PARALLEL CONNECTION OF TRACTION SUBSTATIONS FOR

PEAK POWER REDUCTION AND ADJUSTMENT OF PROTECTIVE

RELAYS

Jedan od najjednostavnijih načina smanjenja ukupnih troškova za električnu energiju je nedijeljenje teretnih vlakova.

U ovom slučaju se zapravo povećavaju troškovi vršne snage, ali se ukupni troškovi za utrošenu električnu energiju smanjuju.

U ovom radu je prikazan proračun impedancija i struja kratkih spojeva.

Dat je akcent na podešenje distantne zaštite kontaktne mreže samostalno priključenih elektrovučnih podstanica kao i paralelno

spregnutih elektrovučnih podstanica

SUSTAV ELEKTRIČNE VUČE 25 kV; 50 Hz

Paralelno sprezanje elektrovučnih podstanica

Elektrovučno vozilo na pruzi zahtijeva snagu: P= 𝑈 ∙ 𝐼 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜑 (1)

gdje je: 𝑈 – električni napon 𝑉 ,𝐼 – intenzitet električne struje 𝐴 ,cos𝜑 – faktor snage

Kada je u funkciji samo jedna elektrovučna podstanica vrijedi izraz (1), a kada su dvije elektrovučne podstanice spregnute paralelno vrijedi izraz: 𝑃 = 𝑃1 + 𝑃2 (2)

𝑃1<𝑃𝑃2<𝑃

smanjuju se troškovi vršne snage

Treba izbjeći nesimetriju.

Naponi na primarima i sekundarima obje podstanice trebaju biti jednaki po modulu i kutu kako bi se izbjegla pojava tranzitnih struja.

Potreban brzi regulator napona kako bi sespriječila pojava tranzitne struje, odnosno tranzitradne i jalove snage kroz kontaktnu mrežu iodržao isti naponski nivo

Ekvivalentna shema dvije paralelno spregnute elektrovučne podstanice.

𝑈𝐴1- fazni napon trofazne mreže na ulazu u prvu podstanicu, 𝑈𝐴2- fazni napon trofazne mreže na ulazu u drugu podstanicu, 𝑍𝐷𝑉 - impedancija dalekovoda po fazi, 𝑍𝐾𝑀 - impedancija kraka kontaktne mreže koja odgovara polovini rastojanja

između elektrovučnih podstanica, 𝐼𝐴 - fazna struja kroz dalekovod, 𝐼𝐾𝑀′ - tranzitna struja kroz kontaktnu mrežu svedena na primarnu stranu, 𝑍𝐸 - ekvivalentna impedancija.

𝐼𝐾𝑀′ =

𝑈𝐴1 − 𝑈𝐴2 𝑍𝐸

gdje je: 𝑍𝐸 = 2 ∙ 𝑍𝐸𝑉𝑃′ + 𝑍𝐾𝑀

′ + 𝑍𝐷𝑉 ∙ 𝑏 − 𝑍𝐷𝑉

𝑏 =1

1 − 𝑎

𝑎 = 𝑒𝑗2𝜋

3 = −1

2+ 𝑗 ∙

3

2- kompleksni operator direktnog trofaznog

sistema,

𝑍𝐸𝑉𝑃′

– ekvivalentna impedancija elektrovučne podstanice

Realni i imaginarni dijelovi ekvivalentne impedancije 𝑍𝐸 su dati slijedećim izrazima

𝑅𝐸 = 𝑅𝐸𝑉𝑃′ + 𝑅𝐾𝑀

′ −3

3∙ (𝑋𝐸𝑉𝑃

′ + 𝑋𝐾𝑀′ + 𝑋𝐷𝑉)

𝑋𝐸 = 𝑋𝐸𝑉𝑃′ + 𝑋𝐾𝑀

′ +3

3∙ 𝑅𝐸𝑉𝑃

′ + 𝑅𝐾𝑀′ + 𝑅𝐷𝑉

Tranzitna struja kroz kontaktnu mrežu pri paralelnoj sprezi dvije elektrovučne podstanice svedena na primarnu stranu

Kako su primarni namotaji vučnih transformatora povezani na iste faze moguće su struje izjednačenja i kroz dalekovod na koji su priključeni paralelno spregnuti transformatori, jer je poprečni presjek provodnika dalekovoda mnogo veći od ekvivalentnog poprečnog presjeka kontaktne mreže, što je povoljno jer se tako smanjuju tranzitne struje kroz kontaktnu mrežu ili se u krajnjem slučaju izbjegava njihova pojava i utjecaj u kontaktnoj mreži.

U ovom slučaju potrebno je osigurati selektivnost i točnost distantne zaštite kontaktne mreže pomoću releja smjera snage u postrojenjima za sekcioniranje, jer se energija do elektrovučnog vozila i mjesta zemljospoja dostavlja dvostrano.

Pozicioniranje zaštitnih releja u postrojenjima za sekcioniranje kada su elektrovučne podstanice spregnute paralelno

Selektivnost distantne zaštite kontaktne mreže se postiže stupnjevanjem zaštitnih zona i to u tri zone tzv. stupnjevanjem „u susret”

Proračun impedancija i struje kratkog spoja

Ekvivalentna shema sustava električne vuče 25 kV; 50 Hz

gdje je: 𝑍𝑀 - impedancija elektroprivredne mreže pri dvopolnom kratkom spoju na

sabirnicama 110 𝑘𝑉 u elektrovučnoj podstanici svedena na napon kontaktne mreže, 𝑍𝑇 - impedancija monofaznog transformatora u elektrovučnoj podstanici, 𝑍𝑒𝑘𝑣′ - ekvivalentna podužna impedancija kontaktne mreže

𝐼𝐾𝑆 = 𝑈

2 ∙ 𝑍𝑀 + 𝑍𝑇 + 𝑍𝑒𝑘𝑣′ ∙ 𝑙

𝐴

gdje je: 𝑈 – napon kontaktne mreže 𝑉

Impedancija kratkog spoja računa se prema sljedećem izrazu:

𝑍𝑢𝑘 = 2 ∙ 𝑍𝑀 + 𝑍𝑇 + 𝑍𝑒𝑘𝑣′ ∙ 𝑙

Impedancija koju mjeri distantni (impedantni) relej u postrojenju zasekcioniranje data je izrazom:

𝑍𝑚𝑗 = 𝑍𝑒𝑘𝑣′ ∙ 𝑙

Kada su elektrovučne podstanice spregnute paralelno proračun struje kratkog spoja na kontaktnoj mreži je potpuno jednak kao u prethodnom slučaju.

Ukupna struja na mjestu kratkog spoja se dobiva kao zbir struja pojedinih elektrovučnih podstanica.

Ekvivalentna shema sustava električne vuče 25 kV; 50 Hz pri paralelnoj sprezi elektrovučnih podstanica

Rezultati proračuna

Ulazni podaci:

𝑈 = 25 𝑘𝑉; 𝑍𝑀 = 𝑗 ∙ 0,275625 𝛺; 𝑍𝑇 = 𝑗 ∙ 8,3333𝛺

Ekvivalentna podužna impedancija kontaktne mreže uz primjenu tračnica S-49 i UIC 60.

Rezultati:

Struja kratkog spoja jednokolosiječne pruge

Impedancija kratkog spoja (R-X dijagram) koju mjere impedantni releji sa smjernim članom u postrojenju za sekcioniranje sa metalnim zemljospojem i otporom električnog luka 𝑅𝑔 = 5 𝛺 i karakteristika prorade releja prikazane su

na slijedećoj slici

Impedancija koju mjere distantni releji u postrojenju za sekcioniranje i karekteristika releja

Impedancija koju mjeri distantni relej u ovisnosti od udaljenosti.

ZAKLJUČAK

Smanjenje vršne snage postiže se paralelnim sprezanjem elektrovučnih podstanica. Pozicioniranjem releja distantne zaštite u postrojenja za sekcioniranje, dobiva se odgovarajuća selektivnost jer se isključuje samo dionica pruge na kojoj se desio kratak spoj (zemljospoj) uz precizno mjerenje udaljenosti mjesta kvara što omogućava brzu detekciju mjesta kvara i njegovo brzo otklanjanje.

Releji distantne zaštite treba da se podešavaju sa vremenima zadrške 0,3 do 0,6 s po zonama djelovanja, a selektivnost zaštite se postiže upotrebom releja sa smjernim članom koji promatra smjer snage, što omogučava tzv. stupnjevanje „u susret“.

To znači da se prva zona djelovanja podešava bez vremena zadrške, a sljedeća zona djelovanja sa zadrškom 0,3 s. Treća zona djelovanja se podešava na 0,6 s zadrške i služi kao rezervna zaštita u slučaju nedjelovanja susjednog zaštitnog releja.