Активное сопротивление мало по величине. Емкостное сопротивление УПК компенсирует индуктивное сопротивление сети и, следовательно, уменьшаются потери напряжения в сети.

Потеря напряжения при наличии УПК

∆U = Iн Х_Σ sin φ_н + Iн R_Σ cos φ_н – Iн Хупк sin φ_н,

гдеIн –тяговыйток нагрузки, φ_н –угловой сдвиг между тяговым током и напряжением.

Вектор падения напряжения на емкостном сопротивлении УПК ∆Uупк = -j Iн Xупксдвинут по фазе на 180⁰ от вектора падения напряжения на индуктивном сопротивлении сети ∆Uc = j Iн Х_Σ.

УПК компенсирует реактивную составляющую потери напряжения. Поэтому применение УПК наиболее эффективно в тяговых сетях со значительным реактивным электропотреблением. При этом напряжение повышается и стабилизируется на уровне номинального. С помощью УПК можно повысить напряжение до 4 – 5 кВ и обеспечить его стабилизацию.

УПК генерирует незначительную емкостную реактивную мощность пропорциональную квадрату тока Qупк = I² Хупк, которая при больших нагрузках в зависимости от емкостного сопротивления УПК составляет 10 – 15 % от величины потребляемой реактивной мощности. Поэтому УПК целесообразно применять для повышения напряжения, а установки параллельной компенсации (КУ) - для компенсации реактивной мощности.

5.2. Схемы включения УПК на тяговой подстанции и их эффективность.

На тяговой подстанции возможны следующие схемы УПК на стороне 27,5 кВ тяговой подстанции (схема замещения рис.1):

1.Трёхфазная (1-я схема);

2.Однофазные: в заземлённой фазе С (2-я схема), в отстающей фазе (3-я схема), в опережающей фазе (4-я схема);

3.Двухфазные: в отстающей и опережающей фазах (5-я схема), в отстающей и заземлённой фазах (6-я схема), в опережающей и заземлённой фазах (7-я схема), не переключаемая в заземлённой фазе с полной степенью компенсации и переключаемая в фазу с наибольшей нагрузкой (8 – я схема).

Анализ эффективности схем включения УПК в фазы 27,5 кВ тягового транс-форматора выполнен по минимуму напряжения обратной последовательности и потери напряжения на тяговых шинах подстанции 27,5 кВ. При этом выявлено, что схемы УПК с наибольшим эффектом симметрирования на стороне 27,5 кВ обеспечивают наибольший эффект по уменьшению потерь и стабилизации напряжения (рис. 4).

Наиболее эффективные схемы не регулируемых УПК по симметрированию, стабилизации и повышению напряжения:

1. Трёхфазная УПК с полной степенью компенсации (1-я схема) рис.1;

2. Однофазная двухступенчатая УПК в заземлённой фазе с трансформаторной связью ступеней и плеч питания тяги (10 –я схема) рис.2:

· Степень компенсации ступени УПК К = 0,61 и коэффициент трансформации трансформаторов Ктт = 0,045. При этом первичные обмотки трансформаторов подключены к источнику одной полярностью, а вторичные – другой;

· Степень компенсации ступени УПК К = 0,61 и коэффициент трансформации трансформаторов Ктт = - 0,73. При этом первичные и вторичные обмотки трансформаторов подключены к источнику одной полярностью.

3. Двухфазная УПК:

· Не переключаемая УПК в заземлённой фазе с полной степенью компенсации и переключаемая УПК в фазу с наибольшей нагрузкой с полной степенью компенсации (8 – я схема) рис.3;

· Не переключаемая УПК в заземлённой фазе с полной степенью компенсации и в фазе с наиболее загруженной отстающей (6 – я схема) или опережающей с полной степенью компенсации (7 – я схема) рис.1.

4.Однофазная УПК в заземлённой фазе с полной степенью компенсации (2-я схема) рис.1.

При этом 1- я схема УПК ( рис.1) и 10-я схема УПК (рис.2) идентичны по эффекту и обеспечиваю полное симметрирование на уровне номинального напряжения, но имеют наибольшие капитальные затраты .

Из двухфазных УПК наиболее эффективна 8 – я схема (рис.3), но она усложнена устройством переключения УПК в фазу с наибольшей нагрузкой. 8 - я схема УПК обеспечивает полное симметрирование напряжения на уровне номинального.

Из однофазных схем наиболее проста и эффективна 2 – я схема. Для равных токов в плечах питания 2 – я схема УПК обеспечивает полное симметрирование напряжения на уровне номинального. При одноплечей нагрузке несимметрия напряжения снижается в два раза (рис.4).

Применение УПК на тяговых подстанциях обеспечивает стабилизацию напряжения на шинах тяговых подстанций на уровне номинального при полной степени компенсации К = Хупк/ Х_Σ, где Х_Σ = Хс + Хтт – суммарное индуктивное сопротивление до тяговых шин 27,5 кВ, приведенное к треугольнику 27,5 кВ трансформатора. Полная степень компенсации Хупк = 1/3(Хс +Хтт).