УСТРОЙСТВО ТРАНСПОЗИЦИОННОЙ ГЕОМЕТРИИ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ПОВЫШЕННОЙ СИММЕТРИЕЙ ПОГОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИИ, НАХОДЯЩЕЙСЯ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ, ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
CROSS BONDING CONFIGURATION OF OVERHEAD HV SUPPLY LINE WIRES WITH HYPER SYMMETRY OF LINEAR ELECTRIC PARAMETERS OF LINE OPERATED AT INTENSIVE INTERFERENCES OF RAILWAY AC CONTACT SYSTEM ELECTROMAGNETIC FIELD

Изобретение относится к аппаратуре, обеспечивающей нормальное функционирование высоковольтных линий с изолированной нейтралью, а также линий, использующих систему два - провода заземленный провод (ДПЗП патент от 10.11.2006 г. №2286891) в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железной дороги. Снижение несимметрии треугольника питающих напряжений потребителей систем с изолированной нейтралью и ДПЗП от электромагнитного влияния контактной сети зависит от геометрии расположения проводов на опорах. Задача заключается в том, чтобы влияющее электромагнитное поле оказывало одинаковое воздействие на все три провода. Тогда уровни наведенных напряжений как от магнитной, так и от электрической составляющих, в точках подключения потребителей, будут одинаковы, и разности потенциалов по фазам линии от влияний будут стремиться к нулю. Соответственно, на самом потребителе будет только напряжение питания. Поставленную цель можно достигнуть, создав одинаковое расстояние от каждого из проводов линии до эквивалента влияния контактной сети. Под эквивалентом влияния контактной сети следует понимать геометрическую расположенность всех токоведущих элементов (контактный провод, несущий трос, струнки и т.д.) и, кроме того, такую же геометрию от параллельного - второго пути. Вся эта геометрия трех проводов должна сводиться в условную геометрическую точку. Если все три провода будут параллельно разнесены в пространстве, то такая задача конструктивно не решаема. Однако если свести три провода в единую геометрическую точку влияния, то можно получить положительный результат. Транспозиция проводов ВЛ обеспечивает выравнивание индуктивностей и емкостей отдельных фаз, уменьшение влияния на соседние параллельные воздушные линии, тем самым обеспечивая качественную передачу электроэнергии к потребителю. Транспозиция заключается во взаимном обмене местами проводов различных фаз на протяжении всей линии. Для этого вся длина линии делится на части, число которых кратно трем, и каждая фаза, переходя с одного участка на другой, меняется местами с другими фазами, что описано в учебнике: «Электроснабжение нетяговых потребителей железных дорог». Ратнер М.П., Могилевский Е.Л. - М.: Транспорт, 1985 г. Устройство принято в качестве прототипа. В прототипе применяют длину шага транспозиции 3 км. Три шага транспозиции (при каждом шаге смещение проводов на 120°) обеспечивает через 360° полное перекрещивание проводов, что составляет цикл транспозиции.
Транспозиция проводов выполняется на специальной транспозиционной опоре или в пролете (промежуток между опорами), подходящий к транспозиционной опоре. Если транспозиция выполняется в пролете, то в месте крепления проводов на опоре, для защиты их от перехлеста, необходимо в два раза увеличить минимально допустимое расстояние между проводами. В остальных пролетах линии (3 км) провода идут параллельно друг другу до следующего шага транспозиции. Между шагами транспозиции электрические параметры несимметричны. К основным погонным электрическим параметрам линии, влияющим на качества передачи электроэнергии, относятся погонная индуктивность, погонная емкость, погонная проводимость и коэффициент распространения.
Погонная индуктивность линий обусловлена магнитным потоком, пронизывающим рамку, образованная проводами цепи, а также магнитным потоком внутри проводов цепи.
Из этого следует, что внешняя индуктивность не зависит от частоты и определяется геометрическими параметрами самой и влияющей линий. Если шаг транспозиции достаточно значителен и составляет 3 км, а цикл 9 км, то на протяжении 9 км происходит постоянное значительное изменение внешней индуктивности по длине всей линии, а косое сближение дополнительно вносит несимметрию электрических погонных параметров. Разброс параметров внешней индуктивности по длине линии отрицательным образом сказывается на качестве электроэнергии у потребителей, подключенных к одной и той же линии.
Симметрирование погонных электрических параметров, в основном, выполняется в кабелях связи, а также силовых кабелях электропитания, которых принимаем в качестве аналога (“Теория передачи сигналов электросвязи”. Ю.С.Шинаков, Ю.М.Колодяжный - М.; Радио и связь, 1989). Симметричная кабельная цепь представляет собой жилы, скрученные в “звездную” четверку по всей длине кабеля. Благодаря скрутке в “звездную” четверку, каждый из проводов имеет одинаковую емкость по отношению к земле и к любому другому проводу другой цепи. Погонная индуктивность в кабельных линиях по отношению к воздушным линиям значительно меньше за счет уменьшения внешней индуктивности.
В симметричных кабельных линиях основным преимуществом является симметричность погонных электрических параметров. Кроме того, для более точной подгонки этих параметров применяют еще индивидуальное трехэтапное симметрирование. Однако существенным недостатком кабельных линий, из-за малого расстояния между жилами, является большая погонная емкость по отношению к воздушным линиям. Этот недостаток влияет на переходные коммутационные процессы и, тем самым, ограничивает длину непрерывных кабельных линий (длина силовых непрерывных кабельных линий не более 60 км).
Предлагаемое устройство транспозиционной геометрии проводов для снижения электромагнитного воздействия максимально использует все преимущества как воздушных, так и кабельных линий. То есть предлагаемое устройство использует симметрию погонных электрических параметров кабелей, но с малой погонной емкостью, которой обладают воздушные проводные линии.
Цель изобретения - создание устройства транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии электроснабжения с повышенной симметрией погонных электрических параметров линии находящейся в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железных дорог, электрифицированных на переменном токе.
Погонное равенство всех электрических параметров проводов - фаз линии достигается путем применения транспозиции трех проводов на каждом межпролетном пространстве по всей длине линии, с применением не трехшаговой межпролетной транспозиции с поворотом на 120° (требующей двукратного увеличения допустимого безопасного расстояния между проводами и имеющей на основании этого расстояние между шагами 3 км), а шестишагового поворота на 60° на каждой опоре. Шестишаговый поворот проводов на 60° по окружности на каждой опоре (показанный на расчетной схеме фиг.1 и пространственной схеме фиг.2), который увеличивает расстояние между проводами в опорных точках по отношению к середине пролета лишь на коэффициент 1.15, позволяя использовать стандартизированные конструкции кронштейнов и опор, тем самым сохраняя нормируемые габариты и разгружая опору до стандартных значений нагрузки, а также позволяя выполнять транспозиционный шаг на каждом пролете без пропусков. Эта транспозиционная геометрия проводов дает возможность применить ее не только для напряжений 6 (10) кВ, но и с более высокими значениями напряжений 27,35 кВ и даже выше. Применение расположения проводов на опорах по углам условного пространственного равностороннего треугольника (см. пунктиром фиг.1) позволяет получить высокий уровень симметрирования погонных электрических параметров линии.
В устройстве имеются: опоры линии - 1; кронштейны для крепления двух изоляторов в ряд по углам основания условного пространственного равностороннего треугольника, стороны которого увеличены в 1.15D - нормированного минимально допустимого размера сближения - 2; кронштейны для крепления одного изолятора на третьем угле условного пространственного равностороннего треугольника - 3; подвесные гирлянды изоляторов - 4; провода - фазы высоковольтной трехфазной линии - 5, 6 и 7; эквивалент влияющей контактной сети - 8.
Устройство работает следующим образом. Электромагнитное поле контактной сети 8 облучает своими магнитной и электрической составляющими провода - фазы 5, 6 и 7.
Эти провода 5, 6 и 7 за счет своего постоянного вращения вдоль всей длины линии имеют одинаковые погонные электрические параметры. Соответственно, они получают одинаковое воздействие от обоих составляющих электромагнитного поля контактной сети 8. За счет соразмерности расстояния до эквивалента контактной сети 8 обеспечивается равенство наведенных электрических величин на всех трех проводах 5, 6, 7. В результате на подключенных к этой линии потребителях взаимно уничтожаются магнитная и электрическая составляющие электромагнитного поля контактной сети 8. Выполненный на каждой опоре 1 условный пространственный равносторонний треугольник с увеличенными сторонами в 1.15 (для невозможности перехлеста проводов), образованный с помощью чередующихся по высоте и разных по длине кронштейнов 2 и 3 с подвесными изоляторами 4, на которых крепятся провода - фазы 5, 6 и 7, дополнительно сближает равенство погонных электрических параметров линии.
Предлагаемое устройство транспозиционной геометрии проводов воздушной высоковольтной линии электроснабжения с повышенной симметрией погонных электрических параметров линии находящейся в условиях интенсивного воздействия электромагнитного поля контактной сети железных дорог, электрифицированных на переменном токе, обеспечивает высокое качество поставляемой электроэнергии потребителям и снимает конструктивный предел использования для более высоких напряжений.