Из условия настройки КУ в резонанс напряжения для 3 – ей гармоники 150 Гц

Х_L₃= Х_С3,где Х_L₃, Х_С3–индуктивное и емкостное сопротивление КУ для 3 – ей гармоники 150 Гц. При этом индуктивное сопротивление всего контура будет выше емкостного и резонанса на высоких частотах 150, 250, 350 и т.д. не будет.

При точной настройке КУ на n = 3 f_р = 150Гц КУ становится фильтром 150 Гц, имеющий малое сопротивление 150 Гц. Это приводит к закорачиванию тока 150 Гц. Ввиду большой величины тока и напряжения 3 – ей гармоники в тяговой сети происходит перегрузка КУ током третьей гармоники и повреждение конденсаторов из за перегрева.

2. Из условия настройки КУ на частоту 130 – 135Гц.

Для защиты сети от резонансных режимов тока и напряжения на частотах высших гармоник тяговой сети индуктивность защитного реактора выбирают из условия n_минХ_L₁ = 1,1 Х_С1/ n_мин; Х_L₁= 1,1 Х_С1/ n²_мин; где Х_L₁ – индуктивное сопротивление реактора для основной частоты 50 Гц, Х_С1 – емкостное сопротивление конденсаторной батареи для основной частоты 50 Гц, n_мин = 3 – минимальный порядок гармоники тока в тяговой сети. При этих условиях НКУ (цепь LC) будет иметь индуктивный характер для частоты 3 – ей гармоники 150 Гц и соответственно для частот выше 3 – ей гармоники.

Для обеспечения надёжной защиты конденсаторов КУ от токов высших гармоник для тяговой сети цепь LC КУ настраивают на частоту 130 – 135 Гц , n = 2,6 ÷ 2,7. На частоту 130 Гц целесообразно настраивать КУ для МПЗ со значительным электропотреблением и интенсивной рекуперацией. Для МПЗ с малым электропотреблением и при отсутствии рекуперации (равнинный профиль) целесообразно настраивать КУ на 135 Гц (табл.3).

При такой настройке LC НКУ в сетях внешнего и тягового электроснабжения для частот высших гармоник электрической тяги частоты 3 – ей гармоники 150 Гц и более высокого порядка будут только индуктивные элементы. Это обеспечит работу сети без резонансных режимов.

От частоты настройки зависит степень полезного использования КУ Киq = Qп / Qу. При меньшей частоте настройки уменьшается степень полезного использования.

При включении защитного реактора на КБ увеличивается напряжение. Кратность увеличения напряжения на КБ для КУ с защитным реактором составит К_U = n²/ (n²-1), где n – частота настройки цепи LC КУ. Для частоты настройки цепи LC КУ на 150 Гц n = 3 К_U = 9/8 = 1,125, при частоте настройки на 130 – 135 Гц n = 2,6 ÷ 2,7 кратность увеличения напряжения составит 1,174 ÷ 1,159.

3.1.3. Методика расчёта мощности НКУ.

1.Расчет реактивной мощности, подлежащей компенсации Qку

Реактивная мощность определяется в соответствии директивными документами Минтопэнерго и МПС, на основании которых разработана настоящая методика.

3.1.4.Расчёт параметров НКУ.

1.Определение ориентировочного значения установленной мощности

Qуст = Qку / Киq,

где Киq - коэффициент полезного использования установленной мощности.

В зависимости от режима электропотребления в МПЗ в табл. 3 рекомендуются коэффициенты полезного использования Киq, частота настройки LC цепи и количество последовательных конденсаторов в КБ НКУ.

Таблица 3.Рекомендуемые параметры НКУ для разных режимов работы МПЗ

Режим работы МПЗ	Киq	fр, Гц	М, шт
Значительное электропотребление и интенсивная рекуперация	0,5	и менее
Значительное электропотребление	0,526
Среднее электропотребление и незначительная рекуперация	0,556
Малое электропотребление и незначительная рекуперация	0,588
На слабозагруженных железнодорожных участках	0,625

Примечание: Количество последовательных конденсаторов рекомендовано для конденсаторов с номинальным напряжением конденсатора Uкн=1,05 кВ.

2. Выбор типа конденсаторов и расчёта его параметров.

В проектной практике тип конденсатора задаётся, в эксплуатационной практике выбирается из имеющихся в наличии.

Параметры конденсатора:

· паспортные данные: Qкн - номинальная мощность, кВАр; Uкн - номинальное напряжение, кВ;

· расчётные параметры: Хкн = U²кн/Qкн, Ом - номинальное сопротивление; Скн = (1000000/2п)f * Хкн, мкф - номинальная ёмкость; Iкн = Qкн/Uкн, А - номинальный ток.

3. Количество последовательных конденсаторов в конденсаторной батареи (КБ)

N = 27500 *1,1*1,05*1,15*1,15 = 27500 * 1,5275,

Uкн Uкн

где 27500 - номинальное напряжение тяговых шин подстанции, В; 1,1-коэффициент, учитывающий разброс номинальной ёмкости конденсаторов; 1,05 - коэффициент, учитывающий возможное увеличение напряжения выше номинального; 1,15 - коэффициент, учитывающий увеличение напряжения на конденсаторной батареи (КБ) от индуктивности защитного реактора; 1,15 - коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев конденсаторов КБ токами высших гармоник и солнечной радиацией.

При конденсаторе с Uкн = 1,05 кВ количество последовательных конденсаторов должно быть 40 шт при значительном уровне высших гармоник в напряжении тяговой сети, который создаётся при значительном электропотребление и интенсивной рекуперации на участках горного профиля и при организации тяжеловесного движения. Количество последовательных конденсаторов для конденсаторов с Uкн = 1,05 кВ рекомендовано в табл. 3.

Если учесть разброс номинальной ёмкости конденсаторов на ± 10%, увеличение напряжения выше номинального до 29 кВ на 5%, увеличение напряжения на конденсаторной батареи (КБ) от индуктивности защитного реактора на 15%, дополнительный нагрев конденсаторов КБ токами высших гармоник и солнечной радиацией на 15%, то получается коэффициент полезного использования мощности КУ Ки = 0,5. Опыт эксплуатации показал, что при таких условиях выбора параметров обеспечивается надёжная работа КУ.

4. Количество параллельных конденсаторов в КБ.

Количество параллельных конденсаторов в КБ М определяется мощностью установки и типом конденсатора.

М = Qуст / Q ₁уст,

где Q ₁уст – установленная мощность конденсаторов одной последовательной ветви КБ.

Количество параллельных и последовательных конденсаторов в КБ округляется до целого числа. Так для конденсатора КЭК – 1,05 – 125 для типовой установленной мощности НКУ = 10000 кВАр, Qп = 5000 кВАр, M = 2 шт, N = 40 шт.

5.Параметры КБ.

· Количество последовательных N и параллельных конденсаторов М;

· суммарное количество конденсаторов - S = М*N, шт;

· фактическая установленная мощность Qуст=М* N* Qкн, кВАр;

· ёмкость – Скб = Скн * M / N, мкф;

· сопротивление - Хкб=Хкн * N / М, Ом;

· номинальный ток – Iнкб = Iкн M, А;

· номинальное напряжение – Uнкб = Uкн * N, В.

6.Параметры защитного реактора.

В качестве защитного реактора используется реактор ФРОМ-3200/35. Параметры реактора приведены в табл. 4. Реактор имеет пять положений ПБВ, позволяющих регулировать индуктивность в диапазоне 75 ÷ 107 мГн.

Таблица 4. Параметры защитного реактора ФРОМ-3200/35

Положение ПБВ	Индуктивность, мГн	Индуктивное сопротивление, Ом	Активное сопротивление, Ом
		33,6	0,147
			0,141
		28,6	0,135
		26,1	0,128
		23,6	0,122

Индуктивность защитного реактора выбирается из условия частоты настройки цепи LC НКУ fр=135-130 Гц.

L= -------------- , мГн,

(2p)²*fр*Скб

где p=3,14; fр=135-130 Гц - резонансная частота цепи LC НКУ, которая выбирается по условию уровня высших гармоник в напряжении тяговой сети; Скб - ёмкость КБ, мкФ.

По расчётной индуктивности защитного реактора для заданного диапазона частот и выбирается положение ПБВ. По выбранному положению ПБВ ФРОМ определяется индуктивность реактора, индуктивное сопротивление реактора и уточняется частота настройки цепи КУ.

Частота настройки цепи КУ