10.2 Verfassung der elektrischen Schaltung

Transkript

1 10.1 Dynamische Topologie Das ganze System besteht aus einer verformbare Schaltung zwischen Stromversorgung un Triebfahrzeug. Das versorgt ie Energie mit Eigenschaften, ie bei em Triebfahrzeug benützt weren können. Es bekommt Energie mit aneren Eigenschaften ie für en Transport aus em Erzeugungsort angemessen sin. Transport Erzeugung Schiene Fig Schematische Darstellung es elektrischen Zugförerungssystems Verfassung er elektrischen Schaltung Die Traktionsschaltung besteht sich auch zwei sehr verschieenen Stromleitern: 1. Die ie auf Träger isoliert ist un essen Kennaten schön bekannt sin. 2. Die Schienen un as Fel neben er Linie, wo er Strom mit unbestimmter Art fliesst. Man kann trotzem ein vereinfachtes Schema skizzieren, er alle mpeanzen enthält. Z Lokomotive Fig 10.4 Traktionsschaltung : vereinfachter Schema. 0 Distan x Die mpeanz Z ist ab er Distanz abhängig; man spricht so von linearer mpeanz. Man hat einige Werten für typischen en berechnet; für en Erleiter hat man Mittelwerten gewählt. Das soll sorgfältig montiert weren: man soll ie elektrische Kontinuität garantieren, soass em Hauptstrom urch ie Scheinen fliesst. Jean-Marc Allenbach & Michel Comte

2 Linear mpeanz [ /km] Eingleisig Zweigleisig 1,5 kv= 0,07 0,05 3 kv= 0,08 0,06 15 kv 16,7 Hz 0,08 + j 0,13 0,05 + j 0,08 25 kv 50 Hz 0,13 + j 0,35 0,09 + j 0,21 Fig Linear mpeanzen für typischen Linien. Die Spannung ie beim Triebfahrzeug wirklich benutzbar ist, ist ie Spannung am minus en Spannungsabfall auf er Linie. Der Spannungsabfall hängt aus er Distanz Triebfahrzeug un aus em Strom, er beim Triebfahrzeug benützt wir. Die Linien sin nicht alle aus einem einzigen gespeist. Man kann auch auf beien Enen einet Linie aus Länge speisen, besoners in Gleichstrom [km] SS2 SS U R' [km] Fig Relativen Spannungsabfällen auf einer Linie. Jean-Marc Allenbach & Michel Comte

3 10.2 Zusammensetzung Die en un ie sin mit Schützen verbunen, ie verschieenen Anornungen er Traktionsschaltung erlauben. Für Gleichstrom hat man kein Problem zwei en in Parallel zu schalten. Für einphasigen Wechselstrom soll man ie beien Phasen beachten bevor man eventuell ie en in Parallel schaltet. A Station C B A 3 C 4 B Abgangstation es s zwischen en Abgangstation es s Fig Kupplung zwischen zwei en. Um ie lineare mpeanz zu reuzieren benützt man oft ie Doppelspannung Speisung, mit Spartransformatoren auf er Linie. HT Spartransformatoren auf er Linie 50 kv Feeer 25 kv 25 kv Figure Speisung mit Doppelspannung: Beispiel für 25 kv. ntervalle zwischen en [km] Leistung pro [MVA] Gleichstrom 1500 V 8 à 14 3 à 12 Einphasen 16,7 Hz 15 kv 30 à à 30 Einphasen 50 Hz 25 kv 30 à à 30 Einphasen 50 Hz 2 x 25 kv 40 à à 60 Tableau ntervalle un Leistungen er en für verschieenen Systemen. Der Transformator efiniert ie Nennleistung es s, er kann kürzlich überlastet weren (z.b. 200%*P n währen 2 Minuten). Für Gleichstrom- ist ie Überlast noch urch en Maximalstrom es Gleichrichters begrenzt. Jean-Marc Allenbach & Michel Comte

4 10.3 Anspeisung Die Einphasen-en mit inustrieller Frequenz sin aus em generellen Dreiphasen-Netz gespeist (Fig a) bei Dreiphasen-Einphasen-Abspannstationen. Man soll ie Spannungsunsymmetrie begrenzen, wenn man ie e auf em Netz schaltet. Die Gleichstrom-en sin auch aus em generellen Dreiphasen-Netz gespeist (Fig c) bei Dreiphasen-Transformator un Gleichrichter. Am Anfang er elektrischen Zugsförerung existierten auch Gleichstromkraftwerken ie irekt ie anspeisten. Die Einphasen-en mit spezieller Frequenz ürfen aus Einphasen- un Einphasen-Netz urch Einphasen-e gespeist, aus em generellen Netz un Umrichter-e gespeist, oer urch eine Mischung beinen Moen. a) nustrielle Frequenz / nustrielle Frequenz HT-Netz 50 Hz 50 Hz a) Spezielle Frequenz / Spezielle Frequenz 16,7 Hz-Netz 16,7 Hz 16,7 Hz c) nustrielle Frequenz / Gleichstrom b) nustrielle Frequenz / Spezielle Frequenz 50 Hz 50 H z HT-Netz HT-Netz Gleichrichter- 0Hz Umrichter ,7 Hz Fig Verschieene Anspeisungslösungen. Für ie Frequenzwanlung hat man zuerst rotierenen Umrichter benützt: starre für Netze ohne Eigenerzeugung un weiche für Netze mit Eigenerzeugung. Man baut jetzt statischen Umrichter mit Gleichspannung-Zwischenkreis (U-Umrichter). Seite Dreiphasen un Seite Einphasen baut man mehrere Einfachumrichter in Kaskae, um ein guten Oberschwingungsgehalt zu garantieren. Die ersten Realisierung wuren mit GTO gebaut (CFF: Giubiasco) [122]. Heute nützt man gern GCT (DB: Bremen) [123], ie ie Leitungsverluste um 25 % reuzieren. Die Leistung er Steuerelektronik ist 5 bis 6 Mal nieriger un ie Kommutierungsauern 6 bis 8 Mal kürzer. Diese Kommutierungsauern sin mit GBT vergleichbar, ie mehr Leitungsverluste haben. Die Silikonstruktur eines GCT ist mit GBT sehr nah, man kann so Prouktion optimieren. Diese Einrichtungen ürfen ie Leistung in beien Richtungen führen. Jean-Marc Allenbach & Michel Comte

5 Solche Einrichtungen sin auch zwischen en generellen 50 Hz-Netz un ie Einphasen 50 Hz vorgesehen [147]. Mit einem bescheien Überpreis am baut hat man nierigeren Betriebskosten: Man hat keine Strafen am Energielieferant wegen Spannungsunsymmetrie zwischen Phasen zu bezahlen. Die Oberschwingungen aus Triebfahrzeugen sin bei en Filtern im Zwischenkreis vernichtet. Auch keine Strafe am Energielieferant. Die Blinleistung kommt aus em Zwischenkreis. Auch keine Strafe am Energielieferant. Die Spannung an er kann ynamisch geregelt weren: maximal Wert wenn as liefert un minimal Wert wenn es bekommt Leistung. Dreiphasen 50 Hz Umrichtern Umrichtern Transfo. mit 16.7 Hz Transformatoren Zwischenkreis in Parallel Sekunär in Serie Transfo. Fig Frequenzumrichter. Um ie Gleichstrom zu speisen nützt man heute weer rotierenen Maschinen noch Quecksilber-Gleichrichtern, ie am Anfang er elektrische Zugsförerung zu finen waren. Man nützt Dioen-Gleichrichtern. - U U 1 U 2 U 3 U Fig Dreiphasen-Brückengleichrichter. + U 2 U 3 U 1 Auf Einphasenwechselstrom ist ie lineare mpeanz komplex (Fig ). Am Triebfahrzeug ist ie Spannung nicht nur nieriger als am, es ist auch in Phasen geschoben (Fig.10.69a). Anstatt ie Distanz zwischen zu reuzieren, was sehr teuer sein kann, kann man Konensatoren in Serie mit er (RhB, NSB, fig b) oer in Parallel (SNCF, Fig c) hinzufügen. Die Spannung an er ist nicht nur höher, as soll auch weniger Blinleistung liefern: ie Phasenunterschie ss zwischen ie Spannung un er gelieferter Strom ist kleiner. Jean-Marc Allenbach & Michel Comte

6 R X L R X L X C R X L t R L R L C R L c X C R R L L C R L ss t ss C T t ss t Fig Spannungsabfall-kompensation urch Konensatoren. Die passiven Komponenten sin nur auf Teilen er Linie mit einem bescheienen Anzahl Lasten nützlich. Man installiert heute statischen Kompensatoren (SVC) ie mit Konensatoren, nuktivitäten un Halbleiten gebaut weren. Ein Software beobachtet Spannung un Strom an er, es steuert ie Halbleitern um ie Blinleistung un Oberschwingungen zu minimieren Die mpeanz ist so in Echtzeit an er Last lokal angepasst. Schienen A Basis-Schaltung Schienen B Schaltung mit kommutierten nuktanzen Schienen C Schaltung mit Filtern un gesteurten Kapazitäten Fig Statische Kompensatoren für Blinleistung. Die Gleichstrom-e sin realen Spannungsquellen für U 0 geregelt, mit eine interne Wierstan interne R i un für ein Nennstrom ssn. Sie ürfen momentan überlastet weren. U ss U R (10.75) 0 i ss ss2h,5 ssn ss1min 3 1 (10.76) ssn Die Einphasen-e ohne Leistungselektronik, ürfen auch überlastet weren. ss15min,5 ssn ss5min 2 1 (10.77) ssn Jean-Marc Allenbach & Michel Comte