Курсовая работа: Выбор и расчёт фильтр-устройства тяговой подстанции постоянного тока

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Иркутский государственный университет путей сообщения

Факультет: Электротехнический Кафедра: ЭЖТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине:

«Электромагнитная совместимость»

ИРКУТСК 2007

Оглавление

Введение.......................................................................................................... 3

Задание на курсовую работу.......................................................................... 5

1. Исходные данные........................................................................................ 6

2. Расчет индуктивностей параллельных ветвей фильтра............................. 8

3. Расчет коэффициента сглаживания для заданных гармоник.................... 8

4. Расчет векторной разности напряжений для заданных гармоник............ 9

5. Расчет сопротивлений тяговой сети......................................................... 10

6. Расчет взаимных индуктивностей............................................................. 10

7. Расчет гармоник тока тяговой сети.......................................................... 11

8. Расчет напряжения шума.......................................................................... 11

9. Расчет результирующего напряжения шума........................................... 12

10. Сравнение результирующего напряжения шума с заданным значением и корректировка С₄.......................................................................................... 12

Вывод............................................................................................................. 13

Список использованных источников............................................................ 14

Введение

Электрические железные дороги 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 оболочки кабелей и цепи, использующие в качестве обратного провода землю. Его следует учитывать при наличии хотя бы одного заземления в любой точке цепи.

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.

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

Длиной сближения называют ту часть линии связи, которая находится в зоне влияния тяговой сети.

Шириной сближения является расстояние между осью дороги и линией связи.

Параллельным сближением называют такое взаимное расположение линии связи и электрифицированной железной дороги, при котором ширина сближения 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 и в конце участков сближения.

Содержанием курсовой работы является расчет сглаживающего устройства на тяговой подстанции постоянного тока и определение мешающих влияний электрической железной дороги с напряжением З кВ в тяговой сети на смежную воздушную линию связи.

В проекте допускаются некоторые упрощения по исходным данным и расчетам: рассматривается однопутный участок электрифицированной железной дороги, состоящий из одной фидерной зоны двухстороннего питания при неизменной нагрузке смежных тяговых подстанций и постоянной ширине сближения, концы линии связи совпадают с расположением тяговых подстанций, упрощены расчеты при определении мешающих влияний.

Задание на курсовую работу

Для участка железной дороги, электрифицированного на постоянном токе с напряжением З кВ в тяговой сети, определить параметры параллельных ветвей сглаживающего устройства исходя из того, что результирующее мешающее влияние на смежную линию связи заданных гармонических составляющих напряжения на шинах тяговых подстанций не должно превышать указанного в задании значения. Для этого необходимо спроектировать фильтр-устройство тяговой подстанции постоянного тока.

1. Исходные данные

Расчетная схема для расчета опасных влияний тяговой сети приведена на рис. 1. Одна из подстанций работает на 100%, другая наполовину. Число путей – 1; подвеска – М120 + 2МФ100; тип линии связи – воздушная со стальными проводами диаметром 5 мм на траверсах.

Принципиальная схема сглаживающего устройства, отдельные параметры которого (L₁; L₂; L₃ и С₄) подлежат определению приведена на рис. 2.

С₁ = 140 мкФ;

С₂ = 90 мкФ;

С₃ = 90 мкФ;

L_р1 = 4,5 мГн;

L_р2 = 4,5 мГн;

R = 0,2 Ом – активное сопротивление каждой ветви;

К = 4, 12, 20 – номера гармонических составляющих выпрямленного напряжения на шинах;

U_4-1 = 22·е^j265˚ В;

U_12-1 = 50·е^j235˚ В;

U_20-1 = 6·е^j165˚ В;

U_4-2 = 21·е^j265˚ В;

U_12-2 = 42·е^j235˚ В;

U_20-2 = 5·е^j240˚ В;

U_шн = 0,6 мВ – допустимое напряжение шума, создаваемого в линии связи;

а = 15 м – ширина сближения;

l = 18 км – длина фидерной зоны;

σ = 5·10³ См/м – проводимость земли;

f_k = 200; 600; 1000 Гц – частота;

р_k = 0,089; 0,794; 1,12

η_k = 3,0; 3,65; 5,65·10^-3;

α_сk = 4,61; 8,2; 11,4·10^-3 1/км;

β_сk = 8,68; 23,3; 36·10^-3 1/км;

Z_вk = 239; 231; 226 Ом/км – волновое сопротивление;

α_тk = 0,96; 1,57; 2,15·10^-3 1/км;

β_тk = 5,76; 17,3; 28,8·10^-3 1/км;

Экранирующий коэффициент рельсов 0,5.

2. Расчет индуктивностей параллельных ветвей фильтра

Для каждой резонансной ветви, настроенной на свою частоту, индуктивное и емкостное сопротивления на этой частоте должны быть равными, т. е. должно выполнятся условие:

где ω_n – угловая резонансная частота n-ой ветви. Отсюда:

Для каждой резонансной ветви:

3. Расчет коэффициента сглаживания для заданных гармоник

Коэффициент сглаживания для К-й гармоники определяется выражением (предварительно приняв С₄ = 100 мкФ):

для К = 4, т. к. одна из ветвей работает в резонансе:

для К = 12, 20:

4. Расчет векторной разности напряжений для заданных гармоник

5. Расчет сопротивлений тяговой сети

6. Расчет взаимных индуктивностей

7. Расчет гармоник тока тяговой сети

8. Расчет напряжения шума

9. Расчет результирующего напряжения шума

10. Сравнение результирующего напряжения шума с заданным значением и корректировка С₄

Т. к. полученное значение напряжения шума не превышает допустимое U_шн > U_ш, то значение емкости С₄ можно взять меньше 100 мкФ.

Вывод

Чтобы обеспечить нормальную работу линии связи, проходящей вдоль заданного участка контактной сети, необходимо на тяговых подстанциях установить сглаживающие фильтр-устройства. Принципиальная схема такого устройства приведена на рис. 2. Фильтр-устройство содержит два реактора, три резонансные параллельные ветви, настроенные на 100, 200 и 300 Гц, и четвертую емкостную параллельную ветвь, предназначенную для подавления гармоник более высоких порядков. В нашем случае значение емкости С₄ достаточно взять 32 мкФ, при котором не будет превышаться допустимое значение напряжения шума U_шн. Это позволит уменьшить затраты на комплектацию фильтр-устройства.

Список использованных источников

1. Шаров В.И. Электромагнитная совместимость на электрических железных дорогах / Задание на курсовой проект с методическими указаниями. – М.: ВЗИИТ, 1988. – 14 с.

2. Бадер М.П. Электромагнитная совместимость / Учебник для вузов железнодорожного транспорта. – М.: УМК МПС, 2002. – 638 с.

3. Закарюкин В.П. Электромагнитная совместимость устройств электрифицированных железных дорог. – Иркутск.: ИрИИТ, 2002. – 107 с.

4. Справочник по электроснабжению железных дорог. / в 2-х томах / Т. 1 / Под ред. К.Г. Марквардта. – М.: Транспорт, 1980. – 256 с.