Специальное оборудование тяговых подстанций постоянного тока

На тяговых подстанциях постоянного тока устанавливают специальные аппараты для уменьшения помех, вызванных выпрямительной аппаратурой, в других электрических цепях железной дороги или питающей энергосистемы. К таким аппаратам относят сглаживающие устройства и устройства для компенсации реактивной мощности.
Сглаживающие устройства. Эти устройства предназначены главным образом для ограничения влияния пульсаций постоянного тока, вызванных выпрямителем, на линии связи, проходящие параллельно контактной сети железнодорожной линии. Выпрямленное напряжение можно представить в виде суммы постоянной и переменной составляющих. Переменная составляющая, в свою очередь, является суммой ряда гармонических колебаний (составляющих), частота которых зависит от схемы выпрямления. Наименьшие частоты свойственны наибольшему току (эффективное значение переменной составляющей тока может достигать 15—18% значения постоянной составляющей). Гармонические составляющие вызывают в линиях связи, идущих параллельно контактной сети, индуктированные напряжения и токи, которые создают звуковые и другие помехи.
Чтобы токи высокой частоты не попадали в контактную сеть, для них на тяговой подстанции необходимо создать резонансный контур (или шунт), в котором бы они замыкались. Принцип действия такого контура основан на том, что определенным образом подобранные цепочки индуктивностей и емкостей создают для переменного тока нулевое реактивное сопротивление. Подбирая для наибольших гармонических составляющих такие цепочки, получают фильтр, в котором закорачиваются гармоники тока. Чтобы при этом гармоники тока не достигали слишком больших значений, последовательно с фильтром включают реактор, ограничивающий все переменные составляющие тока. Фильтр и реактор и представляют собой сглаживающее устройство.
Каждая цепочка, состоящая из индуктивной катушки и конденсаторов, соединенных последовательно с ней, включается между положительной и отрицательной шинами подстанции. Количество цепочек зависит от числа гармоник, которые необходимо не пропустить, и обычно равно четырем или пяти.
Часто на подстанциях устанавливают два сглаживающих устройства (так называемые двухзвенные сглаживающие устройства), реакторы которых включены последовательно. Фильтр первого такого устройства включен после первого реактора, а второго — после второго реактора. Каждое звено может состоять из нескольких ветвей. Имеется несколько типов сглаживающих устройств, различающихся по числу звеньев (одно-два), числу ветвей в звене (три — пять) и частотам, на которые настроены отдельные ветви.
Индуктивные катушки фильтра устройства изготовляют из медных полос, навитых в виде концентрических спиралей на деревянные каркасы. Емкости представляют собой заводские фильтровые конденсаторы по 5—12 мкФ, размещенные в наполненных маслом банках. Фильтр устанавливают в отдельном помещении.
Реактор состоит из медного или алюминиевого голого провода, уложенного в бетонный каркас. Провод вместе с каркасом представляет собой цилиндр (соленоид), где один виток отделен от другого изоляционным воздушным промежутком. Реактор устанавливают в отдельном помещении на изоляторах.
Устройства для компенсации реактивной мощности. Эти устройства иногда устанавливают на тяговых подстанциях постоянного тока. Применяют устройства КПИ (разработано Киевским политехническим институтом) и ЧПИ (Челябинским политехническим институтом). Эти устройства с помощью .дополнительной аппаратуры воздействуют на работу выпрямителя, переводя его в режим, в котором в течение части периода выпрямления вырабатывается емкостный ток.
В устройстве КПИ обычный выпрямительный агрегат дополнен уравнительной катушкой и трехфазной батареей конденсаторов. Конденсаторы, перезаряжаясь, изменяют угол коммутации выпрямителя (искусственная коммутация), переводя его в режим, при котором выпрямитель становится источником реактивной мощности.
В устройстве ЧПИ выпрямительный агрегат дополнен однофазной конденсаторной батареей и разделяющей катушкой КРОМ, включенными в нулевые точки вторичных обмоток тяговых трансформаторов, соединенных в звезду.
Назначение и действие схем обоих устройств идентичны. Схема устройства ЧПИ несколько дешевле, но может быть применена только там, где первичная обмотка тягового трансформатора соединена в треугольник Схема устройства КПИ дороже, но более универсальна.