанные с обеспечением относительной стабильности этой зоны. Для этого используют различные виды электрической защиты.

      Катодная  защита. Коррозия металла в электролите (анодное растворение металла) происходит только при наличии разности потенциалов между подземным сооружением и землей, поэтому подземные сооружения защищаются наложением противоположной разности потенциалов от постороннего источника тока. Такой метод защиты называется катодной защитой. Принципиальная схема катодной защиты приведена на рис. 2.15.

       
 
 
 
 
 
 
 
 

       
 
 

необходимо, чтобы это сооружение на всем протяжении составляло одно целое.

     Дренажная защита. Принципиальная схема дренажной защиты показана на рис. 2.16.

       
 
 
 

Рис. 2.16. Принципиальная схема поляризованного дренажа:

1 – защищаемое  сооружение; 2 – регулировочный резистор;

3 – поляризованный элемент (реле, вентиль); 4 – устройство защиты

от перегрузки; 5 – тяговый рельс 

     Дренажная защита осуществляется с помощью соединения подземного сооружения в анодной зоне с отрицательной шиной тяговой подстанции или с рельсами (при положительной полярности контактной сети). В результате этого токи подземного сооружения выходят из него не в землю, а отводятся обратно в тяговую сеть по дренажу. Дренаж может применяться и на протяжении фидерной зоны в тех случаях, когда имеются достаточно стабильные анодные зоны значительной протяженности. Для полной защиты подземного сооружения от коррозии необходимо сообщить ему на всем протяжении отрицательный потенциал.

     Применение  дренажной установки усиливает  коррозию рельсов, так как анодные зоны рельсов расширяются и потенциалы увеличиваются.

3. Участки переменного тока.

     На  участках переменного тока вследствие смены знака напряжения в каждый полупериод ионы не успевают покинуть металл, поэтому электрокоррозия на этих участках в десятки раз меньше по сравнению с постоянным током. 

2.5.3. Влияние тока утечки из рельсов на опоры и

фундаменты  контактной сети 

     Ток утечки из рельса выходит в грунт  также через заземление, арматуру железобетонных или болты фундаментов металлических опор, где создаются анодные зоны. В этих местах наблюдается повышенный вынос ионов металла из металлических подземных сооружений, что приводит к интенсивной коррозии эксплуатируемых сооружений и снижению их долговечности. Схема протекания тока утечки из рельса приведена на рис. 2.17.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2.17. Схема протекания тока утечки из рельса:

1 – фундамент; 2 – анкерный болт; 3 – опора; 4 – заземление; 5 – тяговый рельс 

     Для защиты опор и фундаментов разработаны  различные технические мероприятия:

     изоляция заземляющего провода от опоры и земли;

     включение в рассечку заземляющего провода  искровых промежутков;

     изоляция  анкерных болтов от опор и оснований  металлических опор от фундаментов;

     изолирующее покрытие (битум) заглубленной части  железобетонных опор;

     установка железобетонных опор в бетонных стаканах;

     двойная изоляция гибких поперечин и др. 
 
 
 

3. КАЧЕСТВО  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 

     В любой электрической сети показатели качества электрической энергии (ПКЭ) в силу изменения нагрузки не остаются постоянными. В связи с этим Международный совет по стандартизации, метрологии и сертификации принял в качестве официального документа ГОСТ 13109-97, определяющий нормы качества электрической энергии [3].

     Стандарт  устанавливает показатели и нормы  качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии (точки общего при-соединения).

     Под системой электроснабжения общего назначения понимается совокупность электроустановок и электрических устройств энергоснабжающей организации, предназначенных для обеспечения электрической энергией различных потребителей (приемников электрической энергии). 

3.1. Качество электрической  энергии и его  показатели 

     Согласно  требованиям стандарта [3] качество электрической энергии определяется качеством частоты и напряжения (рис. 3.1).

     Качество  частоты представляется отклонением частоты напряжения Df. Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующие нормы: нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны ± 0,2 и ± 0,4 Гц соответственно.

     Качество  напряжения оценивается следующими параметрами.

     1. Отклонением напряжения, которое характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения. Приняты следующие нормы: нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения dU_у на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ± 5 и ± 10 % от номинального.

  

 

 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

Рис. 3.1. Показатели качества электрической  энергии

     Названные показатели в точках общего присоединения устанавливаются в договорах.

     2. Колебанием напряжения, которое характеризуются размахом изменения напряжения dU_t и дозой фликера P_t.

     Предельно допустимые значения размаха изменения  напряжения dU_t в точках общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения нормируются в зависимости от частоты повторения и составляют ± 10 % от номинального напряжения.

     Предельно допустимое значение для кратковременной  дозы фликера P_St равно 1,38 (интервал наблюдения – 10 мин), а для длительной дозы фликера P_Lt при тех же колебаниях напряжения равно 1,00.