Dziś jest wtorek, 15 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8958 -0.48% 1EUR 4.2969 -0.3% 1GBP 4.8998 +0.14%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Reklama

Aktualności
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
17 październik 2019
72 edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu 
więcej
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
21 październik 2009.

Układy prostownikowe w systemach zasilania trakcji elektrycznej cz. 2

4. Prostowniki dla układów zasilania trakcji kolejowej.
Równocześnie z pracami badawczo-wdrożeniowymi nad zespołami prostownikowymi dla trakcji miejskiej i kopalnianej prowadzono odpowiednie prace nad prostownikami krzemowymi przeznaczonymi dla PKP. W latach 1965 - 1966 został opracowany i wykonany w Fabryce ELTA zespół prostownikowy z prostownikiem PK-0,66/3,3 o mocy 2200 kW, napięciu 3,3 kV i prądzie 600 A. W skład prostownika wchodziło 480 diod firmy Westinghause o prądzie 150 A i napięciu 1200 V. W kolejnych latach opracowywano, badano we współpracy z Instytutem Elektrotechniki i wprowadzono do produkcji kolejne wersje prostowników kolejowych o coraz mniejszej liczbie przyrządów półprzewodnikowych lecz większej mocy znamionowej. Możliwości tego rodzaju wynikały z postępu w produkcji diod mocy, kiedy to na rynku pojawiły się przyrządy o coraz wyższych parametrach napięciowo-prądowych.
 W drugiej połowie lat 70-tych ubiegłego wieku rozpoczęto prace analityczno-projektowe nad 12-pulsowymi zespołami prostownikowymi o zwiększonej mocy i zmniejszonej emisji wyższych harmonicznych prądu do zasilającej sieci elektroenergetycznej. W wyniku prac analitycznych projektowych i badawczych przygotowano dwa rozwiązania techniczne wprowadzone do produkcji w fabryce ELTA w roku 1985. Instytut Elektrotechniki uczestniczył w badaniach prototypów tych urządzeń i wstępnej ich eksploatacji na podstacjach trakcyjnych. Po przeprowadzonych badaniach wprowadzono modyfikacje konstrukcyjne w prostownikach a przede wszystkim w modułach diodowych wytwarzanych przez krajowego producenta przyrządów półprzewodnikowych Zakłady LAMINA. W drugiej połowie lat 80-tych rozpoczęto w fabryce ELTA produkcję dwóch typów prostowników 12-pulsowych: PD-16/3,3 i PD-12/3,3 o napięciu wyjściowym 3,3 kV i mocach 5,85 MVA i 4,4 MVA. Prostowniki te o układzie dwóch szeregowo połączonych 3-fazowych mostków prostowniczych zostały wykonane z 72 modułów diodowych typu MOD9P-1600-20-T i MOD-9P-1000-20-T - produkcji krajowej. Mostki te były zasilane z dwóch uzwojeń wtórnych transformatora prostownikowego o wektorach napięć przesuniętych o 30°el.
 Wymienione urządzenia spełniają wymagania energetyki w zakresie dopuszczalnej wielkości współczynnika odkształcenia napięcia w linii zasilającej. Zespoły prostownikowe z tymi prostownikami były instalowane na kolejowych podstacjach trakcyjnych na przełomie lat 80-tych i 90-tych ubiegłego stulecia.

5. Nowe rozwiązania prostowników trakcyjnych opracowane przez Instytut Elektrotechniki w latach 1996 - 2007.
Na początku lat 90-tych w okresie transformacji ustrojowej krajowe wytwórnie trakcyjnych zespołów prostownikowych takie jak MEFTA, a przede wszystkim ELTA zostały odkupione przez renomowane koncerny międzynarodowe. Firmy te nie były zainteresowane współpracą z krajowym zapleczem naukowo-badawczym. W wyniku tego Instytut Elektrotechniki został pozbawiony bazy projektowo-wykonawczej dla opracowywanych rozwiązań technicznych bazy z którą współpracowano przez kilkadziesiąt lat.
 W tej sytuacji podjęto decyzję o wytwarzaniu nowoopracowywanych prostowników trakcyjnych we własnym zakresie i oferowania ich użytkownikom jako urządzenia gotowe do zainstalowania na podstacjach trakcyjnych. Instytut występował od tego czasu jako podmiot rynkowy konkurując przy dostawach trakcyjnych zespołów prostownikowych z firmami zagranicznymi, które wykupiły wytwórnie krajowe. Ponieważ potencjalni odbiorcy zainteresowani byli dostawami kompletnych zespołów prostownikowych podjęto w tym zakresie współpracę z renomowanym wytwórcą transformatorów fabryką EMIT z Żychlina.
 Z analiz przeprowadzonych w latach 90-tych wynikało, że dotychczas wytwarzane zespoły z prostownikami PD-12 i PD-16 nie spełniają wymagań PKP dla linii szybkiego ruchu w zakresie obciążenia, a także wahań napięcia w sieci trakcyjnej. Wynikało to z większych mocy pojazdów trakcyjnych nowej generacji o prędkości 200 km/godz.
 W związku z tym w Instytucie Elektrotechniki opracowano z przeznaczeniem dla PKP zespoły prostownikowe nowej generacji o mocy 7,3 MW. Transformatory dla tych zespołów zaprojektowano w fabryce EMIT. Transformatory te umożliwiają zasilanie podstacji z sieci elektroenergetycznej o napięciu 15 kV, 20 kV lub 110 kV. Zasilanie podstacji ze "sztywnej" linii elektroenergetycznej o napięciu 110 kV powodowało istotne ograniczenia zmian napięcia w sieci trakcyjnej. Prostowniki dla tych zespołów typu PD-1,7/3,3 (1700 A, 3300 V - rys. 4) opracowane i wykonane w Instytucie Elektrotechniki składały się z 72 diod typu SD-2500 firmy International Rectifier o prądzie 3000 A i napięciu 2500 V. Przy projektowaniu tych przekształtników wprowadzono nowe rozwiązania techniczne eliminujące niedoskonałości odpowiednich urządzeń poprzedniej generacji takie jak:
- Rozdzielnie toru prądowego od toru cieplnego w zmodernizowanych modułach diodowych. Rozdzielnie to polega na zastosowaniu miedzianych wyprowadzeń prądowych spod elektrod diody. Dzięki temu prąd diody nie przepływa przez aluminiowy radiator, a zatem nie jest on dodatkowo podgrzewany;
- Wyeliminowanie sztywnych połączeń wyprowadzeń prądowych do oszynowania prostownika, wprowadzenie w to miejsce połączeń elastycznych przy zachowaniu sztywnej izolowanej konstrukcji nośnej. Rozwiązanie to eliminuje naprężenia w torach prądowych i w modułach diodowych występujące przy charakterystycznym dla warunków trakcyjnych zmiennym obciążeniem a zwłaszcza przy przeciążeniach i zwarciach. Naprężenia tego rodzaju niekorzystnie oddziaływują na struktury półprzewodnikowe, izolację modułów, a także na elementy toru prądowego takie jak izolatory;
- Zastosowanie podwójnej izolacji konstrukcji wsporczej elementów znajdujących się pod napięciem w stosunku do uziemionej obudowy szafy prostownika;
- Skośne o zoptymalizowanym kącie pochylenia, usytuowanie modułów diodowych. Rozwiązanie to zwiększa efektywność chłodzenia diod usytuowanych w górnych kondygnacjach prostownika. Ciepło wydzielone w elementach usytuowanych poniżej jest odprowadzane poza konstrukcję szafy i nie nagrzewa przyrządów usytuowanych wyżej; 
- Wprowadzenie systemu automatycznej kontroli pracy prostownika (MPZ) z możliwością transmisji danych do dyspozytora odcinka zasilania.
W roku 1998 prostowniki typu PD-1,7/3,3 zainstalowano na podstacji trakcyjnej linii szybkiego ruchu zasilanej napięciem 110 kV. Prostowniki te pracują bezawaryjnie do chwili obecnej. Na przełomie wieków wprowadzono na podstacje trakcyjne kolejne zespoły prostownikowe, które uzyskały pochlebną ocenę użytkowników pracując bezawaryjnie przez kilka lat po wprowadzeniu do eksploatacji.


Rys. 4. Prostownik diodowy PD-1,7/3,3 (1700 A, 3300 V) dla kolejowych podstacji trakcyjnych zasilających linie szybkiego ruchu przy jednostopniowej transformacji napięcia z sieci 110 kV. Opracowanie, wykonanie, badania i uruchomienie - Instytut Elektrotechniki

 W latach 2005 - 2007 opracowano kolejną oszczędnościową wersję prostownika
PDo-1,7/3,3 kV (rys. 5). Prostownik o parametrach napięciowo-prądowych takich samych jak urządzenia omówionego powyżej składał się z 24 diod DB-3 produkcji krajowej o prądzie 3500 A i napięciu 4 kV. Urządzenie to w stosunku do rozwiązania opracowanego wcześniej charakteryzuje się o około 50% mniejszymi stratami mocy, o około 30%, mniejszym zużyciem materiałów konstrukcyjnych i około 40% mniejszą pracochłonnością przy jego wykonaniu. Należy podkreślić, że prostowniki zostały zrealizowane na diodach opracowanych i zbadanych we współpracy Zakładów LAMINA SI i Instytutu Elektrotechniki.
 Zespoły prostownikowe z prostownikami nowej generacji zainstalowano na czterech podstacjach trakcyjnych w węźle wrocławskim w roku 2007. Uzyskały one bardzo wysoką ocenę użytkowników udokumentowaną odpowiednim pismem skierowanym do naszego Instytutu. Parametry tych urządzeń zestawiono w tabeli 2.
 W oparciu o diody produkcji krajowej i omówione wyżej cząstkowe rozwiązania konstrukcyjne opracowano także nowoczesne rozwiązania prostowników dla układów zasilania metra i trakcji tramwajowej. Prostowniki te zbudowane zostały z 12 diod typu D95-1800/22 (tramwaj) i D95-2500/24 (metro) produkcji krajowej (rys. 6, 7). Podstawowe dane prostowników trakcyjnych nowej generacji opracowanych w Instytucie Elektrotechniki w końcu dwudziestego i na początku dwudziestego pierwszego stulecia zestawiono w tabeli 3.


Rys. 5. Widok ogólny prostownika diodowego 1700 A, 3300 V z diodami DB3 produkcji LAMINA SI na prąd 3,5 kA i napięciu 4,0 kV dla podstacji trakcyjnej zasilanej napięciem 15 kV i 20 kV.


  
Rys. 6. Prostownik diodowy PD-1,2/0,66 (1200 A, 660 V) dla podstacji tramwajowych i trolejbusowych. Opracowanie i badania Instytut Elektrotechniki. Wykonanie Przedsiębiorstwo Kolejowych Robót Elektryfikacyjnych
  


Rys. 7. Prostownik diodowy PD-1,7/0,825 (1700 A, 825 V) dla podstacji METRA

6. Wnioski
1. Prace naukowo-badawcze nad zespołami prostownikowymi przeznaczonymi dla systemów zasilania trakcji kolejowej, miejskiej i kopalnianej prowadzone były w Instytucie Elektrotechniki od ponad 50-ciu lat. Prace te łącznie z zadaniami projektowo-produkcyjnymi realizowanymi we współpracujących z Instytutem zakładach przemysłu krajowego zaowocowały licznymi konstrukcjami tych urządzeń unowocześnianych stopniowo w miarę postępu w rozwoju techniki przekształcania energii elektrycznej. W latach pięćdziesiątych i pierwszej połowie lat 60-tych ubiegłego stulecia prowadzono prace nad prostownikami rtęciowymi, które przyczyniły się do podjęcia produkcji tych urządzeń przeznaczonych dla komunikacji miejskiej. Wyprodukowano wówczas kilkaset prostowników instalowanych w systemach zasilania sieci tramwajowych w wielu miastach na terenie kraju.
2. W kolejnych latach prowadzono prace nad prostownikami trakcyjnymi z diodami krzemowymi. Urządzenia te były wytwarzane przez krajowy przemysł elektrotechniczny. Począwszy od połowy lat 70-tych układy prostownikowe bazowały na nowoczesnych diodach krzemowych, których produkcję uruchomiono w kraju. Tylko na kolei pracuje obecnie ponad 1000 zespołów prostownikowych. W podsumowaniu można stwierdzić, że efektem prowadzonych prac naukowo-badawczych i wdrożeniowych jest fakt, że elektryfikacja ponad 10000 km linii kolejowych w Polsce została wykonana w pełni w oparciu o krajową myśl techniczną. Analogiczne stwierdzenie odnosi się także do komunikacji miejskiej.
3. Obecnie większość zespołów zainstalowanych na kolejowych podstacjach trakcyjnych jest użytkowana od 30-40 lat. Świadczy to o wysokim poziomie prac badawczych prowadzonych w tej dziedzinie, a także o wysokiej jakości urządzeń wytwarzanych przez krajowy przemysł elektrotechniczny. Pomimo bardzo dobrych właściwości eksploatacyjnych prostowników starszej generacji, w wyniku technicznego zużycia tych urządzeń, obecnie występuje potrzeba stopniowej wymiany zespołów prostownikowych na układy nowej generacji o wyższych parametrach technicznych. Proces ten jest obecnie realizowany jednak postępuje zbyt wolno co może w przyszłości doprowadzić do sytuacji kryzysowych w kolejowym systemie zasilania. Jako korzystniejsze w tym zakresie można ocenić uwarunkowania występujące w komunikacji miejskiej.

Abstract
The paper discusses scientific - research and implementation - production work conducted in this country since the 50thies of the last century up to now, in the field of rectifier units designed for supplying with power urban, railway and mine electric traction systems. The role played by the Electrotechnical Institute - the leading scientific - research centre, in the development and investigations into consecutive versions of traction rectifier assemblies, first with mercury and then with semiconductor valves is presented. The research and implementation work conducted in this range is described.
Research and development work conducted in order to obtain concrete solutions of mercury rectifiers designed for urban transport is discussed. Technological parameters of this equipment implemented into production are presented.
Scientific - research work conducted at the Electrotechnical Institute, aimed at preparing data for working out and designing traction rectifiers with silicone diodes is discussed. Technological solutions of rectifier systems produced by industry in this country are discussed, their technological parameters are given. Modernization of traction rectifiers introduced into this equipment is presented along with the increase in technological parameters of the successive generations of power diodes.
Achievements of the national electrotechnical industry in electrification of railway lines, urban communication development and in mine traction in Poland are presented. Situation of the Electrotechnical Institute (up to the transformation of the political system, the leading scientific - research centre in the country, in the field of electric traction power supply systems) which occurred after the sale of national production work to international concerns is shown.
The latest design solutions of the traction rectifiers developed and produced at the Electrotechnical Institute after 1995 are discussed.

Tabela Nr 2 Prostowniki nowej generacji dla układów zasilania trakcji kolejowej (PKP)

Tabela Nr. 3 Prostowniki nowej generacji dla układów zasilania komunikacji miejskiej (PKP)

Literatura
1) Grygołajtys J.: Zastosowanie prostowników do przetwarzania energii elektrycznej dużej mocy. Stan, potrzeby i kierunki rozwoju. Pierwsza Krajowa Narada Elektroniki PAN, Warszawa, 11-14 listopad 1958.
2) Grygołajtys J., Wdowiak J.: Kierunki rozwojowe przekształtników rtęciowych. Przegląd Elek-trotechniczny 1957, nr 1-2, str. 3-17.
3) Januszewski S., Wdowiak J.: Prostowniki krzemowe na podstacjach trakcyjnych prądu stałego. Sesja Naukowa z okazji XX-lecia Instytutu Elektrotechniki. Sekcja Trakcji Elek-trycznej (zbiór referatów). Warszawa 1966, s. 51-78.
4) Januszewski S., Szczucki F.: Automatyczna przewoźna stacja prostownikowa dla trakcji dołowej. Przegląd Elektrotechniczny 1965, nr 7.
5) Korzycki E.: Nowy przekształtnik diodowy 5 MW/3 kV o pulsacji 12-faz. dla potrzeb PKP. Materiały konferencyjne; TRAKO ? 1978 r.
6) Korzycki E.: Przekształtniki diodowe o pulsacji 12-faz. dla trakcji kolejowej. Dopuszczalne przeciążalności prądowe oraz wytrzymałości zwarciowe. Materiały konferencji naukowej ? Problemy Rozwoju Trakcji Elektrycznej w Polsce. Warszawa, 9-10 list. 1983 r.
7) Korzycki E., Sakowicz S., Świątek H., Zymmer K.: Zespoły prostownikowe 12-pulsowe do podstacji trakcyjnych PKP zasilanych średnim napięciem. Technika Transportu Szyno-wego, Nr 3-4, 2002 r.
8) Korzycki E., Świątek H., Zymmer K.: Porównanie nowych rozwiązań 12-pulsowych zespo-łów prostownikowych dla kolejowych podstacji trakcyjnych linii szybkiego ruchu. Materiały X Sympozjum ? Podstawowe Problemy Energoelektroniki i Elektromechaniki PPEE`2003. Gliwice-Wisła 7-10.12.2003 r.
9) Korzycki E., Świątek H., Zymmer K.: Nowe 12-pulsowe trakcyjne zespoły prostownikowe dla linii 3 kV DC szybkiego ruchu. Technika Transportu Szynowego nr 9, 2004.
10) Januszewski S., Korzycki E., Świątek H., Zymmer K.: 60 lat udziału Instytut Elektrotechniki w pracach dotyczących zasilania sieci trakcyjnych prądu stałego. Prace Instytutu Elektrotechniki nr 233`07.

Źródło: Krzysztof Zymmer, Instytut Elektrotechniki
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl