Порядок выполнения работы

1. Собрать схему, представленную на рис.8.

2. Для моделирования ЛС в режиме бегущей волны используем схему на рис.8. Значения параметров ЛС LT1: LEN=100 м, R=1 Ом/м, n=100. Задаемся значением L=11,11 мкГн/м, после чего с помощью формул (9), (12) и (13) находим С, Z₀, G.

3. Результаты моделирования ЛС представить в виде осциллограмм напряжения, откуда должно быть видно, что выходное напряжение опаздывает (см. правое индикаторное окно) на Т2-Т1.

4. Сравнить измеряемое входное и выходное напряжения. Сделать вывод.

Рис. 8. Схема включения ЛС для испытания её в режиме бегущей волны

Контрольные вопросы

1. Для каких целей используются линии связи?

2. Какими эквивалентными параметрами характеризуются линии связи?

3. Чем характеризуется режим бегущей волны в линии связи?

Лабораторная работа №5. Защитное действие отсасывающих трансформаторов

Цель работы: изучить защитное действие отсасывающих трансформаторов; изучить работу отсасывающих трансформаторов при различных схемах подключения

Краткие теоретические сведения

Рельсы можно рассматривать как экранирующий провод, снижающий магнитное влияние контактной сети на смежные линии при средних условиях примерно в 2 раза. Результирующее влияние на близлежащие линии остается еще весьма большим. Для снижения его надо уменьшить коэффициент экранирования рельсов S_p. Из формулы:

, (20)

ясно, что для уменьшения коэффициента экранирования надо либо уменьшить сопротивление рельсов z_р, что практически трудно выполнимо, либо увеличить взаимное сопротивление, а значит коэффициент взаимоиндукции между контактной сетью и рельсами. Это приведет к увеличению тока в рельсах и повышению их экранирующего действия. Такого эффекта можно добиться на дорогах переменного тока применением отсасывающих трансформаторов.

Известны две схемы включения отсасывающих трансформаторов (рис. 9). Первичная обмотка отсасывающего трансформатора ОТ в обеих схемах включается в рассечку контактной сети К. Вторичная обмотка ОТ в первой схеме включается в рассечку рельсов Р (рис. 9,а). Во второй схеме вторичная обмотка ОТ включается в рассечку дополнительного, так называемого обратного провода О, который между трансформаторами и у подстанции соединяется перемычками с рельсами (рис. 9,б).

Нагрузочную цепь вторичной обмотки отсасывающего трансформатора в первой схеме составляют рельсы, земля и переходное сопротивление между ними, а во второй схеме также и обратный провод.

Рис. 9. Принципиальные схемы включения отсасывающих трансформаторов (ОТ)

Величина нагрузочного сопротивления зависит от ряда факторов: параметров системы «рельсы — земля», расстояния между отсасывающими трансформаторами, сопротивления взаимоиндукции между проводами и рельсами, соотношения токов в них, а также от расположения электровоза в зоне трансформаторов. В первой схеме величина этого сопротивления может составлять доли Ом, во второй — 1-3 Ом.

Таким образом, отсасывающий трансформатор представляет собой силовой трансформатор с малым нагрузочным сопротивлением, т.е. по режиму работы близок к трансформатору тока. Коэффициент трансформации его обычно равен или близок к единице.

Практически на фидерной зоне в тяговую сеть включается несколько отсасывающих трансформаторов с некоторым интервалом между ними (рис. 10,а) для первой схемы их включения.

Если на рассматриваемом участке один электровоз, то в контактной сети между подстанцией и электровозом протекает в данный момент неизменный по ее длине ток I_к (рис. 10,б). При отсутствии отсасывающих трансформаторов ток в рельсах распределяется в соответствии со штриховой линией (рис. 10,в). От электровоза ток в рельсах растекается в обе стороны, причем справа от него на некотором расстоянии полностью стекает в землю, а слева от подстанции ток притекает из земли в рельсы. Между подстанцией и электровозом только часть тока протекает в рельсах, так как рельсы зашунтированы землей.

При наличии отсасывающих трансформаторов ток в рельсах в местах их включения равен току вторичной обмотки I_р = I_т2≈I_к, а справа от электровоза и слева от подстанции ток в рельсах уменьшается.

Рис. 10. Участок с отсасывающими трансформаторами, включенными вторичной обмоткой в рельсы, и с одним электровозом: а — схема участка; ТОН и ПОН — трансформатор и провод обратного напряжения; б — диаграмма тока в контактной сети; в — диаграмма тока в рельсах; 1 — без отсасывающих трансформаторов; 2 — с отсасывающими трансформаторами

Распределение тока в рельсах для этого случая показано сплошной линией (рис. 10,в). Поскольку ток в рельсах при этом больше, чем без трансформаторов, то и экранирующее действие его проявляется сильнее. Таким образом, трансформаторы как бы отсасывают ток из земли в рельсы, поэтому они и получили название отсасывающие.

Однако в интервалах между трансформаторами имеется утечка тока в землю, что ведет к снижению экранирующего действия. Величина тока утечки зависит от расстояния между трансформаторами I₀ и переходной проводимости «рельсы — земля». Отсасывающие трансформаторы целесообразно включать в тяговую сеть в местах сопряжения анкерных участков, где можно секционировать контактную сеть, сделав сопряжение изолирующим. Поэтому интервал l₀ может быть равным или кратным длине анкерного участка, составляющего обычно около 1,5 км. При отсасывающих трансформаторах с включенной в рельсы вторичной обмоткой и l₀ = 1,5 км экранирующее действие сравнительно высокое, но требуется слишком много трансформато­ров, удорожающих тяговую сеть. При l₀ = 4,5 - 6 км экранирующее действие сильно ослабляется. При l₀ = 3 км влияние тяговой сети с трансформаторами, как показывают расчеты, в 2 — 5 раз меньше, чем от тяговой сети без трансформаторов (при различной переходной проводимости).

Значительно лучший эффект получается при второй схеме включения отсасывающих трансформаторов, когда вторичная обмотка включена в обратный провод. На рис. 11,а представлена такая схема с несколькими электровозами. Здесь потребляемый электровозами ток протекает по рельсам (с частичной утечкой в землю) только на коротких участках до ближайшей перемычки, через которую поступает в обратный провод. На рис. 11,б показаны диаграмма распределения тока в контактной сети I_к, определяемая расположением электровозов, и диаграмма тока в обратном проводе I₀, определяемая расположением перемычек. Ток I₀ на участке i между двумя соседними перемычками равен току вторичной обмотки заключенного между ними трансформатора, т.е. I_0i=I_т2i.

Рис. 11. Участок с отсасывающими трансформаторами, включенными вторич­ной обмоткой в обратный провод, и с несколькими электровозами: а — схема участка; б — диаграммы токов, создающих транзитную составляющую индуктированного в смежной линии напряжения; в — диаграммы токов, создающих местную составляющую

Отсасывающие трансформаторы применяются как за рубежом (Швеция, Англия, Япония), так и на ряде участков железных дорог России (с обратным проводом). Имеются три типа однофазных с естественным масляным охлаждением отсасывающих трансформаторов: ОМО-320/20 с медными обмотками на номинальную мощность S_Н = 105 кВ·А, ОМО-320/20А и ОМО-800/20А с алюминиевыми обмотками, S_H = 75 и 225 кВ·А. Обратный провод – алюминиевый А-185 или А-150. Если применить вместо одного провода два АС-95 или три АС-70, то сопротивление обратного провода уменьшится вследствие эффекта расщепления фазы.

Отсасывающие трансформаторы устанавливают либо в специальных будках, либо на опорах контактной сети.

Применение значительных, более 3 км, расстояний между отсасывающими трансформаторами вследствие очень быстрого уменьшения при этом тока в рельсах, а также вследствие возникновения опасных напряжений в местах подключения вторичных обмоток отсасывающих трансформаторов, оказалось нерациональным.

Большое компенсирующее действие отсасывающих трансформаторов при токах основной частоты позволяет считать применение их эффективным мероприятием по борьбе с опасным электромагнитным влиянием электрических ж.д. переменного тока. Вместе с тем применение отсасывающих трансформаторов имеет ряд недостатков:

1) установка их требует большой затраты цветных металлов и денежных средств;

2) пункты включения трансформаторов являются слабыми местами контактной сети.

Провод обратного напряжения применяется на контактных сетях электрифицированных ж. д. однофазного тока с рабочим напряжением 25 кВ тогда, когда воздушная линия связи расположена от полотна электрифицированной ж. д. на расстоянии не более 50 м, так как при таком сближении на проводах связи вследствие электрического влияния возникают величины потенциалов, опасные как для обслуживающего персонала, так и для аппаратуры связи.

Потенциалы в проводах связи при расстоянии между контактной сетью и воздушной линией связи, равном приблизительно 10 м, могут достигать на однопутных участках 1800 В и на двухпутных участках 2200 В. Указанные зависимости имеют резко спадающий характер. Поэтому при расстоянии а, равном приблизительно 70 — 80 м, величина потенциалов в проводах воздушной линии связи становится равной допускаемой (60 В), а при расстоянии а, равном примерно 140 м, не превышает 20 В.

Отсасывающие трансформаторы уменьшают только магнитное влияние. Если с их помощью добиться такого снижения магнитного влияния на воздушную смежную линию, что последняя может быть расположена на расстоянии от контактной сети меньше 100 м, то возникает необходимость в защите линии связи от электрического влияния. Эта защита достигается подвешенным на опорах контактной сети проводом обратного напряжения ПОН (стальной провод диаметром порядка 5 мм), в который от специального трансформатора ТОН на подстанции подается напряжение, сдвинутое на угол, близкий к 180°, по отношению к напряжению в тяговой сети (рис. 11,а). В результате этого электрические влияния от контактной сети и провода обратного напряжения на смежную линию взаимно компенсируются. Однако снижение до такой степени опасных и мешающих магнитных влияний на воздушную линию отсасывающими трансформаторами затруднительно и требует слишком больших затрат (увеличения числа трансформаторов). Кабельные же линии не подвержены электрическому влиянию. Поэтому вопрос о применении провода обратного напряжения практически отпал.

Рис.12. Схема включения отсасывающего трансформатора