Принципиальные электрические схемы

Цель работы

Целью работы является определение коэффициента несимметрии токов в питающей сети в схемах с трёхфазным трансформатором, с двумя однофазными и с трансформатором Скотта при различных соотношениях нагрузки на плечах подстанции.

 

Теоретическая часть

Тяговые нагрузки (электровозы) в системе переменного тока промышленной частоты являются однофазными. Они получают питание от понижающих тяговых подстанций. Трансформаторы тяговых подстанций подключены со стороны высокого напряжения к трёхфазной районной сети 110 или 220 кВ, а со стороны низкого напряжения – к однофазной тяговой сети напряжением 25 кВ. Это приводит к неравномерной нагрузке фаз питающих трёхфазных линий, т.е. создаёт в них несимметрию токов и напряжений. Допустимая величина несимметрии часто является существенным фактором при выборе типа и схемы соединения трансформаторов на тяговых подстанциях

На тяговых подстанциях в системе электроснабжения промышленной частоты чаще всего устанавливаются трёхфазные тяговые трансформаторы с первичным напряжением 110 или 220 кВ с тяговой обмоткой 27,5 кВ. Группа соединения обмоток Y/∆-11.

Применяются также и тяговые подстанции с двумя однофазными трансформаторами, соединёнными по схеме открытого треугольника, а также с двумя однофазными трансформаторами, соединёнными по схеме Скотта.

Наилучшими показателями по симметрии токов в питающей сети обладает схема Скотта. При одинаковой нагрузке двух плеч тяговой подстанции она обеспечивает симметричную загрузку питающей сети. Подстанции с трёхфазным трансформатором и с двумя однофазными, соединёнными в открытый треугольник не обеспечивают симметрии токов в питающей сети даже при одинаковой нагрузке двух плеч. При неравномерной нагрузке плеч преимущество трансформаторов Скотта не столь значительно.

Несимметричная трёхфазная система векторов тока или напряжения может быть представлена как сумма симметричных составляющих прямого обратного и нулевого следования фаз. В системе электроснабжения железных дорог ток нулевой последовательности отсутствует, так как в системе нет нулевого (нейтрального) провода. Составляющие прямого и обратного следования определяются по формулам:

(2.1)

где – составляющая прямого следования в фазе А;

– составляющая обратного следования в фазе А;

– фазный оператор (комплексный множитель):

(2.2)

Несимметрия токов характеризуется коэффициентом несимметрии:

(2.3)

где – ток прямой последовательности;

–ток обратной последовательности.

Для определения коэффициента несимметрии токов по вышеприведённым формулам необходимо знать величины токов , , и их начальные фазы. Величины токов в данной работе измеряются амперметром, а начальные фазы ψA,ψC определяются из векторной диаграммы токов (рис. 2.1). При её построении вектор можно направить произвольно, (например, горизонтально), а вектора и построить так, чтобы сумма трёх векторов была равна нулю, причём нужно проследить, чтобы вектор опережал , а – отставал от него. При таком построении ψB =0, а ψA и ψC определяются из рисунка с помощью транспортира.


Рис. 2.1. К определению начальных фаз токов трёхфазной питающей

сети

Углы ψA и ψA можно измерить транспортиром или рассчитать по известным длинам векторов с помощью теоремы косинусов:

(2.4)

(2.5)

(2.6)

(2.7)

Принципиальные электрические схемы

 

Рис. 3.1. Схема питания и векторная диаграмма сети с трёхфазным

трансформатором

Рис. 3.2. Схема питания и векторная диаграмма сети с двумя однофаз-

ными трансформаторами, соединёнными в открытый

треугольник

 

Рис. 3.3. Схема питания и векторная диаграмма сети с двумя однофаз-

ными трансформаторами, соединёнными по схеме Скотта

 

Результаты измерений

Таблица 4.1 – Токи, потребляемые от сети, при различных типах транс-

форматоров

Нагрузка плеч питания Трёхфазный трансформатор Схема открытого треугольника Трансформатор Скотта
IЛ, A IП, A β=IЛ/IП IA, A IB, A IC, A IA, A IB, A IC, A IA, A IB, A IC, A
0,5

5. Результаты расчётов

Расчёт симметричных составляющих и коэффициента несимметрии будем производить в Mathcad-программе, следуя указаниям Приложения в Руководстве по выполнению базовых экспериментов ЭСЖД1-ПЕТ РБЭ (969.1).

В качестве примера рассчитаем симметричные составляющие и коэффициент несимметрии для схемы питания с трёхфазным трансформатором.

Зададим потребляемые от сети токи, полученные в результате экспериментальных измерений:

Рассчитаем углы с помощью теоремы косинусов:

Найдём начальные фазы и длины векторов токов для построения их диаграмм:

 

Рассчитаем несимметричные составляющие токов прямого и обратного следования фаз соответственно:

Определим коэффициент несимметрии для данного случая:

Расчёт для других схем питания сети будем вести аналогично. Полученные значения занесём в табл. 5.1.

 


 

 

Таблица 5.1 – Симметричные составляющие и коэффициенты несимметрии при различных типах

трансформаторов и различных нагрузках плеч тяговой подстанции

β Трёхфазный трансформатор Схема открытого треугольника Трансформатор Скотта
ΨA, град. ΨС, град. I1,A I2,A α ΨA, град. ΨС, град. I1,A I2,A α ΨA, град. ΨС, град. I1,A I2,A α
173,277 -13,966 71,746 62,286 0,868 169,684 -83,669 72,501 52,918 0,73 168,799 -114,975 78,064 55,492 0,711
0,5 147,776 -50,946 94,984 57,408 0,604 159,426 -118,531 87,576 46,201 0,528 144,983 -107,509 100,471 29,471 0,293
106,733 -96,019 121,385 58,725 0,484 142,189 -134,939 118,283 39,283 0,332 116,198 -121,901 125,288 4,712 0,038
64,623 -138,439 96,344 49,904 0,518 151,165 -164,721 85,844 56,894 0,663 76,066 -143,325 94,329 35,736 0,379