Научная статья на тему 'МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, СОЗДАВАЕМЫХ ТЯГОВЫМИ СЕТЯМИ 25 КВ НА МНОГОПУТНЫХ УЧАСТКАХ'

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, СОЗДАВАЕМЫХ ТЯГОВЫМИ СЕТЯМИ 25 КВ НА МНОГОПУТНЫХ УЧАСТКАХ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
26
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЯГОВЫЕ СЕТИ / МНОГОПУТНЫЕ УЧАСТКИ / ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ / МОДЕЛИРОВАНИЕ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Буякова Наталья Васильевна, Крюков Андрей Васильевич, Суслов Константин Витальевич, Середкин Дмитрий Александрович

ЦЕЛЬ представленных в статье исследований состоит в разработке цифровых моделей, обеспечивающих определение напряженностей электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых тяговыми сетями 25 кВ на многопутных участках. МЕТОДЫ. Для реализации поставленной цели использовались методы определения режимов систем электроснабжения железных дорог (СЭЖД) в фазных координатах, разработанные в Иркутском государственном университете путей сообщения. На базе этих методов реализована методика анализа электромагнитной безопасности, отличающаяся от известных подходов следующими особенностями: системностью, универсальностью, адекватностью внешней среде и комплексностью. Системность заключается в расчете ЭМП на основе определения режимов сложной СЭЖД в фазных координатах. Универсальность достигается возможностью моделирования тяговых сетей различных конструкций. Адекватность обеспечивается корректным учетом профиля подстилающей поверхности, подземных коммуникаций, а также протяженных металлических сооружений, расположенных вблизи моделируемой тяговой сети. Комплексность состоит в совмещении расчетов режимов сложной сети и вычисления напряженностей ЭМП. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проанализированы условия электромагнитной безопасности на трассах многопутных участков электрифицированных железных дорог. Определены напряженности ЭМП, создаваемых тяговыми сетями с различным количеством путей. Получены зависимости напряженностей ЭМП и плотностей потоков электромагнитной энергии от числа токоведущих частей. Выполнена оценка влияния этого параметра на структуру ЭМП. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Полученные результаты могут использоваться на практике для обоснованного анализа условий электромагнитной безопасности на объектах железнодорожного транспорта и разработки мероприятия по ее улучшению на базе адекватного цифрового моделирования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Буякова Наталья Васильевна, Крюков Андрей Васильевич, Суслов Константин Витальевич, Середкин Дмитрий Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODELLING OF ELECTROMAGNETIC FIELDS GENERATED BY 25 KV TRACTION NETWORKS ON MULTI-TRACK SECTIONS

THE PURPOSE of the studies presented in the article is to develop digital models that provide the determination of the strength of electromagnetic fields (EMF) generated by 25 kV traction networks in multi-track sections. METHODS. To achieve this goal, we used methods for determining the modes of power supply systems of railways (PSSR) in phase coordinates, developed at the Irkutsk State Transport University. On the basis of these methods, a methodology for analyzing electromagnetic safety is implemented, which differs from the known approaches in the following features: consistency, universality, adequacy to the external environment and complexity. Consistency lies in the calculation of the EMF based on the determination of the modes of a complex PSSR in phase coordinates. Universality is achieved by the possibility of modeling traction networks of various designs. The adequacy is ensured by correct taking into account the profile of the underlying surface, underground utilities, as well as extended metal structures located near the simulated traction network. The complexity consists in combining the calculations of the modes of a complex network and the calculation of the EMF strengths. RESULTS. The conditions of electromagnetic safety on the routes of multi-track sections of electrified railways are analyzed. The strengths of EMF created by traction networks with different number of paths are determined. The dependences of EMF strengths and electromagnetic energy flux densities on the number of current-carrying parts are obtained. The influence of this parameter on the EMF structure is estimated. CONCLUSION. The results obtained can be used in practice for a reasonable analysis of the electromagnetic safety conditions at railway transport facilities and the development of measures to improve it based on adequate digital modeling.

Текст научной работы на тему «МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, СОЗДАВАЕМЫХ ТЯГОВЫМИ СЕТЯМИ 25 КВ НА МНОГОПУТНЫХ УЧАСТКАХ»

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

УДК 621.311, 621.331

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, СОЗДАВАЕМЫХ ТЯГОВЫМИ СЕТЯМИ 25 кВ НА МНОГОПУТНЫХ УЧАСТКАХ

Буякова1 Н.В., Крюков2'3 А.В., Суслов3 К.В., Середкин2 Д.А.

1 Ангарский государственный технический университет, Ангарск, Россия 2 Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Россия 3 Иркутский национальный исследовательский технический университет,

г. Иркутск, Россия

Dr. Souslov@yandex. ru

Резюме: ЦЕЛЬ представленных в статье исследований состоит в разработке цифровых моделей, обеспечивающих определение напряженностей электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых тяговыми сетями 25 кВ на многопутных участках. МЕТОДЫ. Для реализации поставленной цели использовались методы определения режимов систем электроснабжения железных дорог (СЭЖД) в фазных координатах, разработанные в Иркутском государственном университете путей сообщения. На базе этих методов реализована методика анализа электромагнитной безопасности, отличающаяся от известных подходов следующими особенностями: системностью, универсальностью, адекватностью внешней среде и комплексностью. Системность заключается в расчете ЭМП на основе определения режимов сложной СЭЖД в фазных координатах. Универсальность достигается возможностью моделирования тяговых сетей различных конструкций. Адекватность обеспечивается корректным учетом профиля подстилающей поверхности, подземных коммуникаций, а также протяженных металлических сооружений, расположенных вблизи моделируемой тяговой сети. Комплексность состоит в совмещении расчетов режимов сложной сети и вычисления напряженностей ЭМП. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проанализированы условия электромагнитной безопасности на трассах многопутных участков электрифицированных железных дорог. Определены напряженности ЭМП, создаваемых тяговыми сетями с различным количеством путей. Получены зависимости напряженностей ЭМП и плотностей потоков электромагнитной энергии от числа токоведущих частей. Выполнена оценка влияния этого параметра на структуру ЭМП. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Полученные результаты могут использоваться на практике для обоснованного анализа условий электромагнитной безопасности на объектах железнодорожного транспорта и разработки мероприятия по ее улучшению на базе адекватного цифрового моделирования.

Ключевые слова: тяговые сети; многопутные участки; электромагнитные поля; моделирование.

Благодарности: Исследования выполнены в рамках государственного задания «Проведение прикладных научных исследований» по теме «Повышение качества электрической энергии и электромагнитной безопасности в системах электроснабжения железнодорожного транспорта, оснащённых устройствами Smart Grid, путем применения методов и средств математического моделирования на основе фазных координат», проект № АААА-А20-120111690029-4 от 16.11.2020.

Для цитирования: Буякова Н.В., Крюков А.В., Суслов К.В., Середкин Д.А. Моделирование электромагнитных полей, создаваемых тяговыми сетями 25 кВ на многопутных участках // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. №2 (54). С. 3-14.

MODELLING OF ELECTROMAGNETIC FIELDS GENERATED BY 25 KV TRACTION NETWORKS ON MULTI-TRACK SECTIONS

NV. Buyakova1, AV. Kryukov2,3, KV. Suslov3, DA. Seredkin 2

1 Angarsk State Technical University, Angarsk, Russia

2 Irkutsk State Transport University, Irkutsk, Russia

3 Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia

Dr.Souslov@yandex. ru

Abstract: THE PURPOSE of the studies presented in the article is to develop digital models that provide the determination of the strength of electromagnetic fields (EMF) generated by 25 kV traction networks in multi-track sections. METHODS. To achieve this goal, we used methods for determining the modes of power supply systems of railways (PSSR) in phase coordinates, developed at the Irkutsk State Transport University. On the basis of these methods, a methodology for analyzing electromagnetic safety is implemented, which differs from the known approaches in the following features: consistency, universality, adequacy to the external environment and complexity. Consistency lies in the calculation of the EMF based on the determination of the modes of a complex PSSR in phase coordinates. Universality is achieved by the possibility of modeling traction networks of various designs. The adequacy is ensured by correct taking into account the profile of the underlying surface, underground utilities, as well as extended metal structures located near the simulated traction network. The complexity consists in combining the calculations of the modes of a complex network and the calculation of the EMF strengths. RESULTS. The conditions of electromagnetic safety on the routes of multi-track sections of electrified railways are analyzed. The strengths of EMF created by traction networks with different number ofpaths are determined. The dependences of EMF strengths and electromagnetic energy flux densities on the number of current-carrying parts are obtained. The influence of this parameter on the EMF structure is estimated. CONCLUSION. The results obtained can be used in practice for a reasonable analysis of the electromagnetic safety conditions at railway transport facilities and the development of measures to improve it based on adequate digital modeling.

Keywords: traction networks; multi-track sections; electromagnetic fields; simulation.

Acknowledgment: The research was carried out within the framework of the state task «Conducting applied scientific research» on the topic «Improving the quality of electric energy and electromagnetic safety in power supply systems of railway transport equipped with Smart Grid devices by using methods and means of mathematical modeling based on phase coordinates», project No. AAAA-A20-120111690029-4 dated 11/16/2020.

For citation: Buyakova NV, Kryukov AV, Suslov KV, Seredkin DA. Modelling of electromagnetic fields generated by 25 kV traction networks on multi-track sections. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2022; 14; 2(54): 3-14.

Введение

На объектах электрифицированных железных дорог создаются электромагнитные поля (ЭМП) [1], которые являются одним из основных факторов, определяющих условия электромагнитной безопасности [2, 3]. Высокие уровни напряженностей ЭМП могут негативно воздействовать на персонал [4], а также создавать помехи, приводящие к нарушениям работы электронных устройств. Кроме того, возможны тяжелые электротравмы при воздействии на персонал, работающий на отключенных линиях электропередачи, наведенных напряжений, превышающих допустимые пределы.

Для повышения электромагнитной безопасности (ЭМБ) обслуживающего персонала требуется разработка методов и средств цифрового моделирования ЭМП. Решению задач определения напряженностей ЭМП и анализа условий ЭМБ посвящено значительное число работ. Так, например, в монографии [5] и статье [6] предложены методы определения электромагнитных полей тяговых сетей (ТС), проанализированы преимущества и недостатки каждого из них, а также рассмотрены приемы, позволяющие уточнить расчеты. В статье [7] приведены результаты измерения и моделирования ЭМП на тяговых подстанциях, представлены модели силовых элементов ТС и результаты проверки их адекватности. В работе [8] задачи определения напряженностей электромагнитных полей,

4

создаваемых железнодорожным оборудованием, рассмотрены с точки зрения электромагнитной совместимости, учет которой необходим при проектирование новых участков электрифицированных железных дорог. Исследованию ЭМП тяговых сетей при коротких замыканиях (КЗ) в ТС посвящена статья [9], важной особенность которой является учет переходных процессов при возникновении КЗ. Вопросы моделирования ЭМП и анализа электромагнитной обстановки в ТС рассмотрены в работе [10]. Результаты анализа электромагнитных полей, создаваемых ТС высокоскоростных магистралей, представлены в статьях [11, 12]. Влияние коронного разряда на электрическое поле воздушных линий рассмотрено в работе [13].

Анализ представленных выше работ позволяет сделать вывод о том, что вопросы определения ЭМП сложных тяговых сетей, обеспечивающих электроснабжение подвижного состава на многопутных участках, остается недостаточно изученным.

Методы моделирования режимов сложных СЭЖД в фазных координатах, разработанные в ИрГУПСе и реализованные в программном комплексе Fazonord [14], дают возможность при определении режима СЭЖД провести одновременные расчеты напряженностей электромагнитных полей, которые создаются любой из ТС [3, 15]; при этом анализируемая ТС рассматривается в неразрывной связи со сложной СЭЖД, что позволяет реализовать системный подход к анализу условий электромагнитной безопасности с учетом ее свойств и характеристик.

Кроме того, преимущества предлагаемого подхода состоят в возможности моделирования динамики изменений ЭМП во времени при вариации нагрузок и генераций, а также корректном учете следущих факторов, влияющих на уровни напряженностей [3]:

• неровности подстилающей поверхности;

• наличие протяженных металлических объектов (трубопроводы, кабельные линии с заземленными оболочками, заземленные тросы), также изменяющих картину ЭМП.

В модели тяговых сетей, которые формируются в программном комплексе Fazonord, можно включать сотни токоведущих частей [14], что позволяет учитывать неровности рельефа набором проводов, которые заземлены в одной точке; эти токоведущие части должны располагаться так, чтобы расстояние между ними было значительно меньше удаленности от точки наблюдения.

Методику анализа электромагнитной безопасности, реализованную на основе описанного выше подхода, отличают следующие особенности [3]: системность, универсальность, адекватность внешней среде и комплексность. Первая особенность заключается в возможности расчета ЭМП на основе определения режимов сложной СЭЖД в фазных координатах. Универсальность достигается возможностью моделирования тяговых сетей различных конструкций. Адекватность внешней среде обеспечивается корректным учетом профиля подстилающей поверхности, подземных коммуникаций, а также протяженных металлических сооружений, расположенных вблизи моделируемой ТС. Комплексность состоит в возможности совмещения расчетов режимов сложной сети и определения напряженностей ЭМП.

Ниже представлены результаты моделирования, проведенного в программном комплексе Fazonord [14] и направленного на определение и анализ электромагнитных полей, создаваемых сложными тяговыми сетями на многопутных участках.

Научная значимость полученных результатов состоит в разработке цифровых моделей, позволяющих оценить влияние количества токоведущих частей (контактных проводов, несущих тросов и рельсов) на уровни напряженностей и характер распределения ЭМП в пространстве, окружающем моделируемую ТС.

Практическая значимость проведенных исследований заключается в возможности применения разработанных моделей для определения условий электромагнитной безопасности (ЭМБ). На основе этих моделей, возможно, более обоснованно подходить к анализу ЭМБ на объектах железнодорожного транспорта и разрабатывать мероприятия по ее улучшению на базе адекватного цифрового моделирования.

Материалы и методы

Расчет напряженностей электромагнитного поля производится после определения режима СЭЖД на основе алгоритмов, описанных в работах [3, 15, 16]. Для системы координат, показанной на рисунке 1, составляющие напряженности электрического поля, создаваемые совокупностью из N токоведущих частей, определяются по следующим формулам [3]:

2 ^ (X - X ) yy.

Е =—

П£

0 ¿=1

где x, у — координаты точки, в которой рассчитываются напряженности ЭМП;

= [(х-х,)2 + (у + )2][(х-х,)2 + (у-)2];т, — заряды проводов на единицу длины, определяемые на основе следующего соотношения

T = A-1 • U.

Здесь и = [и 1 ... иИ |г — напряжения проводов и рельсов; Т = [т ... Хд,Ц1 — заряды токоведущих частей, А — матрица, компонентами которой являются потенциальные коэффициентов, определяемые так

Рис. 1. Выбор системы координат при расчете Fig. 1. Choice of coordinate system in EMF ЭМП. calculation.

1 , 2 y au =-ln—-

" 2rcsn r

0 i

1 ,

a =-ln

2

2

где х., у. — координаты провода с радиусом г.; е0 — электрическая постоянная.

Уравнения годографа вектора напряженности электрического поля записываются так

Ех (t) = л/2 Ех sin(rot + фх) ; Ey (t) = л/2 Er sin(rot + фr) ,

где го =314 рад/с.

Максимальное значение Emsx напряженность поля достигается в момент времени, определяемый следующим уравнением:

1 Л I

tmax = ~ Arctg

( Ex 2 sm^ X + Ey 2sin2ф y ^

Ex 2 ^^ф* + Ey 2 ^2Ф y

Выбор необходимого значения арктангенса выполняется по условию отрицательного значения второй производной

Ех 2 ^ 2(го tmаx +Фх ) + Еу 2 ^ 2(ГО tmаx +ф у ) < 0 .

Эффективное значение напряженности, отвечающее углу ¥ , который отсчитывается от положительного направления оси X, можно найти так

Еу = д/Ех 2 СО^ У + Еу 2 2 У + 2ЕхЕу ^ У СО8 У СО§(Фх - Фу ) •

Экстремальные значения напряженности рассчитываются следующим образом [3]:

Е =

е¥Е

Е + Еу2 )2+А/(Е + К )2 - 4Е Еу28т2 (фх-ф у )

Положительный знак соответствует максимуму, а отрицательный — минимуму. Составляющие напряженности магнитного поля, создаваемые проводами тяговой сети и рельсами, рассчитываются по выражениям

У - У,

1 N .

Н =— 21

х 2л ,=1 ' (х, - х)2 + (у1 - у)2

1 N

Ну = - —

х - х

2л ■=1 (х, - х) + (у1 - у)

2 '

Напряженности электрического и магнитного полей рассчитывается на основании определения режима сложной СЭЖД. На основе полученных результатов находятся заряды и токи проводов и составляющие Ех, Еу, Нх, Ну.

Е

х, Еу,

По найденным модулям и углам Е потока активной мощности [3], определяемую вектором Пойнтинга

Нх, Ну можно вычислить плотность

П0 = 2 КНту - (уЕх -УНу )-ЕтуНтх ^ (уЕу -уНх )].

Методика определения ЭМП по представленным выше формулам реализована в программном комплексе (ПК) Fazonord [14].

Результаты

Моделирование проведено для четырех схем тяговых сетей 25 кВ с различным количеством путей. Были рассмотрены следующие участки: однопутный, двухпутный, трехпутный и шестипутный. Предполагалось, что питание ТС осуществляется от тяговых трансформаторов ТДТНЖ-40000/220,27,5 кВ. Для контактных подвесок были приняты провода МФ-100 и несущие тросы ПБСМ-95. Предусматривалось консольное питание тяговой сети. В конце консолей была приложена нагрузка 12 + у 12 МВА.

Координаты токоведущих частей ТС показаны на рисунках 2 и 3. Параметры режимов ТС приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты расчета режимов

Количество путей Путь и, кВ и, градус I, А I, градус

1 1 24,98 -4,62 701,0 -49,9

2 1 25,03 -4,56 344,6 -49,8

2 25,03 -4,56 345,3 -49,9

3 1 25,05 -4,54 228,3 -49,7

2 25,05 -4,54 228,4 -49,7

3 25,05 -4,54 228,6 -49,8

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6 1 25,07 -4,52 113,4 -49,6

2 25,07 -4,52 113,5 -49,6

3 25,07 -4,52 113,5 -49,6

4 25,07 -4,52 113,6 -49,7

5 25,07 -4,52 113,6 -49,7

6 25,07 -4,52 113,5 -49,6

2

2

Результаты моделирования ЭМП иллюстрируются на рисунках 4 - 11. На рисунке 4 показан график, отвечающий зависимости токов отдельной контактной подвески от общего количества токоведущих частей N контактных проводов, несущих тросов и рельсов. На рисунках 5 и 6 представлены зависимости составляющих напряженностей ЭМП от координаты х. Зависимости амплитуд напряженностей электрического и магнитного поля на высоте 1,8 м от координаты х приведены на рисунке 7. Зависимости максимумов и средних значений амплитуд напряженностей ЭМП от параметра N показаны на рисунке 8. Диаграммы рисунка 9 отвечают плотности потока активной электромагнитной энергии. Годографы векторов напряженностей в точке с координатами х = 2; у = 1,8 м приведены на рисунках 10 и 11.

-1-— Несущие

:>cu —Конта ктные nf овода—

i-J- х.м --

M « Несущие " I-

гросы k

7 1

а)

Рис. 2. Координаты токоведушдх частей однопутного (а) и двухпутного (б) участков.

" : / N •

* _H 4 есуц осы / we K онта] -стные npoi ода-

Pa

-Г- X.M — —

а)

Рис. 3. Координаты токоведущих частей трехпутного (а) и шестипутного (б) участков.

6)

Fig. 2. Coordinates of current-conducting parts of

single track (a) and double track (b) sections.

Ai 4 / • • *

• /l • \ • •

necvuwe ™™ Ko1 \ пгакп nie np овода

- -- X.M

-10

0

б)

10

Fig. 3. Coordinates of current-conducting parts of three-track (a) and six-track (b) sections.

Рис. 4. Зависимости токов контактной подвески количества токоведущих частей: через N обозначено суммарное количество токоведущих частей.

Fig. 4. The dependence of the contact suspension currents on the number of current-conducting parts: the total number of current-conducting parts is indicated via N.

60 50 40 30 20 10 о

ff.^ 1

Г, m --- ji

ß-

H / ■

-3D -20 -10

10 20 л.м

в;

Рис. 5. Распределение составляющих поля в сечение участка ТС на высоте 1,8 м: а, б — однопутный; в, г — двухпутный.

г)

Fig. 5. Distribution of the constituent fields in the section of the CU section at a height of 1.8 m: a, b -single track; b, r - double track.

a)

30 25 20 15 10

6)

HA 1

ь

j"

H

- ■

-30 -20 -10 0

в;

Рис. 6. Распределение составляющих поля в сечение участка ТС на высоте 1,8 м: а, б — трехпутный; в, г — шестипутный.

-30 -20 -10

10 20 Х.М

г;

Fig. 6. Distribution of the constituent fields in the section of the CU section at a height of 1.8 m: a, b -three track;b, r - six track.

-50 -15 О 15 X=M30

а)

Рис. 7. Зависимости амплитуд напряженностей электрического (а) и магнитного (б) поля на высоте 1,8 м от координаты х: цифрами обозначено число путей.

H A Ы Л

А /з

6.

-30 -15 0 15 30

6)

Fig. 7. Dependence of amplitudes of stresses of electric (a) and magnetic (b) fields 1.8 m above x: number of tracks indicated.

^msx =

\

Макс имум

r зедние ачени,

3H Я KT N

12

20

24

а)

Рис. 8. Зависимости максимумов и средних значений амплитуд напряженностей

электрического (а) и магнитного (б) поля на высоте 1,8 м от количества токоведущих частей.

90 SO 70 SO 50 4-0

j0 20 10 О

TT А

Ч ы

\ СНЫ VIM

X V

Средние

знаг Ic HI [Я 1

\

N

12

16

20

24

6)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Fig. 8. Dependence of maximums and mean amplitudes of stresses of electric (a) and magnetic (b) fields at a height of 1.8 m from the number of current-conducting parts. SO TO 60 50 40 50 20 10 0

Д» 2

м эксны гм с эедние ачени.

зн я

N

12

IS

20

24

а)

Рис. 9. Плотность потока активной электромагнитной энергии на высоте 1,8 м: цифрами обозначено число путей.

б)

Fig. 9. Active electromagnetic energy flow density at 1.8 m:numerically denoted the number of paths her.

в)

Рис. 10. Годографы векторов напряженности электрического (а, в) и магнитного (б, г) полей в точке с координатой x = 2 м: а, б — однопутный участок; в, г — двухпутный участок.

г)

Fig. 10. Godographs of electric (a, c) and magnetic (b, r) fields at the point of coordinates x = 2 m: a, b -single track; c, g - double track.

в) г)

Рис. 11. Годографы векторов напряженности Fig. 11. Godographs of electric (a, c) and magnetic

электрического (а, в) и магнитного (б, г) полей в (b, g) fields at the point of coordinates x = 2 m: a, b -

точке с координатой x = 2 м: а, б — трехпутный three-track section; c, g - six-track section. участок; в, г — шестипутный участок.

На основе анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. С ростом количества токоведущих частей максимальные и средние значения амплитуд напряженностей электрического поля увеличиваются, но не превышают допустимого значения в 5 кВ/м. Зависимость max(£max) от количества токоведущих частей N имеет выраженный нелинейный характер, а аналогичный график для средних значений является практически линейным (рис. 8 а).

2. Максимумы амплитуд напряженностей магнитного поля уменьшаются с ростом числа N, а средние значения от этого параметра практически не зависят. При принятых величинах нагрузки уровни напряженностей магнитного поля не превышают допустимого значения в 80 А/м. Зависимость max(^max) от N имеет нелинейный характер (рис. 8 б).

3. Наибольшие значения По создаются тяговой сетью двухпутного участка, а наименьшие — наблюдаются на шестипутном; зависимость максимумов По = По (N) имеет экстремум при N = 8; аналогичный график для средних значений отличается монотонно возрастающим характером (рис. 9 б).

4. Изменение числа токоведущих частей приводит к вариации годографов векторов напряженностей (рис. 10, 11). В наибольшей степени изменяются годографы напряженностей магнитного поля.

Заключение

На основе расчетов установившихся режимов систем тягового электроснабжения в фазных координатах выполнено моделирование электромагнитных полей, создаваемых тяговыми сетями с количеством путей, равным одному, двум, трем и шести. Получены зависимости напряженностей ЭМП и плотностей потоков электромагнитной энергии от координаты х и числа токоведущих частей N. Проанализировано влияние параметра N на структуру ЭМП. Полученные результаты могут использоваться на практике для реализации обоснованного подхода к анализу электромагнитной безопасности и могут быть использованы при разработке наиболее рациональных мероприятий по ее улучшению.

Используемые в статье методы существенно отличаются от известных подходов к определению и анализу ЭМП в тяговых сетях железных дорог [5-12], которые базируются на априорном задании токов и напряжений ТС. Основное отличие состоит в определении ЭМП на основе результатов определения режима сложной СЭЖД в фазных координатах. На этой базе реализуется системный подход к анализу ЭМБ, отличающийся универсальностью, адекватностью и комплексностью. Следует также отметить, что работы [8-12] посвящены рассмотрению важных, но достаточно частных аспектов анализа ЭМБ, которые могут быть также учтены в рамках предложенного в статье подхода.

Литература

1 Сидоров А. И., Окраинская И. С. Электромагнитные поля вблизи электроустановок сверхвысокого напряжения. Челябинск: ЮУрГУ, 2008. 204 с.

2 .Косарев А. Б., Косарев Б. И. Основы электромагнитной безопасности систем электроснабжения ЖД транспорта. М.: Интекст, 2008. 480 с.

3 .Буякова Н. В., Закарюкин В. П., Крюков А. В. Электромагнитная безопасность в системах электроснабжения железных дорог: моделирование и управление: монография / под общ. ред. А. В. Крюкова. Ангарск: РИО АнГТУ, 2018. 382 с.

4 .Блейк Левитт Б. Защита от электромагнитных полей. О влиянии на организм человека бытовых электроприборов, мобильных телефонов, линий электропередач и других электрических устройств. М.: АСТ, Астрель, 2007. 447с.

5 .Ogunsola A. and Mariscotti A. Electromagnetic Compatibility in Railways. SpringerVerlag Berlin Heidelberg 2013, 568 pp.

6 .Luan Xiaotian, Zhu Haijing, Qiu Bo, Han Bochong. EMC in Rail Transportation. CUE2016-Applied Energy Symposium and Forum 2016: Low carbon cities & urban energy systems. Available online at www.sciencedirect.com.

7 .Baranowski S., Ouaddi H., Kone L. and Idir N. EMC Analysis of Railway Power Substation Modeling and Measurements Aspects. Infrastructure Design, Signalling and Security in Railway, ISBN: 978-953-51-0448-3, InTech, Available from www.intechopen.com.

8 .Constantin Daniel Oancea, Florin Calin, Valentin Golea. On the Electromagnetic Field in the Surrounding Area of Railway Equipment and Installations.2019 International Conference on Electromechanical and Energy Systems (SIELMEN). 2019 Publisher: IEEE.

9 .Nan Lu, Feng Zhu, Chengpan Yang, Yang Yang, Hede Lu, Zixuan Wang. The Research on Electromagnetic Emission of Traction Network with Short-circuit Current Pulse. IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2021 | Early Access Article | Publisher: IEEE.

10 .Lu Zhang, Yun Zhu, Song Chen, Dan Zhang. Simulation and Analysis for Electromagnetic Environment of Traction Network. 2021 XXXIVth General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science (URSI GASS). 2021 Publisher: IEEE.

11 .Kircher R., Kluhspies J., Palka R., et al. Electromagnetic Fields Related to High Speed Transportation Systems. Transportation Systems and Technology. 2018; 4(2):152-166. doi: 10.17816 / transsyst201842152-166.

12 .Kircher R., Palka R., Fritz E., Eiler K., Witt M., Blow L., Kluhspies J. Electromagnetic Fields of High-Speed Transportation Systems Maglev Technologies in Comparison with Steel-Wheel-Rail. The International Maglev Board C/O CERM Institute, Technical University of Deggendorf of Applied Sciences. Available online at www.maglevboard.net.

13 .Бирюлин В.И., Куделина Д.В., Горлов А.Н. Определение напряженности электрического поля высоковольтных воздушных линий при коронном разряде // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2020. Т.12. № 4(48). С. 85 - 93.

14 .Закарюкин В. П., Крюков А. В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Иркут. ун-т. 2005. 273 с.

15 .Natalya V. Buyakova, Vasiliy P. Zakaryukin, Andrey V. Kryukov, Dmitriy A. Seredkin. Simulation of Electromagnetic Fields Generated by Overhead Power Linesand Railroad Traction Networks. Energy Systems Research, V. 4. No. 2, 2021. pp. 70-88.

16 .Natalya V. Buyakova ; Andrey V. Kryukov ; Dmitry A. Seredkin . Simulation of Electromagnetic Fields Occurring at Intersection of Traction Networks and Three-Circuit Power Supply Line. 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). Publisher: IEEE. 2020.

Авторы публикации

Буякова Наталья Васильевна — канд.техн.наук, доцент, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Ангарский государственный технический университет. E-mail: [email protected].

Крюков Андрей Васильевич — д-р. техн. наук, профессор кафедры «Электроэнергетики транспорта» Иркутского государственного университета путей сообщения; профессор кафедры «Электроснабжения и электротехники» Иркутского национального исследовательского технического университета. E-mail: [email protected].

Суслов Константин Витальевич — д-р. техн. наук, заведующий кафедрой «Электроснабжение и электротехники», Иркутский национальный исследовательский технический университет. E-mail: [email protected].

Середкин Дмитрий Александрович — аспирант, Иркутского государственного университета путей сообщения. E-mail: [email protected].

References

1 .Sidorov AI, Okrainskaya IS. Electromagnetic fields near ultrahigh voltage electrical installations. Chelyabinsk, 2008. 204 p.

2 .Kosarev AB, Kosarev BI. Fundamentals of electromagnetic safety of railway transport power supply systems. M., 2008. 480 p.

3 .Buyakova NV, Zakaryukin VP., Kryukov AV. Electromagnetic safety in railroad power supply systems: modeling and control: monograph. Angarsk, 2018. 382 p.

4 .Blake Levitt B. Protection from electromagnetic fields. On the impact on the human body of household electrical appliances, mobile phones, power lines and other electrical devices. M., 2007. 447p.

5 .Ogunsola A. and Mariscotti A. Electromagnetic Compatibility in Railways. SpringerVerlag Berlin Heidelberg. 2013, 568 pp.

6 .Luan Xiaotian, Zhu Haijing, Qiu Bo, Han Bochong. EMC in Rail Transportation. CUE2016-Applied Energy Symposium and Forum 2016: Low carbon cities & urban energy systems. Available online at www.sciencedirect.com.

7 .Baranowski S, Ouaddi H, Kone L and Idir N. EMC Analysis of Railway Power Substation Modeling and Measurements Aspects. Infrastructure Design, Signalling and Security in Railway, ISBN: 978-953-51-0448-3, InTech, Available from www.intechopen.com.

8 .Constantin Daniel Oancea, Florin Calin, Valentin Golea. On the Electromagnetic Field in the Surrounding Area of Railway Equipment and Installations. 2019 International Conference on Electromechanical and Energy Systems (SIELMEN). 2019 Publisher: IEEE.

9 .Nan Lu, Feng Zhu, Chengpan Yang, et al. The Research on Electromagnetic Emission of Traction Network with Short-circuit Current Pulse. IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2021 | Early Access Article | Publisher: IEEE.

10 .Lu Zhang, Yun Zhu, Song Chen, et al. Simulation and Analysis for Electromagnetic Environment of Traction Network. 2021 XXXIVth General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science (URSI GASS). 2021 Publisher: IEEE.

11 .Kircher R, Kluhspies J, Palka R, et al. Electromagnetic Fields Related to High Speed Transportation Systems. Transportation Systems and Technology. 2018; 4(2):152-166. doi: 10.17816 / transsyst201842152-166.

12 .Kircher R, Palka R, Fritz E, et al. Electromagnetic Fields of High-Speed Transportation Systems Maglev Technologies in Comparison with Steel-Wheel-Rail. The International Maglev Board C/O CERM Institute, Technical University of Deggendorf of Applied Sciences. Available online at www.maglevboard.net.

13 .Biryulin VI, Kudelina DV, Gorlov AN. Determination of the electric field strength of high-voltage overhead lines during corona discharge. Bulletin of the Kazan State Power Engineering University. 2020;4 (48):85-93.

14 .Zakaryukin VP, Kryukov AV. Complicated asymmetrical modes of electrical systems. Irkutsk, 2005. 273 p.

15 .Natalya V. Buyakova; Vasiliy P. Zakaryukin, Andrey V. Kryukov, et al. Simulation of Electromagnetic Fields Generated by Overhead Power Linesand Railroad Traction Networks.

Energy Systems Research. 2021 ;4(2):70-88.

16. Natalya V. Buyakova; Andrey V. Kryukov; Dmitry A. Seredkin . Simulation of Electromagnetic Fields Occurring at Intersection of Traction Networks and Three-Circuit Power Supply Line. 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). Publisher: IEEE. 2020.

Authors of the publication

Natal'ya V. Buyakova - Angarsk State Technical University, Angarsk, Russia.

Andrey V. Kryukov - Irkutsk State Transport University, Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia.

Konstantin V. Suslov - Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia. Dmitry A. Seredkin - Irkutsk State Transport University, Irkutsk, Russia.

Получено 15.04.2002г.

Отредактировано 25.04.2022г.

Принято 25.04.2022г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.