Электромагнитная совместимость на электрических железных дорогах

 

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра: «Электроснабжение железнодорожного транспорта»







КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ»





Выполнил: Петров И.П.

Группа: 892

Проверил: Добрынин Е. В.



СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

ЗАДАНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

. РАСЧЕТ ОПАСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ МАГНИТНОМ ВЛИЯНИИ

. РАСЧЕТ ОПАСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ВЛИЯНИИ

. РАСЧЕТ МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ


Электрифицированные железные дороги переменного тока могут оказывать на линии проводной связи магнитное, электрическое и гальваническое влияние.

Магнитное влияние вызывается прохождением по тяговой сети переменного тока. Магнитному влиянию подвержены все проводные линии связи - как воздушные, так и кабельные.

Электрическое влияние обусловлено наличием в тяговой сети переменного напряжения. Ему подвержены воздушные линии и воздушные линии, выполненные кабелем без металлической оболочки.

Гальваническое влияние вызывается протеканием в земле тяговых токов. Гальваническому влиянию подвержены заземленные металлические оболочки кабелей и цепи, использующие в качестве обратного провода землю. Его следует учитывать также при наличии лишь одного заземления в любой точке цепи.

Настоящий курсовой проект посвящен определению лишь магнитного и электрического влияний.

По степени и характеру воздействия различают влияния опасные и мешающие.

Влияние называется опасным, если возникающие в проводах линии связи напряжения и токи создают опасность для обслуживающего персонала и абонентов или могут повредить аппараты и приборы, включенные в эти цепи.

Влияние называется мешающим, когда в каналах связи возникают помехи, нарушающие их нормальное действие.

Влияние электрифицированной железной дороги на линию связи зависит от схемы питания и режима работы тяговой сети. При определении влияния на линию связи различают три режима работы тяговой сети:

.Нормальный режим, при котором все тяговые подстанции подключены согласно принятым схемам питания.

.Вынужденный режим, при котором одна из тяговых подстанций временно отключена и ее нагрузку принимает одна или две смежные с ней подстанции.

.Режим короткого замыкания - аварийный режим, при котором контактная сеть замыкается на землю.

Взаимное расположение электрифицированной железной дороги и линии связи, при котором в последней могут возникнуть опасные и мешающие напряжения, называют сближением.

Длиной сближения называют длину той части линии связи, которая находится в зоне влияния тяговой сети (lэ на рис.1).

Шириной сближения является расстояние между осью дороги и проводами линии связи (а на рис.1).


Рисунок 1 - Расчетная схема для определения влияния тяговой сети на линию связи.


где: lT =45км- длина питания ятяговой сети при вынужденном режиме работы (расстояние мехду тяговыми подстанциями);

lЭ =35 км - длина сближения линии связи с тяговой сетью;

lС=27,5 км - расстояние от конца расчетного участка цепи связи до середины соответствующего влияющего участка тяговой сети;

lН=10 км - расстояние от места расположения тяговой подстанции до начала участка, подверженного влиянию.

Параллельным сближением называют такое взаимное расположение линии связи и электрифицированной железной дороги, при котором ширина сближения по длине участка отличается от своего среднего значения не более чем на 10%. Если это условие не выполняется, то сближение называют косым.

Длина участка косого сближения равна длине проекции линии связи на ось полотна железной дороги. Ширина участка косого сближения является среднегеометрической величиной расстояний, измеренных в начале ив конце участка сближения.



ЗАДАНИЕ


Для участка магистральной железной дороги, электрифицированной на переменном токе с напряжением 25 кВ в тяговой сети, выполнить работы:

. Составить расчетную схему для определения влияния тяговой сети на линию связи.

. Определить величины тока короткого замыкания в расчетных точках тяговой сети.

. Определить величину эквивалентного влияющего тока для вынужденного режима работы системы электроснабжения.

. Рассчитать опасные напряжения в линии связи при магнитном влиянии для режима короткого замыкания и вынужденного режима.

. Рассчитать опасные напряжения при электрическом влиянии.

. Определить высшие гармонические составляющие для заданной кривой тягового тока.

. Рассчитать мешающее влияние на воздушную линию связи.

. Определить необходимое увеличение расстояния между линией связи и электрифицированной железной дорогой, при которой опасные влияния на линию связи не будут превышать нормированных значений.

. Определить мешающее влияние на линию связи при ее каблировании по заданной ширине сближения для одной из высших, гармонических, оказывающих на линию связи наибольшее влияние.



ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ


. Расчетная схема для определения влияния тяговой сети на линию связи приведена на рис. 1. Соответствующие расстояния: а = 20м; lТ = 45км; l = 45км; lН=10км;

. Число путей - 1, тип рельсов - Р65, подвеска - ПБСМ70+МФ100.

. Тип линии связи - воздушная, стальная, на траверсах и деревянных опорах. Тип кабеля при каблировании линии связи - МКБАБ 7Х4Х 1,2+6Х0,9.

. Мощность короткого замыкания на шинах тяговых подстанций S1К.З.= 500 МВА; S2К.З. = 800 МВА и их мощность S = 50 МВА; S= 32 МВА, проводимость земли s = 10-1См/м и число поездов т=4, одновременно находящихся на участке при вынужденном режиме.

. Кривая тягового тока при расчете мешающих влиянии берется из приложения 1 в соответствии с предпоследней цифрой шифра.

6. Частотные характеристики коэффициента чувствительности значения коэффициента акустического воздействия , коэффициента распространения и коэффициента экранирующего воздействия оболочки кабеля приведены в таблицах 1,2,3,4.

Значения всех остальных величин, необходимых для выполнения курсового проекта, даны в методических указаниях.


Таблица 1 - Значения коэффициента акустического воздействия

Порядок гармоники k, Рk13579110,0070,0350,1780,3760,5820,733Порядок гармоники k, Рk1315171921230,8510,9551,0381,1091,1691,035


Таблица 2 - Частотные характеристики коэффициента чувствительности двухпроводных телефонных цепей связи и проводного вещания

Порядок гармоники k1357911Воздушная цепь на траверсах hk×1032,52,83,23,53,84,2Цепь магистрального кабеля связи hk×1030,0350,090,180,300,380,47Порядок гармоники k×131517192123Воздушная цепь на траверсах hk×1034.54,85,15,55,86,1Цепь магистрального кабеля связи hk×1030,550,640,720,810,90,95

Таблица 3 - Коэффициент распространения gk для однопроводных линий

Частота, ГцКабельные цепиВоздушные цепимнеп/кммрад/кммнеп/кммрад/км509,259,54,03,1415015,317,25,27,825019,722,56,01235023277,21645026318,22055028,734,59,224650313810,227,5780334111,2318503544,5123495036,547,513371050385113,740115039,55414,443,4125040,65715,246,5

Таблица 4 - Коэффициент защитного действия оболочки кабеля типа МКБАБ 7х4х1,2+6х0,9 (: алюминиевая оболочка, две бронеленты НУ 0,5)

Порядок гармоники13579111517103135Sоб0,1250,060,040,030,0240,020,0170,0150,0130,010,009Примечание. Таблица составлена для значения продольной ЭДС Uоб=20 В/км.


1.РАСЧЕТ ОПАСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ МАГНИТНОМ ВЛИЯНИИ


Магнитное влияние возникает при протекании по проводам контактной сети переменного тока, создающего переменное магнитное поле в окружающем пространстве, в результате чего в проводе связи индуктируется продольная электродвижущая сила, пропорциональная коэффициенту взаимной индуктивности между проводами контактной сети и проводом линии связи и скорости изменения влияющего тока.

Контактная сеть электрической железной дороги является несимметричной двухпроводной цепью, в которой в качестве одного условного провода могут быть приняты провода контактной подвески, а в качестве обратного провода - рельсы и земля, причем первичные и вторичные параметры этих проводов не равны между собой. Практически контактная сеть может рассматриваться как однопроводная цепь.

В отличие от тяговой сети постоянного тока в тяговой сети переменного тока за счет наведенного напряжения в рельсовой цепи протекает значительный ток, составляющий примерно половину от тягового и уменьшающий наведенное в линии связи напряжение, т. е. рельсовая цепь оказывает существенное экранирующее действие на линию связи.

Чем хуже электрическая проводимость земли и меньше Частота тока, тем глубже его проникновение в землю и больше степень влияния тока в контактной сети на линию связи, т.е. с уменьшением проводимости земли и снижением частоты влияющего тока коэффициент взаимоиндуктивности между контактной сетью и линией связи увеличивается.

Расчет опасных напряжений, обусловленных магнитным влиянием, на одном из концов линии связи при условии заземления ее на противоположном конце производят для двух режимов работы тяговой сети: режима короткого замыкания и вынужденного режима.

Для режима короткого замыкания опасные напряжения при параллельном сближении вычисляют для воздушной линии по формуле:


(1)


Для выявления наибольшей величины опасного напряжения следует определить токи короткого замыкания от каждой из смежных подстанций. Расчетными точками при определении токов короткого замыкания являются концы участка lэ.

Ток короткого замыкания в тяговой сети может быть определен по формуле


(2)


где SКЗ - мощность к. з. на стороне первичного напряжения тяговой подстанции, кВА;

SН - мощность тяговой подстанций, кВА;

UН- номинальное напряжений на шинах тяговой подстанции (27,5 кВ);

uк - напряжение короткого замыкания тягового трансформатора, % (17%);

x0- реактивное сопротивление 1 км тяговой сети (0,45 Ом/км);

r0- то же, активное (0,2 Ом/км);

lКЗ - расстояние от подстанции до места короткого замыкания, км

Ток короткого замыкания от ТП1 до точки К.З.12:

Ток короткого замыкания от ТП2 до точки К.З.21:

- Модуль взаимной индуктивности между контактным проводом и проводом связи, Гн/кн. Эту величину, находят по номограммам или графикам /1/. С достаточной для практики точностью эту величину можно определить по формуле:


(3)


где: a- ширина сближения между контактным проводом и проводом связи, м;

s- удельная проводимость земли, См/м;

- частота влияющего тока, Гц;

- угловая частота влияющего тока, рад/с;

w = 2?3,14?50 = 314 рад/с

Гн/кн.

По формуле (1) наведенное напряжение будет равно:

Uм 12= 1,386?10-4?922,552?35?314 = 1405,543В

Uм21 = 1,386?10-4?1033,401?35?314 = 1574,425 В

Для вынужденного режима работы тяговой сети опасное напряжение при параллельном сближении вычисляется но формуле:


, (4)


где КФ - коэффициент формы влияющего тока, который характеризует увеличение индуктированного напряжения вследствие несинусоидальности тока тяговой сети, обусловленной работой выпрямителей электроподвижного состава. При расчете влияний на провода воздушных линий принимаем КФ=1,15;

S - результирующий коэффициент экранирующего действия. Для воздушной цепи он равен коэффициенту экранирующего действия рельсов Sр, который для однопутного участка при s=10?10-3¸50?10-3 См/м - S=0,5 ¸ 0,58.

Величину эквивалентного тока на длине сближения при вынужденном режиме работы тяговой сети определяют из выражения:


(5)


где: Iрез - результирующий ток расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети.

Кт - коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока по сравнению с нагрузочным результирующим. Его величина зависит от количества поездов, одновременно находящихся в пределах расчетного плеча, и взаимного расположения линии связи и влияющего тягового плеча.

Если принять, что при числе т поездов, одновременно находящихся на тяговом плече lт они расположены на расстоянии lт/т друг от друга, потребляют одинаковые токи, один из поездов находится в конце тягового плеча и падение напряжения до него равно максимально допустимому значению, то величина результирующего тока может быть определена по формуле:


(6)


где - максимальная потеря напряжения в тяговой сети между подстанцией и наиболее удаленным от нее электровозом.

При lТ ³ 30 км =8500 В;

Cosj - коэффициент мощности электровоза, который может быть принят равным 0,8; Sinj = 0,6

m - количество поездов, одновременно находящихся в пределах плеча питания при вынужденном режиме


, (7)

Iэкв =702,842 ? 0,542=380,706 А.

U м = 1,15 ? 314 ? 1,386?10-4 ? 380,706 ? 0,6 ? 35 = 400,128 В.


2.РАСЧЕТ ОПАСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ВЛИЯНИИ


Электрическое влияние на линию связи обусловлено наличием в контактной сети переменного напряжения, создающего в окружающее пространстве переменное электрическое поле. Между влияющим проводом 1 контактной подвески (рис. 2) и проводов связи 2 имеется емкостная связь С1-2 и каждый из этих проводов имеет определенную емкость по отношению к земле С1-0 и С2-0. вследствие чего возникают емкостные токи, в частности, ток i C1-2-0. Это вызывает появление потенциала на проводе связи. Если пренебречь проводимостью изоляция, то величина наведенного в линии связи потенциала может быть определена из выражения:


(8)

С уменьшением высоты подвеса провода связи возрастает емкость С2-0 и уменьшается наведенный в проводе потенциал. Электрическому влиянию подвержены только воздушные линии связи. Для изолированного провода, лежащего па земле, наведенный в нем потенциал равен нулю. Подземные кабельные линии я воздушные кабельные линии с металлической заземленной оболочкой от электрического влияния защищены.


Рисунок 2 - Расчётная схема для определения электрического влияния контактной сети на линию связи.


Расчет опасных напряжений, обусловленных электрическим влиянием, производят при вынужденном режиме работы тяговой сети, когда участок электрической железной дороги, питаемый от одной фазы, имеет наибольшую длину.

В расчетных формулах вместо емкостей фигурируют расстояния между проводами и высота их подвеса. Величину опасного напряжения при электрическом влиянии определяют по формуле:


, (9)



где К - коэффициент, учитывающий количество влияющих проводов, расположенных на опорах тяговой сети. При выполнении, курсового проекта этот коэффициент может быть принят равным 0,5;

l и lЭ- расчетные длины (рис. 1);

a, b и с - расстояния, характеризующие расположение проводов контактной сети и линии связи относительно земли и друг друга. Расстояние a - задано в таблице 1. Величины b и с при выполнении курсового проекта следует принять b=7 м, с=6 м.

Провода воздушной линий связи, изолированные от земли подвержены как электрическому, так и магнитному влиянию. Поэтому для сравнения с нормами следует определить также и результирующее напряжение по отношению к земле, которое определяется следующим образом:


(10)


Вывод: При заданных условиях значение опасного напряжения превышает предельно допустимое как для режима короткого замыкания (при tоткл=0,15с Uдоп =450 В) так и для вынужденного режима (для воздушной линии с ж/б опорами 36 В).

Следовательно, необходимо принять дополнительные меры по уменьшению магнитного влияния КС на линию связи. Например: каблирование, увеличение ширины сближения и т.д.



3.РАСЧЕТ МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ


Схема для расчёта мешающего влияния тяговой сети изображена на рис. 3.


Рисунок 3 - Схема для расчёта мешающего влияния тяговой сети


Таким образом, при спектральном методе исследования ток тяговой сети представляют спектром гармонических составляющих, определяют напряжение шума UШk в линии связи от каждой гармоники тягового тока, а затем определяют общее напряжение шума в линии связи как среднеквадратичное значение напряжений шума отдельных гармоник.


Таблица 5 - Данные для построения токовой кривой

?t ср, град10,7518,2525,7533,2540,7548,2555,7563,2570,7578,2585,7593,25Iср, A1934436290117120135160179194199?t ср, град100,75108,25115,75123,25130,75138,25145,75153,25160,75168,25175,75183,25Iср, A199193,5190,51741511188176,574,5653815

Графоаналитический метод гармонического анализа несинусоидального тока или напряжения заключается в том, что по за снятой осциллограмме определяют состав и порядок гармонических составляющих, их амплитуду, и начальную фазу по отношению к исследуемой кривой или к основной гармонике. Могут так же быть определены амплитудное и действующее значение несинусоидальной величины, а так же коэффициенты искажений, несинусоидальности и другие синусоидальные функции /1/.

Графический метод определения гармоник ряда Фурье основан на замене определенного интеграла суммой конечного числа слагаемых. С этой целью период функции , равной 2, разбивают на n равных частей :


,


и интегралы заменяют суммами.

По определению, постоянная составляющая:


, (11)

или , (12)


где - текущий индекс; он пробегает значения от 1 до ;

- значение функции при , т.е. в середине -го интервала.

Амплитуда синусной составляющей - гармоники ряда


(13)

; (14)


Амплитуда косинусной составляющей - гармоники


. (15)


Здесь и - соответственно значения функции и при , т.е. в середине -го интервала.

При расчетах обычно достаточно разделить период на = 48 частей.

Так как кривая симметрична относительно абсцисс, то постоянная составляющая и все четные гармоники отсутствуют, а вычисляя и при нечетных , а сумма за первый полупериод равна сумме за второй полупериод.

Амплитуда синусной составляющей первой гармоники:



Аналогично производим расчёт для последующих гармоник косинусной и синусной составляющих, результаты сводим в таблицу 6.


Таблица 6 - Косинусная и синусная составляющие

№ гарм-ки1357911131517192123A-22,995,83-7,83-2,1043,951-0,528-1,0470,13-1,13-0,440,975-0,01A179,94-15,262,625,0127,3031,319-2,525-1,620,56-0,156-1,513-0,82

Тангенс угла , на который начало первой гармоники смещено по отношению к началу кривой :


Аналогично производим расчет и для последующих гармоник, результаты сводим в таблицу 7.


Таблица 7 - Сводная таблица значений основных величин

№1357911131517192123A181,4116,348,265,438,3031,422,7331,6221,270,461,80,82Tg-0,13-0,38-2,99-0,420,54-0,400,41-0,08-22,79-0,640,01-0,132,7-1,25-0,390,49-0,383,533,06-1,114,372,573,15

Знак углов зависит от знаков и . При состоянии гармоник на общем графике необходимо учитывать, что масштаб по оси абсцисс для - гармоники должен быть взят в раз большим, чем для первой гармоники.

Так, например, если некоторый отрезок по оси абсцисс для первой гармоники выражает собой угол , то тот же отрезок для третьей гармоники выражает собой угол, в 3 раза больший, т.е. .

На рис. 5 изображены гармоники полученного ряда, а также результирующая (суммарная) кривая:



Рисунок 5 - Гармоники ряда


Согласно «Правилам защиты устройств проводной связи проводного вещания от влияния тяговой сети электрических железных дорог переменного тока» величина напряжения шума а двухпроводных телефонных цепях может быть вычислена по формуле:


(16)


Применительно к настоящему курсовой работы величину мешающего напряжения следует вычислять по формуле:


(17)


Величину мешающего напряжения в мВ для k-й гармоники в телефонных цепях тональной частоты вычисляют по формуле:


(18)


Отдельные величины, входящие в эту формулу:

- угловая частота k-й гармонической составляющей, рад/с;

- взаимная индуктивность между контактным проводом и проводом связи для k -й гармонической составляющей, Гн/км.

- ток k-й гармонической составляющей в тяговой сети;

- коэффициент акустического воздействия для k-й гармонической составляющей влияющего тока;

- коэффициент чувствительности двухпроводной цепи для k -й гармонической составляющей влияющего тока;

- результирующий коэффициент экранирующего действия для k -й гармонической составляющей:


, (19)


где - коэффициент экранирования рельсов. Значения этого коэффициента приведены выше;

- коэффициент экранирующего действия оболочки кабеля для k-й гармонической составляющей. Значения его приведены в табл. 6;

- коэффициент, характеризующий волновые процессы в линии связи для k-й гармонической составляющей. При этом:


, (20)


где - постоянная распространения однопроводной цепи, подверженной влиянию для k-й гармонической составляющей. Величина a характеризует изменение амплитуды напряжения вдоль линии, а b - изменение фазового угла. Определение гиперболического синуса от комплексного аргумента может быть произведено по номограммам, приведенным в /1/, либо по формуле:


(21)


Расчетные длины - см. рис. 3.

Если пренебречь возможными резонансными явлениями в тяговой сети, то токи отдельных гармонических составляющих можно принять равными гармоническим составляющим тока электровоза и определить по заданной кривой любым известным графоаналитическим методом.

Один из простейших таких методов (численное интегрирование) состоит в замене интегралов, определяющих синусную и косинусную составляющие (вторая форма ряда Фурье) соответствующими суммами /4/. Взаимное расположение отдельных гармоник относительно друг друга при расчете напряжения шума значения не имеет, а величина k-й гармонической в кривой тока будет равна:


(22)


если и брать в амперах.


Таблица 8 - Значения основных величин (для воздушных линий)

№ гарм1357911131517192123M, 10-43,432,391,941,661,471,321,191,091,020,950,890,83Iк128,2711,555,843,845,8711,931,150,890,331,270,58?к0,860,860,870,880,890,890,910,930,940,960,970,99Uш3,653,8715,4728,4183,522,1357,745,9142,4418,8986,1338,51

Полученное значение мешающего напряжения не удовлетворяет нормативному значению, поэтому производим аналогичный расчёт для кабельных цепей.

железный дорога магнитный электрический


Таблица 9 - Значения основных величин (для кабельных линий)

№ гарм1357911131517192123M,· 10-43,432,391,941,661,471,321,191,091,020,950,890,83Iк128,2711,555,843,845,8711,931,150,890,331,270,58?к0,860,860,870,880,890,890,910,930,940,960,970,99Sк0,06250,030,020,0150,0120,010,00850,00750,00650,0050,00450,003Uш0,0070,0070,0350,0720,1940,0470,1110,0830,0690,0240,10,029

Так как опасное напряжение превышает 36 В, следовательно необходимо увеличить ширину сближения а.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


1.Окладов, С.А. Электромагнитная совместимость на электрических железных дорогах: Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 190401 «Электроснабжение железных дорог» очной и заочной форм обучения/ С.А. Окладов, Е.В. Добрынин. - Самара.: СамГУПС, 2009. - 18 с.

. Бадер, М.П. Электромагнитная совместимость / М.П. Бадер. - М. : УМК МПС, 2002.

. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т. 1. Под редакцией. К. Г. Марквардта. М.. «Транспорт», 1980, 256 с.

. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрических железных дорог, переменного тока. М., «Транспорт», 1973, с. 94.;


Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГ

Больше работ по теме:

Предмет: Транспорт, грузоперевозки

Тип работы: Курсовая работа (т)

Новости образования

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: MAIL@SKACHAT-REFERATY.RU

Скачать реферат © 2018 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ