Расчет электромагнитной совместимости электрифицированной железной дороги и смежной линии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Исходные данные

1. Расчет напряженности электрического поля, создаваемого высоковольтными линиями переменного тока. Однопутный участок

2. Расчет напряженности электрического поля, создаваемого высоковольтными линиями переменного тока. Двухпутный участок

3. Расчет напряженности электрического поля трехфазной высоковольтной линии

4. Расчет опасных и мешающих влияний электрифицированной железной дороги на смежную линию

4.1 Расчет опасного напряжения при магнитном влиянии для режима короткого замыкания тяговой сети

4.2 Расчет опасного напряжения при магнитном влиянии для вынужденного режима работы тяговой сети

4.3 Расчет опасного напряжения при электрическом влиянии

4.4 Расчет напряжения мешающего влияния

Заключение

Список использованных источников

Введение

Термины и определения, используемые при описании влияний электрифицированной железной дороги на смежные линии, содержатся в стандарте «ГОСТ Р 51317.2.4-2000. Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Классификация электромагнитных помех в местах размещения технических средств в «Правилах защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока». В соответствии с этими документами под влиянием понимается процесс (или состояние) такого типа, при котором в некоторых устройствах будут появляться дополнительные напряжения и токи за счёт перекачки части электрической энергии из других устройств. При этом внешними влияниями называют влияния на низковольтные цепи со стороны высоковольтных (или сильноточных) цепей, а взаимными - влияния от соседних цепей одной или однотипной линии. Так, внешними будут влияния со стороны тяговой сети на линии связи, а взаимными - влияния друг на друга разных пар много проводной линии связи. Влияющая линия создаёт в окружающем пространстве электрическое поле, определяемое напряжением в линии, а также магнитное поле, связанное с токами в линии.

Электрические и магнитные влияния тяговой сети носят отрицательный характер и способствуют появлению в смежных проводных линиях опасных напряжений, что ведет к необходимости принятия определенных мер, т.к. появляется вероятность попадания обслуживающего персонала под высокое напряжение. Это ведет к изменению порядка обслуживания таких линий, что в дальнейшем приводит к дополнительным трудозатратам и снижению экономической эффективности работы предприятия. Защита от влияний является необходимым элементом в работе предприятия, поэтому является перспективным направлением для научных исследований и экспериментов.

Цель и задачи курсового проекта

Целью курсового проекта по дисциплине «Электромагнитная совместимость и средства защиты» является приобретение и закрепление практических навыков выполнения курсового проекта «Расчёт электромагнитной совместимости электрифицированной железной дороги и смежной линии», а также использование приобретенных навыков и современного программного обеспечения для расчётов электромагнитной совместимости.

Задачи курсового проекта:

· Выполнить анализ задания и исходных данных.

· Выполнить расчет напряженности электрического поля, создаваемого высоковольтными линиями переменного тока.

· Выполнить Расчёт токов короткого замыкания и эквивалентного влияющего тока.

· Выполнить Расчет наводимых опасных напряжений.

· Выполнить Расчет напряжения мешающего влияния.

· Выполнить Расчет ширины сближения для соблюдения нормированных значений опасных влияний.

напряжение магнитный ток замыкание

Исходные данные

Номер студенческого билета 1642049

Исходные данные по таблице П 1.1

1 Напряжение контактной сети (Вариант 9)

2 Высота контактной подвески (Вариант 4)

3 Радиусы КП и НТ (Вариант 2)

4 Среднее расстояние между КП и НТ (Вариант 0)

5 Расстояние между осями путей (Вариант 2)

Исходные данные по таблице П 1.2

1 Напряжение линейное (Вариант 2)

2 Напряжение фазовое (Вариант 2)

3 Расстояние между осями фаз (Вариант 9)

4 Радиус провода (Вариант 9)

5 Кол-во проводов в фазе (Вариант 4)

6 Радиус расщепленной фазы (Вариант 4)

7 Высота подвески провода под опорой (Вариант 0)

8 Габарит линии в середине пролета (Вариант 0)

Исходные данные по таблице П 1.3

Вариант 4

1. Расчет напряженности электрического поля, создаваемого высоковольтными линиями переменного тока. Однопутный участок

Рассчитать для варианта, представленного в таблице 1:

- Эквивалентный радиус контактной сети и высоту подвески.

- Для двухпутного участка рассчитать напряженность электрического поля на уровне головы человека, стоящего на пути на разном расстоянии от оси первого пути.

- для этого же участка рассчитать напряженность электрического поля на уровне подвески контактного провода для различных расстояний от оси первого пути.

- Произвести такие же расчет напряженности электрического поля на уровне человека 1,8 м, стоящего на земле для однопутного участка, при условии, что второй путь отсутствует и на уровне головы человека, работающего под напряжением с изолированной вышки.

- По результатам расчета построить кривые зависимости напряженности электрического поля от расстояния для всех четырех случаев.

- Сравнив максимальное расчетное значение напряженности электрического поля под контактным проводом на высоте 6,24 м на однопутном и двухпутном участке с допустимой нормой напряженности электрического поля 5кВ/м.

Цепная подвеска на дорогах переменного тока, как правило, состоит их троса ПБСМ-95 и провода МФ-100. Трос и провод контактной сети заменяются одним эквивалентным проводом.

Высота эквивалентного провода

Радиус эквивалентного провода

Вертикальная составляющая напряженности от электрического поля на высоте y

Проверим, чему равна напряженность вблизи линии, при x = 0.

График функции представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Напряженность на высоте человека

Ниже представлена таблица 1 значений напряженности электрического поля на уровне головы человека

Таблица 1 - Значения напряженности электрического поля

Высота, м	Напряженность. В/м
0	1808
0,5	1794
1	1753
2	1609
3	1422
4	1229
5	1053
6	900
8	663

Высота при работе с вышки

Ниже представлена таблица и график напряженности электрического поля на уровне подвески

Таблица 2 - Значения напряженности электрического поля на уровне человека

Высота, м	Напряженность. В/м
0	9711
0,5	5955
1	2927
2	1208
3	780
4	608
5	515
6	454
8	369



Рисунок 2 - Напряженность на высоте контактной подвески

Ниже для сравнения приведен рисунок двух линией на высоте человека и на высоте подвески.

Рисунок 3 - График сравнения напряженности на высоте человека и на высоте подвески

Допустимая продолжительность пребывания в электрическом поле без защиты



Рисунок 4 - Продолжительность пребывания в электрическом поле без защиты

2. Расчет напряженности электрического поля, создаваемого высоковольтными линиями переменного тока. Двухпутный участок

Выражаемые коэффициенты

Подставив значения в формулу, получим:

Вертикальная составляющая напряженности электрического поля будет равна:



Рисунок 5 - График вертикальной составляющей

Продолжительность пребывания персонала без средств защиты определяется по формуле

Рисунок 6 -Продолжительность пребывания персонала без средств защиты

Любые работы без применения средств защиты и без ограничения по характеру и продолжительности могут производиться в местах, где напряженность электрического поля не превышает 5 кВ/м.

Если напряженность электрического поля на рабочем месте превышает 25 кВ/м, пребывание в поле без средств защиты недопустимо (независимо от продолжительности).

Уровень напряженности принимается по результатам измерений.

Приведенные нормативы действительны при условии исключения воздействия на работающие электрические разряды.

Указанное в таблице время может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня. В остальное рабочее время необходимо использовать средства защиты или находиться в электрическом поле напряженностью до 5 кВ/м.

3. Расчет напряженности электрического поля трехфазной высоковольтной линии

Рассчитать для варианта, представленного в таблице 1:

- Напряжённость электрического поля в плоскости, перпендикулярной ЛЭП, на различном расстоянии от ее оси под опорой и в середине пролета на уровне головы человека.

- Для трехфазной линии сверхвысокого напряжения: построить кривые зависимости напряженности электрического поля от удаления от оси ЛЭП по результатам расчет

Потенциал электрического поля, создаваемого трехфазной линией с конкретным расположением фазовых проводов, в произвольной точке М с координатами x, y, определяется выражением.

Принимаем, что геометрические и электрические оси проводов совпадают

На человека, находящегося перпендикулярно проводам, действует вертикальная составляющая Е

Рисунок 7 - Вертикальная составляющая напряженности

Рисунок 8 - Продолжительность пребывания персонала без средств защиты

4. Расчет опасных и мешающих влияний электрифицированной железной дороги на смежную линию

4.1 Расчет опасного напряжения при магнитном влиянии для режима короткого замыкания тяговой сети

Для участка однопутной железной дороги между двумя смежными тяговыми подстанциями, электрифицированной на переменном токе 1х25 кВ, с рельсами Р-65, и расположенной параллельно ей двухпроводной воздушной линии связи необходимо в соответствии с вариантом расчета изобразить расчетную схему для расчета опасных влияний

Рисунок 9 - Схема расчет влияния при коротком замыкании в тяговой сети

Для определения наибольшего значения опасного напряжения следует вычислить ток короткого замыкания от каждой из смежных тяговых подстанций. Расчётными точками возможного короткого замыкания должны быть концы участка тяговой сети, т. е. расчёты проводятся для двух точек короткого замыкания с подстановкой соответствующих значений мощности короткого замыкания и номинальной мощности трансформаторов (параметры второй подстанции для точки 1 и параметры первой подстанции для точки 2).

Расчет для точки 1. Подставляем параметры и

Поскольку в программе нет единиц ВА, для Sкз и Sн ставим просто Вт

Ток короткого замыкания определяется как ток двухфазного короткого замыкания по формуле:

где - номинальное напряжение к.с.;

мощность короткого замыкания, ВА;

- номинальная мощность трансформатора подстанции, ВА;

= 17% - напряжение короткого замыкания трансформатора

- реактивное сопротивление одного килметра тяговой сети, Ом/км;

- активное сопротивление одного километра тяговой сети, Ом/км;

Модуль коэффициента взаимной индуктивности между контактами проводом и одиночным проводом определяется по следующей формуле:



где a - ширина сближения, м;

у - удельная проводимость земли;

f - частота влияющего тока, Гц.

Выполняем аналогичный расчет для точки 2

Расчет для точки 2. Подставляем параметры и из таблицы П 1.4

Данные для расчета точки 2

Наибольший ток короткого замыкания в тяговой сети в точке 2

Модуль коэффициента взаимной индуктивности между контактной подвеской и проводом связи, подверженном влиянию

Опасное напряжение на одном из концов провода расчетного участка цепи, обусловленное магнитным влиянием, рассчитывают при условии заземления его на противоположном конце. Для режима короткого замыкания и параллельного сближения наводимое опасное напряжение магнитного влияния Uм вычисляется по формуле:

где щ = 2 рад/с - угловая частота влияющего тока;

М - модуль коэффициента взаимной индуктивности между контактной подвеской и проводом связи, подверженном влиянию Гн/км;

I - наибольший ток короткого замыкания в тяговой сети, А;

- длина сближения, км;

S- коэффициент экранирующего действия.

Для воздушного провода, подверженного влиянию, коэффициент экранирующего действия S равен коэффициенту экранирующего действия Sр рельсов, численное значение которого для однопутного участка железной дороги при удельной проводимости земли может быть принято в соответствии с Таблицей 3.1.

Коэффициент экранирующего действия для жилы кабеля:

Коэффициент экранирующего действия рельса:

Коэффициент экранирующего действия оболочки кабеля:

4.2 Расчёт опасного напряжения при магнитном влиянии для вынужденного режима работы тяговой сети

Для вынужденного режима работы тяговой сети опасное напряжение при магнитном влиянии и параллельном сближении вычисляется по формуле:

где -коэффициент формы влияющего тока, характеризующий увеличение индуцированного напряжения вследствие несинусоидальности тока тяговой сети, обусловленной работой выпрямительных устройств электровозов (при расчёте влияния на провода воздушных линий ; на кабельные жилы ; эквивалентный влияющий ток в вынужденном режиме работы тяговой сети, А;

Эквивалентный влияющий ток-- это ток тяговой сети, одинаковый по всей длине сближения, который индуцирует в проводе линии связи такое же опасное напряжение, что и действительный ток в тяговой сети.

Значение эквивалентного влияющего тока на длине сближения в вынужденном режиме работы тяговой сети определяется по выражению:

где -результирующий ток расчетного плеча при вынужденном режиме работы тяговой сети, А;

-коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока по сравнению с нагрузочным результирующим в зависимости от количества поездов m, одновременно находящихся в пределах фидерной зоны и взаимного расположения линии связи и влияющего тягового плеча.

Численное значение коэффициентаопределяется последующему выражению:

где m- количество поездов, одновременно находящихся в пределах расчетного плеча питания.

При определении опасного индуктированного напряжения принимают, что на фидерной зоне находится m поездов, потребляющих одинаковые токи, а один из поездов находится в конце фидерной зоны и потеря напряжения для него равна максимально допустимой. При таких допущениях результирующий ток расчётного плеча питания в вынужденном режиме определяют по формуле, А:

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

При рекомендуется принимать ;

при, при следует принимать

m = 1 и ; - коэффициент мощности электровоза.

4.3 Расчёт опасного напряжения при электрическом влиянии

Электрическому влиянию подвержены только воздушные линии связи и воздушные линии смежных устройств (например, распределительные сети напряжением до 1 кВ), изолированные провода, лежащие на земле, подземные кабельные линии и воздушные кабельные линии с металлической заземлённой оболочкой электрическому влиянию не подвержены.

Расчёт опасного напряжения при электрическом влиянии производят для вынужденного режима работы тяговой сети в том случае, если воздушный провод, подверженный влиянию, изолирован от земли.

Значение опасного напряжения при электрическом влиянии и параллельном сближении при изолированном от земли проводе связи определяется по формуле:



Провода воздушной линии связи, изолированные от земли, подвержены как электрическому, так и магнитному влиянию. Поэтому для сравнения с нормируемыми допустимыми значениями определяется результирующее напряжение по отношению к земле для вынужденного режима работы тяговой сети по формуле:

Магнитное поле:

4.4 Расчёт напряжения мешающего влияния

Расчетная схема для расчета напряжения мешающего влияния изображена на рисунке 9.

Рисунок 10 - Схема для расчета напряжения мешающего влияния

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

Мешающее влияние индуктированного напряжения любой формы оценивается по его псофометрическому значению с учётом воздействия каждой гармонической составляющей.

Псофометрическим называется такое напряжение частотой 800 Гц, которое будучи подведённым к зажимам телефона, вызывает такое же мешающее воздействие, что и действительное напряжение со всеми содержащимися в нём гармониками. Для двухпроводных телефонных цепей псофометрическое значение мешающего напряжения определяют при нормальном режиме работы тяговой сети.

Согласно [2] для двухпроводных телефонных цепей определяют напряжение шума в диапазоне тональных частот 300-3400 Гц, т. е. для гармоник тягового тока от k=7 до k=69.

«Правила защиты…» [2] регламентируют для двухпроводных телефонных цепей расчет псофометрического значения мешающего напряжения (напряжения шума) в диапазоне тональных частот (300 3400 Гц) при нормальном режиме работы тяговой сети. Расчет выполняют применительно к ближнему концу участка линии связи, складывая гармонические составляющие напряжения шума для гармоник с номерами от 7 до 69. В курсовом проекте значение напряжения шума для случая, когда влияющий электровоз находится слева у поста секционирования, расположенного в середине фидерной зоны (рис. 9), считая, что пост отключён, допускается усеченный расчет только до 41-й гармоники, мВ:

где мешающее напряжение k-й гармоники вычисляют по формуле:

Мешающее напряжение 7-ой гармоники вычисляют по формуле:

где щ = 2200 рад/с - угловая частота 7-ой гармоники тягового тока;

М - модуль взаимной индукции между контактной сетью и проводом связи для гармоники 7, Гн/км:

Расчеты для остальных гармоник аналогичны и представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты расчетов

k	f, Гц	M, Гн/км	зk	pk	Ik,A	Uшk, мВ
7	350	0,00125	0,0035	0,376	5	800,311
9	450	0,00123	0,0038	0,582	3,5	1024,071
11	550	0,00119	0,0042	0,733	2,3	258,083
13	650	0,00118	0,0045	0,851	1,6	555,219
15	750	0,00117	0,0048	0,955	1,2	608,708
17	850	0,00115	0,0051	1,035	0,9	975,208
19	950	0,00114	0,0055	1,109	0,71	1557,014
21	1050	0,00114	0,0058	1,109	0,54	470,865
23	1150	0,00113	0,0061	1,035	0,4	244,547
25	1250	0,00112	0,0065	0,977	0,34	124,012
27	1350	0,00111	0,0068	0,928	0,28	443,932
29	1450	0,00111	0,0071	0,881	0,25	155,28
31	1550	0,0011	0,0075	0,842	0,23	153,479
33	1650	0,00109	0,0078	0,807	0,21	199,607
35	1750	0,00109	0,0081	0,775	0,19	279,688
37	1850	0,00108	0,0084	0,745	0,18	136,778
39	1950	0,00108	0,0086	0,72	0,16	201,105
41	2050	0,00108	0,0088	0,698	0,15	145,759

833,666

Заключение

Влияние тяговой сети электрифицированной дороги приводит к появлению напряжений, представляющих опасность для людей и оборудования, или мешающих работе систем связи. Очевидно, существуют некоторые пороги этих двух видов наведенных напряжений, ниже которых можно не считаться с влиянием тяговой сети. Эти критические значения зафиксированы в нормативных документах.

Нормы допустимых опасных влияний определяются в основном степенью опасности наведенного напряжения для человека, а также уровнем изоляции линии и рабочим напряжением линии связи.

Нормы допустимых мешающих влияний определяются допустимым соотношением между напряжением шума и напряжением полезного сигнала в линии связи.

При коротких замыканиях в тяговой сети в смежных линиях возникают кратковременные напряжения магнитного влияния, длительность которых определяется временем срабатывания защиты в устройствах тягового электроснабжения. Степень опасности кратковременного воздействия напряжения на человека меньше, чем длительного, и зависит от длительности приложения напряжения: чем короче импульс, тем он менее опасен. По этой причине нормируют напряжения этого вида влияния для наихудшего варианта смежной линии связи, когда линия заземлена на удаленном конце, и учитывают длительность наведенного напряжения, определяемую временем срабатывания защит от короткого замыкания. При длительном приложении напряжения, отвечающем вынужденному режиму питания меж подстанционной зоны (консольное питание от одной подстанции), степень опасности наведенного напряжения наибольшая и допустимое напряжение намного меньше.

Мероприятия по защите от влияний разделяются на две группы: активные и пассивные.

Активные мероприятия действуют на все смежные линии. К ним относятся применение отсасывающих трансформаторов на дорогах переменного тока и фильтр-устройств и демпфирующих контуров на тяговых подстанциях постоянного тока для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

Мероприятия, осуществляемые в смежной линии, защищают только данную линию, и поэтому их относят к пассивным. Таким мероприятием являются относ смежной линии от железной дороги. Увеличение ширины сближения уменьшает электрическую и магнитную связь и снижает напряжение влияния, при этом электрическое влияние уменьшается с расстоянием намного быстрее магнитного, а последнее зависит еще от проводимости земли. В зависимости от удельной проводимости земли минимальная допустимая ширина сближения воздушной линии с тяговой сетью переменного тока может достигать значений от сотен метров до нескольких километров.

Таким образом, в данном курсовом проекте при расчете электрического и магнитного влияний, а также мешающего влияния однопутного участка железной дороги переменного тока, электрифицированного по системе 27,5 кВ.

Список использованных источников

1. Бадер М.П. Электромагнитная совместимость: Учебник для вузов железнодорожного транспорта. /М.П. Бадер - Москва: УМК МПС, 2002. - 638 с. - Текст: непосредственный

2. Закарюкин В.П. Электромагнитная совместимость устройств электрифицированных железных дорог/В.П. Закарюкин - Иркутск: ИрИИТ, 2002. - 137 с. -Текст: непосредственный

3. Шаров В.И. Влияние электрических железных дорог на смежные устройства: Задание на курсовой проект с методическими указаниями /В.И. Шаров - Москва: ВЗИИТ, 1983. - 15 с. - Текст: непосредственный

4. Бабаева В.М.Методические указания к курсовому проекту по дисциплине "Влияние электрических железных дорог на смежные устройства"/В.М. Бабаева, Г.А. Минин, В.П. Семенчук - Москва: МИИТ, 1987 - 46с - Текст: непосредственный

5. Марквардта К.Г. Справочник по электроснабжению железных дорог / К.Г. Марквардта. - Москва: Транспорт, 1980 - 256 с. - Текст: непосредственный

Размещено на Allbest.ru

...