Режимы работы системы тягового электроснабжения 1х25 кВ.

Схема питания тяговой сети от трансформатора «звезда – треугольник» группа - 11 для электрических железных дорог переменного тока 25 кВ является типовой и обеспечивает более равномерную нагрузку в питающей ЛЭП 110(220) кВ по сравнению с однофазными трансформаторами. Применение трёхфазных трёхобмоточных тяговых трансформаторов позволяет питать тяговые, районные нетранспортные и нетяговые железнодорожные потребители. Схема питания приведена на рис.2.

Первичная обмотка соединена в «звезду», а вторичная – в «треугольник» с 11 – ой группой соединения обмоток (γ/Δ - 11). Фаза «а» 27,5 кВ трансформатора соединена с левой секцией контактной сети, фаз «в» 27,5 кВ – с правой секцией контактной сети, фаза «с» – с тяговым рельсом. Между секциями контактной сети устанавливается секционирующее устройство в виде нейтральной вставки для раздела фаз. Секции контактной сети слева и справа от тяговой подстанции питаются различными фазами ЛЭП 110(220) кВ и ТТ и их напряжения сдвинуты друг относительно друга на 120⁰ величиной 27,5 кВ. Номинальное напряжение между контактной сетью и тяговым рельсом равно 25 кВ.

Векторная диаграмма напряжений первичной и вторичной обмоток тягового трансформатора приведены на рис 3.

На рис. 4 приведена совмещённая векторная диаграмма напряжений и токов, где İo = İ_II - İ_I. Вторичное напряжение Uac совпадает с фазным первичным напряжением U_A, вторичное напряжение Ucb совпадает по фазе с фазным первичным напряжением U_{C .}

Напряжения Uac (U_A) и Ucb (U_C) – рабочие напряжения, напряжение Uba (U_B) – не рабочее напряжение. По ходу вращения векторов рабочих напряжений Ucb (U_C) опережающее напряжение U_I и фаза «в» трансформатора (правая секция) – опережающая фаза, напряжение Uac (U_A) отстающее напряжение U_II и фаза «а» трансформатора (левая секция) – отстающая фаза. Нерабочее напряжение Uba (U_B) – U_III.

Ток левого плеча подстанции – I_II, ток правого плеча – I_I, ток отсоса (ток обратной цепи) – I_{O .}

За положительное направление токов I_A, I_B, I_C в ЛЭП принято от питающего центра к тяговому потребителю. За положительное направление токов в плечах питания принято направление, совпадающее с положительным направлением напряжения фазы.

Если принять коэффициент трансформации К_ТТ = 1, пренебречь током холостого тока и потерями напряжения в обмотках, то можно построить векторную диаграмму с совпадающими фазными векторами напряжения первичной и вторичной обмотки: U_A, Uac (U_II); U_C, Ucb(U_I); U_B, Uab (U_III). Ток I_II отстаёт от своего напряжения U_II на угол φ_II. Ток I_I отстаёт от своего напряжения U_I на угол φ_I, так как электровоз активно – индуктивная нагрузка.

 

На рис. 5 приведена векторная диаграмма линейных напряжений для определения группы соединения обмоток трансформатора

Группа соединения обмоток: 330 / 30 = 11, где 330 эл. гр. – угол между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток, 30 - стандартный угол сдвига векторов напряжения между схемой «звезда» и «треугольник».

 

Распределение токов плеч питания между фазами (обмотками) тран-сформатора в треугольнике определяются соотношением сопротивлений обмоток. Распределение токов плеч питания по фазам (обмоткам) трансформатора приведены на рис.6. Токи плеч питания тяги, совпадающий с принятым направлением тока обмотки, принимаются с плюсом (+), не совпадающие с направлением тока обмотки принимаются с минусом (—).

Токи обмотоктягового трансформатора Y/Δ – 11 можно определить по распределению токов плеч питания İ_I, İ_II по обмоткамтреугольникарис. 6.

Токи фаз (обмоток) трансформатора в:

 

İ_{A =} ²/₃ İ_{II –} ¹/₃İ₁ = Iоб_II

İ_{B = -} ¹/₃İ_{I –} ¹/₃ İ_II = Iоб_III

İ_{C =} ²/₃İ_I – ¹/₃İ_II = Iоб_I

Значение токов фаз можно получить из уравнения Кирхгофа:

İ_{А +} İ_{В +} İ_С = 0

İ_{II +} İ_{A -} İ _B = 0

İ_{I +} İ_B – İ_{C =} 0

İ_C + İo – İ_A = 0

İ_o = -İ_I + İ_II = 0

 

Решив это уравнение, получим аналогичное расчётное выражение тока фаз трансформатора.

 

İ_С = -İo + İ_А = -İ_I + İ_II + İ_A

İ_B = İ_A – İ_II

İ_А = İ_А + İ_А – İ_II + İ_I – İ_II + İ_A = 0

3İ_A - 2İ_II + İ_I = 0 İ_A = ²/₃İ_II – ¹/ ₃ İ_I

İ_B = ² / ₃ İ_II - ¹ / ₃ İ_I – İ_II İ_B = - ¹/₃ İ_I - ¹/₃ İ_II

İ_C = İ_I – İ_II + ²/₃ İ_II – ¹/₃ İ_I İ_C = ²/₃ İ_I – ¹/3 İ_II

На основании формул фазных токов трёхфазного трансформатора строится векторная диаграмма токов обмоток (фаз) рис.7.

Выводы:

1. При разных по величине токах плеч питания 27,5 кВ İ_I ≠ İ_II и разных угловых сдвигах φ_I ≠ φ_II в первичной сети внешнего электроснабжения создаётся несимметричная система фазных токов İ_А ≠ İ_С ≠ İ_В и несимметричные угловые сдвиги фазных токов φ_А ≠ φ_В ≠ φ_С относительно соответствующих напряжениях. Следовательно, активные, реактивные и полные значения токов и мощностей по фазам трансформатора и ЛЭП несимметричны: Р = UIcosφ, Q = UIsin, S = UI = √ P² + Q². При условии равных токов плеч питания (линейные токи) İ_I = İ_II c равными фазовыми сдвигами φ_I = φ_II создают в первичной сети несимметричную систему фазных токов İ_А = İ_С ≠ İ_В и несимметричные фазовые сдвиги φ_А ≠ φ_В ≠ φ_С.

2.Наиболее загруженные фазы І (С), II (A) прилегают к заземлённоё фазе С трансформатора.

3.Токи рабочих фаз первичной сети I_C, I_A состоят из токов своей и чужой фаз. При этом составляющая I_C от чужой фазы (¹/₃ I_II) опережает U_I и имеет емкостной характер, а составляющая тока I_A от чужой фазы

(¹/₃ I_I) отстаёт от U_II и имеет индуктивный характер. Это оказывает существенное влияние на потери напряжения плеч питания тяги. При равных токах плеч питания потери напряжения отстающей фазы больше, чем опережающей фазы.

4.Единообразное присоединение одинаковых фаз ЛЭП к одним и тем же выводам тяговых трансформаторов электрифицированного участка ЖД создаст значительную несимметрию токов по фазам питающей ЛЭП.

По токам плеч питания и угловых сдвигов строится векторная диаграмма фазных токов обмоток тягового трансформатора.