ГОСТ Р 70351-2022. Национальный стандарт Российской Федерации. Устройства железнодорожных тяговых подстанций постоянного тока сглаживающие. Методика выбора основных параметров

(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 12.09.2022 № 915-ст)

Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2022 г. № 915-ст

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УСТРОЙСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА СГЛАЖИВАЮЩИЕ

МЕТОДИКА ВЫБОРА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Smoothing devices of railway traction substations of direct current. Method for selecting the main parameters

ГОСТ Р 70351-2022

ОКС 29.180

Дата введения 1 января 2023 года

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»), Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ОмГУПС (ОмИИТ))

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 045 «Железнодорожный транспорт»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 сентября 2022 г. № 915-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методику выбора основных параметров сглаживающих устройств железнодорожных тяговых подстанций постоянного тока.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2213-79 Предохранители переменного тока на напряжение 3 кВ и выше. Общие технические условия

ГОСТ 29322 (IEC 60038:2009) Напряжения стандартные

ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-4-30:2008) Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии

ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

ГОСТ 32676-2014 Реакторы для тяговых подстанций железной дороги сглаживающие. Общие технические условия

ГОСТ 32895 Электрификация и электроснабжение железных дорог. Термины и определения

ГОСТ 33436.1-2015 (IEC 62236-1:2008) Совместимость технических средств электромагнитная. Системы и оборудование железнодорожного транспорта. Часть 1. Общие положения

ГОСТ 33436.3-1-2015 (IEC 62236-3-1:2008) Совместимость технических средств электромагнитная. Системы и оборудование железнодорожного транспорта. Часть 3-1. Железнодорожный подвижной состав. Требования и методы испытаний

ГОСТ 34062-2017 Тяговые подстанции, трансформаторные подстанции и линейные устройства тягового электроснабжения железной дороги. Требования безопасности и методы контроля

ГОСТ 34530 Транспорт железнодорожный. Основные понятия. Термины и определения

ГОСТ Р 54130 Качество электрической энергии. Термины и определения

ГОСТ Р 58365-2019 Выключатели постоянного тока на напряжение свыше 1000 В для тяговых подстанций и линейных устройств тягового электроснабжения железной дороги. Общие технические условия

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32895, ГОСТ 34530, ГОСТ Р 54130, ГОСТ 33436.1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 последовательная часть сглаживающего устройства <*>: Часть сглаживающего устройства, включенная между выводами статического преобразователя и точками подключения параллельной части сглаживающего устройства.

3.2 параллельная часть сглаживающего устройства <*>: Часть сглаживающего устройства, включенная между плюсовой шиной распределительного устройства и отсасывающей линией.

<*> Принадлежность элементов к последовательной и параллельной частям сглаживающих устройств показана на схемах на рисунках 3 - 6.

3.3 однозвенное сглаживающее устройство: Сглаживающее устройство, содержащее последовательную и параллельную части.

3.4 двухзвенное сглаживающее устройство: Сглаживающее устройство, состоящее из двух последовательно включенных однозвенных сглаживающих устройств.

3.5 апериодическая параллельная часть сглаживающего устройства: Параллельная часть сглаживающего устройства, образованная емкостным контуром.

3.6 резонансный контур сглаживающего устройства: Часть фильтрустройства сглаживающего устройства, представляющая собой контур из последовательно соединенных емкости и индуктивности, настроенный в резонанс напряжения на заданную частоту гармонической составляющей выпрямленного напряжения.

3.7 фильтр-пробка сглаживающего устройства: Часть сглаживающего устройства, настроенная в резонанс тока на заданную частоту выпрямленного напряжения, представляющая собой контур с последовательно соединенными емкостью и индуктивностью, параллельно которому включен реактор.

3.8 показатели эффективности сглаживающего устройства: Показатели, характеризующие эффективность сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения сглаживающим устройством.

3.9 коэффициент сглаживания n-й гармоники выпрямленного напряжения Kn: Показатель, характеризующий отношение действующего значения гармоник выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства по сравнению с их действующим значением на выходе.

3.10 частотная характеристика сглаживающего устройства: Зависимость коэффициента сглаживания n-й гармоники выпрямленного напряжения от частоты.

3.11 псофометрическое напряжение на входе [выходе] сглаживающего устройства: Эквивалентное напряжение на входе (выходе) сглаживающего устройства частотой 800 Гц, создающее в находящемся в зоне влияния сооружении проводной электросвязи такую же э. д. с. шума, как напряжение на входе (выходе) сглаживающего устройства.

3.12 коэффициент акустического воздействия n-й гармоники: Показатель, характеризующий отношение амплитуды акустического воздействия, создаваемого n-й гармоникой к акустическому воздействию гармоники частотой 800 Гц.

3.13 основные параметры сглаживающего устройства: Параметры, включающие в себя индуктивность и номинальное сопротивление постоянному току реактора, емкость и количество конденсаторов апериодической части сглаживающего устройства, емкость, число конденсаторов и индуктивность i-го резонансного контура, номинальные ток и напряжение предохранителя.

4 Требования, предъявляемые к сглаживающим устройствам

4.1 Для обеспечения эффективности работы сглаживающих устройств активное сопротивление резонансных контуров фильтрустройства вместе с соединительными проводами (от плюсовой до минусовой шины) не должно превышать значений, указанных в таблице 1, а активное сопротивление апериодической параллельной части вместе с соединительными проводами (от плюсовой до минусовой шины) должно быть не более 0,2 Ом.

Таблица 1

Допустимые значения активного сопротивления резонансных контуров

Подключение реактора сглаживающего устройства допускается с применением экранированного кабеля. При этом экран кабеля должен быть заземлен только с одной стороны. Для подключения остальных элементов сглаживающего устройства не допускается применение экранированных кабелей, кабелей с броней или в свинцовой оболочке, а также прокладка кабелей в стальных трубах.

4.2 Для обеспечения точной настройки фильтрустройства конструкцией катушек индуктивности резонансных контуров должно быть предусмотрено плавное или ступенчатое регулирование индуктивности.

4.3 Допускается выполнять катушки индуктивности фильтрустройства алюминиевыми проводами. Выводы проводов таких катушек должны быть приварены к переходным пластинам «медь — алюминий», причем медная поверхность должна иметь гальваническое покрытие.

4.4 Соединение катушек индуктивности между собой, с конденсаторами и шинами сглаживающего устройства необходимо выполнять медным гибким проводом с площадью сечения не менее 25 мм2 и наконечником, имеющим гальваническое покрытие в местах соединений.

4.5 Не допускается наличие короткозамкнутых контуров (металлического каркаса и т.д.) на расстоянии менее допустимого по ГОСТ 32676-2014 (пункт 10.4) от реактора сглаживающего устройства.

4.6 При расчете основных параметров сглаживающих устройств по выражениям (7), (9) - (12), (16), (19) - (21), (32), (33), (45), (46), (59) - (61), (84), (86), (88), (90) необходимо принимать индуктивность реактора последовательной части «минус 10%» от номинального значения индуктивности по ГОСТ 32676.

4.7 Для обеспечения электромагнитной совместимости сглаживающие устройства должны обеспечивать:

• выполнение требований по ГОСТ 34062-2017 (пункт 4.6.2);
• действующее значение псофометрического напряжения на выходе сглаживающего устройства тяговой подстанции при воздушных и кабельных линиях связи, линиях железнодорожной электросвязи, расположенных вдоль магистрали железной дороги, на прилегающих межподстанционных зонах, должно быть не более 4 В (5 В — при интегральной вероятности 0,95);
• действующее значение псофометрического напряжения на выходе сглаживающего устройства тяговой подстанции при кабельных линиях связи, линиях железнодорожной электросвязи на прилегающих межподстанционных зонах должно быть не более 20 В (30 В — при интегральной вероятности 0,95);
• действующее значение гармоники частотой 100 Гц на выходе сглаживающего устройства тяговой подстанции при использовании на примыкающей межподстанционной зоне рельсовых цепей частотой 50 Гц должно быть не более 100 В;
• действующее значение каждой из гармоник на частотах 400, 500, 600, 700, 800 и 900 Гц на выходе сглаживающего устройства тяговой подстанции при использовании на примыкающей межподстанционной зоне рельсовых цепей диапазона от 420 до 925 Гц должно быть не более 2,3 В.

4.8 Для защиты элементов параллельной части от воздействия сверхтоков в схеме главных электрических соединений сглаживающего устройства должен быть установлен предохранитель с устройством контроля целостности.

5 Показатели эффективности и схемы сглаживающих устройств

5.1.1 Схемы замещения цепи постоянного тока для токов высших гармоник при использовании однозвенного и двухзвенного сглаживающих устройств представлены на рисунках 1 и 2.

En — действующее значение э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения; U1n — действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства; U2n — действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства; Zпослn, Zпарn — сопротивление последовательной и параллельной частей однозвенного сглаживающего устройства на частоте n-й гармоники выпрямленного напряжения; Xвn — результирующее индуктивное сопротивление цепи коммутации статического выпрямительного преобразователя; Zнn — сопротивление цепи нагрузки, включающее в себя сопротивления электрической схемы электровоза и системы тягового железнодорожного электроснабжения постоянного тока

Рисунок 1 — Схема замещения цепи постоянного тока для токов высших гармоник при использовании однозвенного сглаживающего устройства

En — действующее значение э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения; U1n — действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства; U2n — действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства; Zпосл1n, Zпар1n — сопротивление последовательной и параллельной частей первого звена двухзвенного сглаживающего устройства n-й гармоники выпрямленного напряжения; Zпосл2n, Zпар2n — сопротивление последовательной и параллельной частей второго звена двухзвенного сглаживающего устройства n-й гармоники выпрямленного напряжения, Xвn — результирующее индуктивное сопротивление цепи коммутации статического выпрямительного преобразователя; Zнn — сопротивление цепи нагрузки, включающее в себя сопротивления электрической схемы электровоза и системы тягового железнодорожного электроснабжения постоянного тока

Рисунок 2 — Схема замещения цепи постоянного тока для токов высших гармоник при использовании двухзвенного сглаживающего устройства

5.1.2 Коэффициент сглаживания n-й гармоники выпрямленного напряжения для однозвенного сглаживающего устройства вычисляют по формуле

K_{n} = |1 + \frac{Z_{\text{посл}n}}{Z_{\text{пар}n}} | , (1)

где Zпослn, Zпарn — сопротивление последовательной и параллельной частей однозвенного сглаживающего устройства на частоте n-й гармоники выпрямленного напряжения, Ом.

5.1.3 Коэффициент сглаживания n-й гармоники выпрямленного напряжения для двухзвенного сглаживающего устройства вычисляют по формуле

K_{n} = |1 + \frac{Z_{\text{посл}1n}}{Z_{\text{пар}1n}} ||1 + \frac{Z_{\text{посл}2n}}{Z_{\text{пар}2n}} | , (2)

где Zпосл1n, Zпар1n — сопротивление последовательной и параллельной частей первого звена двухзвенного сглаживающего устройства n-й гармоники выпрямленного напряжения, Ом;

Zпосл2n, Zпар2n — сопротивление последовательной и параллельной частей второго звена двухзвенного сглаживающего устройства n-й гармоники выпрямленного напряжения, Ом.

5.1.4 Псофометрическое напряжение на выходе сглаживающего устройства, U2пс, В, вычисляют по формуле

U_{2\text{пс}} = \sqrt{\sum_{n} (\frac{U_{1n}p_{n}}{K_{n}})2} , (3)

где U1n — действующее значение напряжения n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства, В. Действующее значение напряжения n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства принимают в соответствии с 6.1.2, 6.1.3;

p_n - коэффициент акустического воздействия гармоники n-го порядка, который принимают для нечетных гармоник по ГОСТ 33436.3-1-2015 (таблица A.1), а для четных гармоник по таблице 2;

Kn — коэффициент сглаживания n-й гармоники выпрямленного напряжения;

n — порядок гармонической составляющей напряжения. Необходимо учитывать все четные гармонические составляющие от 2 до 40 включительно (частоты четных гармонических составляющих от 100 до 2000 Гц соответственно).

Порядок расчета псофометрического напряжения на выходе сглаживающего устройства приведен в 6.6.

Таблица 2

Коэффициент акустического воздействия четных гармоник n-го порядка

5.1.5 Действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства U2n, В, вычисляют по формуле

U_{2n} = \frac{U_{1n}}{K_{n}} . (4)

Порядок расчета действующего значения n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства приведен в 6.6.

5.1.6 Для обеспечения выполнения требований 4.7 необходимо использовать следующие схемы сглаживающих устройств:

• однозвенное апериодическое сглаживающее устройство (рисунок 3);
• однозвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство с резонансным контуром 100 Гц (рисунок 4);
• двухзвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство (рисунок 5);
• двухзвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство с фильтром-пробкой (рисунок 6).

Схема однозвенного апериодического сглаживающего устройства представлена на рисунке 3.

Lр — индуктивность реактора последовательной части; C — емкость апериодической параллельной части; FUC — предохранитель параллельной части

Рисунок 3 — Схема однозвенного апериодического сглаживающего устройства

Схема однозвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с резонансным контуром 100 Гц представлена на рисунке 4.

Lр — индуктивность реактора последовательной части; L1 и C1 — индуктивность и емкость резонансного контура 100 Гц параллельной части; C — емкость апериодической параллельной части; FU — предохранитель параллельной части

Рисунок 4 — Схема однозвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с резонансным контуром 100 Гц

Схема двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства представлена на рисунке 5.

Схема двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой представлена на рисунке 6.

5.1.7 Для выполнения установленных в 4.7 требований необходимо на начальном этапе выбора принять наиболее простую схему (в соответствии с 6.3), а к более сложным переходить только в случае, если простая схема не удовлетворяет по каким-либо критериям выбора.

Lр1 — индуктивность реактора последовательной части первого звена; L1, L2, L3 — индуктивность резонансных контуров 100, 200, 300 Гц параллельной части первого звена; C1, C2, C3 — емкость резонансных контуров 100, 200, 300 Гц параллельной части первого звена; FU1 — предохранитель параллельной части первого звена; Lр2 — индуктивность реактора последовательной части второго звена; C — емкость апериодической параллельной части второго звена; FU2 — предохранитель параллельной части второго звена

Рисунок 5 — Схема двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства

Lр1 — индуктивность реактора последовательной части первого звена; L1, L2, L3, L4, L5, L₆ - индуктивность резонансных контуров 100, 200, 300, 400, 500, 600 Гц параллельной части первого звена; C1, C2, C3, C4, C5, C6 — емкость резонансных контуров 100, 200, 300, 400, 500, 600 Гц параллельной части первого звена; FU1 — предохранитель параллельной части первого звена; Lр2 — индуктивность реактора последовательной части второго звена; C — емкость апериодической параллельной части второго звена; FU2 — предохранитель параллельной части второго звена; Cфп — емкость фильтра-пробки последовательной части второго звена; Lпф — индуктивность фильтра-пробки последовательной части второго звена; FUфп — предохранитель фильтра-пробки последовательной части второго звена

Рисунок 6 — Схема двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой

6 Выбор основных параметров сглаживающих устройств

6.1 Исходные данные

6.1.1 В качестве исходных данных при выборе схем и основных параметров сглаживающих устройств принимают:

• действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства U1n или коэффициент несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U и коэффициент гармонических составляющих напряжения KUn на входе статического преобразователя, определенные путем натурных измерений. Объем и методы измерений должны соответствовать ГОСТ 30804.4.30-2013 (пункты 5.7.1 и 5.8.1, класс A);
• мощность короткого замыкания на сборных шинах высшего напряжения (в максимальном режиме);
• номинальную мощность и напряжение короткого замыкания, мощность короткого замыкания понижающих и преобразовательных трансформаторов, количество трансформаторов, параллельно работающих на тяговую нагрузку, суммарный выходной ток всех статических преобразователей тяговой подстанции;
• типы и схемы статических преобразователей для системы (железнодорожного) тягового электроснабжения;
• типы выключателей постоянного тока тяговой подстанции;
• типы разрядных устройств сглаживающего реактора тяговой подстанции;
• типы рельсовых цепей и проводных линий железнодорожной электросвязи на прилегающих межподстанционных зонах;
• наличие вольтодобавочных устройств и блоков автоматического регулирования напряжения;
• для расчетного участка, находящегося в эксплуатации, наличие действующих сглаживающих устройств и их параметры.

6.1.2 Для участка, находящегося в эксплуатации, данные, полученные в результате измерений действующего значения n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства U1n, коэффициента несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U и коэффициентов, гармонических составляющих напряжения KUn, измеренных на входе статического преобразователя, имеют приоритетное значение перед справочными табличными данными.

6.1.3 Для вновь строящегося участка допускается осуществлять выбор действующих значений э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства по таблицам 3 - 6 с использованием результатов измерений на входе статических преобразователей смежных тяговых подстанций коэффициента несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U и коэффициентов гармонических составляющих напряжения KUn. При этом необходимо использовать данные о показателях качества электрической энергии первичного напряжения на входах статических преобразователей ближайших смежных тяговых подстанций, получающих питание по тем же линиям электропередачи, по которым будет получать питание вновь строящийся участок, вне зависимости от значения уровня первичного напряжения статических преобразователей, установленных на этих тяговых подстанциях.

6.1.4 Для тяговых подстанций с вольтодобавочными устройствами значения гармоник на выходе сглаживающего устройства вычисляют как сумму значения э. д. с. n-й гармоники статического преобразователя и значения э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе вольтодобавочного устройства.

6.1.5 Для тяговых подстанций с блоком автоматического регулирования напряжения значения э. д. с. n-й гармоники статического преобразователя (таблицы 3 - 5) и значения э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе вольтодобавочного устройства (таблица 6) необходимо увеличить на 10%.

6.1.6 При невозможности получения коэффициента несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U и коэффициентов гармонических составляющих напряжения KUn путем непосредственного измерения выбор действующих значений э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства по таблицам 3 - 6 необходимо проводить для случая, когда K2U и (или) KUn превышают допустимые значения.

Таблица 3

Значения э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства при использовании на тяговой подстанции статического неуправляемого выпрямительного преобразователя

В вольтах

Таблица 4

Значения э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства при использовании на тяговой подстанции статического выпрямительно-инверторного преобразователя

В вольтах

Таблица 5

Значения э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства при использовании на тяговой подстанции статического управляемого выпрямительного преобразователя

В вольтах

Таблица 6

Значения э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе вольтодобавочного устройства

В вольтах

6.2 Общий порядок выбора схем и основных параметров сглаживающих устройств

Выбор схем и основных параметров сглаживающих устройств осуществляют в следующей последовательности:

• выбор схемы сглаживающего устройства;
• выбор основных параметров последовательной части сглаживающего устройства;
• расчет и проверка основных параметров апериодической части сглаживающего устройства;
• расчет и проверка основных параметров резонансных контуров и фильтра-пробки сглаживающего устройства.

Исходные данные, результаты выбора схемы и основных параметров сглаживающего устройства должны быть оформлены по форме в соответствии с приложением А.

Пример выбора схемы и основных параметров сглаживающего устройства приведен в приложении Б.

Технико-экономическое сравнение вариантов оснащения тяговой подстанции сглаживающими устройствами различных типов или в различном сочетании параметров проводят по методике в соответствии с приложением В.

При технико-экономическом сравнении вариантов оснащения тяговой подстанции сглаживающими устройствами различных типов или в различном сочетании параметров необходимо обязательно учитывать потери электроэнергии в сглаживающем устройстве, определяемые в соответствии с методикой, приведенной в приложении Г.

6.3 Выбор схемы сглаживающего устройства

6.3.1 На тяговых подстанциях с одним или несколькими статическими выпрямительными и (или) выпрямительно-инверторными преобразователями с эквивалентной шестифазной схемой выпрямления при воздушных линиях связи на смежных межподстанционных зонах принимают, с учетом 5.1.7, двухзвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство или двухзвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство с фильтром-пробкой.

6.3.2 На тяговых подстанциях с одним или несколькими статическими выпрямительными и (или) выпрямительно-инверторными преобразователями с эквивалентной двенадцатифазной схемой выпрямления при воздушных линиях связи на смежных межподстанционных зонах принимают, с учетом 5.1.7, однозвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство с резонансным контуром 100 Гц или двухзвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство.

6.3.3 На тяговых подстанциях с одним или несколькими статическими выпрямительными и (или) выпрямительно-инверторными преобразователями с эквивалентной шестифазной схемой выпрямления, для которых значения коэффициента несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U не превышают 2%, значения коэффициента гармонической составляющей напряжения KUn не превышают допустимые значения по ГОСТ 32144-2013 (подпункт 4.2.4.1, таблица 1), при кабельных линиях связи на смежных межподстанционных зонах принимают, с учетом 5.1.7, однозвенное апериодическое сглаживающее устройство или однозвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство с резонансным контуром 100 Гц.

6.3.4 На тяговых подстанциях с одним или несколькими статическими выпрямительными и (или) выпрямительно-инверторными преобразователями с эквивалентной шестифазной схемой выпрямления, для которых значения коэффициента несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U превышают 2%, значения коэффициента гармонической составляющей напряжения KUn превышают допустимые значения по ГОСТ 32144-2013 (подпункт 4.2.4.1, таблица 1), при кабельных линиях связи на смежных межподстанционных зонах принимают, с учетом 5.1.7, схему однозвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с резонансным контуром 100 Гц.

6.3.5 На тяговых подстанциях с одним или несколькими статическими выпрямительными и (или) выпрямительно-инверторными преобразователями с эквивалентной двенадцатифазной схемой выпрямления, для которых значения коэффициента несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U не превышают 2%, значения коэффициента гармонической составляющей напряжения KUn не превышают допустимые значения по ГОСТ 32144-2013 (подпункт 4.2.4.1, таблица 1), при кабельных линиях связи на смежных межподстанционных зонах принимают, с учетом 5.1.7, однозвенное апериодическое сглаживающее устройство или однозвенное резонансно-апериодическое сглаживающее устройство с резонансным контуром 100 Гц.

6.3.6 На тяговых подстанциях с одним или несколькими статическими выпрямительными и (или) выпрямительно-инверторными преобразователями с эквивалентной двенадцатифазной схемой выпрямления, для которых значения коэффициента несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U превышают 2%, значения коэффициента гармонической составляющей напряжения KUn превышают допустимые значения по ГОСТ 32144-2013 (подпункт 4.2.4.1, таблица 1), при кабельных линиях связи на смежных межподстанционных зонах принимают, с учетом 5.1.7, схему однозвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с резонансным контуром 100 Гц.

6.4 Выбор основных параметров последовательной части

6.4.1 Для использования в сглаживающем устройстве необходимо выбирать сглаживающий(е) реактор(ы), соответствующий(е) ГОСТ 32676. Основными параметрами сглаживающего реактора являются индуктивность реактора Lр, мГн, и номинальное значение сопротивления реактора постоянному току Rр, Ом.

6.4.2 Для выбора типа сглаживающего реактора должна быть проведена проверка по номинальному току реактора Iр, А:

I_{\text{р}} \geq \sum I_{\text{ст}.\text{пр}i} , (5)

где \sum I_{\text{ст}.\text{пр}i} — суммарный выходной ток всех статических преобразователей тяговой подстанции, А.

6.4.3 На тяговых подстанциях с одним или несколькими неуправляемыми статическими выпрямительными преобразователями с эквивалентной шестифазной схемой выпрямления индуктивность сглаживающего реактора (сглаживающих реакторов) принимают:

• 5 мГн для схем однозвенных сглаживающих устройств;
• 3 мГн (в каждом из двух звеньев) для схем двухзвенных сглаживающих устройств.

6.4.4 На тяговых подстанциях с одним или несколькими неуправляемыми статическими выпрямительными преобразователями с эквивалентной двенадцатифазной схемой выпрямления и использовании только таких выключателей постоянного тока, которые пригодны к отключению тока в безиндуктивной цепи как минимум 30 кА по ГОСТ Р 58365-2019 (подпункт 5.1.1.2), индуктивность сглаживающего реактора принимают 2 мГн для схем однозвенных сглаживающих устройств. При воздушных линиях связи и линиях железнодорожной электросвязи, расположенных вдоль магистрали железной дороги, на прилегающих межподстанционных зонах индуктивность сглаживающего реактора принимают 4,5 мГн для схем однозвенных сглаживающих устройств.

6.4.5 На тяговых подстанциях с одним или несколькими неуправляемыми статическими выпрямительными преобразователями с эквивалентной двенадцатифазной схемой выпрямления и использовании выключателей постоянного тока, которые пригодны к отключению тока в безиндуктивной цепи менее 30 кА по ГОСТ Р 58365-2019 (подпункт 5.1.1.2), индуктивность сглаживающего реактора принимают 3 мГн для схем однозвенных сглаживающих устройств. При воздушных линиях связи и линиях железнодорожной электросвязи, расположенных вдоль магистрали железной дороги, на прилегающих межподстанционных зонах индуктивность сглаживающего реактора принимают 4,5 мГн для схем однозвенных сглаживающих устройств.

6.4.6 На тяговых подстанциях с одним или несколькими управляемыми статическими выпрямительными преобразователями и (или) статическими выпрямительно-инверторными преобразователями принимают индуктивность сглаживающего реактора на ступень больше по ГОСТ 32676-2014 (пункт 5.1.3), чем указано в 6.4.3 - 6.4.5.

6.4.7 Если после расчета и проверки основных параметров сглаживающего устройства в 6.6 - 6.7 установлено, что не обеспечивается выполнение требований 4.7, значение индуктивности сглаживающего реактора увеличивают на одну ступень по ГОСТ 32676-2014 (пункт 5.1.3) и повторяют расчет по 6.6 - 6.7. Для двухзвенных сглаживающих устройств необходимо увеличить сначала индуктивность сглаживающего реактора первого звена, а затем, при необходимости, второго звена.

6.4.8 Если сглаживающий реактор с индуктивностью, выбранной в 6.4.3 - 6.4.7, не прошел проверку по (5), значение индуктивности сглаживающего реактора увеличивают на одну ступень по ГОСТ 32676-2014 (пункт 5.1.3) и повторяют проверку по (5).

6.4.9 Результатом выбора основных параметров последовательной части является определение индуктивности реактора Lр, мГн, и номинального значения сопротивления реактора постоянному току Rр, Ом.

6.5 Выбор типа конденсатора сглаживающего устройства

6.5.1 Для использования в сглаживающем устройстве необходимо выбирать фильтровые конденсаторы с допустимым отклонением емкости не более +/- 20% в диапазоне частот от 100 до 2000 Гц. Если емкости одного конденсатора не достаточно для установки в сглаживающее устройство, используют параллельное соединение однотипных конденсаторов. Число параллельно соединенных конденсаторов апериодической части определяют по формуле (29), резонансных контуров по формуле (41), фильтра-пробки по формуле (55).

6.5.2 Для предварительного выбора типа конденсатора должна быть проведена проверка по номинальному напряжению конденсатора Uк.ном, В:

Uк.ном >= Uн.р.к, (6)

где Uн.р.к — наибольшее рабочее напряжение в месте установки конденсаторов, В. Принимают для конденсаторов по ГОСТ 29322 Uн.р.к = 3600 В.

6.5.3 При выполнении условия (6) выбранный тип конденсатора принимают к расчетам для определения основных параметров параллельной части. После определения количества конденсаторов апериодической части, резонансных контуров и фильтра-пробки проводят окончательную проверку. Вид проверки зависит от параметров, указанных в стандартах и (или) технических условиях на конденсаторы данного типа. Методика окончательной проверки выбранного типа конденсаторов приведена в 6.6.9 и 6.7.

6.6 Расчет и проверка основных параметров апериодической части сглаживающего устройства

6.6.1 Емкость и количество конденсаторов выбранного типа определяют графоаналитическим методом. Для этого рассчитываются следующие зависимости для выбранной схемы сглаживающего устройства с выбранными параметрами последовательной части:

• при кабельных и (или) воздушных линиях железнодорожной электросвязи на прилегающих межподстанционных зонах вычисляют зависимость псофометрического напряжения на выходе сглаживающего устройства от емкости апериодической части по формуле (3);
• при рельсовых цепях частотой 50 Гц на прилегающих межподстанционных зонах вычисляют зависимость напряжения второй гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства от емкости апериодической части по формуле (4);
• при рельсовых цепях, работающих в диапазоне частот от 400 до 925 Гц, на прилегающих межподстанционных зонах вычисляют зависимости напряжения восьмой, десятой, двенадцатой, четырнадцатой, шестнадцатой и восемнадцатой гармоник выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства от емкости апериодической части по формуле (4).

Вышеуказанные зависимости рассчитываются в диапазоне изменения емкости апериодической части от номинальной емкости конденсатора выбранного типа до 1000 мкФ, с шагом не более 10 мкФ.

6.6.2 При вычислении зависимостей, указанных в 6.6.1, коэффициент сглаживания n-й гармоники выпрямленного напряжения с учетом допустимого отклонения значения индуктивности сглаживающего реактора (сглаживающих реакторов) по ГОСТ 32676 — «минус 10%» для однозвенных сглаживающих устройств вычисляют по формуле (1), для двухзвенных сглаживающих устройств — по формуле (2).

6.6.3 При вычислении зависимостей, указанных в 6.6.1, и выборе действующих значений э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства по таблицам 3 - 6, необходимо учесть, что действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства U1n, В, всегда меньше значения э. д. с. n-й гармоники выпрямленного напряжения En. Для двухзвенных сглаживающих устройств при статическом выпрямительном преобразователе U1n, В, вычисляют по формуле

U_{1n} = \frac{10^{- 3}\omega_{n}(L_{\text{р}1} + L_{\text{р}2})}{X_{\text{в}n} + 10^{- 3}\omega_{n}(L_{\text{р}1} + L_{\text{р}2})} E_{n} , (7)

где \omega_{n} — угловая частота n-й гармонической составляющей выпрямленного напряжения, рад/с, вычисляемая по формуле

\omega_{n} = 2\pi \cdot f \cdot n , (8)

где f — частота питающей сети (принимают равной 50 Гц).

Для двухзвенных сглаживающих устройств при статическом выпрямительно-инверторном преобразователе U1n, В, вычисляют по формуле

U_{1n} = \frac{10^{- 3}\omega_{n}(L_{\text{р}1} + L_{\text{р}2})}{X_{\text{в}n} + 10^{- 3}\omega_{n}(L_{\text{р}1} + L_{\text{р}2} + \sum L_{\text{ин}i})} E_{n} , (9)

где \sum L_{\text{ин}i} — суммарная индуктивность реакторов, установленных на входе инвертора, мГн.

Для однозвенных сглаживающих устройств при статическом выпрямительном преобразователе U1n, В, вычисляют по формуле

U_{1n} = \frac{10^{- 3}\omega_{n}L_{\text{р}}}{X_{\text{в}n} + 10^{- 3}\omega_{n}L_{\text{р}}} E_{n} . (10)

Для однозвенных сглаживающих устройств при статическом выпрямительном преобразователе с вольтодобавочным устройством U1n, В, вычисляют по формуле

U_{1n} = \frac{10^{- 3}\omega_{n}L_{\text{р}}}{X_{\text{в}n} + X_{\text{ВДУ}n} + 10^{- 3}\omega_{n}L_{\text{р}}} (E_{n} + E_{\text{ВДУ}n}) . (11)

Для однозвенных сглаживающих устройств при статическом выпрямительно-инверторном преобразователе U1n, В, вычисляют по формуле

U_{1n} = \frac{10^{- 3}\omega_{n}L_{\text{р}}}{X_{\text{в}n} + 10^{- 3}\omega_{n}(L_{\text{р}} + \sum L_{\text{ин}i})} E_{n} . (12)

При использовании в последовательной части реакторов общей индуктивностью 6 мГн и более, результирующее индуктивное сопротивление цепи коммутации статического выпрямительного преобразователя Xвn при выборе схем и параметров сглаживающих устройств не учитывают, принимая U1n = En.

Результирующее индуктивное сопротивление цепи коммутации статического выпрямительного преобразователя Xвn, Ом, вычисляют по формуле

X_{\text{в}n} = (\frac{1}{S_{\text{к}.\text{з}}} + \frac{u_{\text{к}.\text{п}}}{100} \frac{1}{k_{\text{п}}S_{\text{н}.\text{п}}} + \frac{u_{\text{к}.\text{т}}}{100} \frac{1}{k_{\text{т}}S_{\text{н}.\text{т}}})U_{2}^{2}n , (13)

где Sк.з — мощность короткого замыкания на шинах высшего напряжения тяговой подстанции (в максимальном режиме работы питающей сети), МВ·А;

U2 — линейное напряжение вентильной обмотки преобразовательного трансформатора. Для эквивалентных шестифазных нулевых выпрямителей U2 = 5,220 кВ; для эквивалентных двенадцатифазных выпрямителей с параллельным соединением мостов и для эквивалентных шестифазных мостовых выпрямителей U2 = 2,610 кВ; для эквивалентных двенадцатифазных выпрямителей с последовательным соединением мостов U2 = 1,305 кВ;

Sн.п, Sн.т — номинальные мощности соответственно понижающего и преобразовательного трансформаторов, МВ·А;

uк.п, uк.т — напряжения короткого замыкания соответственно понижающего и преобразовательного трансформатора, %;

kп, kт — количество параллельно включенных соответственно понижающих и преобразовательных трансформаторов, шт.

Результирующее индуктивное сопротивление цепи коммутации статического выпрямительно-инверторного преобразователя Xвn, Ом, вычисляют по формуле

X_{\text{в}n} = (\frac{1}{S_{\text{к}.\text{з}}} + \frac{u_{\text{к}.\text{п}}}{100} \frac{1}{k_{\text{п}}S_{\text{н}.\text{п}}} + \frac{u_{\text{к}.\text{т}}}{100} \frac{1}{k_{\text{т}}S_{\text{н}.\text{т}}})U_{2\text{ин}}^{2}n , (14)

где U2ин — линейное напряжение вентильной обмотки преобразовательного трансформатора выпрямительно-инверторного преобразователя, кВ, вычисляют по формуле U2ин = 1,1U2.

Результирующее индуктивное сопротивление цепи коммутации вольтодобавочного устройства XВДУn, Ом, вычисляют по формуле

X_{\text{ВДУ}n} = (\frac{1}{S_{\text{к}.\text{з}}} + \frac{u_{\text{к}.\text{п}}}{100} \frac{1}{k_{\text{п}}S_{\text{н}.\text{п}}} + \frac{u_{\text{к}.\text{т}}}{100} \frac{1}{k_{\text{т}}S_{\text{н}.\text{т}}})U_{2\text{ВДУ}}^{2}n , (15)

где U2ВДУ — линейное напряжение вентильной обмотки трансформатора вольтодобавочного устройства. Для эквивалентных двенадцатифазных вольтодобавочных устройств с параллельным соединением мостов U2ВДУ = 0,436 кВ; для эквивалентных двенадцатифазных вольтодобавочных устройств с последовательным соединением мостов U2ВДУ = 0,218 кВ.

На подстанциях с высшим напряжением, равным первичному напряжению преобразовательного трансформатора, второе слагаемое в скобках в формулах (13) - (15) принимают равным нулю.

При выборе схем и параметров сглаживающего устройства результирующее индуктивное сопротивление цепи коммутации статического преобразователя необходимо учитывать для случая параллельной работы всех понижающих и преобразовательных трансформаторов тяговой подстанции.

6.6.4 При расчете коэффициента сглаживания n-й гармоники выпрямленного напряжения необходимо принять предварительные параметры резонансных контуров и фильтра-пробки для всех схем сглаживающих устройств в соответствии с данными таблицы 7, активные сопротивления резонансных контуров и апериодической части в соответствии с 4.1. Параметры резонансных контуров и фильтра-пробки после определения требуемого количества конденсаторов апериодической части должны быть уточнены в порядке, приведенном в 6.7.1.

Таблица 7

Предварительные параметры резонансных контуров и фильтра-пробки

6.6.5 Сопротивление последовательной части однозвенных сглаживающих устройств для n-й гармоники выпрямленного напряжения Zпослn, Ом, вычисляют по формуле

Z_{\text{посл}n} = R_{\text{р}} + 10^{- 3}j\omega_{n}L_{\text{р}} , (16)

где Rр — активное сопротивление реактора, Ом;

Lр — индуктивность реактора, мГн.

Сопротивление параллельной части однозвенного апериодического сглаживающего устройства Zпарn, Ом, вычисляют по формуле

Z_{\text{пар}n} = R_{C} - j \frac{10^{6}}{\omega_{n}C} , (17)

где RC — активное сопротивление апериодической части однозвенного сглаживающего устройства, Ом, принимают в соответствии с 4.1, равным 0,2 Ом;

C — емкость апериодической части, мкФ.

Сопротивление параллельной части однозвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с резонансным контуром 100 Гц Zпарn, Ом, вычисляют по формуле

, (18)

где R1 — активное сопротивление резонансного контура 100 Гц, Ом, принимают в соответствии с таблицей 1;

L1 и C₁ - индуктивность, мГн, и емкость, мкФ, резонансного контура 100 Гц принимают в соответствии с таблицей 7.

6.6.6 Сопротивление последовательной части первого звена двухзвенных сглаживающих устройств для n-й гармоники выпрямленного напряжения Zпосл1n, Ом, вычисляют по формуле

Z_{\text{посл}1n} = R_{\text{р}1} + 10^{- 3}j\omega_{n}L_{\text{р}1} , (19)

где Rр1 — активное сопротивление реактора первого звена, Ом;

Lр1 — индуктивность реактора первого звена, мГн.

Сопротивление последовательной части второго звена двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой Zпосл2n, Ом, вычисляют по формуле

Z_{\text{посл}2n} = [(R_{\text{фп}} + j(10^{- 3}\omega_{n}L_{\text{фп}} - \frac{10^{6}}{\omega_{n}C_{\text{фп}}}))^{- 1} + \frac{1}{R_{\text{р}2} + 10^{- 3}j\omega_{n}L_{\text{р}2}}] - 1 , (20)

где Rфп — активное сопротивление последовательно соединенных емкостного и индуктивного контуров фильтра-пробки, Ом, принимают в соответствии с таблицей 1;

Lфп и Cфп — индуктивность, мГн, и емкость, мкФ, фильтра-пробки, настроенной на частоту 300 Гц, принимают в соответствии с таблицей 7;

Rр2 — активное сопротивление реактора второго звена, Ом;

Lр2 — индуктивность реактора второго звена, мГн.

Сопротивление последовательной части второго звена двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства Zпосл2n, Ом, вычисляют по формуле

Z_{\text{посл}2n} = R_{\text{р}2} + 10^{- 3}j\omega_{n}L_{\text{р}2} , (21)

где Rр2 — активное сопротивление реактора второго звена, Ом.

Сопротивление параллельной части второго звена двухзвенных сглаживающих устройств Zпар2n, Ом, вычисляют по формуле

Z_{\text{пар}2n} = R_{C} - j \frac{10^{6}}{\omega_{n}C} , (22)

где RC — активное сопротивление апериодической параллельной части второго звена, Ом, принимают в соответствии с 4.1;

C — емкость апериодической части, мкФ.

Сопротивление параллельной части первого звена двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства Zпар1n, Ом, вычисляют по формуле

(23)

где R1, R2, R3 — активные сопротивления резонансных контуров 100, 200 и 300 Гц, Ом, принимают в соответствии с таблицей 1;

L1, L2, L3 — индуктивности резонансных контуров 100, 200 и 300 Гц, мГн, принимают в соответствии с таблицей 7;

C1, C2, C3 — емкости резонансных контуров 100, 200 и 300 Гц, мкФ, принимают в соответствии с таблицей 7.

Сопротивление параллельной части первого звена двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой Zпар1n, Ом, вычисляют по формуле

(24)

где R1, R2, R3, R4, R5, R6 — активные сопротивления резонансных контуров 100, 200, 300, 400, 500, 600 Гц соответственно, Ом, принимают в соответствии с таблицей 1;

L1, L2, L3, L4, L5, L6 — индуктивности резонансных контуров 100, 200, 300, 400, 500, 600 Гц, мГн, принимают в соответствии с таблицей 7;

C1, C2, C3, C4, C5, C6 — емкости резонансных контуров 100, 200, 300, 400, 500, 600 Гц, мкФ, принимают в соответствии с таблицей 7.

6.6.7 Результаты расчета по формулам (3) и (4) представляют в графическом виде, пример которого представлен на рисунке 7. По полученным зависимостям определяется диапазон изменения емкости апериодической части от минимального значения Cмин.доп до максимального Cмакс.доп. В случае наличия нескольких диапазонов выбирают тот, в котором находится минимальное значение емкости.

Предварительное значение емкости апериодической части с учетом отклонения емкости конденсаторов C', мкФ, вычисляют по формуле

C' = kCkстCмин.доп, (25)

где kC — коэффициент, учитывающий допустимое отклонение емкости конденсаторов, указанное в стандартах и технических условиях на конденсаторы данного типа. Например, при допустимом отклонении емкости +/- 20% kC = 1,2;

kст — коэффициент старения, учитывающий уменьшение номинальной емкости конденсаторов в течение срока службы. Коэффициент принимают kст = 1,05 и не учитывают для вновь строящихся тяговых подстанций.

Необходимое число конденсаторов апериодической части N_{C}\prime , шт., вычисляют по формуле (полученное значение округляют в большую сторону до ближайшего целого числа)

N_{C}\prime = C\prime/c_{\text{к}} , (26)

где cк — номинальная емкость конденсатора выбранного типа, мкФ.

Для проверки соответствия рассчитанного значения емкости допустимому диапазону изменения емкости апериодической части применяют неравенство, мкФ

N_{C}\prime \cdot c_{\text{к}}<\text{С}_{\text{макс}.\text{доп}} (27)

U2n — действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства; U2пс — псофометрическое напряжение на выходе сглаживающего устройства; C — емкость резонансных контуров; Cмин.доп, Cмакс.доп — минимально допустимое и максимально допустимое значения изменения емкости апериодической части; U2nдоп — допустимое действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства; U2пс.доп — допустимое псофометрическое напряжение на выходе сглаживающего устройства

Рисунок 7 — Примерный вид зависимостей псофометрического напряжения и напряжения второй гармоники выпрямленного напряжения от емкости апериодической части на выходе сглаживающего устройства для вычисления емкости апериодической части

В случае выполнения неравенства (27) за значение емкости конденсаторов апериодической части, учитывающее отклонение параметров параллельной и последовательной части сглаживающего устройства в пределах допустимых значений и обеспечивающее выполнение требований 4.7, необходимо принять значение C, мкФ, вычисляемое по формуле

C = N_{C}\prime \cdot c_{\text{к}} , (28)

а число конденсаторов NC, шт., по формуле

NC = C/cк. (29)

По условию исключения опасных резонансных явлений между элементами сглаживающего устройства значение C, мкФ, принятое по формуле (28), должно быть проверено на принадлежность к недопустимым диапазонам емкости апериодической части, указанным в таблицах 8 и 9.

Таблица 8

Недопустимые диапазоны емкости апериодической части однозвенных сглаживающих устройств

Таблица 9

Недопустимые диапазоны емкости апериодической части двухзвенных сглаживающих устройств

В случае принадлежности значения C, мкФ, принятого по формуле (28), к недопустимому диапазону емкости апериодической части необходимо увеличить значение C и число конденсаторов NC, до тех пор, пока значение C не будет находиться за пределами недопустимого диапазона емкости апериодической части.

6.6.8 В случае невыполнения неравенства (27) необходимо, при наличии, выбрать следующий диапазон допустимых значений: Cмин.доп — Cмакс.доп и повторить расчет и проверку по формулам (25), (26), (28), (29) и неравенству (27).

В случае невыполнения неравенства (27) и отсутствия другого диапазона допустимых значений Cмин.доп — Cмакс.доп необходимо выбрать другую схему сглаживающего устройства в соответствии с 6.3.1 - 6.3.6 с той же индуктивностью реактора, повторить расчет и проверку по 6.6.1 - 6.6.7.

В случае невыполнения неравенства (27) после перерасчета в этом случае значение индуктивности сглаживающего реактора увеличивают на одну ступень из номинального ряда по ГОСТ 32676-2014 (пункт 5.1.3) и вычисления по 6.6.1 - 6.6.7 повторяют. При этом необходимо провести технико-экономическое сравнение двух вариантов сглаживающих устройств в соответствии с приложением В:

• вариант 1 — сглаживающее устройство с индуктивностью реактора, принятой по 6.4.3 - 6.4.6 и емкостью апериодической части, повторно вычисленной по 6.6.1 - 6.6.7, для диапазона от номинальной емкости конденсатора выбранного типа до 2000 мкФ;
• вариант 2 — сглаживающее устройство с увеличенной на одну ступень индуктивностью реактора и емкостью апериодической части, вычисленной по 6.6.1 - 6.6.7, для диапазона от номинальной емкости конденсатора выбранного типа до 1000 мкФ.

6.6.9 После вычисления по формуле (29) числа конденсаторов необходимо выполнить окончательную проверку в зависимости от требований стандарта и технических условий на конденсаторы данного типа по мощности выделяемой всеми гармониками в апериодической части или по току гармоники n-го порядка, протекающему в апериодической части, и напряжению гармоники n-го порядка, приложенному к апериодической части.

Проверка по току гармоники n-го порядка, протекающему в апериодической части, и напряжению гармоники n-го порядка, приложенному к апериодической части, или мощности выделяемой всеми гармониками в апериодической части заключается в проверке выполнения условий:

Iаперn <= Iдоп.аперn, Uаперn <= Uдоп.аперn, (30)

Sаперn <= Sдоп.аперn, (31)

где Iаперn — действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего в апериодической части, А;

Iдоп.аперn — допустимое действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего через апериодическую часть, А;

Uаперn — действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения, приложенное к апериодической части, В;

Uдоп.аперn — допустимое действующее значение напряжения гармоники n-го порядка, приложенного к апериодической части, В;

Sаперn — мощность, выделяемая гармониками n-го порядка в апериодической части, кВ·А;

Sдоп.аперn — допустимое значение мощности выделяемой гармониками n-го порядка в апериодической части, кВ·А.

Для однозвенных сглаживающих устройств ток n-й гармоники, протекающий через апериодическую часть Iаперn, А, вычисляют по формуле

I_{\text{апер}n} = \frac{U_{1n}}{\sqrt{(R_{\text{р}} + R_{C})^{2} + (10^{- 3}\omega_{n}L_{\text{р}} - \frac{10^{6}}{\omega_{n}\text{С}})2}} , (32)

где RC — активное сопротивление апериодической части сглаживающего устройства, Ом, принимают равным 0,1 Ом.

Для двухзвенных сглаживающих устройств ток n-й гармоники, протекающий через апериодическую часть Iаперn, А, вычисляют по формуле

I_{\text{апер}n} = \frac{U_{1n}}{\sqrt{(R_{\text{р}1} + R_{\text{р}2} + R_{C})^{2} + (10^{- 3}\omega_{n}(L_{\text{р}1} + L_{\text{р}2}) - \frac{10^{6}}{\omega_{n}\text{С}})2}} , (33)

где RC — активное сопротивление апериодической части сглаживающего устройства, Ом, принимают равным 0,1 Ом;

C — емкость апериодической части, мкФ, принимают значение, вычисленное по формуле (28).

Действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения, приложенное к апериодической части, Uаперn, В:

Uаперn = U2n. (34)

Действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства U2n вычисляют по формуле (4).

Мощность, выделяемая всеми гармониками в апериодической части, Sапер, кВ·А, вычисляют по формуле

S_{\text{апер}} = \sqrt{\sum_{n} (S_{\text{апер}n})^{2}} . (35)

Мощность, выделяемая гармониками n-го порядка в апериодической части, Sаперn, кВ·А, вычисляют по формуле

Sаперn = 10-3U2nIаперn. (36)

Действующее значение тока в апериодической части Iапер, А, вычисляют по формуле

I_{\text{апер}} = \sqrt{\sum_{n} (I_{\text{апер}n})^{2}} . (37)

Допустимое значение тока гармоники n-го порядка Iдоп.аперn, допустимое напряжение гармоники n-го порядка Uдоп.аперn, допустимая мощность, выделяемая всеми гармониками в апериодической части Sдоп.апер, определяется техническими характеристиками конденсатора выбранного типа.

Допустимое действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего через апериодическую часть, Iдоп.аперn, А, вычисляют по формуле

Iдоп.аперn = I*доп.кnC, (38)

где I*доп.кn — отношение допустимого значения тока гармоники n-го порядка к значению емкости конденсатора, А/мкФ.

Допустимое действующее значение напряжения гармоники n-го порядка, приложенное к апериодической части, Uдоп.аперn, В:

Uдоп.аперn = Uдоп.кn, (39)

где Uдоп.кn — действующее значение допустимого напряжения для гармоники n-го порядка, В.

Допустимую мощность конденсаторов выбранного типа, выделяемую всеми гармониками в апериодической части, Sдоп.апер, кВ·А, вычисляют по формуле

Sдоп.апер = NCSдоп.к, (40)

где Sдоп.к — допустимое значение мощности одного конденсатора выбранного типа, кВ·А.

6.7 Расчет и проверка основных параметров резонансных контуров и фильтра-пробки сглаживающего устройства

6.7.1 Число конденсаторов выбранного типа i-го резонансного контура N_{C_{\text{р}.\text{к}i}} , шт., вычисляют по формуле (полученное значение округляется в большую сторону до ближайшего целого числа)

N_{C_{\text{р}.\text{к}i}} = C_{\text{р}}\prime_{.\text{к}i} \cdot c_{\text{к}} , (41)

где C_{\text{р}}\prime_{.\text{к}i} — емкость i-го резонансного контура, принятая в соответствии с таблицей 7, мкФ.

Значение емкости конденсаторов i-го резонансного контура Cр.кi, мкФ, вычисляют по формуле

C_{\text{р}.\text{к}i} = N_{C_{\text{р}.\text{к}i}} \cdot c_{\text{к}} . (42)

6.7.2 После вычисления по формуле (41) числа конденсаторов необходимо выполнить окончательную проверку в зависимости от требований стандарта и (или) технических условий на конденсаторы данного типа по току гармоники n-го порядка, протекающему в резонансном контуре, и напряжению гармоники n-го порядка, приложенному к резонансному контуру, или мощности выделяемой всеми гармониками в резонансном контуре.

Проверка по току гармоники n-го порядка, протекающему в резонансном контуре, и напряжению гармоники n-го порядка, приложенному к резонансному контуру, или мощности выделяемой всеми гармониками в резонансном контуре заключается в проверке выполнения условий:

Iр.кin <= Iдоп.р.кn, Uр.кin <= Uдоп.р.кn, (43)

Sр.кi <= Sдоп.р.к, (44)

где Iр.кin — действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего в i-м резонансном контуре, А;

Iдоп.р.кn — допустимое действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего через i-й резонансный контур, А;

Uр.кin — действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения, приложенное к конденсаторам i-го резонансного контура, В;

Uдоп.р.кn — допустимое действующее значение напряжения гармоники n-го порядка, приложенное к конденсаторам i-го резонансного контура, В;

Sр.кi — мощность, выделяемая всеми гармониками в конденсаторах i-го резонансного контура, кВ·А;

Sдоп.р.к — допустимое значение мощности выделяемой всеми гармониками в конденсаторах i-го резонансного контура, кВ·А.

Для однозвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с резонансным контуром 100 Гц действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего в i-м резонансном контуре Iр.кin, А, вычисляют по формуле

I_{\text{р}.\text{к}in} = \frac{U_{1n}}{\sqrt{(R_{\text{р}} + R_{\text{р}.\text{к}i})^{2} + (10^{- 3}\omega_{n}(L_{\text{р}} + L_{\text{р}.\text{к}i}) - \frac{10^{6}}{\omega_{n}\text{С}_{\text{р}.\text{к}i}})2}} . (45)

Для двухзвенных сглаживающих устройств действующее значение тока n-го порядка, протекающий в i-м резонансном контуре Iр.кin, А, вычисляют по формуле

I_{\text{р}.\text{к}in} = \frac{U_{1n}}{\sqrt{(R_{\text{р}} + R_{\text{р}.\text{к}i})^{2} + (10^{- 3}\omega_{n}(L_{\text{р}1} + L_{\text{р}.\text{к}i}) - \frac{10^{6}}{\omega_{n}\text{С}_{\text{р}.\text{к}i}})2}} , (46)

где Rр.кi — минимальное активное сопротивление i-го резонансного контура, Ом, принимают равным 0,1 Ом;

Lр.кi — индуктивность i-го резонансного контура, мГн.

Индуктивность i-го резонансного контура Lр.кi, мГн, вычисляют по формуле

L_{\text{р}.\text{к}i} = \frac{10^{3}}{4\pi^{2}f_{\text{р}.\text{к}i}^{2}C_{\text{р}.\text{к}i}} , (47)

где fр.кi — частота настройки i-го резонансного контура, Гц.

Чтобы иметь возможность настраивать контур в резонанс, индуктивность катушки должна изменяться в пределах +/- 10% от уточненного значения. Для этого катушка индуктивности должна иметь соответствующие отпайки или в каждом контуре должны быть две катушки — основная и регулировочная. Размер и форму катушки определяют в каждом отдельном случае для разных сечений проводов, исходя из вычисленного по формуле (47) значения индуктивности катушки.

Действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения, приложенное к конденсаторам i-го резонансного контура Uр.кin, В, вычисляют по формуле

U_{\text{р}.\text{к}in} = I_{\text{р}.\text{к}in} \sqrt{R_{\text{р}.\text{к}i}^{2} + (\frac{10^{6}}{\omega_{n}C_{\text{р}.\text{к}i}})2} . (48)

Мощность, выделяемую всеми гармониками в i-м резонансном контуре Sр.кi, кВ·А, вычисляют по формуле

S_{\text{р}.\text{к}i} = \sqrt{\sum_{n} (S_{\text{р}.\text{к}in})^{2}} . (49)

Мощность, выделяемую гармониками n-го порядка в i-м резонансном контуре Sр.кin, кВ·А, вычисляют по формуле

S_{\text{р}.\text{к}in} = \frac{10^{- 3}U_{1n}I_{\text{р}.\text{к}in}}{K_{n}} . (50)

Действующее значение тока в i-м резонансном контуре Iр.кi, А, вычисляют по формуле

I_{\text{р}.\text{к}i} = \sqrt{\sum_{n} (I_{\text{р}.\text{к}in})^{2}} . (51)

Допустимое значение тока гармоники n-го порядка Iдоп.р.кin, допустимое напряжение гармоники n-го порядка Uдоп.р.кin, допустимая мощность, выделяемая всеми гармониками в i-м резонансном контуре Sдоп.р.кi, определяется техническими характеристиками конденсатора выбранного типа.

Допустимое действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего в i-м резонансном контуре Iдоп.р.кin, А, вычисляют по формуле

Iдоп.р.кin = I*доп.кnCр.кi. (52)

Допустимое действующее значение напряжение гармоники n-го порядка, приложенное к i-му резонансному контуру Uдоп.р.кin, В:

Uдоп.р.кin = Uдопкn. (53)

Допустимую мощность, выделяемую всеми гармониками в i-м резонансном контуре, конденсаторов, выбранного типа Sдоп.р.кi, кВ·А, вычисляют по формуле

S_{\text{доп}.\text{р}.\text{к}i} = N_{C_{\text{р}.\text{к}i}}S_{\text{доп}.\text{к}} . (54)

6.7.3 Значение индуктивности катушек индуктивности и емкости конденсаторов фильтра-пробки, приведенное в таблице 4, не требует уточнения при условии возможности регулирования параметров катушки индуктивности фильтра-пробки Lфп в пределах: +/- 10%.

6.7.4 Число конденсаторов выбранного типа фильтра-пробки N_{C_{\text{фп}}} , шт. вычисляют по формуле (полученное значение округляется в большую сторону до ближайшего целого числа)

N_{C_{\text{фп}}} = C_{\text{ф}}\prime_{\text{п}}/\text{с}_{\text{к}} , (55)

где C_{\text{ф}}\prime_{\text{п}} — емкость фильтра-пробки, принятая в соответствии с таблицей 4, мкФ.

Значение емкости конденсаторов фильтра-пробки Cфп, мкФ, вычисляют по формуле

C_{\text{фп}} = N_{C_{\text{фп}}} \cdot c_{\text{к}} . (56)

6.7.5 После вычисления по формуле (55) числа конденсаторов необходимо выполнить окончательную проверку в зависимости от требований стандарта и технических условий на конденсаторы данного типа по току гармоники n-го порядка, протекающему в фильтре-пробке, и напряжению гармоники n-го порядка, приложенному к фильтру-пробке, или мощности выделяемой всеми гармониками в фильтре-пробке.

Проверка по току гармоники n-го порядка, протекающему в резонансном контуре фильтра-пробки, и напряжению гармоники n-го порядка, приложенному к конденсаторам фильтра-пробки, или мощности выделяемой всеми гармониками в резонансном контуре фильтра-пробки заключается в проверке выполнения условий:

Iр.к.фпn <= Iдоп.р.к.фпn, Uр.к.фпn <= Uдоп.р.к.фпn. (57)

Sр.к.фп <= Sдоп.р.к.фп, (58)

где Iр.к.фпn — действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего в резонансном контуре фильтра-пробки, А;

Iдоп.р.к.фпn — допустимое действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего через резонансный контур фильтра-пробки, А;

Uр.к.фпn — действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения, приложенное к конденсаторам резонансного контура фильтра-пробки, В;

Uдоп.р.к.фпn — допустимое действующее значение напряжения гармоники n-го порядка, приложенное к конденсаторам резонансного контура фильтра-пробки, В;

Sр.к.фп — мощность, выделяемая всеми гармониками в конденсаторах резонансного контура фильтра-пробки, кВ·А;

Sдоп.р.к.фп — допустимое значение мощности выделяемой всеми гармониками в конденсаторах резонансного контура фильтра-пробки, кВ·А.

Сопротивление фильтра-пробки для тока n-й гармоники Zфпn, Ом, вычисляют по формуле

Z_{\text{фп}n} = [(R_{\text{фп}} + j(10^{- 3}\omega_{n}L_{\text{фп}} - \frac{10^{6}}{\omega_{n}C_{\text{фп}}}))^{- 1} + (R_{\text{р}2} + 10^{- 3}j\omega_{n}L_{\text{р}2})^{- 1}]^{- 1} , (59)

где Rфп — минимальное активное сопротивление резонансного контура фильтра-пробки, Ом, принимают равным 0,1 Ом;

Lр2 — индуктивность реактора второго звена, мГн;

Lфп — индуктивность резонансного контура фильтра-пробки, мГн.

Индуктивность фильтра-пробки Lфп, мГн, вычисляют по формуле

L_{\text{фп}} = \frac{10^{3}}{4\pi^{2}f_{\text{фп}}^{2}C_{\text{фп}}} - L_{\text{р}2} , (60)

где fфп — частота настройки фильтра-пробки, Гц.

Размер и форму катушки определяют в каждом отдельном случае для разных сечений проводов, исходя из вычисленного по формуле (64) значения индуктивности катушки.

Действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего в резонансном контуре фильтра-пробки Iр.к.фпn, А, вычисляют по формуле

I_{\text{р}.\text{к}.\text{фп}n} = | \frac{R_{\text{р}2} + 10^{- 3}j\omega_{n}L_{\text{р}2}}{Z_{\text{фп}n}} |I_{\text{фп}n} . (61)

Для двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой действующее значение тока n-й гармоники, протекающего в фильтре-пробке, Iфпn, А:

Iфпn = Iаперn. (62)

Для двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой ток n-й гармоники Iаперn, А, вычисляют по формуле (33).

Действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения, приложенное к конденсаторам фильтра-пробки Uфпn, В, вычисляют по формуле

U_{\text{фп}n} = I_{\text{р}.\text{к}.\text{фп}n} \sqrt{R_{\text{фп}}^{2} + \frac{10^{12}}{\omega_{n}C_{\text{фп}}}} . (63)

Мощность, выделяемую всеми гармониками в фильтре-пробке Sфп, кВ·А, вычисляют по формуле

S_{\text{фп}} = \sqrt{\sum_{n} (S_{\text{фп}n})^{2}} . (64)

Мощность, выделяемую гармониками n-го порядка на конденсаторах фильтра-пробки Sфпn, кВ·А, вычисляют по формуле

Sфпn = 10-3Uр.к.nIр.к.фпn. (65)

Действующее значение тока в резонансном контуре фильтра-пробки Iр.к.фп, А, вычисляют по формуле

I_{\text{р}.\text{к}.\text{фп}} = \sqrt{\sum_{n} (I_{\text{р}.\text{к}.\text{фп}n})^{2}} . (66)

Допустимое значение тока гармоники n-го порядка Iдоп.р.к.фпn, допустимое напряжение гармоники n-го порядка Uдоп.р.к.фпn, допустимая мощность, выделяемая всеми гармониками в резонансном контуре фильтра-пробки Sдоп.р.к.фп, определяется техническими характеристиками конденсатора выбранного типа.

Допустимое действующее значение тока гармоники n-го порядка, протекающего в резонансном контуре фильтра-пробки Iдоп.р.к.фпn, А, вычисляют по формуле

Iдоп.р.к.фпn = I*доп.кnCфп. (67)

Допустимое действующее значение напряжения гармоники n-го порядка, приложенное к резонансному контуру фильтра-пробки Uдоп.р.к.фпn, В:

Uдоп.р.к.фпn = Uдоп.кn. (68)

Допустимую мощность, выделяемую всеми гармониками в резонансном контуре фильтра-пробки, конденсаторов выбранного типа Sдоп.р.к.фп, кВ·А, вычисляют по формуле

S_{\text{доп}.\text{р}.\text{к}.\text{фп}} = N_{C_{\text{фп}}}S_{\text{доп}.\text{к}} . (69)

6.8 Расчет параметров предохранителя параллельной части

6.8.1 Для защиты конденсаторов сглаживающего устройства используют токоограничивающие предохранители класса 1 с цоколем в однополюсном исполнении с неизменным положением заменяемого элемента, с характеристиками, соответствующими ГОСТ 2213. Заменяемый элемент должен быть выполнен в виде одиночного патрона.

6.8.2 Номинальное напряжение предохранителя Uном.п, В:

Uном.п >= Uнр.п, (70)

где Uнр.п — наибольшее рабочее напряжение в месте установки предохранителя, В. Принимают для предохранителей по ГОСТ 29322 Uнр.п = 3600 В.

Номинальный ток предохранителя Iном.п, А, вычисляют по формуле

Iном.п = kпрIож.п, (71)

где kпр — коэффициент, учитывающий изменение номинального тока предохранителя. Принимают по ГОСТ 2213-79 (пункт 3.6.4) kпр от 1,3 до 2;

Iож.п — ожидаемое действующее значение наибольшего рабочего тока, протекающего в защищаемой цепи, А.

Для однозвенного апериодического сглаживающего устройства, второго звена двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства, второго звена двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой ожидаемое действующее значение наибольшего рабочего тока, протекающего в защищаемой цепи, Iож.п, А:

Iож.п = Iапер. (72)

Для однозвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с резонансным контуром 100 Гц ожидаемое действующее значение наибольшего рабочего тока, протекающего в защищаемой цепи, Iож.п, А, вычисляют по формуле

Iож.п = Iапер + Iр.к. (73)

Для первого звена двухзвенных сглаживающих устройств ожидаемое действующее значение наибольшего рабочего тока, протекающего в защищаемой цепи, Iож.п, А, вычисляют по формуле

I_{\text{ож}.\text{п}} = \sum_{i = 1}^{\nu} I_{\text{р}.\text{к}i} , (74)

где \nu — общее число резонансных контуров первого звена двухзвенного сглаживающего устройства;

Iр.кi — действующее значение тока, протекающего в i-м резонансном контуре, А, вычисляемое по формуле (51).

Для двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой ожидаемое действующее значение наибольшего рабочего тока, протекающего в защищаемой цепи Iож.п, А:

Iож.п = Iр.к.фп. (75)

Номинальный ток заменяемого элемента Iном.э, А:

Iном.э = Iном.п. (76)

Номинальный ток основания Iном.ос, А:

Iном.ос >= Iном.п. (77)

Номинальный ток патрона Iном.пт, А:

Iном.пт = Iном.э. (78)

Номинальный ток держателя Iном.д, А:

Iном.д >= Iном.п. (79)

Номинальный ток отключения предохранителя Iном.о, А:

Iном.о >= 50Iном.э. (80)

6.8.3 Предохранители, предназначенные для защиты конденсаторов, должны выдерживать предельно допустимую перегрузку, для этого они проверяются по условию

Iнб.о >= Iа.нб, (81)

где Iнб.о — наибольший ток отключения предохранителя, определяемый из время-токовой характеристики предельно допустимых перегрузок для времени 0,01 с, А;

Iа.нб — наибольший аварийный ток, протекающий в защищаемой цепи, А.

Наибольший аварийный ток, протекающий в защищаемой цепи, Iа.нб, А, вычисляют по формуле

I_{\text{а}.\text{нб}} = \frac{2 \sqrt{2} U_{2}}{\sqrt{3(R_{a}^{2} + X_{a}^{2})}} , (82)

где Rа, Xа — минимальные значения активного и реактивного сопротивлений цепи протекания аварийного тока, Ом.

Для однозвенного апериодического сглаживающего устройства и однозвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с резонансным контуром 100 Гц минимальные значения активного Rа и реактивного Xа сопротивлений цепи протекания аварийного тока, Ом, вычисляют по формуле

R_{a} = (\frac{P_{\text{к}.\text{п}}}{k_{\text{п}}S_{\text{н}.\text{п}}^{2}} + \frac{P_{\text{к}.\text{т}}}{k_{\text{т}}S_{\text{н}.\text{т}}^{2}})U_{2}^{2} + R_{\text{р}} , (83)

X_{a} = X_{\text{в}(1)} + 0,1\pi L_{\text{р}} , (84)

где Pк.п и Pк.т — мощность короткого замыкания, соответственно понижающего и преобразовательного трансформаторов, МВт;

Xв(1) — результирующее индуктивное сопротивление цепи коммутации статического выпрямительного или выпрямительно-инверторного преобразователя для первой гармонической составляющей, Ом.

Для первого звена двухзвенных сглаживающих устройств и фильтра-пробки двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства минимальные значения активного Rа и реактивного Xа сопротивлений цепи протекания аварийного тока, Ом, вычисляют по формуле

R_{a} = (\frac{P_{\text{к}.\text{п}}}{k_{\text{п}}S_{\text{н}.\text{п}}^{2}} + \frac{P_{\text{к}.\text{т}}}{k_{\text{т}}S_{\text{н}.\text{т}}^{2}})U_{2}^{2} + R_{\text{р}1} , (85)

X_{a} = X_{\text{в}(1)} + 0,1\pi L_{\text{р}} . (86)

Для второго звена двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства минимальные значения активного Rа и реактивного Xа сопротивлений цепи протекания аварийного тока, Ом, вычисляют по формуле

R_{a} = (\frac{P_{\text{к}.\text{п}}}{k_{\text{п}}S_{\text{н}.\text{п}}^{2}} + \frac{P_{\text{к}.\text{т}}}{k_{\text{т}}S_{\text{н}.\text{т}}^{2}})U_{2}^{2} + (R_{\text{р}1} + R_{\text{р}2}) . (87)

X_{a} = X_{\text{в}(1)} + 0,1\pi(L_{\text{р}1} + L_{\text{р}2}) . (88)

Для второго звена двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой минимальные значения активного Rа и реактивного Xа сопротивлений цепи протекания аварийного тока, Ом, вычисляют по формуле

R_{a} = (\frac{P_{\text{к}.\text{п}}}{k_{\text{п}}S_{\text{н}.\text{п}}^{2}} + \frac{P_{\text{к}.\text{т}}}{k_{\text{т}}S_{\text{н}.\text{т}}^{2}})U_{2}^{2} + (R_{\text{р}1} + \frac{R_{\text{р}2}R_{\text{фп}}}{R_{\text{р}2} + R_{\text{фп}}}) , (89)

X_{a} = X_{\text{в}(1)} + 0,1\pi(L_{\text{р}1} + \frac{L_{\text{р}2}L_{\text{фп}}}{L_{\text{р}2} + L_{\text{фп}}}) . (90)

6.8.4 Значения номинальных параметров предохранителя выбирают из числа стандартных значений, приведенных в ГОСТ 2213-79 (таблица 1).

Приложение А (обязательное)

ФОРМЫ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫБОРА СХЕМЫ И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СГЛАЖИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

А.1 Формы для представления исходных данных для выбора схемы и основных параметров сглаживающего устройства представлены в таблицах А.1 - А.8.

Таблица А.1

Значения э. д. с. и действующие значения n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства (для интегральной вероятности 0,95)

Таблица А.2

Коэффициенты гармонических составляющих первичного напряжения статического преобразователя и коэффициент несимметрии по обратной последовательности напряжения первичного напряжения статического преобразователя (для интегральной вероятности 0,95) <*>

<*> При невозможности получения коэффициентов гармонических составляющих первичного напряжения статического преобразователя и коэффициента несимметрии по обратной последовательности напряжения первичного напряжения статического преобразователя путем непосредственного измерения таблица не заполняется.

Таблица А.3

Параметры тяговой подстанции

Таблица А.4

Схемы статических выпрямительных и (или) выпрямительно-инверторных преобразователей для системы (железнодорожного) тягового электроснабжения

Таблица А.5

Типы быстродействующих выключателей (БВ) фидеров контактной сети и разрядных устройств сглаживающего реактора (УР)

Таблица А.6

Частота рельсовых цепей, типы и конструктивное исполнение линий связи на прилегающих межподстанционных зонах

Таблица А.7

Вольтодобавочные устройства и блоки автоматического регулирования напряжения (при наличии)

Таблица А.8

Схема сглаживающего устройства и его параметры для расчетного участка, находящегося в эксплуатации

А.2 Формы для представления результатов выбора схемы и основных параметров сглаживающего устройства представлены в таблицах А.9 - А.14.

Таблица А.9

Результаты расчета коэффициента сглаживания n-й гармоники выпрямленного напряжения для выбранной схемы сглаживающего устройства при емкости апериодической части Ci мкФ

Таблица А.10

Результаты расчета псофометрического напряжения на выходе тяговой подстанции (выходе сглаживающего устройства) для выбранной схемы сглаживающего устройства

Таблица А.11

Результаты выбора схемы и основных параметров апериодического сглаживающего устройства

Таблица А.12

Результаты выбора схемы и основных параметров однозвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с резонансным контуром 100 Гц

Таблица А.13

Результаты выбора схемы и основных параметров двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства с фильтром-пробкой

Таблица А.14

Результаты выбора схемы и основных параметров двухзвенного резонансно-апериодического сглаживающего устройства

Приложение Б (справочное)

ПРИМЕР ВЫБОРА СХЕМЫ И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СГЛАЖИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Б.1 Исходные данные для выбора схемы и основных параметров сглаживающего устройства

Вновь строящаяся тяговая подстанция А расположена между смежными подстанциями Б и В, получает питание по одним и тем же линиям электропередачи.

Результаты измерения показателей качества электрической энергии первичного напряжения статического преобразователя (коэффициент несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U и коэффициенты гармонических составляющих напряжения KUn) смежных подстанций Б и В приведены в таблице Б.1. Анализ полученных значений показателей качества электрической энергии и исходная информация о схемах статических выпрямительных и (или) выпрямительно-инверторных преобразователей для системы (железнодорожного) тягового электроснабжения на участке, указанных в таблице Б.2, позволяет выбрать в соответствии с таблицей 3, значения э.д.с. n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства. Результаты выбора приведены в таблице Б.3.

Таблица Б.1

Коэффициенты гармонических составляющих первичного напряжения статического преобразователя и коэффициент несимметрии по обратной последовательности напряжения первичного напряжения статического преобразователя (для интегральной вероятности 0,95) смежных тяговых подстанций Б и В

Таблица Б.2

Схемы статических выпрямительных и (или) выпрямительно-инверторных преобразователей для системы (железнодорожного) тягового электроснабжения

Таблица Б.3

Значения э. д. с. и действующие значения n-й гармоники выпрямленного напряжения на входе сглаживающего устройства для тяговой подстанции А

Б.2 Определение схемы сглаживающего устройства

На тяговой подстанции А планируется использовать эквивалентный двенадцатифазный статический выпрямительный преобразователь. На смежных межподстанционных зонах, в соответствии с исходными данными, представленными в таблице Б.4, используются кабельные и оптоволоконные линии связи. В соответствии с исходными данными, представленными в таблице Б.1, значения коэффициента несимметрии по обратной последовательности напряжения K2U не превышают 2%, а значения коэффициента гармонической составляющей напряжения KUn не превышают допустимые значения по ГОСТ 32144. Поэтому в соответствии с 6.3.5 выбирают схему однозвенного апериодического сглаживающего устройства.

Таблица Б.4

Частота рельсовых цепей, типы и конструктивное исполнение линий связи на прилегающих межподстанционных зонах

Б.3 Определение параметров сглаживающего реактора

На тяговой подстанции А по исходным данным, приведенным в таблице Б.5, планируется использовать выключатели постоянного тока, которые пригодны к отключению тока в безиндуктивных цепях как минимум 30 кА. Поэтому в соответствии с 6.4.4 принимают индуктивность сглаживающего реактора 2 мГн.

Таблица Б.5

Типы быстродействующих выключателей фидеров контактной сети и разрядных устройств сглаживающего реактора

Для выбора типа сглаживающего реактора проводим проверку по номинальному току реактора Iр, в соответствии с формулой (5), А.

6500 >= 6300. (Б.1)

Условие (Б.1) выполняется, в результате чего определена индуктивность реактора Lр = 2 мГн, номинальное значение сопротивления реактора постоянного тока, Rр = 0,003 Ом.

Планируется использовать в последовательной части реактор с индуктивностью 2 мГн, поэтому в соответствии с 6.6.2 необходимо учесть результирующее индуктивное сопротивление цепи коммутации статического преобразователя Xвn при выборе схем и параметров сглаживающих устройств.

Расчет результирующего индуктивного сопротивления цепи коммутации статического преобразователя выполняют по формуле (13) в соответствии с параметрами тяговой подстанции, приведенными в таблице Б.6.

X_{\text{в}2} = (\frac{1}{1000} + \frac{9,5 \cdot 1}{100 \cdot 2 \cdot 25} + \frac{7,5 \cdot 1}{100 \cdot 2 \cdot 11,4}) \cdot 2 \cdot 1,305^{2} = 0,021\text{Ом} . (Б.2)

Таблица Б.6

Параметры тяговой подстанции

Для реактора индуктивностью 2 мГн для 2-й гармоники выпрямленного напряжения вычисляют по формуле (10).

U_{1n} = \frac{2 \cdot \pi \cdot 50 \cdot 2 \cdot 1,8 \cdot 10^{- 3}}{0,021 + 2 \cdot \pi \cdot 50 \cdot 2 \cdot 1,8 \cdot 10^{- 3}} \cdot 55 = 54\text{В} . (Б.3)

Для гармоник выпрямленного напряжения от 4 до 40 включительно значение напряжения по формуле (10) вычисляют аналогично (Б.3).

Б.4 Определение параметров последовательной части сглаживающего устройства

Сопротивление последовательной части выбранной схемы с учетом допустимого отклонения значения индуктивности +/- 10% по ГОСТ ₃₂₆₇₆ вычисляют по формуле (16).

Z_{\text{посл}2} = 0,003 + j2 \cdot \pi \cdot 50 \cdot 2 \cdot 1,8 \cdot 10^{- 3} = 0,003 + 1,131j\text{Ом} . (Б.4)

Результаты расчета сопротивления последовательной части для n-й гармоники выпрямленного напряжения приведены в таблице Б.7.

Таблица Б.7

Результаты расчета коэффициента сглаживания n-й гармоники выпрямленного напряжения для выбранной схемы сглаживающего устройства при емкости апериодической части 150 мкФ

Для использования в сглаживающем устройстве выбираем фильтровой конденсатор с допустимым отклонением емкости в диапазоне частот от 100 до 2000 Гц kс = 1,15.

Для предварительного выбора типа конденсатора проводится проверка по номинальному напряжению конденсатора по формуле (6), В.

4000 >= 3600. (Б.5)

Условие (Б.2) выполняется, выбранный тип конденсатора с номинальными параметрами, указанными в таблице Б.8, принимаем к расчетам для определения основных параметров параллельной части.

Таблица Б.8

Основные параметры конденсатора, планируемого к установке

Б.5 Определение параметров апериодической части сглаживающего устройства

Для обеспечения электромагнитной совместимости сглаживающее устройство тяговой подстанции А в соответствии с типом автоблокировки и линий проводной электросвязи на прилегающих межподстанционных зонах, указанных в таблице Б.4, должно удовлетворять следующим требованиям, указанным в ГОСТ 34062-2017 (пункт 4.6.2):

• действующее значение псофометрического напряжения на выходе сглаживающего устройства должно быть не более 20 В (30 В — при интегральной вероятности 0,95);
• действующее значение гармоники частотой 100 Гц в выпрямленном напряжении при рельсовых цепях частотой 50 Гц должно быть не более 100 В.

Для определения емкости и количества конденсаторов в апериодической части рассчитываются следующие зависимости для выбранной схемы сглаживающего устройства с выбранными параметрами последовательной части:

• при кабельных и оптоволоконных линиях железнодорожной электросвязи на прилегающих межподстанционных зонах вычисляют зависимость псофометрического напряжения на выходе сглаживающего устройства от емкости апериодической части по формуле (3);
• при кодовой автоблокировке с рельсовыми цепями частотой 50 Гц на прилегающих межподстанционных зонах вычисляют зависимость напряжения второй гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства от емкости апериодической части по формуле (4).

Сопротивление апериодической части выбранной схемы для 2-й гармоники выпрямленного напряжения при емкости апериодической части C = 150 мкФ вычисляют по формуле (17).

Z_{\text{пар}2} = 0,2 - \frac{j}{2 \cdot \pi \cdot 50 \cdot 2 \cdot 150 \cdot 10^{- 6}} = 0,2 - 10,61j\text{Ом} . (Б.6)

Результаты расчета сопротивления параллельной части для n-й гармоники выпрямленного напряжения приведены в таблице Б.7. Для емкостей апериодической части C = 160 мкФ и от 170 до 1000 мкФ, с шагом 10 мкФ, расчет выполняют аналогично.

Значение коэффициента сглаживания 2-й гармоники выпрямленного напряжения для выбранной схемы сглаживающего устройства при емкости апериодической части 150 мкФ вычисляют по формуле (1).

K_{2} = |1 + \frac{0,003 + 1,131j}{0,2 - 10,61j} | = 0,9 . (Б.7)

Значение псофометрического напряжения на выходе сглаживающего устройства для выбранной схемы сглаживающего устройства вычисляют при емкости апериодической части C = cк = 150 мкФ по формуле (3).

(Б.8)

Значение напряжения второй гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства для выбранной схемы сглаживающего устройства вычисляют при емкости апериодической части C = cк = 150 мкФ по формуле (4).

U_{2n} = \frac{54}{0,9} = 60\text{В} . (Б.9)

Результаты расчета значения напряжения второй гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства приведены в таблице Б.9. Для емкостей апериодической части C = 160 мкФ и от 170 до 1000 мкФ, с шагом 10 мкФ расчет выполняют аналогично.

Таблица Б.9

Результаты расчета псофометрического напряжения на выходе тяговой подстанции (выходе сглаживающего устройства) для выбранной схемы сглаживающего устройства

Результаты расчета по (Б.8) и (Б.9) представляют в виде рисунка Б.1.

По полученным зависимостям вычисляют диапазон изменения емкости апериодической части от минимального значения Cмин.доп до максимального Cмакс.доп.

Cмин.доп = 200 мкФ, (Б.10)

Cмакс.доп = 660 мкФ. (Б.11)

U2n — действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства; U2пс — псофометрическое напряжение на выходе сглаживающего устройства; C — емкость резонансных контуров; Cмин.доп, Cмакс.доп — минимально допустимое и максимально допустимое значения изменения емкости апериодической части; U2nдоп — допустимое действующее значение n-й гармоники выпрямленного напряжения на выходе сглаживающего устройства; U2пс.доп — допустимое псофометрическое напряжение на выходе сглаживающего устройства

Рисунок Б.1 — Результаты расчета зависимостей псофометрического напряжения U2пс = f(C) и напряжения второй гармоники напряжения U2n = f(C) на выходе сглаживающего устройства

Предварительное значение емкости апериодической части с учетом отклонения емкости конденсаторов вычисляют по формуле (25).

C' = 1,15·200 = 230 мкФ. (Б.12)

Необходимое число конденсаторов апериодической части вычисляют по формуле (26).

N_{C}\prime = 230/150 = 2 . (Б.13)

Для проверки соответствия рассчитанного значения емкости допустимому диапазону изменения емкости апериодической части должно выполняться неравенство (27).

2·150 < 660 — неравенство выполняется. (Б.14)

Значение емкости конденсаторов апериодической части, учитывающее отклонение параметров параллельной и последовательной части сглаживающего устройства в пределах допустимых значений и обеспечивающее выполнение требований 4.7 необходимо принять C = 300 мкФ.

По условию исключения опасных резонансных явлений между элементами сглаживающего устройства значение C = 300 мкФ должно быть проверено на принадлежность к недопустимым диапазонам емкости апериодической части, указанным в таблице 8. Значение C = 300 мкФ принадлежит к недопустимому диапазону емкости апериодической части, поэтому необходимо увеличить значение до C = 450 мкФ и число конденсаторов NC = 3.

Значение емкости конденсаторов апериодической части, учитывающее отклонение параметров параллельной и последовательной части сглаживающего устройства в пределах допустимых значений, обеспечивающее выполнение требований 4.7 и исключение опасных резонансных явлений между элементами сглаживающего устройства, необходимо принять C = 450 мкФ.

При выполнении апериодической части из конденсаторов необходимо выполнить проверку по мощности выделяемой гармониками в апериодической части.

Для однозвенного апериодического сглаживающего устройства действующее значение тока 2-й гармоники, протекающее через апериодическую часть, А, вычисляют по формуле (3).

I_{\text{апер}n} = \frac{54}{\sqrt{(0,003 + 0,2)^{2} + (10^{- 3} \cdot 2 \cdot \pi \cdot 50 \cdot 2 \cdot 1,8 - \frac{10^{6}}{2 \cdot \pi \cdot 50 \cdot 2 \cdot 450})2}} = 32,8\text{А}. (Б.15)

Мощность, выделяемую гармониками 2-го порядка в апериодической части, вычисляют по формуле (36), кВ·А.

Sапер_n = 10-3·79·32,8 = 2,59 кВ·А. (Б.16)

Действующие значения токов для остальных гармоник n-го порядка вычисляют аналогично.

Мощность, выделяемую всеми гармониками в апериодической части, вычисляют по формуле (35).

(Б.17)

Допустимую мощность, выделяемую всеми гармониками в апериодической части, конденсаторов, выбранного типа, вычисляют по формуле (40).

Sдоп.апер = 3·100 = 300 кВ·А. (Б.18)

Проверка по мощности, выделяемой гармониками в апериодической части, заключается в проверке выполнения условия (31).

2,64 < 300 — неравенство выполняется. (Б.19)

Б.6 Определение параметров предохранителя сглаживающего устройства

Для защиты конденсаторов сглаживающего устройства используют токоограничивающие предохранители класса 1 с цоколем в однополюсном исполнении с неизменным положением заменяемого элемента, с характеристиками соответствующими ГОСТ 2213. Заменяемый элемент выполнен в виде одиночного патрона.

Номинальное напряжение предохранителя Uном.п, В, вычисляют по выражению (70).

4000 >= 3600. (Б.20)

Условие выполняется, поэтому Uном.п = 4000 В.

Действующее значение тока в апериодической части вычисляют по формуле (37).

(Б.21)

Для однозвенного апериодического сглаживающего устройства ожидаемое действующее значение наибольшего рабочего тока, протекающего в защищаемой цепи, вычисляют по формуле (72).

Iож.п = 45,2 А. (Б.22)

Номинальный ток предохранителя, Iном.п, А, вычисляют по формуле (71).

Iном.п = 1,5·45,2 = 67,8 А. (Б.23)

Выбирают предохранитель с ближайшим значением номинального тока предохранителя — Iном.п = 80 А.

Номинальный ток заменяемого элемента Iном.э, вычисляют по формуле (76).

Iном.э = 80 А. (Б.24)

Номинальный ток основания Iном.ос вычисляют по выражению (77), принимают ближайшее значение по ГОСТ 2213.

Iном.ос = 100 А. (Б.25)

Номинальный ток патрона Iном.пт вычисляют по формуле (78), принимают ближайшее значение по ГОСТ 2213.

Iном.пт = 80 А. (Б.26)

Номинальный ток держателя Iном.д вычисляют по формуле (79), принимают ближайшее значение по ГОСТ 2213.

Iном.д = 100 А. (Б.27)

Номинальный ток отключения предохранителя Iном.о вычисляют по формуле (80).

Iном.о >= 80·50 = 4000 А. (Б.28)

Принимаем ближайшее значение по ГОСТ 2213 Iном.о = 4000 А.

Для однозвенного апериодического сглаживающего устройства минимальные значения активного и реактивного сопротивлений цепи протекания аварийного тока вычисляют по формулам (83) и (84), Ом.

R_{a} = (\frac{0,091}{2 \cdot 25^{2}} + \frac{0,0715}{2 \cdot 11,4^{2}})1,305^{2} + 0,003 = 0,0036\text{Ом} . (Б.29)

X_{a} = (\frac{1}{1000} + \frac{9,5 \cdot 1}{100 \cdot 2 \cdot 25} + \frac{7,5 \cdot 1}{100 \cdot 2 \cdot 11,4}) \cdot 1 \cdot 1,305^{2} + 0,1 \cdot \pi \cdot 1,8 = 0,58\text{Ом} . (Б.30)

Наибольший аварийный ток, протекающий в защищаемой цепи, вычисляют по формуле (82).

I_{\text{а}.\text{нб}} = \frac{2 \cdot \sqrt{2} \cdot 1305}{\sqrt{3(0,0036^{2} + 0,58^{2})}} = 3674\text{А} . (Б.31)

Предохранители, предназначенные для защиты конденсаторов, должны выдерживать предельно допустимую перегрузку, для этого их проверяют по условию (81), А.

4000 >= 3674 выполняется. (Б.32)

Б.7 Результаты выбора схемы и основных параметров сглаживающего устройства

Результаты выбора схемы и основных параметров сглаживающего устройства для вновь строящейся тяговой подстанции приведены в таблице Б.10.

Таблица Б.10

Результаты выбора схемы и основных параметров сглаживающего устройства

Приложение В (обязательное)

МЕТОДИКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО СРАВНЕНИЯ ВАРИАНТОВ ОСНАЩЕНИЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ СГЛАЖИВАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ИЛИ В РАЗЛИЧНОМ СОЧЕТАНИИ ПАРАМЕТРОВ

В.1 Для определения экономических преимуществ одного варианта оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством различных типов по сравнению с другим используют показатели сравнительной экономической эффективности, для чего достаточно учесть только изменяющиеся по вариантам части затрат и результата. Основные показатели сравнительной эффективности:

• сравнительная величина интегрального эффекта;
• приведенные затраты;
• срок окупаемости дополнительных инвестиций;
• коэффициент сравнительной эффективности.

В.2 Сравнительная величина интегрального эффекта характеризует дополнительную величину интегрального эффекта, полученную от внедрения одного варианта оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством по сравнению с другим, тыс. руб.

\Delta\text{Э}_{\text{инт}} = \sum_{t = 0}^{T_{\text{р}}} \Delta P_{t} \cdot \eta_{t} - \sum_{t = 0}^{T_{\text{р}}} \Delta\text{З}_{t} \cdot \eta_{t} - \sum_{t = 0}^{T_{\text{р}}} \Delta K_{t} \cdot \eta_{t} , (В.1)

где Tр — расчетный период, лет;

t — текущий расчетный шаг;

\Delta P_{t} — разница результатов по сравниваемым вариантам оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством, тыс. руб.;

\eta_{t} — коэффициент дисконтирования;

\Delta\text{З}_{t} — разница текущих затрат по сравниваемым вариантам оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством, тыс. руб.;

\Delta K_{t} — разница инвестиционных затрат (капитальных вложений) по сравниваемым вариантам оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством, тыс. руб.

Результатом реализации любого варианта оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством выступает увеличение пропускной (провозной) способности расчетного участка и вызванный этим рост дохода или прибыли железной дороги.

В состав капитальных вложений входят затраты на осуществление технико-экономических исследований, разработку технико-экономического обоснования, затраты на выполнение научно-исследовательских работ, разработку проектно-сметной документации, выполнение проектно-изыскательских работ, затраты на строительно-монтажные работы и др. мероприятия, связанные с оснащением тяговой подстанции сглаживающими устройствами.

Коэффициент дисконтирования применяют для приведения разновременных (относящихся к разным шагам расчета) денежных потоков к одному моменту времени, обычно начальному году реализации инвестиционного проекта

\eta_{t} = \frac{1}{(1 + d)^{t}} , (В.2)

где d — норма дисконта, выражаемая в долях единицы или в процентах в год.

Критерием выбора варианта оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством служит максимум сравнительного интегрального эффекта.

В.3 Приведенные затраты представляют собой частный случай сравнительного интегрального эффекта. Их определяют, если отличие сравниваемых вариантов оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством друг от друга состоит только в размерах потребных инвестиционных вложений и текущих затратах. Наиболее эффективное решение соответствует минимуму приведенных затрат. Приведенные затраты, тыс. руб., рассчитывают по формуле

\text{З}_{\text{прив}} = \sum_{t = 0}^{T_{\text{р}}} \text{З}_{t} \cdot \eta_{t} + \sum_{t = 0}^{T_{\text{р}}} K_{t} \cdot \eta_{t} , (В.3)

где Зt — текущие затраты, возникающие в ходе реализации варианта тяговой подстанции сглаживающим устройством, тыс. руб.;

Kt — инвестиционные затраты для реализации варианта оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством, тыс. руб.

В.4 Срок окупаемости дополнительных инвестиций представляет собой временной период, за который дополнительные инвестиционные затраты на более капиталоемкий вариант будут возмещены благодаря приросту экономических результатов, обусловленному их реализацией. В общем случае срок окупаемости дополнительных инвестиций вычисляют по формуле

\sum_{t = 0}^{T_{\text{ок}}^{\text{доп}}} \Delta\text{Э}_{\text{р}t} \cdot \eta_{t} = \sum_{t = 0}^{T_{\text{ок}}^{\text{доп}}} \Delta K_{t} \cdot \eta_{t} , (В.4)

где \Delta\text{Э}_{\text{р}t} — прирост экономических результатов от реализации более капиталоемкого варианта оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством, тыс. руб.;

\Delta K_{t} — дополнительные инвестиционные вложения для реализации варианта оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством, тыс. руб.;

T_{\text{ок}}^{\text{доп}} — срок окупаемости дополнительных инвестиций, лет.

Если отличие экономических результатов по сравниваемым вариантам оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством состоит только в величине текущих затрат, то срок окупаемости дополнительных инвестиций вычисляют по формуле

\sum_{t = 0}^{T_{\text{ок}}^{\text{доп}}} \Delta\text{З}_{t} \cdot \eta_{t} = \sum_{t = 0}^{T_{\text{ок}}^{\text{доп}}} \Delta K_{t} \cdot \eta_{t} . (В.5)

Срок окупаемости дополнительных инвестиций для сравниваемых вариантов оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством при одноэтапных инвестиционных вложениях и отсутствии необходимости в дисконтировании денежных потоков (небольшой расчетный период), лет, вычисляют по формуле

T_{\text{ок}}^{\text{док}} = \frac{\Delta K}{\Delta\text{З}} . (В.6)

Для выбора варианта оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством значение срока окупаемости дополнительных вложений сравнивают с его нормативным значением. Капиталоемкий вариант принимают к реализации, если срок окупаемости дополнительных инвестиций ниже своего нормативного значения, в противном случае выбирают более ресурсоемкий вариант.

В.5 Коэффициент эффективности дополнительных инвестиций (коэффициент сравнительной эффективности инвестиций) — величина, обратная сроку окупаемости дополнительных инвестиций

\text{Э}_{\text{ср}} = \frac{\Delta\text{Э}_{\text{р}}}{\Delta K} . (В.7)

Данный коэффициент показывает эффект в виде повышения годового экономического результата при увеличении инвестиций на единицу.

Расчетное значение коэффициента сравнительной эффективности инвестиций сравнивают с нормативным значением. При его превышении нормативной величины реализуют инвестиционноемкий вариант оснащения тяговой подстанции сглаживающим устройством, в противном случае — ресурсоемкий.

Приложение Г (справочное)

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СГЛАЖИВАЮЩЕМ УСТРОЙСТВЕ

Г.1 Потери электроэнергии в сглаживающем устройстве определяются потерями в сглаживающем реакторе.

Г.2 Потери в сглаживающем реакторе тяговой подстанции за год, Вт·ч:

\Delta W = \sum_{i = 1}^{k_{m}} \Delta W_{i} , (Г.1)

где \Delta W_{i} — потери в сглаживающем реакторе при протекании выходного тока i-го статического преобразователя, Вт·ч.

Г.3 Потери за год в сглаживающем реакторе при протекании выходного тока i-го статического преобразователя для однозвенных сглаживающих устройств \Delta W_{i} , Вт·ч, вычисляют по формуле

\Delta W_{i} = k_{\text{э}i}^{2}I_{\text{ср}i}^{2}R_{\text{р}}t_{i} , (Г.2)

где kэi — коэффициент эффективности тока i-го статического преобразователя. Допустимый диапазон коэффициента эффективности тока нагрузки kэi от 1,0 до 1,15;

Iсрi — среднегодовой выходной ток i-го статического преобразователя, А;

Rр — активное сопротивление однозвенного сглаживающего устройства, Ом;

ti — время работы i-го статического преобразователя за год, ч.

Г.4 Потери в сглаживающем реакторе за год для двухзвенных сглаживающих устройств \Delta W_{i} , Вт·ч, вычисляют по формуле

\Delta W_{i} = k_{\text{э}i}^{2}I_{\text{ср}i}^{2}(R_{\text{р}1} + R_{\text{р}2})t_{i} . (Г.3)

Г.5 Среднегодовой выходной ток i-го статического преобразователя Iсрi, А, вычисляют по формуле

I_{\text{ср}i} = \frac{W_{\text{т}i}}{U_{\text{ном}}t_{i}} , (Г.4)

где Wтi — энергия, расходуемая i-м статическим преобразователем тяговой подстанции на тягу поездов в течение года, Вт·ч;

Uном — номинальное напряжение постоянного тока тяговой подстанции, принимается равным 3300 В.