Сглаживающее устройство (СУ) — элемент систем постоянного электрического тока , предназначенный для того, чтобы не пропускать ток высших гармоник с тяговой подстанции (ТП) в контактную сеть (КС). Включаются между плюсовой (+) и минусовой (−) шинами распределительного устройства (РУ) 3,3 кВ .

Общие сведения

Напряжение на выходе выпрямителя u _d является пульсирующим. Его можно представить как сумму постоянной U _d составляющей выпрямленного напряжения и переменной u _dk составляющей, состоящей из бесконечного ряда гармоник

u _d = U _d + u _dn

${\displaystyle U_{dn}=\sum _{n=1}^{\infty }{u_{k}}}$ ,

где u _k — напряжение гармоники k -го порядка.

При симметричных питающих напряжениях у 6-пульсовых преобразователей (П) периодичность пульсаций составляет 50×6 = 300 Гц, у 12-пульсовых П: 50×12 = 600 Гц. При несимметричных питающих напряжениях появляются другие гармоники, кратных частоте 100 Гц.

Переменная составляющая u _{d k} создаёт в цепи «контактная сеть — тяговый двигатель — рельс» переменный ток i _{d k} , который в свою очередь создаёт переменное магнитное поле Ф. Это поле наводит в близлежащих проводах линии связи (ЛС) электродвижущую силу (ЭДС), которая создаёт в ЛС ток i _ЛС , состоящий из тех же гармоник, что и u _{d k} . Следствием этого тока являются мешающие воздействия (шум) на телефонную аппаратуру.

С применением многопульсовых преобразователей на ТП повышается качество выпрямленного напряжения. Однако при любой схеме выпрямления в реальных условиях требуется дальнейшее снижение пульсации выпрямленного напряжения, что достигается применением сглаживающих устройств.

u _dk → i _dk →Ф _≈ →ЭДС→ i _лс

Теория работы

• 
  Принцип работы СУ
• 
  Схема замещения тяговой сети и СУ

Постоянная составляющая U _d создаёт ток I _d \\, который не протекает по резонансным контурам из-за наличия в них конденсатора С _к . Переменная составляющая u _dn создаёт ток i _dn , который можно представить в виде двух составляющих:

1. ${\displaystyle i_{dn}'}$ — протекает по той же цепи, что и Id;
2. ${\displaystyle i_{dn}''}$ — протекает через резонансные контуры C _к - L _к .

Переменная составляющая udn распределяется между падением U в резонансном контуре — Udnk и падением U на сглаживающем реакторе Ld— Udnp:

${\displaystyle U_{dn}=U_{dnk}+U_{dnp}}$

Поэтому, ΔU в резонансных контурах u _dnK является одновременно U, которое создаёт в тяговой сети мешающий переменный ток i _dn ’.

Чем меньше u _dnк , тем меньше i _dn ’, и тем меньше влияние тяговой сети на ЛС.

В идеальном СУ должно быть u _dnк = 0, u _dnр = u _dn .

В реальных СУ — u _dnк =2 %, а u _dnр = 98 % от u _dn .

Для ↓ u _dnк , применяют ↑ S и ↓ l проводов резонансных контуров, у L _K и C _K ↓ R, и, особенно, стремятся достичь наилучшего резонанса напряжений в контуре ^{[ уточнить ]} .

Требования, предъявляемые к СУ

1. напряжение U _dk частотой 100 Гц должно быть не больше 100 В;
2. псофометрическое U _пс напряжение на выходе сглаживающего устройства должно быть не более 5 В для воздушных линий связи и не более 20 В для кабельных линий связи;
3. простота схемы;
4. минимальные потери мощности в сглаживающих реакторах;
5. Стоимость минимальна;
6. Надежность.

Схемы СУ и их классификация

Имеются 3 разновидности СУ:

1. Однозвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство;
2. Двухзвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство Западно-Сибирской железной дороги;
3. Двухзвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство ВНИИЖТа.

Последнее на тяговых подстанциях ОАО «РЖД» на данный момент не используют.

Однозвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство

Подключается СУ к шинам РУ-3,3 кВ с помощью разъединителя QS . К шинам РУ подключается вольтметр PV , защищаемый предохранителем FU ₂ .

СУ состоит из сглаживающего реактора LR 1 РБФА-У-6500/3250 У2 (реактор бетонный, фильтрованный, алюминиевый, универсальный, номинальное напряжение 3,3 кВ, номинальный ток 6500 или 3250 А, для умеренного климата, для установки с металлическими ограждениями), резонансного контура ' C 1- L 1 , настроенного на частоту 100Гц, и ёмкостного конура С , обеспечивающего сглаживание высших гармоник.

Для защиты СУ применяется предохранитель FU ₁ . Для контроля за работой СУ устанавливается трансформатор тока ТА (ТЧС-2-75/5У2). В цепь вторичной обмотки этого трансформатора включают амперметр и токовое реле КА типа РТ-40/10. Последнее необходимо для подачи сигнала обслуживающему персоналу об увеличении тока в СУ с выдержкой времени 1-2 с. Ток срабатывания этой сигнализации составляет 60 А на нестыковой подстанции и 80 А — на стыковой.

Двухзвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство Западно-Сибирской железной дороги

В двухзвенном СУ три резонансных контура L ₁ - C ₁ , L ₂ - C ₂ , L ₃ - C ₃ настроены на частоты 100, 200, 300 Гц и образуют с реактором LR 1

РБФА-У-6500/3250 индуктивностью LR 1 = 5мГн первое звено. Ёмкость С совместно с реактором LR 2 индуктивностью 3мГн образуют второе звено

Элементы СУ

В своём составе СУ имеют сглаживающие реакторы LR , резонансные контуры, комплектуемые из конденсаторов С и катушек индуктивностей L , а также ёмкостные контуры.

Реактор является основным элементом СУ и предназначен для снижения мешающего воздействия гармонических составляющих на устройства связи. Однако сглаживающее действие реактора невелико и он применяется в комбинации с ёмкостью и индуктивность. Реактор типа РБФА-6500/3250 имеет 4 параллельные ветви и может без перегрева нести нагрузку 3250 или 6500 А.

Катушки индуктивности являются составным элементом СУ тяговой подстанции. Они включаются последовательно с конденсаторами и образуют контуры, настроенные в резонанс при частотах 300, 600, 900 и 1200 Гц. Катушки изготавливаются из медного многожильного провода.

Конденсаторы — второй составной элемент СУ ТП. Конденсаторы должны иметь бумажный пропитанный диэлектрик и длительно работать при номинально выпрямленном напряжении 3300 В в условиях резонансного контура.

Конструкция

• 
  Конструктивное расположения элементов сглаживающего устройства
• 
  Конструктивное выполнение сглаживающего устройства

Конструктивное исполнение сглаживающего устройства

Примечание

Катушки индуктивности изготовлены из медного провода ПР-500 различного сечения и количества витков. Применяют бумажно-масляные конденсаторы ФМТ4-12 с ёмкостью 12 мкФ, рассчитанные на напряжение 4 кВ.

Резонансные катушки и конденсаторы устанавливают в отдельных помещениях закрытой части ТП или в металлических шкафах.

Крупногабаритные реакторы устанавливают в камерах с металлическими ограждениями.

Для измерения псофометрического напряжения на выходе СУ на тяговых подстанциях устанавливаюь прибор ИМН.

Источники

1. Все о конденсаторах. Статья: Классификация и система условных обозначений конденсаторов

URL : (недоступная ссылка) (дата обращения 05.04.15г.);

1. Трайвас М. Д. Высшие гармонические выпрямленного напряжения и их снижение на тяговых подстанциях постоянного тока. — М., «Транспорт», 1964. 100с.;
2. Б. С. Барковский, Г. С. Магай, В. П. Маценко и др.; Под ред. М. Г. Шалимова. Двенадцатипульсовые полупроводниковые выпрямители тяговых подстанций. — М.: Транспорт, 1990.-127с;
3. Почаевец В. С. Электрические подстанции: Учеб. для техникумов и колледжей ж.-д. трансп. — М.: Желдориздат, 2011. — 512с. ISBN 5-94069-012-2 ;
4. Бадёр М. П. Электромагнитная совместимость/Учебник для вузов железнодорожного транспорта.-М.: УМК МПС,2002.-638с. ISBN 5-89035-065-X
5. Низов А. С. Электромагнитная совместимость. Методическое пособие с заданиями, методическими указаниями и справочными материалами. — Екатеринбург, 2006. — 68с.
6. ЦЭ-39. Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций, пунктов питания и секционирования электрофицированных железных дорог;
7. Почаевец В. С. Электрооборудование и аппаратура электрических подстанций: Учебное пособие для студентов вузов, техникумов, колледжей и учащихся образовательных учреждениях ж.-д. транспорта, осуществляющих начальную профессиональную подготовку.-М.: УМК МПС России, 2002.-52с. ISBN 5-89035-049-8 ;
8. Электрические сети : URL: ;
9. : URL:
10. Бей Ю. М., Мамошин Р. Р., Пупынин В. Н., Тяговые подстанции / Учебник для вузов ж.-д. транспорта. — М.: Транспорт, 1986 — 319с.;
11. Реакторы сглаживающих устройств тяговых подстанций постоянного тока. Нормы безопасности. ЦЭПЗ- 2003. Москва.

Примечания