Влияние электрифицированных железных дорог на смежные сооружения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Влияние электрифицированных железных дорог на смежные сооружения

Введение

Зачастую технические средства эксплуатируют в условиях воздействия на них электромагнитных и радиочастотных излучений. Источниками этих излучений часто являются портативные приемопередатчики, применяемые эксплуатационным персоналом и службами безопасности, стационарные радио и телевизионные передатчики, радиопередатчики подвижных объектов, контактная сеть, линии электропередачи, а также различные промышленные источники излучений.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) технических средств -- способность технических средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных электромагнитных помех и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам.

При решении проблемы электромагнитной совместимости электрических железных дорог с смежными слаботочными системами необходимо учитывать то, что электромагнитному влиянию подвержены практически любые электрические линии с меньшим уровнем передачи энергии, проложенные вблизи от электрической железной дороги, как воздушные, так и кабельные линии связи, радиовещания, телеуправления и телесигнализации, рельсовые цепи автоблокировки, низковольтные линии электропередач, отключенная контактная сеть соседних путей, металлические сооружения, эстакады, трубопроводы, оболочки кабелей и др.

В реальных условиях в месте расположения электрооборудования действует большое число различного рода излучений, учет которых возможен при помощи методов теории вероятности и математической статистики. Обеспечение нормальной работы совместно работающих технических средств является целью ЭМС как научной проблемы. Предметом же изучения можно считать выявление закономерностей мешающего взаимодействия совместно работающих технических средств, на базе которых формируются рекомендации для достижения цели.

Проблема электромагнитных помех появилась вместе с появлением электронных средств. С течением времени количество электронных средств неуклонно растет, и к ним предъявляются все более жесткие требования по электромагнитной совместимости. Поэтому ведется разработка новых методов и средств борьбы с помехами. Надежность и бесперебойность работы технических средств на ромышленных предприятиях в настоящее время в значительной степени определяется способностью обеспечивать их электромагнитную совместимость.

Количество и качество параметров ЭМС технических средств определяется путем проверок, измерений и испытаний на ЭМС. В последние годы в России вводятся в действие новые отечественные стандарты и методы испытаний, гармонизированные с международными и Европейскими стандартами, регламентирующими объем современных требований к техническим средствам по обеспечению электромагнитной совместимости.

В настоящее время не существует четкого перечня параметров, влияющих на электромагнитную совместимость технических средств, по которому можно было бы характеризовать электромагнитную обстановку.

Задание на курсовой проект

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 выполнить следующее:

1. Определить опасное и мешающее влияние на воздушную и кабельную линию связи от тяговой сети переменного тока (в нормальном режиме, вынужденном режиме, режиме короткого замыкания) и принять мероприятия для удовлетворения норм.

2. Сравнить полученное влияние для воздушной и кабельной линии/

Таблица 1 - Исходные данные

электромагнитный ток тяговый контактный

Расчетная схема для расчета опасных влияний тяговой сети приведена на рисунке 1.

Рисунок1 - Схема расчета влияния: а-схема расчета влияния при коротком замыкании в тяговой сети; б- схема расчета вынужденного режима

1. Типовой расчет

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

Ток короткого замыкания определяется по формуле (1) как ток двухфазного короткого замыкания

где Uном - номинальное напряжение контактной сети, Uном=27500 В; Sкз - мощность короткого замыкания, ВА;

Sн - номинальная мощность трансформатора подстанции, ВА;

Uк- напряжение короткого замыкания трансформатора, Uк=17%; Xо - реактивное сопротивление тяговой сети, Ом/км;

Rо-активное сопротивление тяговой сети, Ом/км;

lкз - расстояние от подстанции до места короткого замыкания, км.

Токи короткого замыкания для 2-х подстанций рассчитываем в точках 1-2 по рисунку 1 (а): ток короткого замыкания от ТП1 до точки 1

ток короткого замыкания от ТП 1 до точки 2

Ток короткого замыкания от ТП 2 рассчитывается аналогично

Графики зависимости тока короткого замыкания от расстояния представлены на рисунках 2, 3.

Рисунок 2 - Зависимость тока короткого замыкания от расстояния (от ТП1)

Рисунок 3 - Зависимость тока короткого замыкания от расстояния (от ТП2)

Под эквивалентным влияющим током Iэкв подразумевается ток, одинаковый на всем участке сближения, который наводит в смежной линии связи такое же опасное напряжение, какое возникает при действительном (ступенчатом) распределении токов в контактной сети:

(2)

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

Km - коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока

по сравнению с результирующим в зависимости от количества поездов m, одновременно находящихся в пределах расчетного плеча питания при вынужденном режиме.

Коэффициент, характеризующий уменьшение эквивалентного тока определяется по следующему выражению (3)

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

Согласно формуле (3) получаем

где lн, lэ, lТ - расстояния, которые соответствуют рисунку 1, км.

Результирующий ток расчетного плеча питания при вынужденном режиме работы тяговой сети

(4)

где ДUкс- максимальная потеря напряжения в тяговой сети между подстанцией и наиболее удаленным от нее электровозом, ДUкс=8500 В приlТ>30 км; cos - коэффициент мощности электровоза. Для электровозов ВЛ80Р, ВЛ85 коэффициент мощности равен 0,84 («Технические характеристики электровозов ВЛ80Р и ВЛ85»).

Эквивалентный влияющий ток рассчитываем по формуле (2)

1.2 Расчет наводимых опасных напряжений

Опасные напряжения на одном из концов провода расчетного участка цепи, обусловленные магнитным влиянием, рассчитывают при условии заземления его на противоположном конце для двух режимов работы тяговой сети: короткого замыкания и вынужденном. Для режима короткого замыкания и параллельного сближения в курсовой работе наводимое напряжение UМ вычисляется по формуле (5) для наибольшего тока короткого замыкания.

Для вынужденного режима наводимое напряжение рассчитывается по формуле (6)

где щ - угловая частота влияющего тока, щ = 314 рад/с;

M - взаимная индуктивность между контактной подвеской и проводом связи, Гн/км; Iкз- наибольший ток короткого замыкания, А; lэ- длина сближения, км; Sp- коэффициент экранирующего действия рельсов, значение которого при удельной проводимости земли 0,05 См/м равен Sр=0,55.

Kф- коэффициент, характеризующий увеличение индуцированного напряжения вследствие несинусоидальности тока тяговой сети, обусловленной работой выпрямительных устройств электровозов, Kф=1,15.

Взаимная индуктивность между контактной подвеской и проводом связи определяется по формуле (7)

где а - ширина сближения, м;

у - удельная проводимость земли, См/м;

f - частота влияющего тока, Гц.

При изолированном от земли проводе связи на нем наводится дополнительное напряжение за счет электрического влияния, которое рассчитывается по формуле (8)

где k - коэффициент, учитывающий количество влияющих проводов, расположенных на опорах тяговой сети, который для однопутного участка и двух проводов контактной подвески равен k = 0,4 («Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока» стр.114 [2]);

b, c - высоты подвеса провода, эквивалентного контактной подвеске, и провода связи над землей, b=6,8 м, c=6 м.

Результирующее напряжение влияния на изолированный от земли провод определяется суммированием напряжений электрического и магнитного влияний по формуле (9)

где UM - наводимое напряжение от влияния магнитного поля, В;

lси l - расстояния в соответствии с рисунком 1, км;

UЭ - наводимое напряжение от влияния электрического поля, В.

Взаимная индуктивность между контактной подвеской и проводом связи рассчитывается по формуле (7)

Напряжения магнитного влияния при условии заземления смежной линии на противоположном конце для режима короткого замыкания, рассчитываем по формуле (5)

Напряжения магнитного влияния при условии заземления смежной линии на противоположном конце для вынужденного режима

Напряжение опасного электрического влияния при изолированном от земли проводе рассчитывается по формуле (8)

Результирующее напряжение влияния на изолированный от земли провод определяется суммированием напряжений электрического и магнитного влияний по формуле (9) для 2 режимов.

Режим короткого замыкания

В режиме короткого замыкания влиянием электрического поля можно пренебречь, так как источником электрического влияния (поля) является напряжение в контактной сети, а при режиме КЗ в сети резко возрастают токи, следовательно, напряжение падает, поэтому магнитное поле в данной ситуации будет определяющим:

Вынужденный режим тяговой сети

Провода воздушной линии связи, изолированные от земли подвержены как электрическому, так и магнитному влиянию:

Полученные значения наводимых опасных напряжений не удовлетворяют требованиям для режима короткого замыкания UМ<500 В и не удовлетворяет требованиям для вынужденного режима UМВ<36 В. [2]. Принимаем меры по снижению наводимых опасных напряжений.

2. Расчет ширины сближения для соблюдения нормированных значений опасных влияний

При расчете расстояния относа линии связи для снижения наводимых напряжений необходимо принять во внимание, что напряжение электрического влияния с ростом расстояния снижается очень быстро. По этой причине рассчитывается относ с целью снижения только магнитного влияния, у которого от расстояния зависит взаимная индуктивность M.

Взаимная индуктивность находится по формулам

По формулам (10) и (11) с подстановкой в них допустимых значений наводимых напряжений вычисляются два значения индуктивности, из которых выбирается наименьшее

Ширину сближения определяем по формуле

Рассчитаем ширину сближения по формуле (12)

При соблюдении нормированных значений полученная ширина сближения 1285,91 м получается значительно большой, поэтому ее перенос не целесообразен, следовательно, единственным выходом избавиться от наводимых напряжений будет переход от воздушной линии связи на кабельную.

Относ железнодорожных линий связи значительно удорожает их строительство и эксплуатацию, поэтому для снижения влияний часто используют кабельные линии, что особенно эффективно при применении специальной оболочки и брони с повышенными проводимостями.

Перевод линии связи на кабельную линию

В качестве кабельной линии выбираем кабель марки МКБАБ 16х4 - магистральный высокочастотный кабель связи с кордельно-бумажной изоляцией, алюминиевой оболочкой, с бронированными стальными лентами из низкоуглеродистой стали и защитным внешним слоем.

Высокочастотные симметричные кабели связи с кордельно-бумажной изоляцией предназначены для магистральных линий связи, уплотняемых до 108 и 252 кГц. Рабочее напряжение кабеля до 500 В переменного тока частотой 50 Гц.

Токопроводящие жилы кабелей изготовляются из медной проволоки диаметром 1,05 мм, сигнальные жилы -- диаметром 0,9 мм. Жилы диаметром 1,05 мм изолируют трехниточным корделем диаметром 0,81 мм, наложенным открытой спиралью с шагом 7 мм, и лентой кабельной бумаги толщиной 0,17 мм, наложенной с перекрытием в 15--20%. Сигнальные жилы изолируют четырьмя лентами из кабельной бумаги толщиной 0,12 мм, наложенными с перекрытием в 15--20%.

Изолированные жилы скручиваются в четверки и пары, обматываются хлопчатобумажной пряжей. Жилы первой разговорной пары изолируются бумагой красного и желтого, а второй разговорной пары-- синего и зеленого цветов. Четверки и пары имеют различные взаимно согласованные шаги скрутки, лежащие в пределах 100-- 200 мм. Скрученные четверки и пары для отличительной расцветки групп по шагу скрутки обматываются цветной хлопчатобумажной пряжей Радиовещательные пары поверх хлопчатобумажной пряжи обматываются тремя лентами кабельной бумаги и одной лентой металлизированной, бумаги (металлизированной стороной наружу), наложенными с перекрытием 15--20%.

Для данного кабеля коэффициент экранирующего действия рельсов и кабеля взять 0,55 и 0,038 соответственно при удельной проводимости земли 0,05 См/м согласно [1]).

3. Расчет наводимых опасных напряжений для кабельной линии связи

Опасные наводимые напряжения будем рассчитывать согласно пункту 2 по формулам (5), (6), (7).

Взаимная индуктивность между контактной подвеской и проводом связи рассчитывается по формуле (7)

Напряжения магнитного влияния при условии заземления смежной линии на противоположном конце для режима короткого замыкания

Напряжения магнитного влияния при условии заземления смежной линии на противоположном конце для вынужденного режима

Полученные значения наводимых опасных напряжений удовлетворяют требованиям для режима короткого замыкания UМ=303,19<500 В и не удовлетворяют требованиям для вынужденного режима UМВ=61,62 36 В согласно «Правилам защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока» [2].

При нормированные значения соблюдаются при переводе воздушной линии на кабельную кабелем марки МКБАБ 16х4.

При расчете расстояния относа кабельной линии связи для снижения наводимых напряжений необходимо принять во внимание, что напряжение электрического влияния с ростом расстояния снижается очень быстро. По этой причине рассчитывается относ с целью снижения только магнитного влияния, у которого от расстояния зависит взаимная индуктивность M.

Взаимная индуктивность находится по формулам

Рассчитаем ширину сближения по формуле (15)

При соблюдении нормированных значений полученная ширина сближения 84,27 м, которое входит в пределы относа кабельной линии на РЖД. Для уменьшения напряжения влияния до требуемого уровня магистральные кабели связи обычно относят на расстояние 25-100 м от железной дороги.

Заключение

В данном курсовом проекте был произведен расчет опасного и мешающего влияние на воздушную и кабельную линии связи от контактной сети для вынужденного режима и режима короткого замыкания. Согласно полученным данным наиболее подвержены влиянию воздушные линии связи Uм=7966,48 В и Uмв=1619,01 В против Uм=303,19 В и Uмв=61,62 В кабельной линии. Мероприятия по уменьшению, а именно относу смежной линии от контактной сети до допустимых норм на а=1285,91 м не дали целесообразных результатов. Следовательно, единственным выходом стала замена воздушной линии на кабельные марки МКБАБ 16х4, который по дальнейшим расчетам подходил под допустимые значения Uм=500 В и Uмв=36 В.

Литература

1. Христинич Е.В. Электромагнитная совместимость и средства защиты: методические указания к курсовому проекту «Расч?т электромагнитной совместимости электрифицированной железной дороги и смежной линии» / Е. В. Христинич, Р. М. Христинич, А. Р. Христинич - Красноярск: КрИЖТИрГУПС, 2015. - 66 с.

2. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговой сети электрифицированных железных дорог переменного тока. - М.: Транспорт, 1989. - 134 с.

3. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог (ЦЭ-462)

4. Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах (ЦЭ-191), М.: Транспорт, 1993. 68с.

5. Концепция комплексной защиты технических средств и объектов железнодорожной инфраструктуры от воздействия атмосферных и коммутационных перенапряжений и влияний тягового тока. Утв. Расп. ОАО «РЖД» от 24.12.2013 г. №2871р.

Размещено на Allbest.ru