CC BY
7
УДК 621.333.4-021.4
М. О. КОСТ1Н, А. М. МУХА, А. В. Н1К1ТЕНКО (ДНУЗТ)
Кафедра «Електротехшка та електромехашка», Днiпропетровський нацiональний унiверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, к. 238 , Днтропетровськ, 49010, Укра'ша, тел. +380563731537, e-mail: nkostin@ukr.net, andremu@i.ua, nikitenko.diit@gmail.com; ORCID: 0000-0002-0856-6397, 0000-0002-5629-4058, 0000-0002-6426-5097
ЯК1СТЬ ЕЛЕКТРОЕНЕРГП, PEKynEPOBAHOÏ ЕЛЕКТРОВОЗАМИ ВЛ11М6 I ВЛ11М
Вступ
Ця робота являеться продовженням i розви-тком дослiджень [1] з якосп та спектрального складу рекуперованих напруги i струму на дш-чих дiлянках магiстральних затзниць.
Ступiнь якостi електрично! енергп (ЯЕ) вза-галi е важливою для li споживачiв. Тому якiсть рекуперовано! енергп треба аналiзувати вщно-сно точок 2-2' i 4-4' (рис.1). При цьому розгля-немо два крайшх випадки.
Перший, коли вся енерпя рекуперацп спо-живаеться тяговими ЕРС, тодi треба аналiзува-ти якють рекуперовано! енергп вiдносно точок 2-2'. Другий - не вся енерпя рекуперацп спо-живаеться тяговим електрорухомим складом (ЕРС) i тодi ii залишкову частину треба переда-ти в ЛЕП зовшшнього електропостачання (i далi на районну шдстанщю) шляхом перетво-рення ii шверторними перетворювачами. В цьому випадку якють аналiзуеться вiдносно точок 2-2' i 4-4'.
Як вщомо, вимоги до якостi електрично! енергп на територп Укра!ни визначають стандартом ГОСТ 13109-97 «Електрична енерпя. Електромагштна сумюнють технiчних засобiв. Норми якосп електрично! енергп в системах електропостачання загального призначення». В Росшськш Федерацп до нього додаеться ще й ГОСТ Р 53333-2008 «Електрична енерпя. Електромагштна сумарнють техшчних засобiв. Контроль якостi електрично! енергп в системах електропостачання загального призначення» [2]. В той же час, вимоги до якосп електрично! енергп в кра!нах €С бшьш жорсткiшi: основний регламентуючий документ - це EN50160 - ощ-нка якостi напруги; в США - IEEE Std. 1159 195 «Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality» (Рекомендован заходи по мошторингу якосп електрично! енергп). Важливим являеться також роздш в стандарт NFPA 70B «Electrical Equipment Maintain» (Об-слуговування електричного обладнання) [3-7].
ГОСТ 13109-97 включае одинадцять крите-рпв для оцiнки показниюв якостi електрично!
eHepriï. Вш дозволяе 4Îtko розподiлити елект-ричну енергда на ту, що вiдповiдае нормам якосп, та ту, яка цим нормам не вщповщае. Цi критерп регламентують «нормально допусти-мi» та «гранично допустимо» значення показ-ниюв якостi електричноï енергiï, тобто допус-тимi вiдхилення напруги, частоти, гармошчно-го складу i т. д. вщ нормованих величин. Пот-рiбно зазначити, що ГОСТ 13109-97 встановлюе критерiï та норми в електричних мережах систем електропостачання загального призначення змшного однофазного та трифаз-ного струшв частотою 50 Гц. В той же час тя-говi двигуни ЕРС постiйного струму, якими е електровози ВЛ11М6 i ВЛ11М, генерують еле-ктроенергiю постiйних напруги i струму. Таким чином постае питання, яким критерiям (показ-никам) повинна вщповщати енергiя рекуперацп. Для цього частково скористаемося рекоме-ндацiями, приведеними в [8,9], зпдно яких для оцiнки якостi електроенерги в мережах постш-ного струму необхщно застосовувати такi критерп як вiдхилення i коливання напруги. До цих показниюв додаемо таю показники як iмпульс напруги i тимчасова перенапруга, що приведет в ГОСТ 13109-97 (табл. 1).
Методи i прилади експериментальних до-слщжень
Для оцiнки енергетичних i якюних показни-кiв енергiï рекуперацiï, що надходить до тяговоï пiдстанцiï i далi iнвертуеться i вiддаеться в зов-нiшню мережу, було проведено часову реест-рацiю напруг i струшв на тяговiй пiдстанцiï (ТП) Воловець Львiвськоï залiзницi в режимi рекуперативного гальмування завантаженого електровоза ВЛ11М на дiлянцi Воловець-Батьово. ТП Воловець обладнана двома швер-торами, один з яких розроблено фiрмою ESTEL AS, тип И-ПТП-М2,0к-3,8к-50-12-УЗ, на якому i виконувався мошторинг. На рис. 2 приведена схема вимiрювання напруги та струшв системи керування iнвертором.
© Костш М. О. та iH., 2015
3' 2' 1' Рис. 1. Структурне розташування елементiв електротяги на фдернш 30Hi в режимi рекуперацп
Таблиця 1
Норми показник1в якост1 рекуперованоТ електроенергп
№ п/п Властивосп рекуперо-вано!електроенергй Показники якостi рекупе-ровано! енергп Норми ЯЕ Гранична вщно-сна похибка вимiрювання
Нормально допустимi Гранично допустимi
1 Вiдхилення напруги Усталене вщхилення на-8UV, % пруги у ±5 ±10 ---
2 Коливання напруги Розмах змiни напруги 8Ut, % --- --- ±8
3 1мпульс напруги 1мпульсна напруга Ulмп, кВ --- --- ±10
4 Тимчасова перенапруга Коефiцieнт тимчасово! Кпери, во. перенапруги F --- --- ±10
Область высокого напряжения
+-20 А р-р
Трансформатор тока ТЧ-2-75 75/5А
II
ld 30QA
I
Датчик така типа MSA2000-T-026 К= 1:4000
UKc=3300B
Датчик напряженки типа MSV-200-3000 3000V/50mA
Клеммные Плата сопряжения сигналов Панель зажимы PS03 измерений
Х4
Датчик тока типа LEM 5A/4V
RH ' 20£1
\
Rh
гоп
V (р-р)
К=1
К"1
TP
V
TP
V"
МПСУ Дисплей
Рис. 2. Схема пiдведення вимiрюваних струму та напруги до системи керування швертором
ТП Воловець Львiвськоl залiзницi
© Костш М. О. та ш., 2015
Система керування швертором з достатньою точшстю рееструе Bci показники роботи швер-тора i найголовнiшi - напругу i струм в режимi рекуперативного гальмування з боку шини 3,3 кВ постшного струму.
Досягти бшьш точних результатiв дозволяе система вимiру з використанням персонального комп'ютера (ПК) та цифрових осцилографiв, якi вмикались до силово! системи через вим> рювальнi трансформатори та датчики напруги та струму. Через щ ж трансформатори та датчики отримуе даш система керування швертором. Вимiрювання здшснювали з обох сторш: а) зi сторони 35 кВ змшного струм, де в режимi рекуперативного гальмування ЕРС було зареес-тровано iнвертованi струм та напругу; б) зi сторони 3,3 кВ, де було зареестровано струм та напругу на шинах шдстанцп в режимi рекуперативного гальмування ЕРС. Для реестрацп бу-ло використано два цифрових осцилографа: Hantek DSO1200 та АКТАКОМ АСК-3106. Процес вмикання та повiрки осцилографiв су-проводжувався безконтактною вимiрювальною системою FLUKE. Даш вимiрiв цифрових ос-цилографiв через USB iнтерфейс передавались на ПК, де синхронно записувались. Ввесь про-цес був повнютю автономний i вщокремлений вiд живлячо! мережi шдстанцп шляхом викори-стання блока безперебiйного живлення (БЖ). Як показав експеримент, без блока БЖ реестра-цiя даних не можлива, оскшьки iз-за неяюсного струму в режимi iнвертування сам ПК i цифровi осцилографи не працюють, що супроводжуеть-ся вщмовами i помилками системи i програм-ного забезпечення.
Крiм того, за допомогою вагона-лаборатори ДЕЛ Львiвськоl залiзницi було отримано даш мониторингу з рекуперуючого електровоза ВЛ11М.
На дшянщ Нижньоднiпровсько-Вузол -Верхiвцеве Придншровсько! залiзницi монiто-ринг рекуперованого струму i напруги на стру-моприймачi електровоза ВЛ11М6 здiйснювали за допомогою реестрацшно! системи дiагносту-вання i контролю ДЛ5.3N локомотива.
Показники якост рекуперовано'1 енерпУ
Визначимо зазначенi показники якост реку-перовано! електроенерги при рус з по!здами електровозiв ВЛ11М6 на дшянщ Нижньоднш-ровськ-Вузол - Верхiвцеве.
Усталене вгдхилення напруги визначають як вiдносну рiзницю мiж фактичним усталеним Uy та номiнальним ином значенням напруги на стрyмоприймачi ЕРС за формулою
U - U =_у—.100%,
у U
w НГЛЛ/Г
де иу - усереднене усталене значення напруги на струмоприймачi ЕРС за хвилину, В; ином = 1000 В.
Згщно ГОСТ 13109-97, нормально допусти-мi i гранично допустимi значення усталеного вiдхилення напруги 5иу становлять вiдповiдно
±5 та ±10%.
В робой [8] тд вщхиленням напруги про-понують розумiти змшу напруги тако! тривало-стi, яка призводить до змши швидкостi ЕРС. При цьому слщ розумiти вщхилення додатнiм, якщо и у > ином; або вiд'eмним, якщо
иу < ином .
Усередненi значення напруг на струмо-приймачi ЕРС та !х вiдхилення в режимi рекуперативного гальмування наведеш в табл. 2, iз яко! випливае, що максимальне вщхилення напруги на струмоприймачi ЕРС у режимi реку-перацп склало 26,1%, а мшмальне - 12,72%. Тобто, у вшх фазах i по!здках величина 5иу
значно перевищуе навiть гранично допустиме значення.
Таблиця 2
Усталене ввдхилення напруги при рекуперацп
Номер фази рекуперацп Номер по1здки
№1 №2
В SUy, % В SUy, %
1 3783,4 26,1 3507,4 16,9
2 3622,5 20,75 3644,9 21,5
3 3654,7 21,82 3800,8 26,69
4 3434,7 14,49 3780,4 26,0
5 3381,7 12,72 3617,6 20,59
6 3421,8 14,06 3605,0 20,2
7 3451,4 15,05 3620,6 20,69
8 3613,7 20,46 3660,4 22,0
9 3646,5 21,55 3634,0 21,13
10 3515,2 17,17 3606,0 20,2
11 3573,8 19,13 3553,1 18,44
Пiд коливаннями напруги розумдать швидку змiнy напруг, яка вщбуваеться зi швидкiстю 12% за секунду i бшьше. Автори робiт [8,9] пiд коливанням напруги в тяговш мережi пропо-нують розyмiти змiнy напруги тако! тривалосп, яка не призводить до змши швидкосп ЕРС. Ко-ливання напруги характеризуеться амплгтудою (розмахом) коливань та розраховуеться за формулою
© Костш М. О. та iн., 2015
U - U ■ SUt = U max U min -100% 1 U
(2)
Результата розрахунюв коливань напруги на струмоприймачi ЕРС у режимi рекуперацп зве-деш до табл. 3, iз яко! випливае, що мiнiмальне коливання напруги на дослщнш дiлянцi При-дншровсько! залiзницi Зиг = 3,26%, а макси-мальне дих = 19,47%.
Зпдно з европейським стандартом Е№0160, допускаеться коливання напруги до 6...10 %. З табл. 3 випливае, що в режимi рекуперацп коливання напруги на струмоприймачi ВЛ11М6 европейським нормам не вщповщае.
Таблиця 3 Коливання напруги при рекуперацп
Но- Номер по!здки
мер №1 №2
фази реку- U max, U min, SUy, U max, U min, SUy,
пера- В В % В В %
цп
1 3917 3517 13,3 3596 3430 5,53
2 3780 3438 11,4 3738 3447 9,7
3 3734 3514 7,33 3773 3481 9,73
4 3788 3367 14 3686 3102 19,4
5 3442 3277 5,5 3898 3586 10,4
6 3430 3216 7,13 3875 3633 8,07
7 3532 3368 5,46 3705 3541 5,47
8 3633 3535 3,26 3726 3531 6,5
9 3790 3398 13 3646 3464 6,07
10 3554 3388 5,53 3543 3276 8,9
11 3764 3393 12,3 3656 3488 5,6
At,
iMn0,5 - tK0,5 - tn0,5
-1,
(3)
де ¿к0 5, ^по 5 - початковий та кшцевий момен-
ти часу вщповщно. 1х визначають як точки перетину криво! iмпульсу напруги з горизонтальною лшею, проведеною на рiвнi половини ам-плiтуди цього iмпульсу 0,5 •и¡мп.
Точно оцiнити величину iмпульсу для запи-саних регiстрограм неможливо. Це пов'язано з
тим, що пром1жок часу запису значень напруги на струмоприймач1 дор1внюе секунда
Тимчасова перенапруга KnepU розрахову-сться за формулою:
К
U
пери
U н
(4)
1мпульс напруги Цмп вим1рюють як макси-мальне значення напруги при !! р1зкш змш. При цьому тривалють фронту ¡мпульсу не мае бути бшьшою 5 мс. Пщ !мпульсом напруги ро-зумдать р1зку змшу напруги в точщ електрич-но! мереж1 (в даному випадку м1ж струмоприй-мачем та кол1ею), за яким слщуе вщновлення напруги до попереднього значення. 1мпульс напруги нормуеться !! максимальним значен-ням. Тривалють !мпульсу ощнюють за виразом:
Коефiцiент тимчасово! перенапруги характеризуемся тривалiстю ^пери . Для його визна-чення фшсують початковий момент часу А^ппер в точщ перевищення напруги 1,1 • ином,
а також кiнцевий момент часу А£к пер при спадi напруги до значення 1,1 • ином . Для визначення тривалосп перенапруги користуються наступ-ною формулою:
^пери = ^к.пер _ ^п.пер •
Результати розрахункiв тимчасово! перенапруги на струмоприймачi ЕРС в режимi рекуперацi! приведенi в табл. 4, iз яко! випливае, що мммаль-на перенапруга становить ^пери = 1,14, а максимальна - 1,31.
Приведений вище аналiз показуе, що фактичнi значення показникв якостi електроенергi! рекупе-рацi! електровозiв для постiйного струму виходять за границ допустимих меж, а це в першу чергу призводить до додаткових !! втрат не тшьки в самому ЕРС, але i в усiх елементах системи тяги. Аналiз регiстрограм, записаних на струмоприйма-чi ЕРС в режимi рекуперацi!, показуе, що на де-яких дiлянках залiзницi застосування рекуперативного гальмування неможливе через значш коливання напруги, яю призводять до спрацювання системи захисту як на самому ЕРС, так i на ТП.
Таблиця 4
Коефщент тимчасовоТ перенапруги при рекуперацп
Номер фази рекуперацп Номер по!здки
№1 №2
U max, В KпeрU, в.о. U max, В KпeрU, в.о.
1 3917 1,31 3596 1,2
2 3780 1,26 3738 1,25
3 3734 1,24 3773 1,26
4 3788 1,27 3686 1,23
5 3442 1,15 3898 1,3
6 3430 1,14 3875 1,29
7 3532 1,18 3705 1,24
8 3633 1,21 3726 1,24
9 3790 1,26 3646 1,22
10 3554 1,19 3543 1,18
11 3764 1,15 3656 1,22
© Костш М. О. та ш., 2015
Гармоншний склад iнвертованих напруги та струму
Ратше була дана оцiнка якосп рекуперова-но! електроенергп, що передасться вiд рекупе-руючого ЕРС в тягову мережу i далi на тягову шдстанщю. Важливою е також задача ощнки якостi електроенергп, яка тсля пiдстанцiйного iнвертування передаеться в первинну живлячу трифазну ЛЕП i далi на районну пiдстанцiю (РП). Тому ощнимо гармонiйний склад струму i напруги на виходi ТП Воловець Львiвсько! за-лiзницi, вщ яко! iнвертована електроенергiя по-ступае в трифазну лшда 35 кВ.
На рис. 3-5 приведет осцилограми одного
перюду мережево! напруги и^) i струму )
одте! фази «А» для рiзних iнтервалiв кванту-
вання (вщповщно для 20 i 50 кГц) !х експери-
ментального монггорингу. и, кВ
г, А
до-
го
о
-20Н
-40-и, кВ -г, А
Рис. 3
/ \ /м
^5 1(1 ^ Р 10'3
/„скр - 20 кГц
и, кВ I, А __ М)
40-
20
0
£ т 15. г
-20-
-40- и, кВ /шю = 50 кГц
1, А
Рис. 4
и, кВ 40200 -201
-40-и, кВ
\ 5 10 I 15 20 \ К г, 10° с
Як випливае з цих рисунюв, напруга е май-же синусо!дною, а струм - спотвореним (неси-нусо!дним) i вiдстаючим за фазою вiд напруги на 83...85 електричних градусiв. Останне обу-мовлено значною iндуктивнiстю ЛЕП 35 кВ, трансформатору та шшого електрообладнання районно! шдстанцп. Спотворення струму обу-мовлено нелiнiйностями елементiв шверторно! установки ТП та електрообладнання РП.
Основний внесок в несинусо!дний характер змши криво! струму вносять, о^м друго!, не-парнi гармонiки вщ 3-! до 25-! включно. Спект-ральний склад струму приведено на рис. 6 i 7, а гармотки, значення Кди) (згiдно з ГОСТ
13109-97) яких склали бшьше одинищ, поданi в
табл. 5 i 6.
/.., А
32" 2-
/тскр = 50 кГц
500 1000 1500 2000 2500 /¡Гц
а)
Кцп), %
15 20 25 б) Рис. 6
30 35 40 45
35 2
1-
/™Р = 20кГц
л!
500
1000
1500 а)
2000 2500 /, Гц
10 15 20 25 30 35 40 45 п б) Рис. 7
Рис. 5
© Костш М. О. та ш., 2015
Таблиця 5
Коефщенти k -то! гармоншно! складово! струму Kj(n), % THDj, %
k -та гарм. 2 3 5 7 9 11 13 15 17 19 23 25 16,85
Kj(n), % 1,68 3,26 12,1 9,1 1,3 2,86 3,05 1,04 2,04 1,9 1,3 1,28
Таблиця 6
Значення максимально допустимих к'осфщки'мв А-тоТ гармоншноТ складовоТ струму та iнтегрального показника гармоншного складу струму в залежност ввд параметрiв мережi
Максимально допустимий коефщент k -то! гармоншно! складово! струму
1кз / 1ном Kj(n), %, % THDj, %
n < 11 11 < n < 17 17 < n < 23 23 < n < 35 35 < n
<20 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5,0
20...50 7,0 7,0 2,5 1,0 0,5 8,0
50...100 10,0 10,0 4,0 1,5 0,7 12,0
100.1000 12,0 12,0 5,0 2,0 1,0 15,0
>1000 15,0 15,0 6,0 2,5 1,4 20,0
Як вiдомо, несинусо!дний струм викликае несинусо!дний спад напруги на внутршньому onopi мережi. Тому в закордоннш електроенер-гетицi до гармоншного складу струму пред'являють все бiльшi вимоги, якi, згiднo стандарту 1ЕЕЕ 519-1992, нормуються за штег-ральним показником (гаpмoнiйнoгo струму), що визначаеться кoефiцiентoм гаpмoнiк (THD -Total Harmonic Distortion), за формулою [10, 11]:
ITHD
49
I
n=2
f(n)
К1)
•100%.
(5)
1кз ! 1ном
сягае 16,87% (табл. 5) й тим самим перевищуе допустиме значення 5% (табл. 6).
Не дивлячись на те, що напруга шсля шверту-вання вiзуально виглядае цiлком синусощно (рис. 3-5), все ж було визначено и гармонiйний склад (рис. 8). Як випливае iз цього рисунка, в напрузi мають мiсце, окрiм основно!, непарнi гармонiки (хоча з незначним вкладом). 1х коефiцiенти п -о! гармоншно! складово!, якi згщно з ГОСТ 1310997 визначаються за формулою
K
U
U (n)
(n)
U
•100%
(6)
(1)
Допустиме значення IтнD залежить вiд внут-рiшнього опору ЛЕП, по якш протiкае дослщжу-ваний струм. Це значення визначаеться по сшв-вщношенню струму короткого замикання 1кз i номiнального струму 1ном . ВЫ трансформатори, що використовуються на Укра!ш для живлення системи тяги постшного струму, мають напругу короткого замикання икз бiльше 5%. Тодi буде менший за 20 i при аналiзi iнвер-тованого струму до його спектрального складу треба пред'явити найбшьш жорсткi вимоги згiдно першого рядка табл. 6 [10].
П^вняння максимально допустимих значень коефщента п -о! гармоншно! складово! струму (табл. 6) з його фактичними значеннями (табл. 5) свiдчить про те, що гармошки 5, 7, 11, 13, 17, 19, 25 перевищують максимально допустим значен-
ня (при 1кз/ 1ном<20).
1нтегральний показник гармоншного складу струму IтнD, що визначений за виразом (5), до-
i приведенi на рис. 8, не перевищують максимально допустгаш (зпдно ГОСТ 13109-97 для ЛЕП 35 кВ) значення.
и, В
50 -тг1---■-'-■-'-
' ^ /„о* = 50 кГц
■ I ■ 11■1,111.1 ■ I. I■111.1!■■ ■ 11 ■ I■■■1.11. I
500
1000
t1
1500
а)
2000 2500 /, Гц
10 15 20 25 30 35 40 45 « б) Рис. 8
© Костш М. О. та ш, 2015
2
Висновки
1. Необхiднiсть розробки стандарту, подiб-ного ГОСТ 13109-97, для ощнки показникiв i норм якостi електроенерги в електричних мережах постшного струму являеться актуальною задачею сучасно! електроенергетики, оскiльки зазначений струм, внаслщок технологiчних фа-кторiв, суттево, навггь випадковим чином, змь нюеться в чаш, тобто фактично не являеться постшним струмом.
2. Фактичш значення показниюв якостi ре-куперовано! електроенерги виходять за границ допустимих меж. Особливо це стосуеться таких критерiïв як усталене вщхилення i коливання напруги в режимах рекуперативного гальму-
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. НЫтенко, А. В. Показники якосп електрич-но1 енергiï' рекуперованоï' на електрифжованих д1ля-нках постшного струму [Текст] / НЫтенко А. В. // Науково-техшчний зб1рник «Прнича електромеха-шка та автоматика». - Д.: Видавництво Дшпропетр. нац. прничого ун-ту, 2014. - Вип. 92 - С. 127-132.
2. Привалов, С. Я. Анализ электрических величин на токоприемнике электровоза в режимах тяги и рекуперации / С. Я. Привалов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего востока. - 2009. -Вып. 1. - С. 308-311.
3. Working Group WG2: Guide to quality of electrical supply for industrial installations. Part 4: Voltage unbalance. - UIE, 1998. - 168 p.
4. IEC Standard 61000-4-30. Power quality measurement methods, 2003. - 200 p.
5. IEC Standard 32(1). Machines électriques tournantes. Caractéristiques assignées et caractéristiques de fonctionnement, 1983. - 246 p.
6. EMC Guide for public power supply networks compatibility levels and permissible emission. -VDEW, 1992. - 120 p.
7. Golovanov N. Voltage Unbalance Vulnerability Areas in Power System Supplying High Speed Railway / N. Golovanov, C. Lazaroiu, M. Roscia, D. Zaninelli // PES General Meeting 2005 (June 12-17). - San Francisco, USA, 2005, pp. 120-132.
8. Марквардт, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог / К. Г. Маквардт. -М. : Транспорт, 1982. - 582 с.
9. Мамошин, Р. Р. Электроснабжение электрифицированных железных дорог / Р. Р. Мамошин, А. Н. Зимакова. - М. : Транспорт, 1980. - 296 с.
10. Розанов, Ю. К. Современные методы улучшения качества электроэнергии (аналитический обзор) / Ю. К. Розанов // Электротехника. - 1998. - №3. - С. 10-17.
11. Dugan, Roger C. Electrical Power Systems Quality : second edition /Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, Surya Santoso, H. Wayne Beaty. -McGraw-Hill, 2003. - 528 p.
вання, ï^ значення в 2...3 рази перевищують гранично допустимi величини.
3. В режимах рекуперативного гальмування напруга на виходi тягових шдстанцш (тсля швертування) залишаеться майже синусощною, хоча i мютить непарш гармошки, а струм спо-творений також непарними гармошками вщ 3-оï до 25-о1' i вщстае за фазою на 83.85 ел. гра-дуав.
4. 1нтегральний показник гармоншного струму ( THDj ) тсля швертування у 3,6 разiв перевищуе допустиме значення 5%, що свщ-чить про низьку яюсть iнвертованоï електрич-но1' енерги.
REFERENCES
1. Nikitenko, A. V. Pokaznyky jakosti elektrychnoji energhiji rekuperovanoji na elektryfikovanykh diljankakh postijnogho strumu [Energy quality indices of recuperated electric energy in DC electrified sections]. Naukovo-tekhnichnyj zbirnyk «Ghirnycha el-ektromekhanika ta avtomatyka» [Scientific-technical Bulletin «Mining electrical engineering and automation»], 2014, issue 92, pp. 127-132.
2. Privalov, S. Ya. Analiz elektricheskikh velichin na tokopriemnike elektrovoza v rezhimakh tyagi i reku-peratsii [Analysis of electrical values under current collector of electric locomotive in the traction and recuperative braking modes]. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dalnego vostoka [Scientific problems in the transport of Siberia and Far East], 2009, issue 1, pp. 308-311.
3. Working Group WG2: Guide to quality of electrical supply for industrial installations. Part 4: Voltage unbalance. - UIE, 1998. - 168 p.
4. IEC Standard 61000-4-30. Power quality measurement methods, 2003. - 200 p.
5. IEC Standard 32(1). Machines électriques tournantes. Caractéristiques assignées et caractéristiques de fonctionnement, 1983. - 246 p.
6. EMC Guide for public power supply networks compatibility levels and permissible emission. -VDEW, 1992. - 120 p.
7. Golovanov, N. Voltage Unbalance Vulnerability Areas in Power System Supplying High Speed Railway / N. Golovanov, C. Lazaroiu, M. Roscia, D. Zaninelli // PES General Meeting 2005 (June 12-17). - San Francisco, USA, 2005, pp. 120-132.
8. Markvardt K. G. Elektrosnabzhenie elektrifitsiro-vannykh zheleznykh dorog [Power supply of electrified railways]. Moscow, Transport Publ., 1982, 582 p.
9. Mamoshin R. R. Elektrosnabzhenie elektrifitsiro-vannykh zheleznykh dorog [Power supply of electrified railways]. Moscow, Transport Publ., 1980, 296 p.
10. Rozanov Yu. K. Sovremennye metody uluchsheniya kachestva elektroenergii (analiticheskiy obzor) [The state-of-the-art methods of energy quality improvement (analytical review)]. Elektrotekhnika -
© Костш М. О. та ш., 2015
Надшшла до друку 01.12.2012.
Electrical engineering, 1998, no. 3, pp. 10-17.
11. Dugan, Roger C. Electrical Power Systems Quality: second edition /Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, Surya Santoso, H. Wayne Beaty. -McGraw-Hill, 2003. - 528 p.
Внутршнш рецензент Сиченко В. Г.
Зовшшнш рецензент Саенко Ю. Л.
Необхщшсть оцшки якосп електроенергп, як споживаноТ електрорухомим складом (ЕРС) в режимi тяги, так i генерованоТ при рекуперативному гальмуванш, не дискутуеться. I якщо ця задача для тягових режи-мiв розв'язана цiлком достатньо, то в режимах рекуперацп ЕРС постшного струму такi дослiдження невщо-мк В роботi в якостi показниюв якостi рекуперованоТ електроенергiТ уведенi i використанi такi критерiТ як вщхилення i коливання напруги, а також iмпульс напруги i тимчасова перенапруга. Виконано i приведено чисельну оцшку цих показникiв енергiТ рекуперованоТ 0 далi не iнвертованоТ) електровозами ВЛ11М6 при Тх веденнi поТздiв на д^чих дiлянках ПриднiпровськоТ залiзницi. Встановлено, що фактичнi значення усiх зазначених показниюв якостi виходять за межi гранично допустимих величин. Якiсть швертованоТ елект-роенергiТ дослiджено для д^чоТ дiлянки Воловець-Батьово ЛьвiвськоТ залiзницi при рус по нiй електрово-зiв ВЛ11М; iнвертувaння здiйснювалось на тяговш пiдстанцiТ Воловець. Встановлено, що напруга шсля ш-вертування майже синусоТдна (хоча i мiстить непaрнi гармошки), а струм спотворений суттево, штеграль-ний його показник THDI у 3,6 рaзiв перевищуе допустиме значення, що складае 5%. За результатами дос-лщжень робиться висновок, що рекуперована електроенерпя являеться енергiею низькоТ якостi.
Ключовi слова: електроенергiя, рекуперашя, якiсть, iнвертувaння, напруга, струм, електровоз, гармошки.
Кафедра «Электротехника и электромеханика», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна 2, к. 238 , г. Днепропетровск, 49010, Украина, тел. +380563731537, e-mail: nkostin@ukr.net, andremu@i.ua, nikitenko.diit@gmail.com; ORCID: 0000-0002-0856-6397, 0000-0002-5629-4058, 0000-0002-6426-5097
КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, РЕКУПЕРИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОВОЗАМИ ВЛ11М6 И ВЛ11М
Необходимость оценки качества электроэнергии, как потребляемой электроподвижным составом (ЭПС) в режиме тяги, так и генерируемой в рекуперативном торможении, не дискутируется. И если эта задача для тяговых режимов решена вполне достаточно, то в режимах рекуперации ЭПС постоянного тока такие исследования неизвестны. В работе в качестве показателей качества рекуперированной электроэнергии введены и используются такие критерии как отклонение и колебание напряжения, а также импульс напряжения и временное перенапряжение. Выполнена и приведена численная оценка этих показателей рекуперированной энергии (и дальше не инвертированной) электровозами ВЛ11М6 при их ведении поездов на действующих участках Приднепровской железной дороги. Установлено, что фактические значения всех указанных показателей качества выходят за пределы гранично допустимых величин. Качество инвертированной электроэнергии исследовано для действующего участка Воловец-Батево Львовской железной дороги при движении по ней электровозов ВЛ11М; инвертирование осуществлялось на тяговой подстанции Воловец. Установлено, что напряжение после инвертирования почти синусоидальное (хотя и содержит нечетные гармоники), а ток искаженный существенно, интегральный его показатель Т-Ю1 в 3,6 раз превышает допустимое значение, что составляет 5%. По результатам исследований делается вывод, что рекуперированная электроэнергия является энергией низкого качества.
Ключевые слова: электроэнергия, рекуперация, качество, инвертирование, напряжение, ток, электровоз, гармоники.
Department of Electrical Engineering and Electromechanics, Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazarian, Lazarian Str., 2, office 238 , Dnipropetrovsk, 49010, Ukraine, tel. +380563731537, e-mail: nkostin@ukr.net, andremu@i.ua, nikitenko.diit@gmail.com; ORCID: 0000-0002-0856-6397, 0000-0002-5629-4058, 0000-0002-6426-5097
УДК 621.333.4-021.4
Н. А. КОСТИН, А. Н. МУХА, А. В. НИКИТЕНКО (ДНУЖТ)
Внутренний рецензент Сиченко В. Г.
Внешний рецензент Саенко Ю. Л.
UDC 621.333.4-021.4
M. O. KOSTIN, A. M. MUKHA, A. V. NIKITENKO (DNURT)
© Костш М. О. та ш., 2015
THE QUALITY OF ELECTRIC ENERGY RECUPERATED BY LOCOMOTIVES VL11M6 AND VL11M
The necessity of electric energy quality evaluation, consumed by electric rolling stock (ERS) in traction mode and generated in recuperative braking mode, is not discussed. If this task for the traction mode is solved sufficiently, then for the recuperative braking mode of DC ERS such investigations are unknown. I the paper the quality indices of recuperated electric energy are represented by the voltage deviation, the voltage oscillation, and also the voltage impulse and temporary overvoltage. The numerical evaluation of these indices is done and shown for recuperated (and further inverted) energy , which was generated by electric locomotives VL11M6 in the sections of Prydniprovsk railway. It is determined that the real values of all mentioned indices of quality are step outside the limits of admissible quantity. The quality of inverted electric energy is investigated for the section Volovets - Batiovo of Lviv railway at the moment of electric locomotive VL11M operation. Inverting was done on railway substation Volovets. It is established that the voltage after inverting almost sinusoidal (although has non-paired harmonics) and current which is unclean considerably, integral indicator THDi in 3,6 times increases the accepted value, that is 5 %. As to the research results, the conclusion is the recuperated electric energy is the energy of low quality.
Keywords: electric energy, recuperation, quality, inverting, voltage, current, electric locomotive, harmonics.
Internal reviewer Sychenko V. G.
External reviewer Saenko Yu. L.
© Kocrrn M. O. Ta iH., 2015
