CC BY
60
УДК 621.311
В. Г. СИЧЕНКО (ДПТ)
МЕТОДОЛОГ1ЧН1 ЗАСАДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГН1ТНО1 СУМ1СНОСТ1 ЕЛЕКТРИФ1КОВАНИХ Л1Н1Й ПОСТ1ЙНОГО СТРУМУ
У статп розглянуто методичнi аспекти забезпечення електромагнггно!' cyMiCHOCTi електрифiкованих лiнiй постшного струму.
В статье рассмотрены методические аспекты обеспечения электромагнитной совместимости электрифицированных линий постоянного тока.
The methodical aspects of providing electromagnetic compatibility of electrified direct-current lines are discussed in this article.
Вступ
Устшне виршення науково-техшчних проблем при впровадженш та експлуатацп елект-рифшованих лiнiй поcтiйного струму, в тому чи^ й тдвищено! напруги, неможливе без ви-ршення проблеми електромагштно! cyмicноcтi (ЕМС) i3 cyмiжними низькоенергетичними системами залiзничного транспорту та i3 системами зовшшнього електропостачання (СЗЕ). Забезпечення необхщного рiвня ЕМС системи тягового електропостачання постшного струму (СТЕ) повинне здшснюватись застосуванням необхiдних технiчно можливих заходiв при розробцi та виготовленш обладнання i компле-ктуючих вироб1в, проектуванш та побудов1 СТЕ на баз1 обгрунтованого вибору !! конфшу-раци i параметр1в та рацюнальних схем шд-ключення до системи зовшшнього електропостачання. Розглядаючи ЕМС як один iз показни-юв якоcтi фyнкцiонyвання СТЕ, необхiдно охо-плювати весь комплекс технiчних заcобiв, котрi задiянi у процеci передачi та споживання елек-троенерги. Зважаючи на широке впровадження на залiзничномy транcпортi рiзноманiтних мш-ропроцесорних пристро!в автоматики i телеме-ханiки, релейного захисту, кодування i передачi шформаци, вирiшення проблеми ЕМС набувае вирiшального значення для забезпечення без-перебшного та надiйного фyнкцiонyвання залi-зничного транспорту.
Метою роботи е формування методоло-пчно-наукових пiдходiв до розрахунку та забезпечення електромагштно! cyмicноcтi тягового електропостачання iз cyмiжними пристро-ями.
Викладення основного матерiалу
СТЕ представляе собою складну електроди-намiчнy розподiленy систему, яка характеризу-еться стохастичним характером змши парамет-рiв фyнкцiонyвання, змшними станами якого е напруги у вузлах схем, потоки реактивно! та активно! потужносп, струми фiдерiв, контактно! шдвюки та рейково! мережа Цi параметри змiнюютьcя у проcторi та чаci, змiнюючи елек-тромагштну обстановку у cиcтемi «СТЕ - су-мiжнi пристро!».
При аналiзi ЕМС пари «СТЕ - cyмiжнi пристро!» необхiдно розглядати два напрямки забезпечення ЕМС: зовшшня та внyтрiшня ЕМС СТЕ (рис. 1). В свою чергу, наприклад, при роз-глядi взаемодi! штервального керування рухом по!здiв iз СТЕ тягова шдстанщя (Т П) буде ви-ступати по вiдношенню до не! зовшшньою системою. Звiдcи, можна вести мову про багатор> вневий та iерархiчний принципи побудови забезпечення ЕМС СТЕ, де необхщно видшяти також i горизонтальнi рiвнi (паралельнi, посл> довно-паралельнi та послщовш структури вза-емодi!).
ЕМС 1-го рiвня обумовлена ступенем електромагштно! взаемодi! СЗЕ та СТЕ i характери-зуеться, в першу чергу, яюстю електрично! енергi! на вхщних шинах тягово! пiдcтанцi!. Несиметрична та несинусо!дальна напруга, шд-ведена до затисюв тягового перетворювача, призводить до генераци в живлячу мережу ви-щих гармонiк струму, на рiвень яких також впливають cпорадичнi змши тягового наванта-ження та флуктуацп параметрiв yправлiння ви-прямлячем. Звщси, i СЗЕ, i ТП виступають од© Сиченко В. Г., 2010
ночасно як генераторами, так i рецепторами електромагттних завад (ЕМЗ).
Розглядаючи внутршню ЕМС СТЕ (2... n р> вт), приймемо до уваги, що система II-го р1вня складаеться з декшькох тдсистем р1зних енер-гетичних р1вн1в, розподшених у простор1 та по довжиш фщерно! зони, а !х взаемод1я змшю-еться у чась Звщси, можна стверджувати про наявшсть поперечно! та поздовжньо! складових ЕМС у СТЕ. Кожна з тдсистем \...ш може складатися з1 статичних та динам1чних елемен-т1в, мати р1зн1 мехатзми зв'язку, виступати як
генераторами, так i рецепторами ЕМЗ р1зних титв у рiзному частотному дiапазонi. У кожнiй з тдсистем можуть застосовуватись рiзнi засо-би забезпечення ЕМС. Узагальнена структура проблеми ЕМС у СТЕ представлена на рис. 2. Його аналiз дае уяву про складтсть взаемодп складових ЕМС СТЕ. В умовах експлуатаци СТЕ чинники ЕМС тдсистем переплггаються та частково дублюють один одного, вiдрiзняю-чись джерелами, мехатзмами зв'язку та типами електромагттних завад (ЕМЗ).
Рис. 1. Р1вш забезпечення електромагштно! сум1сност1 тягового електропостачання
Зазначимо, що юнуе багато варiантiв класи-фшаци ЕМЗ [1 - 6] за сукуптстю ознак, як можуть застосовуватись для конкретного випа-дку. Необхiдно також приймати до уваги зна-чимють того чи iншого виду завад, яка визнача-еться низкою факторiв: тривалiстю, ампл^у-дою, частотним дiапазоном, перiодичнiстю по-яви i т.д. Беручи до уваги вищевикладене, доцшьно розглядати ЕМЗ у наступних тдсис-темах: ТП - СЗЕ; ТП - районне навантаження та нетяговi споживачi; ТП - тягова мережа (ТМ); ТМ - ЕРС; контактна мережа - рейкова мережа; ЕРС - рейкова мережа; ТМ - сумiжнi пристро!; лши АБ i ПЕ - пристро! залiзнично! автоматики. Кожна з цих пiдсистем характери-зуеться сво!ми типовими ЕМЗ, яю необхiдно враховувати при розглядi проблеми ЕМС у СТЕ в цшому. Цей фактор визначае необхщтсть комплексного пiдходу та спонукае до застосо-вування рiзних методiв розрахунку ЕМС шдси-стем рiзного рiвня.
Розрахунок електромагнiтних впливiв у л> нiйному ланцюзi в загальному випадку зво-диться до виршення систем лiнiйних диферен-цiальних рiвнянь, складених на пiдставi законiв Юрхгофа або на основi методiв похщних iз за-конiв Кiрхгофа, контурних струмiв, вузлових потенцiалiв, змiнних стану [7, 8]. Для визна-чення спектрального складу мережево! i ви-прямлено! напруги i струму перетворювальних агрегатiв застосовуються аналiтичнi та чисель-но-аналiтичнi методи, використовуванi для аналiзу процесiв у вентильних схемах, як умо-
вно можна роздiлити на точт та наближенi [9]. В якосп опису базово! моделi вентильно! схеми широко застосовуеться метод змшних станiв (змiшаний координатний базис), при якому ба-зова модель може бути отримана у вигщщ сис-теми диференцiальних рiвнянь в нормальнш формi, необхiднiй для використання явних формул чисельного штегрування. Для опису також використовують неявнi методи штеграци, якi не потребують диференцiальних рiвнянь у нормальнш формi та пiдвищують точнiсть розрахунку, а рiвняння математично! моделi схеми представляеться у виглядi системи алгебра!ч-них рiвнянь.
Для аналiзу енергообмiнних процесiв нел> нiйних електричних ланцюгiв на сьогоднi широко використовуються матрично-тополопчт методи, теорiя обмшних характеристик, статис-тичнi методи, метод фазних координат, вейв-лет-аналiз, спектральний аналiз, iнформацiйний аналiз, метод структурних орiентованих чисел, методи неч^ко! лопки та теорiя множин. При цьому розробка моделi ЕМС СТЕ повинна враховувати рiзнi структури взаемоди чинниюв та будуватися не тiльки на iерархiчному прин-ципi, а й з урахуванням специфши утворення ЕМЗ [10].
Насамкшець зазначимо, що тсля розробки методологи оцiнки електромагштно! обстановки та отримання !! кшьюсних показникiв, необ-хiдна розробка заходiв iз забезпечення необхщ-ного рiвня ЕМС [11].
Рис. 2. Узальнена структура проблеми EMC у тяговому електропостачанш
Висновки
1. Проблема ЕМС СТЕ мае складний, бага-торiвневий характер як в поперечному перерiзi, так i в повздовжньому плат.
2. Аналiз ЕМС СТЕ необидно здшснювати з урахуванням типових ЕМЗ для кожно! з тдсистем, застосовуючи до них рiзнi методи розра-хунку.
3. Необхщний рiвень ЕМС СТЕ повинен за-безпечуватись у кожнiй iз тдсистем рiзного енергетичного рiвня.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Князев, А. Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. [Текст] / А. Д. Князев. - М.: Радио и связь, 1984. - 336 с.
2. Быков, Ю. М. Помехи в системах с вентильными преобразователями. [Текст] / Ю. М. Быков, В. С. Василенко. - М.: Энергоатомиздат, 1986. -132 с.
3. Электромагнитная совместимость электроприемников промышленных предприятий. [Текст] / под ред. А. К. Шидловского. - К.: Наук. думка, 1992. - 236 с.
4. ДСТУ 2793-94. Сумюнють техшчних засо-б1в електромагнггна. Стшшсть до потужних електромагттних завад. Загальш положення. [Текст]. - К.: Держстандарт Укра!ни, 1994. -15 с.
5. Уильяме, Т. ЭМС для систем и установок. [Текст] / Т. Уильяме, К. Армстронг. - М.: Изд. дом «Технологии», 2004. - 508 с.
6. Кошевий, С. В. Електромагштш завади в межах рейково! коли i !х вплив на роботу автоматично! локомотивно! сигналiзацu [Текст] / С. В. Кошевий, М. С. Кошевий, М. М. Бабаев // Iнформацiйно-керуючi системи на залiзнично-му транспорта - 2008. - № 4. - С. 13-18.
7. Бадер, М. П. Электромагнитная совместимость [Текст] / М. П. Бадер. - М.: УМК МПС, 2002. -638 с.
8. Косарев, А. Б. Основы теории электромагнитной совместимости систем тягового электроснабжения переменного тока [Текст] / А. Б. Косарев. - М.: Интекст, 2004. - 272 с.
9. Чиженко, И. М. Основы преобразовательной техники [Текст] / И. М. Чиженко, В. С. Руденко, В. И. Сенько. - М.: Высш. шк., 1974. - 305 с.
10. Костроминов, А. М. Защита устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от помех [Текст] / А. М. Костроминов. - М.: Транспорт, 1997. - 192 с.
11. Жежеленко, И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. [Текст] / И. В. Жежеленко. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 134 с.
Надшшла до редколеги 15.12.2009.
Прийнята до друку 14.01.2010.
