Připnutí LC větví FKZ k přípojnici 27 kv trakční napájecí stanice

Podobné dokumenty
Analýza poměrů při použití ukolejňovacího lana v železniční stanici

Vliv změny ovládacího kmitočtu systému hromadného dálkového ovládání na filtračně-kompenzační zařízení trakčních napájecích stanic Českých drah

Karel Hlava. Klíčová slova: dvanáctipulzní usměrňovač, harmonické primárního proudu, harmonické usměrněného napětí, dělení usměrněného proudu.

Diagnostika vlivu napájecí soustavy jednofázové trakce ČD na signál hromadného dálkového ovládání

Ztráty v napájecí soustavě

8. MOŽNOSTI PRO OMEZOVÁNÍ HARMONICKÝCH Úvod. Míra vlivu zařízení na napájecí síť Je dána zkratovým poměrem (zkratovým číslem)

Přechodné děje 2. řádu v časové oblasti

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

9.5. Soustavy diferenciálních rovnic

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

TECHNIKA VYSOKÝCH NAPĚŤÍ. #4 Elektrické výboje v elektroenergetice

Trakční napájecí soustava pro vozidla řady 680

Rezonanční obvod jako zdroj volné energie

Analýza napěťových harmonických v trakčním vedení železnic ČD

Technika vysokých napětí. Elektrické výboje v elektroenergetice

2 Teoretický úvod Základní princip harmonické analýzy Podmínky harmonické analýzy signálů Obdelník Trojúhelník...

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

rovnic), Definice y + p(x)y = q(x), Je-li q(x) = 0 na M, nazývá se y + p(x)y =

ITO. Semestrální projekt. Fakulta Informačních Technologií

Zlepšení vlastností usměrňovače s kapacitní zátěží z hlediska EMC

Porovnání výsledků simulace a experimentálního měření harmonických frekvencí

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2015

Otázky EMC při napájení zabezpečovacích zařízení a rozvodů železničních stanic ČD

Elektromechanický oscilátor

9.7. Vybrané aplikace

Simulace přechodných stavů při zkratu na trakčním vedení

LC oscilátory s nesymetrickým můstkem II

R β α. Obrázek 1: Zadání - profil složený ze třech elementárních obrazců: 1 - rovnoramenný pravoúhlý trojúhelník, 2 - čtverec, 3 - kruhová díra

4.1 Řešení základních typů diferenciálních rovnic 1.řádu

UNIVERZITA PARDUBICE DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA

Elektromagnetická kompatibilita trojfázového můstkového usměrňovače s R-C zátěží vůči napájecí síti

Diferenciální rovnice 3

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

PŘÍKLAD PŘECHODNÝ DĚJ DRUHÉHO ŘÁDU ŘEŠENÍ V ČASOVÉ OBLASTI A S VYUŽITÍM OPERÁTOROVÉ ANALÝZY

Příloha č. 1. amplitudová charakteristika filtru fázová charakteristika filtru / frekvence / Hz. 1. Určení proudové hustoty

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

I. část - úvod. Iva Petríková

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Vítězslav Stýskala, Jan Dudek. Určeno pro studenty komb. formy FBI předmětu / 06 Elektrotechnika

Měření závislosti indukčnosti cívky (Distribuce elektrické energie - BDEE)

Kapacita, indukčnost; kapacitor-kondenzátor, induktor-cívka

1. Obecná struktura pohonu s napěťovým střídačem

Obsah. Aplikovaná matematika I. Gottfried Wilhelm Leibniz. Základní vlastnosti a vzorce

Řešíme tedy soustavu dvou rovnic o dvou neznámých. 2a + b = 3, 6a + b = 27,

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

Vzpěr jednoduchého rámu, diferenciální operátory. Lenka Dohnalová

Přechodné jevy při provozování filtračně kompenzačních zařízení na ČD

arcsin x 2 dx. x dx 4 x 2 ln 2 x + 24 x ln 2 x + 9x dx.

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela obvodové funkce

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

9 V1 SINE( ) Rser=1.tran 1

Základy elektrotechniky

JEDNOTKY. E. Thöndel, Ing. Katedra mechaniky a materiálů, FEL ČVUT v Praze. Abstrakt

Příklady pro předmět Aplikovaná matematika (AMA) část 1

Nelineární obvody. V nelineárních obvodech však platí Kirchhoffovy zákony.

Napájení elektrických drah

Specifika trakčního napájecího systému 2 AC 25 kv 50 Hz

Digitální učební materiál

Základy elektrotechniky

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

Studium tranzistorového zesilovače

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

9.4. Rovnice se speciální pravou stranou

7. Derivace složené funkce. Budeme uvažovat složenou funkci F = f(g), kde některá z jejich součástí

9.2. Zkrácená lineární rovnice s konstantními koeficienty

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

Nalezněte obecné řešení diferenciální rovnice (pomocí separace proměnných) a řešení Cauchyho úlohy: =, 0 = 1 = 1. ln = +,

Neřízené diodové usměrňovače

Diferenciální rovnice

Abychom se vyhnuli užití diferenčních sumátorů, je vhodné soustavu rovnic(5.77) upravit následujícím způsobem

VI. Derivace složené funkce.

7 Měření transformátoru nakrátko

(test version, not revised) 9. prosince 2009

U1, U2 vnější napětí dvojbranu I1, I2 vnější proudy dvojbranu

Cvičení 11. B1B14ZEL1 / Základy elektrotechnického inženýrství

Model dvanáctipulzního usměrňovače

FYZIKA II. Petr Praus 10. Přednáška Elektromagnetické kmity a střídavé proudy (pokračování)

Inverzní Laplaceova transformace

Nejprve si připomeňme z geometrie pojem orientovaného úhlu a jeho velikosti.

2D transformací. červen Odvození transformačního klíče vybraných 2D transformací Metody vyrovnání... 2

Projevy dotvarování na konstrukcích (na úrovni průřezových modelů)

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

Nejdřív spočítáme jeden příklad na variaci konstant pro lineární diferenciální rovnici 2. řádu s kostantními koeficienty. y + y = 4 sin t.

1 Úvod. Vědeckotechnický sborník ČD č. 29/2010. Michal Satori 1

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Substituce ve vícenásobném integrálu verze 1.1

Tlumené a vynucené kmity

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

16 Fourierovy řady Úvod, základní pojmy

1. Náhodný vektor (X, Y ) má diskrétní rozdělení s pravděpodobnostní funkcí p, kde. p(x, y) = a(x + y + 1), x, y {0, 1, 2}.

Přehled veličin elektrických obvodů

Seznámíte se s principem integrace metodou per partes a se základními typy integrálů, které lze touto metodou vypočítat.

1 Modelování systémů 2. řádu

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

Účinky měničů na elektrickou síť

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

Transkript:

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 Doc. Ing. Karel Hlava, Sc. Ing. adovan Doleček, Ph.D. Připnutí větví FKZ k přípojnici 7 kv trakční napájecí stanice Klíčová slova: trakční proudová soustava 5 kv, 50 Hz; filtračně kompenzační zařízení; přechodný jev připnutí větve k napětí Úvod Filtračně-kompenzační zařízení (FKZ se používá pro zlepšení účiníku trakčního odběru způsobeného diodovým trakčním měničem hnacích vozidel a pro omezení průniku harmonických proudu do napájecí sítě 0 kv. Odvození výchozích rovnic Předmětem analýzy je vyšetření přechodného jevu vznikajícího při připojení větví k trakčnímu napětí. Platí výchozí diferenciální rovnice ve tvaru di i+ L + idt UTV, MAXsin( t+ ψ ( dt kde, L TV,MAX, jsou prvky větve FKZ U je amplituda trakčního napětí kruhová frekvence trakčního napětí ( 00 π ψ fáze, ve které je trakční napětí připojeno Po derivování dostaneme nehomogenní diferenciální rovnici s pravou stranou d i di i L + + U TV, MAXcos( t+ ψ ( dt dt Obecný integrál této nehomogenní rovnice se skládá ze součtu obecného integrálu homogenní rovnice (bez pravé strany a partikulárního integrálu rovnice nehomogenní (úplné. Dostaneme výraz Doc. Ing. Karel Hlava, Sc., 930, absolvent ČVUT FEL obor elektrická trakce, r. 953, vědecký pracovník (ČD VÚŽ, TÚD, SŽE, nyní docent katedry elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice. Ing. adovan Doleček, 97, absolvent Dopravní fakulty Jana Pernera Univerzity Pardubice, obor Dopravní infrastruktura- elektrotechnika, specializace Elektrická trakční zařízení, r. 999, nyní interní postgraduální doktorské studium na DFJP UPa KEEZ v tématice Pevná trakční zařízení.

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 i ( t I sin( t+ψ ϕ + exp( βt [ K cos( t + K sin( t ] (3,MAX kde: první člen představuje ustálenou složku proudu větve, druhý člen pak přechodovou složku proudu větve během přechodného jevu. U TV,MAX I,MAX je amplituda ustáleného proudu (4 Z Z + L (5 L ϕ arctg (6 L β je činitel tlumení (7 β 00πn je vlastní kruhová frekvence větve L- (8 L f n kde f je rezonanční frekvence větve vztažená na 50 Hz (9 50 Integrační konstanty K a K určíme z počátečních podmínek pro t 0, které formulujeme takto: pro t 0 bude i 0 pro t 0 bude u 0 Z první podmínky plyne pro K K I,MAXsin( ψ ϕ (0 Druhá podmínka vyžaduje integrovat rovnici (3, dosadit z rovnice (0 a položit t 0. Dostaneme I,MAX β + K βsin( ψ ϕ cos( ψ ϕ ( Časový průběh proudu větve L- po jejím připojení na trakční napětí je dán výrazem

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 i I ( t,max + exp sin ( t+ψ ϕ β + β + ( βt sin( t sin( ψ ϕ cos( ψ ϕ cos( t sin( ψ ϕ ( Tento obecně platný výraz je možno pro další analýzu podstatně zjednodušit bez znatelné výpočetní chyby použitím následujících předpokladů: oprávněně lze přijmout, že k prvnímu průchodu proudu větví dojde přeskokem mezi kontakty vypínače v okamžiku, kdy napětí TV bude dosahovat své vrcholové hodnoty, že tedy bude platit π ψ (3 pro obvyklé parametry prvků větví platí, že ohmická složka impedance větve pro základní kmitočet 50 Hz je zanedbatelná proti složce imaginární, pak platí π ϕ (4 z téhož předpokladu dále vyplývá pro výraz Z Z n L (5 00π pro ohmický odpor rezonanční tlumivky platí přibližný výraz L (6 30 z čehož plyne pro konstantu tlumení hodnota nezávislá na ladění větve β 60 5,36 (7 čtverec hodnoty tlumení β je číselně zanedbatelný vůči hodnotě čtverci kruhové rezonanční frekvence větve. Za těchto předpokladů lze napsat zjednodušený výraz pro okamžitou hodnotu proudu větve FKZ ve tvaru i n ( t I [ sin( t exp( β t n sin( n t ] (8,MAX Z tohoto výrazu lze odvodit závažné poznatky: poměr i ( t I, MAX závisí pouze na naladění větve dané hodnotou, protože jak tak β jsou konstanty, v prvních okamžicích po připnutí větve (až na celkem malý útlum je amplituda superposice přechodné složky proudu větve n -kráte větší než amplituda složky ustálené. n 3

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 Dílčím úkolem je výpočet extrémních hodnot proudu t ( t i, které nastanou v jednotlivých okamžicích. Početně bychom daný úkol řešili derivací výrazu (8 podle času a položením této derivace rovnou nule. Výsledná transcendentní rovnice by byla zbytečně složitá, a proto přijmeme zjednodušení výrazu (7 spočívající ve vynechání prvku exp( β t. Vzhledem k výše odvozené číselné hodnotě β 5, 36 se tímto postupem dopustíme ve stanovení t pro hodnoty t 0 ms chyby cca 5 %. Dále využijeme vztahu n Derivováním výrazu (8 s použitím uvedeného zjednodušení dostaneme jednoduchou goniometrickou rovnici cos ( t n cos ( n t (9 Také hodnota t závisí pouze na naladění větve daném hodnotou n. Časový průběh napětí na kondenzátorové skupině větve z časového průběhu proudu větve ( t u U,,,MAX + exp i pomocí výrazu u, ( t (0 lze odvodit u,( t i( t dt ( Úplný výraz pro u, ( t ( t cos( t+ψ ϕ + ( βt sin( t platný pro obecný okamžik připnutí napětí TV má tvar βcos ( ψ ϕ odvození i ( t a dostaneme pro ( t sin + ( ψ ϕ cos( t cos( ψ ϕ Při aplikaci tohoto výrazu použijeme stejné zjednodušující předpoklady jako pro jednodušší výraz u, β u,( t U,,MAX cos( t + exp( β t sin( t + cos( t (3 kde U I U,MAX TV,MAX.,MAX (4 Z Časový průběh napětí na kondenzátorové skupině během přechodného jevu u t U také závisí pouze připínání k trolejovému napětí vyjádřený poměrem,(,, MAX na naladění větve, protože platí n a β i jsou konstanty. Goniometrická rovnice pro výpočet časových okamžiků t, kdy dojde k extrémní hodnotě napětí na kondenzátorové skupině, má tvar sin ( t, + β cos( t, sin( t, ( t, ( (5 Také tento výraz pro výpočet okamžiku extrému u,, závisí pouze na naladění větve ( n a na jejím útlumu β. 4

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 Číselný příklad Vstupní údaje: ladění větve 3. harmonické, 95 kapacita kondenzátorů větve 3. harmonické n, 3, 3 0, µ indukčnost rezonanční tlumivky 3. harmonické L, 3 0,4 H ladění větve 5. harmonické 5, 00 kapacita kondenzátorů větve 5. harmonické indukčnost rezonanční tlumivky 5. harmonické napětí TV Výpočet časového průběhu proudu větve 3. harmonické n, 5, 5 3,47 µ F F L, 5 0,68 H U TV 7500 V Budeme analyzovat nejhorší případ, tj. připojení větve 3. harmonické k trolejovému napětí v okamžiku jeho maxima. Časový průběh proudu i, 3( t je dán upraveným výrazem (8 ( t I [ sin( t exp( β t n sin( t ] i,3,max,3,3, 3 kde pro zadané parametry příkladu platí dále: I,MAX, 3,3 96,8 40,9 A Ukázka časového průběhu ( t i, 3 je na obrázku. t Extrémní hodnoty tohoto proudu nastávají v časových okamžicích, které lze určit řešením rovnice (0. Dostaneme postupně hodnoty podle této tabulky, kde jsou zároveň uvedeny hodnoty poměru i t I i odpovídající extrémní hodnoty,3(,max, 3 proudu větve 3. harmonické [ A] i,max, 3 : Pořadové číslo extrému t [ms] (,3 t I,MAX, 3 i [ A] i,max, 3,59,438 34,8 5,08 3,87 545,6 3 8,59,376 334,7 4,76,36 35,0 5 5,4 3,7 54, 5

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 Obrázek - časový průběh proudu větve 3. harmonické 500A 0A -500A 0ms I(L3 50ms 00ms 50ms 00ms 50ms Time Výpočet časového průběhu proudu větve 5. harmonické Opět použijeme výraz (0 a ze vstupních parametrů dostáváme: I,MAX, 5 44,6 A,5 570,8 Ukázka časového průběhu ( t i, 5 je na obrázku. Pro extrémní hodnoty proudu a jejich okamžiky vzniku platí tabulka: Pořadové číslo extrému t [ms] (,5 t I,MAX, 5 i [ A] i,max, 5 0,973 4,669 06,9 3,03 5,73 53,3 3 5,00 3,87 70,94 4 6,99 5,63 48,66 5 9,0 4,464 97, 6

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 Obrázek - časový průběh proudu větve 5. harmonické 500A 0A -500A 0ms I(L5 50ms 00ms 50ms 00ms 50ms Time Výpočet časového průběhu celkového proudu obou větví FKZ ovnice pro časový průběh celkového proudu FKZ i t,elk ( je dán součtem dílčích proudů podle výrazu (8 použitého pro obě sledované harmonické. Výraz pro výpočet okamžiků vzniku extrémních hodnot tohoto celkového proudu také je dán výrazem (0 aplikovaném v součtu pro obě sledované harmonické a řešeném pro hledané okamžiky jako celek. Jedná se zde pak o výraz I,MAX,3 + I,MAX,5 ( cos( t,95 cos(,95 t cos( t 5 cos( 5 t ( 0 Ukázka časového průběhu i ( t Vypočtené hodnoty Pořadové číslo extrému, ELK je na obrázku 3. t a i ( t jsou uvedeny na následující tabulce:,elk t [ms] i,elk ( t [ A], 50,93 3,983 394,5 3 6,35 444,85 4 8,855 5,6 5,77 45,66 + 7

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 Obrázek 3 - časový průběh celkového proudu obou větví FKZ 500A 0A -500A 0ms 50ms 00ms 50ms 00ms 50ms I(L3+ I(L5 Time Výpočet časového průběhu napětí na kondenzátorové skupině větve 3. harmonické Časový průběh napětí ( t u,, 3 je dán upraveným výrazem (3 β ( t U cos( t + exp( β t sin( t + cos( t u,,3,,max,3,3, 3,3 kde pro zadané parametry příkladu platí dále: U,,MAX, 3 43938 V,3 96,8 Ukázka časového průběhu ( t u,, 3 je na obrázku 4. t Extrémní hodnoty tohoto napětí nastávají v časových okamžicích, které lze určit řešením rovnice (5. Dostaneme postupně hodnoty podle této tabulky, kde jsou zároveň uvedeny hodnoty poměru u t U i odpovídající extrémní,,3 (,,MAX, 3 hodnoty napětí na kondenzátorové skupině větve 3. harmonické V : u,,max, 3 [ ] Pořadové číslo extrému t [ms] (,,3 t U,,MAX, 3 u [ V] u,,max, 3 3,09,509 6630 7,08,536 67484 3 0,0 0,050 08, 4 3,5,46 68 5 7,4,59 6780 8

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 Obrázek 4 - časový průběh napětí na kondenzátorové skupině větve 3. harmonické 80KV 50KV 0V -50KV -80KV 0ms 50ms 00ms 50ms 00ms 50ms V(3: Time Výpočet časového průběhu napětí na kondenzátorové skupině větve 5. harmonické Časový průběh napětí ( t u,, 5 je dán upraveným výrazem (3 β ( t U cos( t + exp( β t sin( t + cos( t u,,5,,max,5,5, 5,5 kde pro zadané parametry příkladu platí dále: U,,MAX, 5,5 570,8 405 V Ukázka časového průběhu ( t u,, 5 je na obrázku 5. t Extrémní hodnoty tohoto napětí nastávají v časových okamžicích, které lze určit řešením rovnice (5. Dostaneme postupně hodnoty podle této tabulky, kde jsou zároveň uvedeny hodnoty poměru u t U i odpovídající extrémní,,5 (,,MAX, 5 hodnoty napětí na kondenzátorové skupině větve 3. harmonické V : u,,max, 5 [ ] Pořadové číslo extrému t [ms] (,,5 t U,,MAX, 5 u [ V] u,,max, 5,99,805 7337 4,5 0,689 793 3 5,879 0,679 7506 9

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 4 8,075,775 706 5 0,00 0,05 067 Obrázek 5 - časový průběh napětí na kondenzátorové skupině větve 5. harmonické 80KV 50KV 0V -50KV -80KV 0ms 50ms 00ms 50ms 00ms 50ms V(5: Time Závěr Analytický výpočet a navazující konkrétní číselný příklad ukazují, že přechodný jev následující po připnutí větve filtračně kompenzačního zařízení k trakčnímu napětí se projeví jak v proudu větve, tak i v napětí na kondenzátorové skupině větve dočasným zvýšením hodnot vůči hodnotám ustáleným. Jako nejzávažnější se jeví stav, kdy k připojení větví dojde v okamžiku, kdy trakční napětí dosahuje své amplitudové hodnoty. Útlum přechodného jevu je v konkrétních podmínkách číselného příkladu velmi pozvolný, takže lze očekávat jeho pokles až za přibližně několik desítek period základní složky. t Tabulky podávají informaci o okamžicích vzniku extrémních hodnot především proudu v obou větvích, vyjádřených součinitelem i t I. (, MAX Podobné údaje jsou v tabulkách obsaženy i pro napětí na kondenzátorové skupině větve. Literatura: Hlava K.: Elektromagnetická kompatibilita (EM drážních zařízení Skriptum Univerzity Pardubice, 004 Doleček.: Přechodné jevy v napájecích stanicích ČD 5 kv, 50 Hz Doktorská disertační práce, Univerzita Pardubice, 006 0

Vědeckotechnický sborník ČD č. /006 V Praze, listopad 006 Lektoroval: Ing. Vladivoj Výkruta Elektrizace železnic