Розробка пристрою для визначення зрівняльних струмів в тягових мережах змінного струму

1. Розробка пристрою для визначення зрівняльних струмів в тягових мережах змінного струму.

1.1 Структура об'єкта вимірювання

Одна з причин виникнення втрат електроенергії в тягових мережах змінного струму - протікання зрівняльних струмів. Вони викликані нерівністю потенціалів джерел живлення по модулю і фазі. Зрівняльний струм - це струм, що проходить між двома точками електрично пов'язаної замкнутої мережі і обумовлений різницею напруг і перерозподілом навантажень в мережах з повітряними і кабельними лініями [1].

Напруга на шинах суміжних підстанцій змінюється в часі, і ніколи не буває однаковим, і, отже, по тягової мережі повинні циркулювати зрівняльні струми.

На лініях змінного струму зрівняльні струми визначаються різницею напруг на підстанціях (по модулю і фазі) і повним опором тягової мережі. Ці струми можуть циркулювати по тягової мережі і при відсутності навантаження на даній фідерної зоні.

Неоднакові напруги на шинах підстанцій, від яких отримують харчування тягові навантаження, можуть бути викликані відмінністю: напружень на вводах, коефіцієнтів трансформації, наприклад, при регулюванні напруги на трансформаторі, а, також різними втратами напруги в трансформаторах самих підстанцій. Якщо суміжні підстанції живляться від різних енергосистем, то різниця напруги на вводах може досягати великих значень. При харчуванні суміжних підстанцій від поздовжньої лінії передачі відмінність напружень на суміжних підстанціях визначається падінням напруги в самій лінії передачі [1].

У деяких випадках зрівняльні струми, або, що те ж саме, транзит потужності по тягової мережі, можуть привести до великих втрат енергії в ній і перевантаження підстанцій.

Отже, напруга на суміжних підстанціях, що живить одну і ту ж фідерні зону, може відрізнятися за модулем і по фазі. У контурі тягової мережі напруги цих двох підстанцій представляється векторами Ů1 і Ů2 (рис.1).

Рис.1 Електропостачання мережі від двох тягових підстанцій

Умови виникнення в мережі зрівняльних струмів.

Різниця фаз визначається, в основному, впливом зовнішніх чинників на джерела напруги U1 і U2. Такими факторами можуть бути:

· Наявність ліній електропередачі

· Трансформатори тягових підстанцій

· Протікають по лініях електропередач нетягових струми

1. Розглянемо перший випадок, коли вектори Ů1 іŮ2 Односпрямована і

В цьому випадку зрівняльний струм дорівнює нулю (рис.2).

2. Розглянемо другий випадок, коли

При в контурі буде діяти падіння напруги ΔU, рівне геометричній різниці напруг і.

Це ΔU викличе в контурі зрівняльний струм, що протікає по опору тягової мережі.

За 2-му закону Кірхгофа:

· При зрівняльний струм збігається по фазі з Δ Ů

· Якщо в контурі, присутній активно-індуктивне опір, то вектор зрівняльного струму, буде відставати від вектора Δ Ů на
кут.

3. У третьому випадку приймемо:

· При зрівняльний струм збігається по фазі з Δ Ů.

· В даному випадку вектор зрівняльного струму випереджає вектор Δ Ů, отже -активно-ємнісний (рис.4).

4. Розглянемо четвертий можливий випадок виникнення в ланцюзі зрівняльних струмів.

· При зрівняльний струм збігається по фазі з Δ Ů.

· В нашому випадку, вектор зрівняльного струму відстає від вектора

Δ Ů, отже, -активно-індуктивний

Іншими словами, нерівність по модулю напруги суміжних підстанцій, а, отже, і регулювання напруги на них призводить до появи до появи в основному реактивного струму, тобто при цьому відбувається перерозподіл реактивної потужності.

Якщо ж вектор Ů1 менше по модулю вектора Ů2 і повернуть на кут, то в зрівняльний струмі є реактивна і активна складові. Кут зазвичай невеликий, і тому в зрівняльний струмі переважає в основному реактивна складова.

У тих випадках, коли можлива поява в лінії зрівняльного струму неминуча поява причин, які призводять до погіршення техніко-економічних показників роботи мережі та електроприймачів. Збільшуються втрати електроенергії, знижується потужність електродвигунів, збільшуються вищі гармонійні складові на стороні випрямленої струму, зменшується пропускна здатність тягової мережі. Для необхідності вимірювання та контролю зрівняльних струмів можливе застосування методу безперервного контролю зрівняльних струмів.

1.1.1 Метод вимірювання